KR100393239B1 - 이동통신 시스템에서 이동국에 대한 시간동기방법, 이동국 및 기지국 - Google Patents
이동통신 시스템에서 이동국에 대한 시간동기방법, 이동국 및 기지국 Download PDFInfo
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Abstract
무선 통신 시스템에서 이동국에 대한 시간 동기 방법, 이동국 및 기지국.
무선 통신 시스템은 시간 슬롯들로 형성되고 광대역 주파수 범위로 형성되어 있는 주파수 채널들을 제공하는데, 다수의 연결(connections)로부터의 정보가 이동국들과 기지국들 사이에서 상기 주파수 채널들로 동시에 전송되며, 특정 연결(connection-specific) 미세 구조(fine structure)에 따라 서로 다른 연결로부터의 정보를 구별할 수 있다. 본 발명에 따르면, 신호 형태 외에 다른 연결들로부터의 정보도 전송되는 하방으로의 이동국에 대한 시간 동기를 위해 주파수 채널들이 반복하여 제공된다. 동기될 이동국은 수신 신호들로부터 신호 형태의 적어도 하나의 도달 순간을 결정하고, 이들 순간은 이어서 시간 동기를 위해 이동국에 의해 이용된다. 본 발명은 예를 들어 TDMA 및 CDMA 가입자 분리 방법을 결합한, 3세대 이동 통신을 위한 TDD 모드에서 적용될 수 있다.
Description
디지털 무선 통신 시스템 디자인은 J. Oudelaar의 "Evolution towards UMTS", PIMRC 94, 5th IEEE International Symp. on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, The Hague, NL, 18-22 September 1994, pages 852-856과 M. Lenti, H. Hageman의 "Paging in UMTS", RACE Mobile Telecommunications Workshop, Vol. 1, Amsterdam, NL, 17-19 May 1994, pages 405-410에 개시되어 있다.
기존의 이동 무선 시스템인 GSM(Global System for Mobile Communications)은 가입자 분리를 위한 TDMA 요소(component)(시분할 다중 접속)를 가진 무선 통신 시스템이다. 가입자 연결(부)로부터의 사용자 정보는 프레임 구조에 따라 시간 슬롯으로 전송된다. 전송은 블록으로 이루어진다. 더욱이, 프레임 구조의 타이밍 패턴에 부합되고 이동국들에 대한 시간 동기 목적으로 기능하는 주파수 채널들(SCH 동기 채널)은 GSM 이동 무선 시스템으로부터 하방(downward direction)으로 알려진다. 이동국은 이 주파수 채널에서 자기 동기(self-synchronization) 목적을 위해 전송된 데이터를 평가할 수 있다. 이러한 자기 동기는 EP 0 551 803 A1에 개시되어 있다.이동국에 대한 시간 동기 방법이 EP 0 767 557 A1에 개시되어 있다. 순수한 TDMA 시스템에서 연결들은 시간 슬롯들과 주파수 대역들에 의해 분리된다. 기지국은 고정된 방식으로 규칙적 간격으로 시간 동기를 위한 주파수 채널(SCH)을 전송한다. 이 시간 동기를 위한 주파수 채널은 멀티프레임에서 항상 동일한 위치에 배치되는데, 예를 들어 각 경우마다 각 10번째 TDMA 프레임의 첫번째 시간 슬롯에 배치된다. 시간 동기를 위한 주파수 채널에 포함된 64비트 트레이닝 시퀀스 및 트레이닝 시퀀스의 TDMA 프레임과 시간 슬롯들 내에서의 배치는 이동국에 알려진다.
DE 195 49 148.3은 TDMA/CDMA 가입자 분리(CDMA 코드 분할 다중 접속)를 이용하고, 다수의 가입자들의 확산 코드들에 관한 정보를 가지고 수신단(receiving end)에 JD(joint detection)법을 적용하여 전송된 사용자 정보 검출 기능을 개선시키고 있다. 그러나, 동기 목적을 위한 특정 주파수 채널의 분할의 경우 하나의 주파수 채널에 사용되는 주파수 범위가 더 광대역이기 때문에, GSM 시스템에 비해 용량에 있어서 큰 손실을 초래한다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 이동국에 대한 시간 동기 방법과 상기 방식으로 구현되는 이동국, 그리고 기지국에 관한 것이다.
