KR100431930B1 - 위성방송 지상 중계 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위성방송 지상 중계 시스템에 관한 것으로, 위성방송신호를 업링크시키는 위성방송 송출국과; 상기 위성방송 송출국으로부터 다운링크시키는 위성과; 상기 위성으로부터 다운링크된 주파수의 편파를 변환시켜 출력시키는 지상 중계 장치; 및 상기 지상 중계 장치로부터의 주파수를 수신하여 중간주파수로 변환하여 입력받는 가입자 수신기로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 위성방송 수신 음영지역이라 하더라도 위성방송을 수신할 수 있는 위성방송 지상 중계 시스템을 제공하고, 소형의 수신안테나를 설치함으로써 설치비용이 줄어들고, 설치공간을 적게 차지하므로 건축물의 미관을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

위성방송 지상 중계 시스템{Repeating System for Satellite Broadcasting}

본 발명은 위성방송에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 위성방송을 위성으로부터 직접 가입자에게 전송하지 않고, 중계기를 통해 수신한 다음 특정지역의 다수의 가입자에게 전송할 수 있는 위성방송 중계 시스템에 관한 것이다.

현재 국내에 위성 방송용으로 할당된 Ku 밴드 주파수 대역은 10.7GHz로부터 12.75GHz이다. 이중에서 무궁화 3호 위성에서 사용중인 주파수 대역은 11.7GHz로부터 12.75GHz이다. 이 대역의 주파수는 국내 및 국외의 여러 위성에서 공통적으로 사용하고 있다.

이와 같이 위성의 업링크 및 다운링크의 주파수 사용의 효율을 높이기 위한 방법으로서, 업링크와 다운링크를 직교되는 편파를 활용하여 전송시키는 방법이 채택되고 있다. 즉, 직교(Orthogonal)하는 전파는 상호 간섭을 주지 않는다는 원리에 착안하여, 동일한 주파수 대역에서 편파만을 바꾸어 전송함으로써 주파수의 사용을 극대화하는 방식이 널리 사용되고 있다.

예를 들어, 무궁화 3호 위성의 경우에는 업링크의 방송신호는 좌선회 원형편파(LHCP), 다운링크의 통신신호는 수직편파(V-POL)이고 위성으로부터의 다운링크의 방송신호는 좌선회 원형편파(LHCP)로 전송시키고, 통신용 신호는 수평편파(H-POL)로 전송시킨다. 일본의 경우에는 방송용중계기는 상향과 하향에 대하여 동일한 주파수를 사용하고 업링크 방송신호 및 다운링크 방송신호 모두 우선회 원형편파(RHCP)로 전송한다.

도 1은 종래의 실시예에 따른 위성방송의 가입자 위성방송 신호의 수신경로를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도면에서 참조부호 10은 위성 방송 송출국, 12는 위성 송출 안테나, 20은 위성, 30과 40은 위성 수신 안테나, 32와 42는 셋톱박스, 34와 44는 TV, U는 업링크의 방송신호, D는 다운링크의 방송신호를 각각 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이, 위성 방송 송출국(10)의 위성 송출 안테나(12)로부터 송출된 업링크의 방송신호(U)는 위성(20)에서 다운링크의 방송신호(D)로 변환되어 가입자의 위성 수신 안테나(30, 40)에 수신된다.

그러나, 아파트 밀집지역이나 도심의 빌딩지역에는 고층건물(50)에 의해 위성으로부터 가입자의 위성 수신 안테나(40)에 수신되어야 할 다운로드의 방송신호(D)가 차단되는 문제점이 있다. 이와 같이 다운링크의 방송신호(D)가 수신되지 않는 지역을 이른바 위성방송 수신 음영지역이라 한다.

그리고 가입자는 위성방송을 수신하기 위해서는 위성 수신용 파라볼라 안테나를 설치하여야 하는데 이와 같은 파라볼라 안테나를 설치하기 위해서는 비용이 많이 소요되고, 공간을 많이 차지하는 문제점이 있다.

