KR100430458B1 - 무선 주파수 증폭기에 대한 적응성 프리리미터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CDMA 통신 시스템 내에 전송된 신호의 과도 피크를 감소시킬 수 있다. 복수의 대역 확산 데이터 신호는 이 데이터 신호의 결합에 따라 변동하는 전력 레벨을 갖는 결합 신호로 결합된다. 이러한 결합 신호는 전송용 무선 주파수 신호를 생성하기 위해 변조된다. 결합 신호의 평균 전력은 선택된 시간 주기 동안에 측정된다. 이 결합 신호 전력 레벨은 적어도 부분적으로 측정된 전력을 기초로 하여 계산된 전력 레벨로 적응적으로 제한된다.
Description
대역 확산 변조 기술을 이용하는 무선 통신 시스템은 현재 디지털 통신에서 사용되는 기술로서 점차 이용도가 높아지고 있다. 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에서는 데이터를 의사 랜덤 칩 코드 시퀀스(pseudo random chip code sequence)로 변조시킴으로써 광대역폭(대역 확산)을 사용하여 데이터를 전송한다. 장점으로는 CDMA 시스템이 시분할 다중 접속(TDMA) 또는 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 등과 같은 다른 다중 접속 기술을 사용하는 통신 시스템보다 전송 채널에서의 신호 왜곡 및 주파수 간섭에 더욱 저항력이 있다는 점이다.
통신 시스템의 성능을 측정하는데 사용되는 하나의 척도는 신호대 잡음비(SNR)이다. 소정의 수신 신호의 크기는 수신기에서 그 수신 신호의 잡음의 크기와 비교된다. 높은 SNR로 수신된 전송 신호 내의 데이터는 수신기에서 쉽게 복구된다. 낮은 SNR로 수신된 전송 신호 내의 데이터는 데이터 손실로 이어진다.
종래 기술의 CDMA 통신 시스템은 도 1에 도시되어 있다. 이러한 통신 시스템은 지역 공중 교환 전화망(PSTN) 교환국을 통해 접속된 복수 개의 기지국(201, 202, ... 20N)을 갖고 있다. 각각의 기지국(201, 202, ... 20N)은 대역 확산 CDMA를 사용하여 셀룰러 영역 내에서 이동 및 고정 가입자 장치(221, 222, ... 22N)와 통신한다.
도 2에는 단순화된 CDMA 송신기(24)와 수신기(26)가 도시되어 있다. 소정의 대역폭을 갖는 데이터 신호는 의사 랜덤 칩 코드 시퀀스 발생기에서 생성된 확산 코드와 혼합된다. 여기서, 의사 랜덤 칩 코드 시퀀스 발생기는 전송용 디지털 대역 확산 신호를 생성하는 장치이다. 데이터가 수신되면, 그 데이터를 전송하는데 사용된 것과 동일한 의사 랜덤 칩 코드 시퀀스와의 결합(correlation) 후에 데이터가 재생된다. 상이한 의사 랜덤 칩 코드 시퀀스를 사용하게 되면, 많은 데이터 신호 또는 서브 채널이 동일한 채널 대역폭을 공유할 수 있게 된다. 특히, 기지국(201)은 동일한 대역폭을 사용하여 가입자 장치(221, 222, ... 22N) 그룹과 통신할 수 있다. 순방향 링크 통신은 기지국(201)으로부터 가입자 장치(221, 222, ... 22N)로의 통신이고, 역방향 링크 통신은 가입자 장치(221, 222, ... 22N)로부터 기지국(201)으로의 통신이다.
수신기(26)와의 동기화 타이밍을 위해, 변조되지 않은 파일럿 신호가 사용된다. 파일럿 신호는 각각의 수신기(26)가 소정의 송신기(24)와 동기화 하도록 하여,수신기(26)에서의 트래픽 신호의 확산을 막을 수 있다. 종래의 CDMA 시스템에서, 각각의 기지국(201, 202, ... 20N)은 순방향 링크 전송에 동기화하기 위하여 통신 범위 내에 있는 모든 가입자 장치(221, 222, ... 22N)에 의해 수신되는 고유의 글로벌 파일럿 신호를 전송한다. 이와 반대로, 예를 들어 B-CDMATM무선 인터페이스와 같은 몇가지 CDMA 시스템에서, 각각의 가입자 장치(221, 222, ... 22N)는 역방향 링크 전송에 동기화하기 위해 고유하게 부여된 파일럿 신호를 전송한다.
