KR100766018B1 - Transmission signal decision method for mobile communication system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템의 전송신호 추론 방법에 관한 것으로, 특히 프리앰블의 평균소요전력, 전력 램핑 스텝 크기 및 초기 전송전력을 추론하여 랜덤 액세스 채널에서 프리앰블의 전송 횟수를 최적화하게 하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 공통 파일럿 채널의 수신전력, 수신 세기 코드 전력 및 심벌 대 잡음비를 측정하여 프리앰블 검출 확률과 임계치에 대한 평균소요전력을 구해 프리앰블의 초기 전송전력과 전력 램핑 스텝 크기를 추정하는 과정과; 상기 프리앰블의 초기 전송전력으로 기지국측으로 프리앰블을 전송하고 포착 지시 채널 신호가 수신되는지를 판단하는 과정과; 상기 포착 지시 채널 신호가 수신되지 않으면 프리앰블의 초기 전송 전력에 전력 램핑 스텝 크기를 더해 다시 기지국측으로 프리앰블을 재전송하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 최적의 전송전력을 추론하여 프리앰블의 전송 횟수를 최적화시킴으로써 무선 채널에서 신호간의 간섭을 줄이고 사용자측에서 배터리의 사용 시간을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a transmission signal inference method of a mobile communication system. In particular, an object of the present invention is to infer an average required power of a preamble, a power ramping step size, and an initial transmission power to optimize the number of transmissions of a preamble in a random access channel. To this end, the present invention measures the receive power, receive strength code power, and symbol-to-noise ratio of the common pilot channel to obtain the preamble detection probability and the average power consumption for the threshold, and to estimate the initial transmit power and power ramping step size of the preamble. ; Transmitting a preamble to a base station with an initial transmit power of the preamble and determining whether an acquisition indication channel signal is received; If the acquisition indication channel signal is not received, a step of retransmitting the preamble to the base station by adding a power ramping step size to the initial transmit power of the preamble. Accordingly, the present invention has the effect of reducing the interference between signals in the wireless channel by inferring the optimal transmission power and optimizing the number of transmissions of the preamble, and extending the battery usage time on the user side.

Description

이동통신 시스템의 전송 신호 추론 방법{TRANSMISSION SIGNAL DECISION METHOD FOR MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}Transmission signal inference method of mobile communication system {TRANSMISSION SIGNAL DECISION METHOD FOR MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 랜덤 액세스 채널에서 프리앰블과 메시지 전송을 설명한 예시도.1 illustrates an example of preamble and message transmission in a random access channel.

도 2는 랜덤 액세스 채널에서 프리앰블 검출기의 구성을 보인 예시도.2 is a diagram illustrating a configuration of a preamble detector in a random access channel.

도 3은 본 발명 이동통신 시스템의 전송 신호 추론 방법의 동작 순서를 보인 순서도.3 is a flow chart showing the operation of the transmission signal inference method of the present invention mobile communication system.

도 4는 도 3의 프리앰블의 전력을 램핑하는 개요를 보인 설명도.4 is an explanatory diagram showing an outline of ramping power of the preamble of FIG.

도 5는 도 3의 프리앰블의 전력 램핑 모델을 보인 설명도.5 is an explanatory diagram showing a power ramping model of the preamble of FIG.

도 6은 도 5에서 전력 램핑 스텝 크기에 따라 초기 전송한 프리앰블의 전력에 대한 평균소요전력의 변화를 보인 설명도.FIG. 6 is an explanatory diagram showing a change in average power consumption with respect to the power of a preamble initially transmitted according to the power ramping step size in FIG. 5; FIG.

도 7은 도 3에서 초기 전송한 프리앰블의 전력에 따라 프리앰블의 검출을 결정하는 임계값에 대한 프리앰블 검출 확률의 변화를 보인 설명도.FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a change in a preamble detection probability with respect to a threshold for determining the detection of a preamble according to the power of the preamble initially transmitted in FIG. 3; FIG.