한편, 아파트의 경우에는 공통의 위성수신설비를 갖추는 SMATV방식을 이용하여 위성방송을 제공하는 방법이 있으나, 구내선로, H/E, 분배기를 교체시켜야 할 필요가 있고, 그로 인한 기술적 문제점이 빈번히 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 위성방송 수신 음영지역을 없앨 수 있는 위성방송 지상 중계 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 위성으로부터 다운링크의 방송신호를 수신하여 특정지역의 다수의 가입자에게 중계할 수 있는 위성방송 지상 중계 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

그리고 본 발명은 소형의 저가 수신용 안테나를 구비하고 위성방송 신호를 수신할 수 있는 위성방송 가입자 수신기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 실시예에 따른 위성방송의 가입자 수신경로를 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위성방송의 가입자 수신경로를 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위성방송 지상 중계 시스템의 지상 중계 장치의 회로도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 위성방송 지상 중계 시스템의 가입자 수신기의 회로도.

도 5는 도 3에 도시된 위성방송 지상 중계 시스템의 지상 중계 장치에서 수신 피드혼과 저잡음 증폭기의 구성을 상세히 나타낸 도면.

도 6은 도 3에 도시된 위성방송 지상 중계 시스템의 지상 중계 장치에서 송신 피드혼의 구성을 상세히 나타낸 도면.

도 7은 도 5에 도시된 수신 피드혼과 도 6에 도시된 송신 피드혼의 편파 변환의 예를 나타낸 도면.

도 8은 도 4에 도시된 위성방송 지상 중계 시스템의 가입자 수신기의 수신부의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200 : 지상 중계 장치 400 : 가입자 수신기

510 : 수신 주파수 수집부 520, 640 : 유전체

530, 630 : 도파관 550 : 저잡음 증폭기

540, 620, 820 : 탐침 560 : 전원공급 커넥터

570, 610 : SMA접속 커넥터 650 : 출력 피드혼

810 : 수신안테나 830 : 중간주파 변환부

840 : 커넥터

상술한 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명의 특징에 의하면, 위성방송 지상 중계 시스템은 위성방송 송출국으로부터 업링크된 위성방송신호를 제 1 편파군의 주파수로 다운링크시키는 위성과; 상기 위성으로부터 다운링크되는 제 1 편파군의 주파수를 수신하여 제 2 편파군의 주파수로 변환시켜 출력시키는 지상 중계 장치; 및 상기 지상 중계 장치로부터의 제 2 편파군의 주파수를 수신하여 중간주파수로 변환하여 전기적 신호로 출력시키는 가입자 수신기로 구성된 것을 특징으로 한다.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 지상 중계 장치는 제 1 편파군의 주파수의 위상을 180° 변환시키는 리플렉터와; 상기 리플렉터로부터 위상이 180。 변환된 제 1 편파군의 주파수의 전자파를 수집하여 전기적 신호로 변환시키는 수신 피드혼과; 상기 수신 피드혼을 통해 수집된 전기적 신호의 잡음을 줄임과 동시에 증폭시키는 저잡음 증폭기와; 상기 저잡음 증폭기로부터의 전기적 신호를 전자파로 변환시키는 웨이브 가이드; 상기 웨이브 가이드로부터의 전자파를 제 2 편파군로 변환하여 출력시키는 출력 피드혼으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 지상 중계 장치는 상기 웨이브 가이드와 출력 피드혼을 다수개 구비한 것을 특징으로 한다.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 가입자 수신기는 제 2 편파군의 주파수를 수신하여 중간주파수로 변환한 후 전기적 신호로 출력시키는 수신부로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 지상 중계 장치는 상기 위성으로부터 다운링크되는 제 1 편파군의 주파수의 위상을 180° 변환시키는 리플렉터와; 상기 리플렉터로부터 반사되어 위상이 180° 변환된 제 1 편파군의 주파수의 전자파를 수집하여 전기적 신호로 변환시키는 수신 피드혼과; 상기 수신 피드혼을 통해 수집된 전기적 신호의 잡음을 줄임과 동시에 증폭시키는 저잡음 증폭기와; 상기 저잡음 증폭기로부터의 전기적 신호를 전자파로 변환시키는 웨이브 가이드; 상기 웨이브 가이드로부터의 전자파를 제 2 편파군로 변환하여 출력시키는 출력 피드혼으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 지상 중계 장치는 상기 웨이브 가이드와 출력 피드혼을 다수개 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 가입자 수신기는 위성방송신호의 제 2 편파군의 주파수를 수신하여 전기적 신호로 변환시키는 평면 안테나와; 상기 평면 안테나로부터 수신된 제 2 편파군의 주파수를 중간주파수로 변환시키는 중간주파 변환부를 포함하여 구성된다.