도 1은 이동 무선 네트워크의 블록도이다.
도 2는 무선 전송의 프레임 구조의 개략도이다.
도 3은 시간 동기를 위한 주파수 채널 구조의 개략도이다.
도 4는 이동국과 기지국 및 하방으로의 무선 전송의 블록도이다.
본 발명의 목적은 TDMA 무선 통신 시스템에서 무선 자원을 적게 소비하면서 시간 동기를 허용하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 이 목적은 특허청구범위 제 1 항의 특징부의 방법과 제 10 항의 특징부를 가지는 이동국 및 제 11 항의 특징부를 가지는 기지국에 의해 달성된다. 본 발명의 발전적 양상은 종속항에 기재되어 있다.
무선 통신 시스템, 예를 들어 TDMA/CDMA 무선 통신 시스템은 시간 슬롯들로 형성되고 광대역 주파수 범위로 형성되어 있는 주파수 채널들을 제공하는데, 하나 이상의 연결(connections)로부터의 정보가 이동국들과 기지국 사이에서 상기 주파수 채널들로 동시에 전송되며, 특정 연결(connection-specific) 미세 구조(fine structure)에 따라 서로 다른 연결로부터의 정보를 구별할 수 있다. 그러나, 수신단에서 재결합되는 다수의 서로 다른 미세 구조들을 하나의 연결에 할당하는 것도가능하다.
본 발명에 따르면, 기지(known) 신호 형태와 다른 연결들로부터의 정보가 전송되는 주파수 채널들이 이동국에 대한 시간 동기를 위해 하방으로 시간적으로 반복하여 제공된다. 기지 신호 형태는 제 1 기지국에 의해 전송되며, 다른 연결들은 다른 기지국들에 의해 공급된다. 이와 달리, 하나의 개별 기지국이 동기를 위한 기지 신호 형태와 다른 연결들로부터의 정보를 하나의 주파수 채널에서 전송하는 것도 가능하다. 동기될 이동국에 의해 수신 신호들로부터 적어도 하나의 신호 도달 순간이 결정되며, 이는 이어서 이동국에 의해 시간 동기에 이용된다.
다른 연결들로부터의 정보 외에 신호 형태가 전송된다는 사실로 인해, 기지국과 이동국들 사이의 에어 인터페이스(air interface)의 무선 자원이 더 잘 이용될 수 있다. 정해진 미세 구조(impressed fine structure)에 따라 정보가 구별될 수 있기 때문에, 시간 슬롯은 단지 동기에 의해서만 블록 지어지지 않고 다양하게 이용될 수 있다. 이 경우, 상기한 다른 연결들은 사용자 데이터 연결이나 신호 전송 연결(signaling connections)이다. 동시 네트워크(simultaneous network)에서, 다시 말해 인접 기지국들이 동일 주파수 범위를 이용하는 경우에, 다른 연결들은 예를 들어 인접 기지국에 의해 제공된다.
본 발명의 개선 예에 따르면, 신호 형태는 전송되는 데이터를 가진 메시지 블록의 트레이닝 시퀀스(training sequence)로 되어 있다. 따라서, 시간 동기를 위해 특정 트레이닝 시퀀스를 배열(configuring)함에 의해 여러 목적으로 정보를 전송하는 메시지 블록들이 이용될 수 있다. 이에 따라, 에어 인터페이스의 용량이더 증가된다. 트레이닝 시퀀스는 채널 평가(assessment)에도 이용될 수 있다.