도 8은 도 3에서 초기 전송한 프리앰블의 전력에 따라 프리앰블의 검출을 결정하는 임계값에 대한 프리앰블 실패 확률의 변화를 보인 설명도.FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a change in a preamble failure probability with respect to a threshold for determining the detection of a preamble according to the power of the preamble initially transmitted in FIG. 3; FIG.

본 발명은 이동통신 시스템의 전송신호 추론 방법에 관한 것으로, 특히 프리앰블의 평균소요전력, 전력 램핑 스텝 크기 및 초기 전송전력을 추론하여 랜덤 액세스 채널에서 프리앰블의 전송 횟수를 최적화하게 한 이동통신 시스템의 전송신호 추론 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of inferring a transmission signal of a mobile communication system. In particular, the present invention relates to a method of inferring the average required power, power ramping step size, and initial transmission power of a preamble to optimize the number of transmissions of a preamble in a random access channel. A signal reasoning method.

도 1은 랜덤 액세스 채널에서 초기 프리앰블의 전송부터 프리앰블이 검출된 후 메시지가 전송되기까지의 과정을 설명하고 있으며, 3GPP TS 25.211 표준안에 따라 사용자 단말기가 랜덤 액세스 채널을 통해 전송한 프리앰블은 페이딩 채널을 거친 후 진폭 감쇠(αl), 위상 전이(θl) 및 타임 딜레이(τl)를 겪는다. 1 illustrates a process from transmission of an initial preamble to a message after a preamble is detected in a random access channel. The preamble transmitted by a user terminal through a random access channel according to the 3GPP TS 25.211 standard indicates a fading channel. It undergoes amplitude attenuation (α l ), phase transition (θ l ) and time delay (τ l ) after roughening.

페이딩 채널을 거친 프리앰블을 수식으로 표현하면 아래와 같다.The preamble, which has passed through the fading channel, is expressed as an equation.

Figure 112001035556672-pat00001
Figure 112001035556672-pat00001

여기서, l은 다중 경로의 개수를 나타내고, G는 자동 이득 제어기의 이득을 나타내고, Sr-pre,n(k)Csig,s(k)는 스크램블링 코드와 시그니처의 곱이고, Pchip_preamble 은 프리앰블의 칩 전력이고, w(t)는 잡음이다.Where l denotes the number of multipaths, G denotes the gain of the automatic gain controller, S r-pre, n (k) C sig, s (k) is the product of the scrambling code and the signature, and P chip_preamble is the preamble Is the chip power, and w (t) is the noise.

상기 수신신호 r(t)는 도 2에 도시된 랜덤 액세스 채널의 프리앰블 검출기를 거쳐 수신 전력(Decision Variable)