이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위성방송의 가입자 수신경로를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도면에서 참조부호 110은 위성, 200은 지상 중계 장치, 400은 가입자 수신기를 각각 나타낸다. 그리고 참조부호 300은 지상 중계 장치로부터의 중계 전파를 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이, 지상 중계 장치(200)는 다운링크의 방송신호의 수신이 양호한 건물(B20)의 옥상에 설치된다. 그리고 가입자는 아파트와 같은 건물(B10)의 각 세대에 가입자 수신기(400)를 설치한다.

상기 지상 중계 장치(200)로부터 가입자 수신기(400)에 중계되는 방송신호는 방송도달 거리 내에서 수신된다. 따라서, 지상 중계 장치(200)는 중계하고자 하는지역의 가입자 수 등을 고려하여 해당 아파트의 옥상에 설치하여 직접 중계하거나 타 아파트의 옥상에 설치하여 해당 아파트에 중계되도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위성방송 지상 중계 시스템의 지상 중계 장치의 회로도이다. 도면에서 참조부호 210은 수신 안테나, 220은 저잡음 증폭기, 230은 동축 케이블, 240은 선형 증폭기, 250은 출력 안테나를 각각 나타낸다.

상기 수신 안테나(210)는 위성 방송 신호를 수집하는 피드혼으로 구성된다. 또한 상기 출력 안테나(250)는 위성 방송 신호를 송신하는 피드혼으로 구성된다.

본 발명의 실시예에서 상기 지상 중계 장치를 통해 수신 주파수(F1) 및 송신 주파수(F2)의 범위는 11.7GHz로부터 12.75GHz까지이다. 그리고 상기 수신 주파수(F1)의 수신전파 형태는 방송용의 좌선회 원형편파(LHCP)와 통신용의 수평편파(H-POL)이다. 또한 상기 송신 주파수(F2)의 송신전파 형태는 방송 및 통신용의 우선회 원형편파(RHCP)이다.

그런데 피드혼의 전면에 설치된 리플렉터(Reflector)는 수신 주파수(F1)의 좌선회 원형편파(LHCP)를 반사시키게 된다. 이와 같이 리플렉터(Reflector)에 의해 반사된 수신 주파수는 위상이 180°변화하게 되므로, 방송용의 좌선회 원형편파(LHCP)는 우선회 원형편파(RHCP)로 변환되고 통신용의 수평편파(H-POL)는 그대로 수신 안테나(210)의 피드혼에 수집된다.

이와 같이 수신 안테나(210)에서 수집된 수신 주파수(F1)는 저잡음 증폭기(220)에 의해 약 +60dB 증폭된다. 이와 같이 증폭된 수신 주파수(F1)는 동축 케이블(230)을 통해 출력 안테나(250)의 선형 증폭기(240)로 전송된다. 상기 동축케이블(230)은 출력 안테나(250)가 설치된 곳까지 위성 방송 신호를 전송시키고자 하는 것으로 일반적으로 짧은 거리에서 -10dB 정도의 손실이 발생된다.