유리하게는, 신호 형태가 개별 확산 코드의 도움으로 확산되므로, 신호 형태의 존재에 대한 정보가 시간 동기를 위해 확산 코드에 포함될 수도 있다. 신호 형태는 또한 주파수 범위를 채우는 대역폭을 발생시키는 칩들(chips)의 시퀀스로 해석될 수도 있다. 시간 동기를 위한 데이터를 가진 메시지 블록이 역확산에 의해 나머지 메시지 블록들과 함께 처리될 수 있다는 사실로 인해, 수신기에서의 처리에 있어서 부가적 소모가 없어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신 신호와 수신기에 알려진 기준 시퀀스 사이의 상관(성)을 결정함에 의해 적어도 하나의 순간(instant)이 결정된다. 이 경우에 결정된 상관 피크(correlation peak)는 예를 들어 시간 슬롯의 시간적 평균을 나타내며, 따라서 에어 인터페이스의 프레임 구조에 대한 다른 방향 설정(orientation) 목적으로 기능할 수 있다. 이와 달리, 적어도 하나의 순간이 수신 신호의 신호 정합 필터링(signal-matched filtering)에 의해 결정될 수도 있다.
시간 동기의 정확성을 증가시키기 위해, 신호 형태의 도달 순간이 여러번 결정되는 것이 유리하며 주파수 동기 목적을 위해 순간들의 평균 계산이 수행된다. 평균 계산은 단일 오차(error)의 영향을 감소시킨다.
이동국의 프레임 동기를 위해, 예를 들어 디지털 심볼 시퀀스로 표현되는 신호 형태는 특정 시간 슬롯들에서의 주파수 채널들의 프레임 구조에 대한 데이터를 포함한다. 따라서, 신호 형태는 더 이상의 용량 손실 없이 이 정보를 전송하는데도 이용될 수 있다. 하이퍼프레임들 및/또는 수퍼프레임들의 특정 순간들에서의 심볼 시퀀스는 시간 동기를 위한 주파수 채널의 나머지 시간 슬롯들에서의 심볼 시퀀스와 다른 것이 유리하다. 그러나, 이와 달리, 프레임 확인(identification) 목적으로 부가적 심볼들이 예를 들어 하이퍼프레임들 및/또는 수퍼프레임들의 시작과 같은 특정 순간들에서 심볼 시퀀스를 보충하는 것도 가능하다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 예시적 실시예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1의 무선 통신 시스템은 공지의 GSM 이동 무선 네트워크의 구조로서 서로 네트워크되어 있으며 지상 통신선 네트워크 PSTN으로의 접속을 제공하는 다수의 이동 교환국들(MSC)로 구성되어 있다. 더욱이, 이들 이동 교환국들(MSC)은 각기 적어도 하나의 기지국 제어기(BSC)에 연결되어 있다. 각 기지국 제어기(BSC)는 적어도 하나의 기지국(BS)과의 연결을 제공한다. 이 기지국(BS)은 에어 인터페이스를 통해 이동국들(MS)과의 메시지 연결을 수립할 수 있는 무선국이다.
예를 들어, 도 1은 3개 이동국들(MS)과 하나의 기지국(BS) 사이에 사용자 정보와 신호 전송 정보를 전송하기 위한 3개 연결을 도시하고 있다. 운영 및 유지 센터(OMC)가 이동 무선 네트워크 또는 그 일부에 대한 제어 기능 및 유지 기능을 수행한다. 이 구조의 기능은 본 발명이 이용될 수 있는 다른 무선 통신 시스템에도 적용될 수 있다.
무선 전송의 프레임 구조가 도 2에 도시되어 있다. TDMA 요소에 따라 광대역 주파수 범위의 분할이 이루어져서, 예를 들어 대역폭 B=1.6㎒ 또는 5㎒가 다수의 시간 슬롯들 ts, 예를 들어 ts1 내지 ts8의 8개의 시간 슬롯 또는 16개 시간 슬롯들(도시되지 않음)로 분할된다. 주파수 범위 B 내의 각 시간 슬롯 ts는 주파수 채널 FK를 형성한다. 사용자 데이터 전송을 위해 단독으로 제공되는 주파수 채널들 TCH 내에서, 다수의 연결들로부터의 정보가 메시지 블록들로 전송된다.
사용자 데이터를 전송하기 위한 이들 메시지 블록들은 데이터 d를 가진 섹션들로 구성되며, 그 속에 수신단에서 알려지는 트레이닝 시퀀스 tseq1 내지 tseqK를 가지는 섹션들이 내장되어 있다. 데이터 d는 미세 구조, 가입자 코드 c를 가진 특정 연결 방식으로 확산되며, 그 결과 예를 들어 수신단 K에서 연결들이 이들 CDMA 요소들에 의해 분할될 수 있다.