도 3은 종래 기술의 송신기(24)의 일예이다. 트래픽, 파일럿 및 유지 신호를 포함하는 데이터 신호(281, 282, ... 28N)는 각각 고유 칩 코드 시퀀스(321, 322, ... 32N)와 함께 각각의 혼합기(301, 302, ... 30N)를 사용하여 확산된다. 각각의 혼합기의 출력은 결합기(34)에 결합되어 있고, 이 결합기(34)에서는 개별적인 혼합 신호를 가산하여 결합 신호(44)로 만든다. 이러한 결합 신호(44)는, 이 결합 신호(44)를 도 3에서 COS ωt로 도시된 무선 주파수 캐리어와 혼합시키는 혼합기(36)에 의해 무선 주파수(RF)로 변조된다. 이 변조 신호는 증폭기(38)에 의해 소정의 전송 전력 레벨(TLP)로 증폭되고 안테나(40)에 의해 방사된다.
대부분의 CDMA 시스템은 몇몇 형태의 적응적 전력 제어를 사용한다. CDMA 시스템에서, 많은 신호는 동일한 대역폭을 공유하고 있다. 가입자 장치(221, 222, ... 22N) 또는 기지국(201, 202, ... 20N)이 특정 신호를 수신하고 있을 때, 동일한 대역폭 내의 모든 다른 신호는 특정 신호와 관련된 잡음이다. 하나의 신호의 전력 레벨을 증가시키면 동일한 대역폭 내의 모든 다른 신호를 열화시키는 것이 된다. 그러나, TLP를 너무 감소시키면 결국 수신기(26)에서 바람직하지 않은 SNR 값이 나오게 된다. 최소의 전송 전력 레벨에서 바람직한 SNR을 유지하기 위해, 적응적 전력 제어가 이용된다.
일반적으로, 송신기(24)는 신호를 특정한 수신기(26)에 전송할 것이다. 수신시에, SNR이 결정된다. 이 결정된 SNR은 소정의 SNR과 비교된다. 이러한 비교를 기초로 하여, 신호가 역방향 링크로 송신기(24)에 전송되어, 전송 전력을 증가시키거나 또는 감소시킨다. 이것은 순방향 채널 전력 제어로 알려져 있다. 이와 반대로, 가입자 장치(22)로부터 기지국(20)으로의 전력 제어는 역방향 채널 전력 제어로 알려져 있다.
증폭기(641, 642, ... 64n)는 도 3에서 적응적 전력 제어에 사용된다. 증폭기(641, 642, ... 64n)는 개별적으로 각각의 신호의 전력 레벨을 제어하기 위해 결합기(34)의 입력에 접속된다.
도 4a, 4b, 4c 및 4d는 3 개의 대역 확산 신호(421, 422, 423)와 이러한 신호의 결합 신호(44)의 단순화된 도면을 도시하고 있다. 각각의 신호(421, 422, 423)가 상이한 의사 랜덤 칩 코드 시퀀스와 함께 확산될 지라도, 각각의 신호(421, 422, 423)는 치핑 레이트(chipping rate)에 동기화된다. 시퀀스 내의 개별적인 칩이 합계될 때, 이 결합 신호는 칩에너지가 결합되는 극도의 과도(46, 48)와, 칩 에너지가제거되는 낮은 과도(47)를 가질 수 있다.