상기 선형 증폭기(240)로 전송된 수신 주파수(F1)는 출력 안테나(250)의 피드혼을 통해 우선회 원형편파(RHCP)의 송신 주파수(F2)로 송출된다. 이때 상기 선형 증폭기(240)는 예컨대 +0dB로 수신 주파수(F1)를 증폭한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 위성방송 지상 중계 시스템의 가입자 수신기의 회로도이다. 도면에서 참조부호 410은 가입자 수신 안테나, 420은 저잡음 증폭기, 430은 믹서, 440은 중간주파 증폭기, 450은 중간주파 케이블, 460은 셋톱박스, 800은 TV를 각각 나타낸다.

상기 가입자 수신 안테나(410)는 지상 중계 장치(200)로부터 출력된 우선회 원형편파(RHCP)의 송신 주파수(F2)를 수신한다. 이와 같이 수신된 송신 주파수(F2)는 저잡음 증폭기(420)로부터 증폭된 후 믹서(430)에 입력된다. 상기 송신 주파수(F2)는 저잡음 증폭기(420)를 통해 약 +30dB 증폭된다. 그리고 상기 믹서(430)에서는 약 -5dB의 감쇄가 일어난다.

한편, 중간주파 증폭기(440)는 상기 믹서(430)로부터의 중간 주파수(IF)를 증폭한 후 동축케이블(450)을 통해 셋톱박스(460)로 전송한다. 셋톱박스(460)는 상기와 같이 전송된 중간 주파수(IF)에서 가입자가 선택한 채널의 신호를 TV(800)로 출력시킨다.

도 5는 도 3에 도시된 위성방송 지상 중계 시스템의 지상 중계 장치에서 수신 피드혼과 저잡음 증폭기의 구성을 상세히 나타낸 도면이다. 도면에서 참조부호510은 수신 주파수 수집부, 520은 유전체, 530은 도파관, 540은 탐침, 550은 저잡음 증폭기, 560은 전원공급 커넥터, 570은 SMA접속 커넥터를 각각 나타낸다.

여기서 수신 주파수 수집부(510)는 리플렉터로부터 수신 주파수(F1)를 수집한다. 이와 같이 수집된 수신 주파수(F1)는 유전체(520)에 의하여 여파된다.

그리고 도파관(530)은 상기 KU밴드의 여파된 수신 주파수(F1)가 전기적 신호로 변환되도록 탐침(540)으로 유도한다. 이와 같이 탐침(540)에 의해 변환된 전기적 신호는 저잡음 증폭기(550)에서 잡음이 제거된 후 증폭된다. 상기 유전체(520)는 우선회 원형편파(RHCP)의 위상에 적합하도록 판형으로 대각선 방향으로 삽입시켜 고정시킨다. 한편, 상기 저잡음 증폭기(550)에는 전원공급 커넥터(560)를 통해 +15볼트의 직류 전원이 공급된다.

도 6은 도 3에 도시된 위성방송 지상 중계 시스템의 지상 중계 장치에서 송신 피드혼의 구성을 상세히 나타낸 도면이다. 도면에서 참조부호 610은 SMA접속 커넥터, 620은 탐침, 630은 도파관, 640은 유전체, 650은 출력 피드혼을 각각 나타낸다.

상기 SMA접속 커넥터(610)는 저잡음 증폭기에 의해 증폭된 전기적 신호를 수신하는 입력포트이다. 상기와 같이 입력된 전기적 신호는 탐침(620)과 도파관(630)에 의해 전자파로 변환시킨다. 상기 탐침(620)과 도파관(630)의 구성을 이른바 웨이브 가이드(Wave Guide)라 한다.