데이터 d의 개별 심볼들의 확산은 지속시간 Tchip을 갖는 Q개 칩들이 심볼 지속시간 Tsym 내에서 전송되는 효과를 낳는다. 이 경우 Q 칩들은 특정 연결 가입자 코드 c를 형성한다. 더욱이, 연결들의 서로 다른 신호 지연을 보상하기 위한 보호 시간(protection time) gp가 시간 슬롯 ts 내에 제공된다.
광대역 주파수 범위 B내에서, 프레임 구조에 따라 연속(sequential) 시간 슬롯들 ts가 세분된다. 따라서, 8개의 시간 슬롯들 ts가 결합되어 하나의 프레임을 형성하는데, 예를 들어 프레임의 하나의 시간 슬롯 ts4가 사용자 데이터 전송을 위한 주파수 채널 TCH를 형성하고 연결들의 그룹에 의해 반복적으로 사용된다. 이동국들(MS)의 시간 동기를 위한 주파수 채널 SCH는 매 프레임에 삽입되는 것이 아니라 멀티프레임 내에서 지정된 순간에 삽입된다. 따라서, 이동 무선 네트워크에 의해 이용 가능한 용량이 시간 동기를 위한 주파수 채널들 SCH 사이의 간격을 결정하게 된다.
시간 동기를 위한 주파수 채널 SCH의 구조가 도 3에 도시되어 있다. 이동 무선 네트워크의 대응 셀의 구성 채널(organization channel)의 주파수 대역에서의 광대역 주파수 범위 B는, 시간 동기를 위한 주파수 채널 SCH를 포함하고(그러나, 다른 신호 전송 및 사용자 데이터 연결들도 다루어질 수 있음) 다음 시간 슬롯들에서는 각기 사용자 데이터 전송과 신호 데이터 전송을 위한 주파수 채널들 TCH만을 배타적으로 포함하는 프레임 R0의 일부이다.
이 프레임 R0은, 프레임 R0 이외에도 다른 셀 관련 정보를 가진 주파수 채널들 FK를 가지는 프레임 R1과 사용자 데이터를 가지는 프레임 R2를 포함하는 수퍼프레임 S0의 일부이다. 하이퍼프레임은 다수의 수퍼프레임들 S0, S1을 포함하며, 이 수퍼프레임들 중 적어도 하나는 시간 동기를 위한 주파수 채널 SCH를 포함한다.
시간 동기를 위한 주파수 채널 SCH의 시간 슬롯 ts에서 동기 블록 sb가 하방으로 전송되며, 이는 이동국들(MS)에서 알려진 신호 형태 f1을 트레이닝 시퀀스로서 포함한다. 신호 형태 f1은 전송되는 다른 정보, 사용자 또는 신호 전송 정보에내장되어 있다. 동기 블록 sb는 개별 코드 c1의 도움으로 확산된다. 사용자 또는 신호 전송 정보에 대한 다른 연결들은 다른 기지국들(BS)에 의해, 신호 형태 f1을 전송하는 기지국(BS)과 프레임 동기되는 동일 주파수 범위에서 전송된다. 대체적 또는 부가적으로, 신호 형태 f1을 전송하는 기지국(BS)이 다른 연결들을 위한 시간 슬롯들 ts를 이용할 수도 있다. 특정 연결 미세 구조를 형성하는 가입자 코드 c에 의해 구별될 수 있는 다수 신호들의 이러한 중복은 이하에 설명하는 바와 같이 분해될 수 있다.
동기 블록 sb에 대한 다른 실시예는 심볼 시퀀스로 디자인된 신호 형태 외에 프레임 동기 목적으로 기능하는 심볼들 f1a를 제공한다. 수퍼프레임 S0의 제 1 프레임 R0에서 전송되는 이들 부가적 심볼들 f1a의 도움으로, 수신 이동국(MS)이 프레임 구조에서 시간 슬롯 ts의 현재 위치를 확인할 수 있다. 기지국(BS)은 전력 제어 목적을 위해 나머지 연결들의 수신 전력과 부합하는 전송기 전력을 동기 블록 sb로 방사한다.