높은 과도 피크는 바람직하지 않다. 3 dB의 피크 증가마다, Watt에서의 베이스 증폭 전력의 2배가 필요하다. 증폭기에 과도 부담시키고 증폭기에 전력을 제공하는데에는 예상될 수 있는 최대의 과도보다 더욱 큰 용량을 가져야만 한다. 이것은 특히 휴대용 배터리로 동작하는 장치에 바람직하지 않다. 부가적으로, 높은 과도로 인한 고전력 레벨로 설계하기 위해, 더욱 복잡한 증폭기 회로가 필요하거나 또는 증폭 이득, 배터리 수명 및 통신 시간 사이의 절충물이 발생되게 된다. 높은 과도값으로 증폭기(38)는 동작 범위의 비선형 영역으로 접어들어, 대역외 방사를 증가시키고 증폭기의 효율을 감소시키게 된다. 따라서, 종래 기술과 관련된 문제점을 해결할 수 있는 적응적 무선 주파수 전송 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 대역 확산 코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, CDMA 통신 시스템 내에서 순방향 및 역방향 링크 전송 전력을 적응적으로 제한하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술의 CDMA 시스템의 도면.
도 2는 종래 기술의 CDMA 송신기 및 수신기의 도면.
도 3은 종래 기술의 송신기의 시스템 블록도.
도 4a는 제1의 의사 랜덤 칩 코드 시퀀스의 도면.
도 4b는 제2의 의사 랜덤 칩 코드 시퀀스의 도면.
도 4c는 제3의 의사 랜덤 칩 코드 시퀀스의 도면.
도 4d는 도 4a∼도 4c의 결합 칩 코드 시퀀스의 도면.
도 5는 증폭기에 접속된 전력 측정 장치를 갖는 본 발명의 일실시예의 시스템 블록도.
도 6은 변조기에 접속된 전력 측정 장치를 갖는 본 발명의 다른 실시예의 시스템 블록도.
도 7은 결합 신호의 전력 레벨의 확률 분포 함수의 도면.
도 8은 수신된 신호대 잡음비 VS 클리핑 레벨에서의 손실에 관한 도면.
도 9는 적응적 전력 제어를 사용하는 CDMA 통신 시스템에서 수신된 신호대 잡음비 VS 클리핑 레벨에서의 손실에 관한 도면.
도 10은 증폭 이득를 제어하는 프로세서를 갖는 본 발명의 다른 실시예의 시스템 블록도.
본 발명은 CDMA 통신 시스템으로 전송된 신호의 과도 피크를 감소시킬 수 있다. 복수의 대역 확산 데이터 신호는 이 데이터 신호의 결합에 따라 변동하는 전력 레벨을 갖는 결합 신호로 결합된다. 이러한 결합 신호는 전송용 무선 주파수 신호를 생성하기 위해 변조된다. 이 결합 신호의 평균 전력은 선택된 시간 주기 동안 측정된다. 결합 신호의 전력 레벨은 적어도 부분적으로는 측정된 전력을 기초로 하여 계산된 전력 레벨로 적응적으로 제한된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 명세서 전체를 통해 유사한 소자에는 유사한 동일 부호를 사용한 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 전송 시스템을 도시하고 있다. 트래픽, 파일럿 및 유지 신호를 구비하는 데이터 신호(281, 282, ... 28n) 그룹은 상이한 칩 코드 시퀀스(321, 322, ... 32n)와 함께 혼합되고 결합기(34)에서 결합 신호(44)로 합계된다. 결합기(34)는 신호 전력 레벨이 +β와 -βdB 사이로 확고히 제한되는 조절 가능한 신호 제한기(50)(클리퍼)에 접속된다. +β와 -β사이의 전력 레벨은 영향 받지 않는다. 제한 신호(45)는 혼합기(36)에 의해 무선 주파수로 변조된다. 이 변조된 신호는 증폭기(38)에 의해 소정의 전력 레벨로 증폭되고 안테나(40)에 의해 방사된다.