상기 도파관(630)으로부터 인입된 전자파는 유전체(640)에 의해 우선회 원형편파(RHCP)로 변환된다. 따라서, 상기 유전체(640)는 전자파가 우선회원형편파(RHCP)로 변환되도록 출력 피드혼(650)의 도파관 내에 대각선 방향으로 설치된다. 즉, 상기 유전체(640)는 2개의 직교 선형 편파 중 한 개의 성분이 영향을 받아 우선회 원형편파를 발생시키게 된다. 출력 피드혼(650)은 상기 생성된 우선회 원형편파(RHCP)를 가입자측으로 출력한다.

도 7은 도 5에 도시된 수신 피드혼과 도 6에 도시된 송신 피드혼의 편파 변환의 예를 나타낸 도면이다. 도면에서 참조부호 740a는 제 1 핀, 740b는 제 2 핀, 740c는 제 3 핀, 740d는 제 4 핀, 730a는 제 1 홀, 730b는 제 2 홀, 730c는 제 3 홀, 740d는 제 4 홀을 각각 나타낸다.

도면에 도시된 피드혼은 수신 피드혼과 송신 피드혼에 공통적으로 사용할 수 있는 구조이다. 더욱이 본 발명의 실시예에 따른 피드혼은 도파관의 결합각도를 조절하여 편파의 종류에 적응시킬 수 있다.

상기 도면에서 제 1 핀(740a)을 제 1 홀(730a)과 결합시키고, 제 2 핀(740b)을 제 2 홀(730b)과 결합시키면, 피드혼을 우선회 원형편파(RHCP)에 적합시켜 사용할 수 있다. 또한, 피드혼의 제 1 핀(740a)을 제 4 홀(730d)과 결합시키고, 제 2 핀(740b)을 제 1 홀(730a)과 결합시키면 좌선회 원형편파(LHCP)에 적합시켜 사용할 수 있다.

도 8은 도 4에 도시된 위성방송 지상 중계 시스템의 가입자 수신기의 수신부의 구성을 상세히 나타낸 도면이다. 도면에서 참조부호 810은 수신안테나, 820은 탐침, 830은 중간주파 변환부, 840은 커넥터를 각각 나타낸다.

상기 수신안테나(810)는 우선회 원형편파(RHCP)의 전파를 수신할 수 있도록평면의 안테나로 구성된다. 상기 수신안테나(810)로부터 수신된 우선회 원형편파의 11.7GHz로부터 12.75GHz의 주파수는 탐침(820)을 통해 중간주파 변환부(830)로 전송된다. 그러면, 상기 중간주파 변환부(830)로 전송된 11.7GHz로부터 12.75GHz의 주파수는 950MHz로부터 2.15GHz의 대역의 중간 주파수(IF)로 변환된다. 이와 같이 전기적 신호로 변환된 중간 주파수(IF)는 커넥터(840)를 통해 셋톱박스로 전달된다.

본 발명은 종래의 위성방송 수신의 경우에 아파트 밀집지역이나 도심의 빌딩지역에는 고층건물에 의해 방송신호가 차단되는 문제점과, 위성방송을 수신하기 위해서는 위성 수신용 파라볼라 안테나를 설치하여야 하는데 이와 같은 파라볼라 안테나를 설치하기 위해서는 비용이 많이 소요되고 공간을 많이 차지하는 문제점과, 아파트의 경우에 구내선로, H/E, 분배기를 교체시켜야 할 필요가 있고, 그로 인한 기술적 문제점이 빈번히 발생되는 문제점을 해결한 것으로, 위성방송 수신 음영지역이라 하더라도 위성방송을 수신할 수 있는 위성방송 지상 중계 시스템을 제공하고, 소형의 수신안테나를 설치함으로써 설치비용이 줄어들고, 설치공간이 적게 차지할 수 있다.