Figure 112001035556672-pat00002
로 변환되고, 프리앰블 수신기는 이
Figure 112001035556672-pat00003
와 임계치 η를 비교하여 임계치보다 큰 경우에 프리앰블이 수신되었다고 추정한다.The received signal r (t) is received power through a preamble detector of the random access channel shown in FIG.
Figure 112001035556672-pat00002
And the preamble receiver
Figure 112001035556672-pat00003
And threshold? Are compared to assume that the preamble has been received if it is greater than the threshold.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 수신측에서 프리앰블을 검출하지 못하면 다시 송신측에서 프리앰블의 송신전력을 높여 재송출해야 하므로 수신측에서 프리앰블을 최대한 빨리 검출할 수 있도록 초기 프리앰블의 송신전력, 램핑 전력 스텝 크기 및 전송 횟수를 최적화해야 할 필요성이 있다.However, in the prior art as described above, if the receiving side does not detect the preamble, the transmitting side needs to increase the transmit power of the preamble again and retransmit, so that the transmitting power and ramping of the initial preamble can be detected as soon as possible. There is a need to optimize power step size and transmission times.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요성을 감안하여 창안한 것으로, 기지국에서 프리앰블을 검출할 때까지의 소요되는 평균소요전력의 최소값을 나타내는 초기 프리앰블의 송신전력과 램핑 전력 스텝 크기 쌍을 구해 프리앰블의 전송 횟수를 최적화시킬 수 있도록 한 이동통신 시스템의 전송신호 추론 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the necessity as described above. The present invention obtains the transmission power and ramping power step size pairs of the initial preamble representing the minimum required average power required until the base station detects the preamble, and transmits the preamble. It is an object of the present invention to provide a transmission signal inference method of a mobile communication system capable of optimizing the number of times.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공통 파일럿 채널의 수신전력, 수신 세기 코드 전력 및 심벌 대 잡음비를 측정하여 프리앰블 검출 확률과 임계치에 대한 평균소요전력을 구해 프리앰블의 초기 전송전력과 전력 램핑 스텝 크기를 추정하는 과정과; 상기 프리앰블의 초기 전송전력으로 기지국측으로 프리앰블을 전송하고 포착 지시 채널 신호가 수신되는지를 판단하는 과정과; 상기 포착 지시 채널 신호가 수신되지 않으면 프리앰블의 초기 전송 전력에 전력 램핑 스텝 크기를 더해 다시 기지국측으로 프리앰블을 재전송하는 과정으로 수행하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, by measuring the received power, the received strength code power and the symbol-to-noise ratio of the common pilot channel to obtain the average power consumption for the preamble detection probability and the threshold, the initial transmission power and power ramping of the preamble Estimating the step size; Transmitting a preamble to a base station with an initial transmit power of the preamble and determining whether an acquisition indication channel signal is received; If the acquisition indication channel signal is not received, it is performed by retransmitting the preamble to the base station by adding the power ramping step size to the initial transmit power of the preamble.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명 이동통신 시스템의 전송신호 추론 방법에 대한 동작 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 공통 파일럿 채널의 수신전력, 수신 세기 코드 전력 및 심벌 대 잡음비를 측정하여 프리앰블 검출 확률과 임계치에 대한 평균소요전력을 구해 프리앰블의 초기 전송전력과 전력 램핑 스텝 크기를 추정하는 과정(S1~S4)과; 상기 프리앰블의 초기 전송전력으로 기지국측으로 프리앰블을 전송하고 포착 지시 채널 신호가 수신되는지를 판단하는 과정(S5, S6)과; 상기 포착 지시 채널 신호가 수신되지 않으면 상기 프리앰블의 초기 전송 전력에 상기 전력 램핑 스텝 크기를 더해, 다시 기지국측으로 랜덤 액세스 채널의 프리앰블을 재전송하는 과정을 포함한다.3 is a flowchart illustrating a method of inferring a transmission signal of a mobile communication system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the reception power, the reception strength code power, and the symbol-to-noise ratio of a common pilot channel are measured, and an average of a preamble detection probability and a threshold Estimating initial transmit power and power ramping step size of the preamble by obtaining the required power (S1 to S4); Transmitting the preamble to the base station using the initial transmission power of the preamble and determining whether an acquisition indication channel signal is received (S5 and S6); If the acquisition indication channel signal is not received, adding the power ramping step size to the initial transmit power of the preamble, and retransmitting the preamble of the random access channel to the base station.

수신신호 r(t)가 백색가우시안채널(Additive White Gaussian Channel) 또는 레일리 페이딩 채널(Raleigh Fading Channel)을 거쳤는가에 따라 결정 변수(Decision Variable)

Figure 112001035556672-pat00004
에 대한 확률분포(Probability Density Function)는 달라진다.Decision variable depending on whether the received signal r (t) has passed through an Additive White Gaussian Channel or a Raleigh Fading Channel.
Figure 112001035556672-pat00004
The probability density function for is different.

즉, 랜덤 액세스 채널에서 프리앰블이 전송되었을 경우 H1과 전송되지 않았을 경우 H0의 수신전력이 달라지므로 각각 f(

Figure 112001035556672-pat00005
|H1)와 f(
Figure 112001035556672-pat00006
|H0)인 확률분포를 갖는다. In other words, when the preamble is transmitted in the random access channel, the reception power of H 1 and H 0 when not transmitted are different.
Figure 112001035556672-pat00005
H 1 ) and f (
Figure 112001035556672-pat00006
Has a probability distribution of | H 0 ).