도 7은 결합 신호 전력 레벨의 일반적인 확률 분포 함수를 도시하고 있다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 결합칩(46, 47, 48)은 연관된 전력 레벨을 가질 것이다. 특정한 전력 레벨을 갖는 소정의 결합칩의 확률은 도 7에 도시되어 있다. 2 개의 극단의 전력 레벨은 +K 와 -K이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 소정의 결합칩이 +K 와 -K의 전력 레벨을 가질 확률은 매우 낮다. 반면에, 결합칩이 2 개의 극단의 전력 레벨의 중간의 전력 레벨을 가질 확률은 높다. 대역 확산 신호가 거대한 통신 대역폭에 걸쳐 확산되고 결합칩이 분포 함수의 끝부분의 전력 레벨을 가질 확률이 낮기 때문에, 결합 신호(44)는 극소의 손실을 갖는 이러한 극단의 전력 레벨 이하로 클리핑될 수 있다.
전송 시스템은 클리핑 레벨(β)을 조절하여 전송 신호대 잡음비(SNR)에서 단지 약간의 감소로 신호 과도를 제거할 수 있다. 도 8은 적응적 전력 제어를 사용하지 않는 시스템에 대한 SNR과 클리핑 레벨 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 실선, 파선 및 점선은 상이한 동작의 SNR을 갖는 통신 채널을 도시하고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 2 개의 표준 편차의 클리핑 레벨로 설정된 β에서의 SNR의 손실은 무시할 수 있고 하나의 표준 편차의 클리핑 레벨로 설정된 β에서의 SNR의 손실은 단지 대략 0.2dB이다.
도 9는 적응적 전력 제어를 사용하는 시스템의 SNR VS 클리핑 레벨에 관한 그래프이다. 그 결과는 적응적 전력 제어를 사용하지 않는 시스템에서 취득된 결과와 유사하다. 도 9에 도시된 바와 같이, 2 개의 표준 편차의 클리핑 레벨을 갖는 SNR에서의 손실 또한 무시할 수 있다. 따라서, 적응적 전력 제어를 사용하는 시스템과 적응적 전력 제어를 사용하지 않는 시스템에도 클리핑 회로가 적용될 수 있다.
도 5를 참조하면, β를 결정하기 위해, 본 발명은 전력 측정 장치(52)와 프로세서(54)를 이용한다. 전력 측정 장치(52)는 도 5에 도시된 RF 증폭기(38)의 출력 또는 도 6에 도시된 혼합기(36) 중의 어느 하나에 접속된다. 바람직하게도, 전력 측정 장치(52)는 소정의 시간 주기 동안에 전송 신호 크기 제곱의 평균을 결정한다. 바람직한 전력 측정 장치(52)의 출력은 혼합 신호(49) 또는 전송되는 신호(51)의 분산에 근접한다. 또한, 전력 측정 장치(52)는 신호(49, 51)의 절대값의 평균을 취함으로써 표준 편차의 근사값을 결정하거나 또는 전력 측정 장치(52)는 분산 또는 표준 편차 중의 어느 하나를 결정하는 프로세서로 신호(49, 51)의 크기를 측정한다.
전력 측정 장치(52)의 출력은 프로세서에 접속된다. 만약 전력 측정 장치(52)가 증폭기(38)의 출력에 접속된다면, 프로세서(54)는 증폭기(38)의 이득에 의해 전력 측정 장치(52)의 출력을 감소시킨다. 프로세서(54)는 β에 대한 적절한클리핑 레벨을 결정한다. 바람직한 SNR 및 대역폭에 따라, β에 대한 값은 표준 편차의 배수(multiple)일 것이다. 전력 측정 장치(52)의 출력이 분산에 근접한다면, 프로세서(54)는 표준 편차로 전력 측정 장치의 출력의 제곱 루트를 취할 것이다. 바람직한 실시예에서, β는 표준 편차의 2 배일 것이다.
특정한 상황에서, 프로세서(54)는 β의 결정값을 무시(override)한다. 예를 들어, 만약 송신기(25)가 기지국(201, 202, ... 20n)에서 사용된다면, 사용자 수의 많은 증가로 β는 일시적으로 너무 낮은 값으로 설정되게 된다. 이로 인하여 바람직한 SNR을 수신할 수 없다. 회선(60)을 통해 프로세서(54)에 제공될 때, 현재 기지국(201, 202, ... 20n)과 통신하는 사용자 수는 β를 변경시키거나 또는 일시적으로 클리퍼(50)를 디스에이블하게 하여 모든 신호가 적절한 때에 불변의 상태로 통과하도록 한다.
