KR100780192B1 - 진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접 변환 방식의 송수신기에서 90°의 위상차를 갖는 두 중간주파수 신호간의 진폭 미스매칭을 간단한 구성으로 제거하는 진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시형태는, 90°의 위상차를 갖는 두 기준주파수 신호와 입력신호를 각각 믹싱하여 90°의 위상차를 갖는 I 신호와 Q 신호를 제공하는 주파수 변환부와, 상기 I 신호와 상기 Q 신호의 진폭을 비교하는 비교부와, 상기 비교부의 비교결과에 따라 상기 I 신호와 상기 Q 신호의 진폭을 동일하게 조절하는 진폭조절부를 포함하는 진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 90°의 위상차를 갖는 두 IF 신호간의 진폭 미스매칭을 간단한 구성으로 제거하도록 구현함으로써, 신호대잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

진폭, 미스매칭, 위상, 주파수 변환장치, 주파수 변환기

Description

진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환장치{FREQUENCY CONVERSION APPARATUS FOR IMPROVING AMPLITUDE-MISMATCHING}

도 1은 종래 기술에 따른 주파수 변환장치의 구성 블럭도.

도 2a, 도 2b는 종래 I 신호 및 Q 신호의 진폭 및 위상 그래프.

도 3는 본 발명의 실시형태에 따른 주파수 변환장치의 구성 블럭도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시형태에 의한 제1 LO신호(LO1)와 제2 LO신호(LO2)간의 위상 특성도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시형태에서 주파수 변환부에서 공급되는 I 신호 및 Q 신호의 진폭 및 위상 그래프.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시형태에 따른 I 신호 및 Q 신호의 진폭 및 위상 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110: 직교 신호 발생부 111: 발진부

112: 위상 시프터 120: 제1 믹서

130: 제2 믹서 200: 비교부

210: 제1 진폭 검출기 220: 제2 진폭 검출기

230: 비교기 300: 진폭조절부

410: 제1 필터 420: 제2 필터

510: 제1 증폭기 520: 제2 증폭기

본 발명은 진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직접 변환 방식의 송수신기에서 90°의 위상차를 갖는 두 신호간의 진폭 미스매칭(mismatching)을 간단한 구성으로 제거하도록 구현함으로써, 신호대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있는 진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환장치에 관한 것이다.

일반적으로, 수신기 구조에서 많이 사용하는 제로 IF(Zero-IF) 구조 및 이미지 제거(Image-Rejectin) 구조는 그 특성상 인페이즈(In-phse) 신호(이하, 'I 신호'라 함)와 직교페이즈(Quadrature-Phase) 신호(이하, 'Q 신호'라 함)가 필요하다. 이 두 신호, 즉 I 신호와 Q 신호는 여러 가지 영향에 의하여 진폭의 미스메치(Mismatch)가 발생되는데, 이러한 미스매치(Mismatch)는 신호대 잡음비(SNR)을 저하시켜 결국 수신기의 수신감도를 저하시키게 된다.

도 1은 종래 주파수 변환 장치의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 도 1에 도시 된 주파수 변환 장치는 제로-IF(Zero-IF)구조 또는 이미지 제거(Image-Rejection)구조 등의 수신기에 적용 가능한 주파수 변환기로서, 이는 발진주파수 신호((이하, 'LO'라 한다)를 제공하는 발진부(11)와, 상기 발진부(11)의 LO 신호의 위상을 90°시프트시키는 위상 시프터(12)와, 상기 위상 시프터(12)를 통한 제1 LO신호(LOI)와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 I 신호를 제공하는 I-믹서(13)와, 상기 발진부(11)의 제2 LO신호(LOQ)와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 Q 신호를 제공하는 Q-믹서(14)와, 상기 I-믹서(13)로부터의 I 신호와, 상기 Q-믹서(14)로부터의 Q 신호를 각각 저역 통과하는 필터(15,16)를 포함한다.

이와 같은 종래의 주파수 변환 장치의 믹서에서, 국부발진기(local oscillator)로부터 위상차가 90°인 두 LO신호(LO1,LO2)를 각각 입력받고, 이들 두 LO 신호와 RF 신호를 믹싱하여 I 신호 및 Q 신호를 출력하게 되는데, 이 때 상기 I 신호 및 Q 신호 간의 위상차는 90°가 되어야 한다.