Claims (15)

1. 위성방송 송출국으로부터 업링크된 위성방송신호를 제 1 편파군의 주파수로 다운링크시키는 위성과;

   상기 위성으로부터 다운링크되는 제 1 편파군의 주파수를 수신하여 제 2 편파군의 주파수로 변환시켜 출력시키는 지상 중계 장치; 및

   상기 지상 중계 장치로부터의 제 2 편파군의 주파수를 수신하여 중간주파수로 변환하여 전기적 신호로 입력받는 가입자 수신기를 포함하여 구성되되,

   상기 지상 중계 장치는 제 1 편파군의 주파수의 위상을 180°변환시키는 리플렉터와;

   상기 리플렉터로부터 반사되어 위상이 180° 변환된 제 1 편파군의 주파수의 전자파를 수집하여 전기적 신호로 변환시키는 수신 피드혼과;

   상기 수신 피드혼을 통해 수집된 전기적 신호의 잡음을 줄임과 동시에 증폭시키는 저잡음 증폭기와;

   상기 저잡음 증폭기로부터의 전기적 신호를 전자파로 변환시키는 웨이브 가이드 및;

   상기 웨이브 가이드로부터의 전자파를 제 2 편파군으로 변환하여 출력시키는 출력 피드혼으로 구성되는 것을 특징으로 하는 위성방송 지상 중계 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 지상중계장치는,

   상기 웨이브 가이드와 상기 출력 피드혼의 결합각도에 의해 편파변환이 조절되는 것을 특징으로 하는 위성방송 지상 중계 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 지상 중계 장치는 상기 웨이브 가이드와 출력 피드혼을 다수개 구비한 것을 특징으로 하는 위성방송 지상 중계 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가입자 수신기는 제 2 편파군의 주파수를 수신하여 중간주파수로 변환한 후 전기적 신호로 출력시키는 수신부로 구성된 것을 특징으로 하는 위성방송 지상 중계 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나에 있어서,

   상기 제 1 편파군 및 상기 제 2 편파군은 원형편파이거나 직선편파 또는 원형편파와 직선편파의 조합인 것을 특징으로 하는 위성방송 지상 중계 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 편파군은 원형편파 및 직선편파의 조합이고, 상기 제 2 편파군은 원형편파 또는 직선편파 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 위성방송 지상 중계 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 편파군은 좌선회 원형편파 및 수평편파이고, 상기 제 2 편파군은 우선회 원형편파 인 것을 특징으로 하는 위성 방송 지상 중계 시스템.
8. 상기 위성으로부터 다운링크되는 제 1 편파군의 주파수의 위상을 180° 변환시키는 리플렉터와;

   상기 리플렉터로부터 반사되어 위상이 180° 변환된 제 1 편파군의 주파수의 전자파를 수집하여 전기적 신호로 변환시키는 수신 피드혼과;

   상기 수신 피드혼을 통해 수집된 전기적 신호의 잡음을 줄임과 동시에 증폭시키는 저잡음 증폭기와;

   상기 저잡음 증폭기로부터의 전기적 신호를 전자파로 변환시키는 웨이브 가이드; 및

   상기 웨이브 가이드로부터의 전자파를 제 2 편파군으로 변환하여 출력시키는 출력 피드혼으로 포함하되,

   상기 웨이브 가이드와 상기 출력 피드혼의 결합각도에 의해 편파변환이 조절되는 것을 특징으로 하는 지상 중계 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 지상 중계 장치는 상기 웨이브 가이드와 출력 피드혼을 다수개 구비한 것을 특징으로 하는 지상 중계 장치.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 제 1 편파군 및 상기 제 2 편파군은 원형편파이거나 직선편파 또는 원형편파와 직선편파의 조합인 것을 특징으로 하는 지상 중계 장치
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 1 편파군은 원형편파 및 직선편파의 조합이고, 상기 제 2 편파군은 원형편파 또는 직선편파 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지상 중계 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 1 편파군은 좌선회 원형편파 및 수평편파이고, 상기 제 2 편파군은 우선회 원형편파 인 것을 특징으로 하는 지상 중계 장치.
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