추가적으로, 확률 분포 함수가 큰 샘플 크기를 취하기 때문에, 적은 수의 사용자로 바람직한 SNR을 수신할 수 없다. 따라서, 만약에 단지 적은 수의 사용자가 기지국(201, 202, ... 20n)과 통신한다면, 클리퍼(50)가 디스에이블 될 수 있다. 부가하여, 단지 적은 수의 사용자가 액티브 할 때에는 증폭기의 동작 범위에 도달하지 못한다. 따라서, 결합 신호를 클리핑 할 필요가 없다. 다른 상황에서는 클리퍼(50)를 무시할 필요가 있다. 예를 들어, 일부의 CDMA 시스템에서, 단축화 코드가 초기 전력의 램프업(ramp up) 동안에 사용된다. 이러한 단축화 코드가 랜덤 신호에 근접하는데 충분하지 않기 때문에, 우연히도 하나의 코드는 신호 내에서 다수의 높은 과도 피크가 된다. 이러한 전송의 클리핑은 수신되는 SNR을 극적으로 감소시키고 불필요하게 초기 전력의 램프업 절차를 지연시킨다. 이러한 상황에서, 신호는 회선(62)을 통해 프로세서(54)에 전송되어 클리퍼(50)를 무시할 것이다.
도 10에 도시된 다른 실시예에서, 프로세서(54)는 또한 회선(58)을 통해 증폭기(38)의 이득을 제어하는데 사용된다. 증폭기의 이득 특성은 프로세서 내에 저장된다. 증폭 이득은 증폭기가 비선형 동작 영역으로 접어들지 못하도록 조절된다. 따라서, 인접 주파수 대역 내의 서비스에 대한 대역외 방사 또는 간섭은 감소하게 된다.
본 발명이 특정 실시예를 자세히 참조하여 설명되었을 지라도, 그러한 설명은 제한적이기 보다는 예시적인 것일 뿐이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 기술적 범주를 벗어나지 않고서 동작 구조와 동작 모드에서의 많은 변경이 이루어질 수 있다는 점을 당업자들은 인식할 수 있을 것이다.
Claims (23)
- CDMA 통신 시스템 스테이션에 사용하기 위한 송신기에 있어서,복수의 대역 확산 데이터 신호를, 이 데이터 신호의 결합에 따라 변동하는 전력 레벨을 갖는 결합 신호로 결합하는 수단과;전송 용의 무선 주파수 신호를 생성하기 위해 상기 결합 신호를 변조하는 수단과;선택된 시간 주기 동안에 상기 결합 신호의 평균 전력을 측정하는 수단과;적어도 부분적으로 측정 전력을 기초로 하여, 상기 결합 신호 전력을 계산된 전력 레벨로 적응적으로 제한하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
- 제1항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 선택된 시간 주기 동안에 상기 무선 주파수 신호의 평균 전력을 측정하는 것인 송신기.
- 제1항에 있어서, 전송 이전에 상기 무선 주파수 신호를 증폭하기 위한 증폭기를 더 포함하고, 상기 측정 수단은 상기 선택된 시간 주기 동안에 상기 증폭된 무선 주파수 신호의 평균 전력을 측정하는 것인 송신기.
- 제1항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 결합 신호 전력의 분산(variance)을 결정하고, 상기 적응적 제한 수단은 부분적으로 상기 분산의 근사값을 기초로 하여상기 결합 신호 전력을 상기 계산된 전력 레벨로 제한하는 것인 송신기.
- 제1항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 결합 신호 전력의 제곱의 평균을 결정하고, 상기 적응적 제한 수단은 부분적으로 상기 제곱의 평균을 기초로 하여 상기 결합 신호 전력을 상기 계산된 전력 레벨로 제한하는 것인 송신기.