그러나, 이러한 종래 주파수 변환 장치에서는 발진기의 소자간의 대칭성이 깨지게 되면 제1 LO 신호와 제2 LO 신호간의 위상차가 90°가 되지 않아, 결국 출력의 위상차가 90°가 되지 못하게 되는데, 이러한 위상의 미스매칭 에러는 그대로 I 신호와 Q 신호의 위상 미스매칭 에러로 나타나게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 국내특허공개공보 제2004-0062738호(출원인: 삼성전기주식회사, 발명의 명칭: 위상 미스매칭을 개선한 믹서 및 주파수 변환 장치)에서는 제1 LO 신호와 반전된 제2 LO 신호를 합성한 제1 합성 주파수를 입력신호와 믹싱하여 I 신호를 제공하고, 제1 LO 신호와 제2 LO 신호를 합성한 제2 합성 주파수와 입력신호를 믹싱하여 Q 신호를 제공함으로써, 90°의 위상차를 갖는 두 개의 신호를 형성하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이와 같은 위상 미스매칭 개선 방법은 위상 미스매칭은 개선되지만 중간주파신호간의 진폭 미스매칭이 생기게 되며, 신호대 잡음비(SNR)을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 직접 변환 방식의 송수신기에서 90°의 위상차를 갖는 I 신호와 Q 신호간의 위상 미스매칭과 진폭 미스매칭을 제거하는 주파수 변환 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 신호대잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있는 진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 실시형태는, 입력신호와 90°의 위상차를 갖는 2개의 기준주파수 신호를 각각 믹싱하여 90°의 위상차를 갖는 I 신호와 Q 신호를 제공하는 주파수 변환부와, 상기 I 신호와 상기 Q 신호의 진폭을 비교하는 비교부와, 상기 비교부의 비교결과에 따라 상기 I 신호와 상기 Q 신호의 진폭을 가변하여 동일하게 조절하는 진폭조절부를 포함하는 진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환장치를 제공한다.

본 발명의 실시형태에 따른 주파수 변환장치에서, 상기 비교부는, 상기 I 신호의 진폭을 검출하는 제1 진폭검출기와, 상기 Q 신호의 진폭을 검출하는 제2 진폭검출기와, 상기 제1 진폭검출기에서 검출된 상기 I 신호의 진폭과 상기 제2 진폭검출기에서 검출된 상기 Q 신호의 진폭을 비교하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 따른 주파수 변환장치는, 상기 I 신호을 기설정된 주파수 대역으로 통과시키는 제1 필터와, 상기 Q 신호를 상기 주파수 대역으로 통과시키는 제2 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 따른 주파수 변환장치는, 상기 제1 필터로부터의 I 신호를 증폭하여 상기 비교부로 공급하는 제1 증폭기와, 상기 제2 필터로부터의 Q 신호를 증폭하여 상기 비교부로 공급하는 제2 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 따른 상기 주파수 변환부는, 90°의 위상차를 갖는 제1 및 제2 LO 신호를 제공하는 직교신호발생부와, 상기 제1 LO 신호와 상기 제2 LO 신호가 반전된 신호를 합성하고, 상기 합성된 신호와 상기 입력신호를 믹싱하여 상기 I 신호를 제공하는 제1 믹서와, 상기 제1 LO 신호와 상기 제2 LO 신호를 합성하고, 상기 합성된 신호와 상기 상기 입력신호를 믹싱하여 상기 Q 신호를 제공하는 제2 믹서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 따른 상기 직교신호발생부는, 상기 제1 LO 신호를 제 공하는 발진부와, 상기 제1 LO 신호의 위상을 90°시프트시켜서 상기 제2 LO 신호를 제공하는 위상 시프터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 더욱 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 주파수 변환장치의 블럭도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 주파수 변환장치는, 입력신호(RFIN)와 90°의 위상차를 갖는 2개의 기준주파수 신호를 각각 믹싱하여 90°의 위상차를 갖는 I 신호와 Q 신호를 제공하는 주파수 변환부(100)와, 상기 I 신호와 상기 Q 신호의 진폭을 비교하는 비교부(200)와, 상기 비교부(200)의 비교결과에 따라 상기 I 신호와 상기 Q 신호의 진폭을 가변하여 동일하게 조절하는 진폭조절부(300)를 포함한다.