사용자측(UE)에서 전송하는 초기 프리앰블의 전력 E0와 임의의 임계치 η에 대하여 프리앰블 실패 확률과 프리앰블 검출 확률을 계산한다.The preamble failure probability and the preamble detection probability are calculated for the power E 0 of the initial preamble transmitted by the UE (UE) and an arbitrary threshold η.

프리앰블 실패 확률(Pf)은 프리앰블를 보내지 않았는데 수신전력(

Figure 112001035556672-pat00007
)가 설정 임계치(η)보다 커서 프리앰블을 잘못 검출할 수 있는 확률이고, 프리앰블 검출 확률(Pd)는 프리앰블을 보냈을 때 출력 에너지 크기가 설정 임계치(η)를 넘어서 올바르게 프리앰블을 검출할 수 있는 확률이다.The preamble failure probability (P f ) is that the received power (
Figure 112001035556672-pat00007
) Is a probability that the preamble can be detected incorrectly because the preamble is larger than the set threshold (η), and the preamble detection probability (P d ) is a value that can correctly detect the preamble when the output energy exceeds the set threshold (η) when the preamble is sent. Probability.

프리앰블을 찾는 구간을 윈도우 크기로 W라고 가정하면, 각각의 확률은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Assuming that the interval for finding the preamble is W as the window size, each probability may be expressed as follows.

Figure 112001035556672-pat00008
Figure 112001035556672-pat00008

일반적으로 사용 가능한 임계치는 프리앰블 실패 확률이 일어날 확률의 상한(Upper Bound)을 정하고 그 때의

Figure 112001035556672-pat00009
를 임계치 η로 설정하게 된다. 따라서, 임계치 η는 사용자측에서의 송신전력에 의존한다.In general, the available threshold sets the Upper Bound of the probability that a preamble failure probability will occur.
Figure 112001035556672-pat00009
Is set to the threshold η. Thus, the threshold η depends on the transmit power at the user side.

수신전력

Figure 112001035556672-pat00010
가 임계치 η보다 작으면, 사용자측에서 랜덤 액세스 채널의 프리앰블을 송신하지 않았다고 기지국에서 판단하여 포착 지시 채널(Acquisition Indication Channel: AICH) 신호를 사용자측에 송신하지 않는다.Receiving power
Figure 112001035556672-pat00010
If is smaller than the threshold η, the base station determines that the user side has not transmitted the preamble of the random access channel and does not transmit an Acquisition Indication Channel (AICH) signal to the user side.

사용자측에서는 일정 시간 (최대 2 액세스 슬롯)동안 포착 지시 채널 신호가 수신되지 않으면 초기 프리앰블의 전력 E0에 전력 램핑 스텝 크기 Δ를 더해 랜덤 액세스 채널을 통해 프리앰블을 재전송하게 된다.On the user side, if the acquisition indication channel signal is not received for a predetermined time (maximum 2 access slots), the power ramp step size Δ is added to the power E 0 of the initial preamble to retransmit the preamble through the random access channel.

즉, 사용자측에서는 포착 지시 채널 신호를 받기까지 도 4와 같이 전력을 램핑하여 랜덤 액세스 채널을 통해 프리앰블을 재전송한다.That is, the user side ramps power until the acquisition indication channel signal is received, and retransmits the preamble through the random access channel.

따라서, 최소 프리앰블 전송 횟수와 전력에 대한 최적값을 구할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to obtain an optimal value for the minimum number of preamble transmissions and power.

기지국에서 프리앰블을 검출하지 못하면 사용자측에서는 전력을 램핑하여 프리앰블을 재전송한다. 도 5는 랜덤 액세스 채널에서 프리앰블 전송 개요를 도시한 예시도로서, 기지국에서 프리앰블을 검출하지 못하면 사용자측에서 전력을 램핑하여 프리앰블을 재전송함을 설명하고 있다.If the base station does not detect the preamble, the user side ramps the power and retransmits the preamble. FIG. 5 is a diagram illustrating an overview of preamble transmission in a random access channel. When the base station does not detect the preamble, the user side ramps power and retransmits the preamble.