- 제1항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 결합 신호 전력의 절대값의 평균을 결정하고, 상기 적응적 제한 수단은 부분적으로 상기 절대값의 평균을 기초로 하여 상기 결합 신호 전력을 상기 계산된 전력 레벨로 제한하는 것인 송신기.
- 제1항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 결합 신호 전력의 크기를 결정하고 상기 측정 수단은 상기 결정된 크기를 기초로 하여 상기 결합 신호 전력의 분산을 결정하기 위한 처리 수단을 갖고, 상기 적응적 제한 수단은 부분적으로 상기 결정된 분산을 기초로 하여 상기 결합 신호 전력을 상기 계산된 전력 레벨로 제한하는 것인 송신기.
- 제1항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 결합 신호 전력의 표준 편차를 결정하기 위한 처리 수단을 갖고, 상기 적응적 제한 수단은 부분적으로 결정된 표준 편차를 기초로 하여 상기 결합 신호 전력을 상기 계산된 전력 레벨로 제한하는 것인 송신기.
- 제8항에 있어서, 상기 계산된 전력 레벨은 2 개의 상기 결정된 표준 편차인 것인 송신기.
- 제8항에 있어서, 상기 계산된 전력 레벨은 상기 결정된 표준 편차인 것인 송신기.
- 제8항에 있어서, 상기 처리 수단은 다수의 액티브한 사용자에 응답하여 상기 적응적 제한 수단을 디스에이블하게 하는 것인 송신기.
- 제8항에 있어서, 상기 처리 수단은 단축화 코드의 전송 동안에 상기 적응적 제한 수단을 디스에이블하게 하는 것인 송신기.
- 제8항에 있어서, 전송 이전에 상기 무선 주파수 신호를 증폭하기 위한 증폭기와, 상기 계산된 전력 레벨을 결정하기 위한 처리 수단을 더 포함하고, 상기 증폭기의 이득은 상기 계산된 전력 레벨과 상기 증폭기의 저장된 이득 특성에 응답하여 상기 처리 수단에 의해 조절되는 것인 송신기.
- CDMA 통신 시스템에서의 전송 방법에 있어서,복수의 대역 확산 데이터 신호를, 상기 데이터 신호의 결합에 따라 변동하는전력 레벨을 갖는 결합 신호로 결합하는 단계와;무선 주파수 신호를 생성하기 위해 상기 결합 신호를 변조하는 단계와;선택된 시간 주기 동안에 상기 결합 신호의 평균 전력을 측정하는 단계와;적어도 부분적으로 측정된 전력을 기초로 하여, 상기 결합 신호 전력을 계산된 전력 레벨로 적응적으로 제한하고, 상기 무선 주파수 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 측정은 선택된 시간 주기 동안에 상기 무선 주파수 신호의 평균 전력의 측정인 것인 전송 방법.
- 제14항에 있어서, 전송 이전에 상기 무선 주파수 신호를 증폭하는 단계를 더 포함하고, 상기 측정은 상기 선택된 시간 주기 동안에 상기 증폭된 무선 주파수 신호의 평균 전력의 측정인 것인 전송 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 계산된 전력은 상기 결합 신호의 분산을 기초로 하는 것인 전송 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 계산된 전력은 상기 결합 신호의 표준 편차를 기초로 하는 것인 전송 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 계산된 전력은 하나의 상기 표준 편차인 것인 전송 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 계산된 전력은 2 개의 상기 표준 편차인 것인 전송 방법.
- 제14항에 있어서, 다수의 액티브 사용자에 응답할 때에는 상기 적응적 제한 단계가 수행되지 않는 것인 전송 방법.
- 제14항에 있어서, 단축화 코드의 전송에 응답할 때에는 상기 적응적 제한 단계가 수행되지 않는 것인 전송 방법.
- 제14항에 있어서, 전송 이전에 이득 인자(gain factor)에 의한 무선 주파수 신호를 증폭기에 의해 증폭하는 단계와;상기 계산된 전력 레벨과 상기 증폭기의 저장된 이득 특성에 응답하여 이득 인자를 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 전송 방법.
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