상기 주파수 변환부(100)는, 90°의 위상차를 갖는 제1 및 제2 LO 신호(LO1,LO2)를 제공하는 직교신호발생부(110)와, 상기 직교신호발생부(110)로부터의 상기 제1 LO 신호(LO1)와 상기 제2 LO 신호(LO2)의 반전된 신호를 제1 합성 주파수(LO1')로 합성하고 합성된 상기 제1 합성 주파수(LO1')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 상기 I 신호를 제공하는 제1 믹서(120)와, 상기 직교신호발생부(110)로부터의 상기 제1 LO 신호(LO1)와 상기 제2 LO 신호(LO2)를 제2 합성 주파수(LO2')로 합성하고 합성된 상기 제2 합성 주파수(LO2')와 상기 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 Q 신호를 제공하는 제2 믹서(130)를 포함한다.

상기 직교신호발생부(110)는 상기 제1 LO 신호(LO1)를 제공하는 발진부(111)와, 상기 발진부(111)의 제1 LO 신호(LO1)의 위상을 90°시프트시켜서 상기 제2 LO 신호(LO2)를 제공하는 위상 시프터(112)를 포함한다.

상기 비교부(200)는, 상기 I 신호의 진폭을 검출하는 제1 진폭검출기(210)와, 상기 Q 신호의 진폭을 검출하는 제2 진폭검출기(220)와, 상기 검출된 I 신호의 진폭과 상기 검출된 Q 신호의 진폭을 비교하는 비교기(230)를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 주파수 변환장치는, 상기 I 신호를 기설정된 주파수 대역으로 통과시키는 제1 필터(410)와, 상기 Q 신호를 상기 주파수 대역으로 통과시키는 제2 필터(420)와, 상기 제1 필터(410)로부터의 I 신호를 증폭하여 상기 비교부(200)로 공급하는 제1 증폭기(510)와, 상기 제2 필터(420)로부터의 Q 신호를 증폭하여 상기 비교부(200)로 공급하는 제2 증폭기(520)를 더 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시형태에 대한 동작을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 주파수 변환 장치의 주파수 변환부(100) 에 대하여 설명하면, 주파수 변환부(100)의 직교신호발생부(110)는 90°의 위상차를 갖는 제1 및 제2 LO 신호(LO1,LO2)를 제공하고, 그 다음 제1 믹서(120)는 상기 직교신호발생부(110)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)의 반전된 신호를 제1 합성 주파수(LO1')로 합성하고, 상기 제1 합성 주파수(LO1')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 I 신호를 제공하며, 그리고, 제2 믹서(130)는 상기 직교신호발생부(110)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)를 제2 합성 주파수(LO2')로 합성하고 상기 제2 합성 주파수(LO2')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 Q 신호를 제공한다.

상기 직교신호발생부(110)의 발진부(111)는 상기 제1 LO 신호(L01)를 제공하고, 또한, 상기 직교신호발생부(110)의 위상 시프터(112)는 상기 발진부(111)의 제1 LO 신호(LO1)의 위상을 90°시프트시켜서 상기 제2 LO 신호(LO2)를 제공한다.

이와 같이 생성된 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)는 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같은 위상 특성을 가지게 된다.

도 4a를 참조하면, 상기 LO1과 -LO2는 LO1'을 형성하고, 도 4b를 참조하면, LO2와 LO1은 LO2'를 형성하는데, 상기 LO1', LO2'는 위상차는 90°를 이루게 된다. 이 때, 합해진 두 신호는 하나의 신호가 인가된 것처럼 동작하여 일반적인 주파수변환기의 동작특성을 가진다. 여기서 합해진 두 신호(LO1', LO2')는 도 4a에 도시된 바와 같이 진폭이 서로 다르며, 이에 따라 진폭 미스매칭이 생기게 된다.

다시 도 3을 참조하면, 주파수 변환부(100)의 I 신호와 Q 신호의 처리 과정을 설명한다. 상기 제1 믹서(120)로부터의 I 신호는 제1 필터(410)에서 기설정된 주파수대역으로 필터링되며, 필터링된 I 신호는 제1 증폭기(510)에서 증폭된다. 또한, 제2 믹서(130)로부터의 Q 신호는 제2 필터(420)에서 기설정된 주파수대역으로 필터링되며, 필터링된 Q 신호는 제2 증폭기(520)에서 증폭된다.