도 5와 같은 모델에서 평균전송시간(Mean Access Time: MAT)을 유도하면 다음과 같다.Deriving the Mean Access Time (MAT) in the model as shown in Figure 5 as follows.

Figure 112001035556672-pat00011
Figure 112001035556672-pat00011

상기 수학식 3은 순차적인 프리앰블의 검출 실패 후 성공할 때까지의 평균 전송시간를 나타내고 있다.Equation 3 shows an average transmission time from successive failure of detection of the preamble to success.

상기 결과는 연속하여 프리앰블의 검출이 실패할 연속 확률을 더한 수학식 4의 알고리즘과 비교하면 안정된 상태(Steady State)인 경우에 같은 결과를 얻을 수 있다. 참고로 수학식 4의 알고리즘은 다음과 같다. The result can be obtained in the case of a steady state when compared with the algorithm of Equation 4 which adds a continuous probability of successive detection of preambles. For reference, the algorithm of Equation 4 is as follows.                     

Figure 112001035556672-pat00012
Figure 112001035556672-pat00012

반면, 프리앰블의 전력 램핑은 연속적으로 프리앰블 검출이 실패한 후에 사용자측에서 수행되므로, 연속하여 프리앰블을 검출하지 못할 평균값인 평균실패시간(Mean Failure Time: MFT)을 정의하면, 아래의 수학식 5와 같다.On the other hand, since power ramping of the preamble is performed on the user side after the preamble detection has failed continuously, defining an average failure time (MFT), which is an average value which cannot continuously detect the preamble, is expressed by Equation 5 below.

Figure 112001035556672-pat00013
Figure 112001035556672-pat00013

상기 결과를 종합하여 기지국에서 프리앰블을 검출할 때까지 소요되는 평균소요전력(Mean Total Spent Energy: MTSE)은 다음과 같다.Based on the above results, Mean Total Spent Energy (MTSE) required until the base station detects the preamble is as follows.

Figure 112001035556672-pat00014
Figure 112001035556672-pat00014

따라서, 평균소요전력은 프리앰블의 검출이 성공할 평균전송시간에 초기 프리앰블의 전력을 곱한 값과 평균실패시간에 전력 램핑 스텝 크기를 곱한 값을 더한 값과 같다.Therefore, the average required power is equal to the average transmission time at which the preamble detection is successful, multiplied by the power of the initial preamble, and the average failure time plus the power ramping step size.

즉, 평균소요전력은 고정된 (E0, Δ)값에 따라 평균 검출 성공횟수인 평균전송시간에 E0를 평균실패시간에 Δ를 가중치(Weighting Factor)로 부과한 값의 합이다.That is, the average power consumption is the sum of the values imposed by E 0 on the average transmission time, Δ as the weighting factor, on the average transmission time, which is the average number of successful detections, according to a fixed value of (E 0 , Δ).

상기 수학식 6에서 각각의 (E0, Δ)쌍에 대하여 분석하면, 평균 최소 2회 정 도에 프리앰블의 검출을 성공시켜 포착 지시 채널 신호를 받을 수 있는 Ec/N0를 얻을 수 있으며, 이 값은 사용자측에서 오픈-루프 전력 제어할 때 최소 프리앰블의 전송전력, 전력 램핑 스텝 크기 및 최소 전송 횟수를 예측할 수 있는 근거가 된다.By analyzing each pair of (E 0 , Δ) in Equation 6, E c / N 0 can be obtained by successfully detecting the preamble at least twice on average, and receiving an acquisition indication channel signal. This value is the basis for predicting the transmit power of the minimum preamble, the power ramping step size, and the minimum number of transmissions in open-loop power control on the user side.