시간 동기를 위해, 신호 형태 f1을 평가함에 의해 수신단에서 순간 t1이 결정된다. 순간 t1은 대체로 신호 형태의 중간을 나타낸다. 동기 블록 sb의 전송도 마찬가지로 예를 들어 대응 시간 슬롯 ts의 중간에서 이루어지기 때문에, 정확한 평가가 주어지면 시간 슬롯 ts의 중간도 수신단에서 결정될 수 있다. 이 목적으로, 이동국(MS)은 대응 주파수 채널 SCH에서 신호 형태 f1에 대응되는 기준 시퀀스 f2와 수신 신호를 상관시킴에 의해 신호 형태 f1의 도달 순간 t1을 결정하려고 계속적으로 시도한다. 이 경우 상관 피크(correlation peak)는 시간 슬롯 ts의 중간으로 결과적으로 채택되는 순간 t1을 나타낸다.
도 4는 기지국(BS)에서 이동국들(MS1 내지 MSK)로의 하방 무선 전송을 도시하고 있다. 이동국들(MS)은 먼저 하나 이상의 주파수 범위들(B)을 충분히 높은 또는 최대 수신 전력으로 결정한다. 이 전력은 일반적으로 이동국(MS)이 순간적으로 위치하는 셀에 있는 최근방 기지국(BS)의 주파수 범위들(B)이다.
이동국들(MS1 내지 MSK)은 이들 주파수 범위들(B)에서 수신된 신호들을 평가하고 수신 신호의 값들과 기준 시퀀스 f2의 계속적(continuous) 상관(correlation)을 수행한다. 충분히 큰 상관 피크가 주어지면, 신호 형태 f1의 도달에 대해 결정된 시간 t1이 시간 동기를 위한 기준점으로 선택되고, 이동국(MS)의 내부 시간 기준이 동조된다. 동시에, 대응 주파수 채널 SCH가 다음 주파수 동기를 위해 이용될 수 있다.
기지국(BS)은 방사될 전송 신호에 디지털-아날로그 변환을 가하고, 기저대역에서 방사 주파수 범위 B로 변환하고, 전송 신호를 변조 및 증폭하는 송수신기 SE/EE를 포함한다. 신호 발생 장치 SA는 미리 예들 들어 동기 블록들 sb와 같은 전송 신호들을 모아서 이들을 대응 주파수 채널들 SCH, TCH에 할당한다.
이동국(MS)은 조작 패널(operating panel) T, 신호 처리 장치 SP, 제어 장치 SE, 송수신기 SE/EE를 포함한다. 가입자는 조작 채널 상에서 이동국(MS)을 동작시키는 입력을 포함하는 입력들을 할 수 있으며, 이 동작 입력에 의해 이동국은 우선 주위를 둘러싼 이동 무선 네트워크와 동기를 수행해야 한다.
제어 장치 SE는 이 요청을 수신하고 신호 처리 장치 SP로 하여금 송수신기SE/EE를 통해 수신된 수신 신호들을 평가하도록 하여, 전술한 바와 같이, 적절한 주파수 범위 B가 선택되고 신호 형태 f1이 성공적으로 발견될 때까지 상관이 수행되도록 한다.
신호 처리 목적을 위해, 수신 신호들은 예를 들어 디지털화되는 것과 같이 이산 저장 값들을 가진 심볼들로 변환된다. 이 신호 처리 장치 SP는 디지털 신호 처리기로서 JD-CDMA법(joint detection)을 이용하여 사용자 정보와 신호 전송 정보를 검출하는 JD 처리기를 포함하고 있으며, 또한 동기 블록들 sb를 평가한다.
이동국(MS)에 알려진 기준 시퀀스 f2와 수신 신호들 사이의 상관성을 결정함에 의해 평가가 수행된다. 이 경우, 시간 동기 목적으로 기능하게 될 최대 상관성을 갖는 순간 t1도 역시 결정된다. 이와 달리, 신호 정합 필터링(signal-matching filtering) 또는 다른 선형 알고리듬(예를 들어, 제로 포싱(zero forcing) 또는 최대 제곱 오차 기준(minimum square error criterion)에 따라)을 인가하는 것도 가능하다. 시간 동기의 정확성을 증가시키기 위해, 이동국(MS)은 동기 블록 sb의 도달 순간 t1의 결정을 반복하여 그 값들의 평균을 구한다.