따라서, 도 6에서 평균소요전력이 최소값을 보이는 Ec/N0=-23(dB)와 전력 램핑 스텝 크기 Δ=0.5(dB)를 선택하면, 평균소요전력 MTSE=-19.3(dB)를 얻을 수 있다.Therefore, if E c / N 0 = -23 (dB) showing the minimum average power consumption and power ramping step size Δ = 0.5 (dB) in Fig. 6, the average power consumption MTSE = -19.3 (dB) is obtained. Can be.

사용자측의 증폭기 출력단의 전력인 프리앰블 초기 전력은 무선 채널을 통해 사용자측에 수신된 파라미터와 사용자측에서의 측정치를 이용하여 계산된다.The preamble initial power, which is the power of the amplifier output stage at the user side, is calculated using the parameters received at the user side and measurements at the user side over the wireless channel.

Figure 112001035556672-pat00015
Figure 112001035556672-pat00015

여기서, CPICH는 공통 파일럿 채널(Common Pilot Channel)이고, RSCP는 수신 세기 코드 전력(Receive Strength Code Power)이다.Here, CPICH is a common pilot channel, and RSCP is Receive Strength Code Power.

상기 수학식 7에서 얻은 송신전력 E0은 도 7과 도 8에서 프리앰블 검출 확률과 프리앰블 실패 확률의 상한값에서 임계치 η를 정하는데 사용된다.The transmission power E 0 obtained in Equation 7 is used to determine the threshold η at the upper limits of the preamble detection probability and the preamble failure probability in FIGS. 7 and 8.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 최적의 전송전력을 추론하여 프리앰블의 전송 횟수를 최적화시킴으로써 무선 채널에서 신호간의 간섭을 줄이고 사용자측에서 배터리의 사용 시간을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention has the effect of inferring the optimal transmission power and optimizing the number of transmission of the preamble to reduce the interference between signals in the wireless channel and to extend the battery usage time on the user side.

Claims (2)

공통 파일럿 채널의 수신전력, 수신 세기 코드 전력 및 심벌 대 잡음비를 측정하여, 프리앰블 검출 확률과 임계치에 대한 평균소요전력을 구해, 프리앰블의 초기 전송전력과 전력 램핑 스텝 크기를 추정하는 과정과; Estimating the initial transmit power and the power ramping step size of the preamble by measuring the received power, the received strength code power, and the symbol-to-noise ratio of the common pilot channel, obtaining the preamble detection probability and the average power required for the threshold value; 상기 프리앰블의 초기 전송전력으로 기지국측으로 랜덤 액세스 채널의 프리앰블을 전송하고, 포착 지시 채널 신호가 수신되는지를 판단하는 과정과; Transmitting a preamble of a random access channel to a base station at an initial transmit power of the preamble, and determining whether an acquisition indication channel signal is received; 상기 포착 지시 채널 신호가 수신되지 않으면 상기 프리앰블의 초기 전송 전력에 상기 전력 램핑 스텝 크기를 더해, 다시 기지국측으로 랜덤 액세스 채널의 프리앰블을 재전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 전송신호 추론 방법.And if the acquisition indication channel signal is not received, adding the power ramping step size to the initial transmission power of the preamble, and retransmitting the preamble of the random access channel to the base station. Way. 제1항에 있어서, 상기 프리앰블의 초기 전송전력과 전력 램핑 스텝 크기를 추정하는 과정은:The process of claim 1, wherein estimating initial transmit power and power ramping step size of the preamble comprises: 무선 채널에 따른 프리앰블 검출 확률과 프리앰블 실패 확률을 계산하는 단계와; Calculating a preamble detection probability and a preamble failure probability according to a wireless channel; 상기 프리앰블 검출 확률과 프리앰블 실패 확률에 따른 평균전송시간과 평균실패시간을 구해 평균소요전력을 계산하는 단계와; Calculating an average power consumption by calculating an average transmission time and an average failure time according to the preamble detection probability and the preamble failure probability; 상기 평균소요전력이 최소값을 나타내는 프리앰블의 초기 전송전력과 전력 램핑 스텝 크기를 추정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 전송신호 추론 방법.And estimating an initial transmission power and a power ramping step size of the preamble having the minimum required power.
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