더욱이, 단일 상관기(correlator) 또는 신호 정합 필터 대신에, 여러 가지 주파수 편차(offsets)와 도플러 편이(shifts)에 대해 필터 뱅크(bank)에서 평가를 수행하는 것도 가능하다.
Claims (11)
- 무선 통신 시스템의 이동국(MS)에 대한 시간 동기 방법에 있어서,상기 무선 통신 시스템은 시간 슬롯들(ts)로 형성되고 광대역 주파수 범위들(B)로 형성되는 주파수 채널들(FK)을 제공하며,상기 주파수 채널들에서는 다수의 연결들로부터의 정보가 이동국들(MS)과 기지국(BS) 사이에서 동시에 전송되며,확산 코드들에 따라 서로 다른 연결들로부터의 정보를 구별하는 것이 가능하며,이동국들(MS)에 대한 시간 동기를 위해 주파수 채널(SCH)이 하방으로 반복하여 제공되며,다른 연결들로부터의 정보에 부가하여, 다수의 서로 다른 기지 신호 형태들(f1, f1a)이 상기 주파수 채널(SCH) 내에서 전송되며,동기될 이동국(MS)에 의해 수신 신호들로부터 신호 형태들(f1, f1a)의 도달 순간들(t1)이 결정되며, 그리고상기 순간들(t1)과 상기 신호 형태들(f1, f1a)의 타입(type)이 이동국(MS)에 의해 시간 슬롯(ts)과 프레임에 대한 시간 동기를 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 시간 동기 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 신호 형태(f1)는 전송되는 데이터를 가진 메시지 블록의 트레이닝 시퀀스로 디자인되는 것을 특징으로 하는 시간 동기 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 신호 형태(f1)가 개별 확산 코드(c1)의 도움으로 확산되는 것을 특징으로 하는 시간 동기 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,수신기에 알려진 기준 시퀀스(f2)와 수신 신호 사이의 상관성을 결정함에 의해 적어도 하나의 순간(t1)이 결정되는 것을 특징으로 하는 시간 동기 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,수신 신호의 신호 정합 필터링에 의해 적어도 하나의 순간(t1)이 결정되는 것을 특징으로 하는 시간 동기 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,다수의 도달 순간들(t1, t2)이 결정되며, 주파수 동기 목적을 위해 상기 순간들(t1, t2)의 평균이 구해지는 것을 특징으로 하는 시간 동기 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 신호 형태(f1)는 특정 시간 슬롯들(ts)에서의 주파수 채널들(FK)의 프레임 구조에 대한 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 방법.
- 제 7 항에 있어서,하이퍼프레임들 및/또는 수퍼프레임들의 특정 순간들에서의 신호 형태(f1a)는 시간 동기를 위한 주파수 채널(SCH)의 나머지 시간 슬롯들(ts)에서의 신호 형태(f1)와 다른 것을 특징으로 하는 시간 동기 방법.
- 제 7 항에 있어서,부가적 심볼들이 하이퍼프레임들 및/또는 수퍼프레임들의 시작에서 상기 신호 형태(f1)를 보충하는 것을 특징으로 하는 시간 동기 방법.
- 제 1 항의 방법을 수행하기 위한 이동국(MS)으로서,신호 형태들(f1, f1a)의 도달 순간들(t1)을 결정하는 신호 처리 장치(SP); 그리고결정된 순간들(t1)을 고려하여 시간 동기를 하는 제어 장치(SE)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동국.
- 제 1 항의 방법을 수행하기 위한 기지국(BS)으로서,소정의 신호 형태들(f1, f1a)을 발생시키는 신호 발생 장치(SA); 그리고시간 동기를 위한 주파수 채널(SCH)로 신호 형태들(f1, f1a)를 전송하는 전송 장치(EE)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
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