상기 주파수 변환부(100)에서 공급된 I 신호와 Q 신호는 선택되는 채널에 대한 신호 이외에도 여러 가지 요인으로 인한 노이즈를 포함한다. 이러한 노이즈를 제거하기 위하여 상기 제1 필터(410)와 제2 필터(420)를 통해 상기 I 신호와 Q신호는 상기 기설정된 주파수 대역의 신호만이 선택된다.

상기 기설정된 주파수 대역은 본 발명의 실시형태에 따른 주파수 변환장치가 사용되는 시스템에 따라 달라지며, 예를 들어, PAL 방송방식인 경우 0 내지 약 3Mhz가 되고, 지상파 DMB 방송방식인 경우 대략 0 내지 약 0.75Mhz가 된다.

이와 같이, 상기 제1 필터(410)와 제2 필터(420)를 이용하여 상기 I 신호와 Q 신호에서 노이즈를 제거한 후, 상기 제1 필터(410)와 제2 필터(420)를 통과한 I 신호와 Q 신호의 진폭을 동일하게 함으로써 노이즈에 의한 진폭 미스매칭을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 입력신호(RFIN)의 신호레벨이 상대적으로 낮아, 상기 제1 필터(410) 및 제2 필터(420)를 각각 통과한 I 신호와 Q 신호도 신호레벨이 낮다. 따라서, 낮은 신호레벨을 갖는 I 신호와 Q 신호의 진폭을 동일하게 조절하더라도, 조 절된 I 신호와 Q 신호를 증폭하는 과정에서 증폭된 I 신호의 진폭과 증폭된 Q 신호의 진폭 사이에 미스매칭이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 제1 필터(410) 및 제2 필터(420)를 각각 통과한 I 신호와 Q 신호를 상기 제1 증폭기(510) 및 제2 증폭기(520)로 증폭한 후 진폭을 비교하여 진폭 미스매칭을 더욱 양호하게 개선할 수 있다.

상기 제1 증폭기(510)에서 증폭된 I 신호와 상기 제2 증폭기(520)에서 증폭된 Q 신호는 비교부(200)에 공급되어, 상기 비교부(200)에서 그 진폭이 비교되며, 그 비교결과는 진폭조절부(300)로 피드백된다.

상기 비교부(200)에서, 제1 진폭검출기(210)는 상기 제1 증폭기(510)로부터의 I 신호의 진폭을 검출하고, 제2 진폭검출기(220)는 상기 제2 증폭기(520)로부터의 Q 신호의 진폭을 검출한다. 상기 제1 및 제2 검출기(210, 220)에서 검출된 I 신호의 진폭과 와 Q 신호의 진폭은 비교기(230)로 입력되며, 상기 비교기는 상기 진폭들을 비교하여 비교결과를 출력한다.

상기 비교부(200)의 비교결과는 진폭조절부(300)로 공급되며, 상기 진폭조절부(300)는 상기 비교부의 비교결과에 따라 게인을 달리하여 상기 제1 필터(410)으로부터의 I 신호의 진폭을 조절하고, 진폭이 조절된 I 신호를 제1 증폭기(510)로 공급한다.

이러한 과정을 통하여 상기 제1 증폭기(510)에서 증폭된 I 신호와 상기 제2 증폭기(520)에서 증폭된 Q 신호는 진폭이 대략 동일해지며, 이에 따라 I 신호와 Q 신호의 진폭 미스매칭이 개선된다.

여기서, 상기 진폭조절부(300)는 I 신호의 진폭을 조절하는 것으로 기재되었지만, 본 발명의 실시형태는 상기 진폭조절부(300)가 Q 신호의 진폭을 조절하는 것을 포함한다.

이와 같은 본 발명의 실시형태에 따라 개선된 I 신호 및 Q 신호의 진폭과 위상 미스매칭에 대하여 도 2a, 도2b, 도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 종래 I 신호 및 Q 신호의 진폭 및 위상 그래프이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시형태에서 주파수 변환부에서 공급되는 I 신호 및 Q 신호의 진폭 및 위상 그래프이며, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시형태에 따른 I 신호 및 Q 신호의 진폭 및 위상 그래프이다.

먼저 도 2a 및 도 2b를 참조하면, I 신호 및 Q 신호는 진폭 미스매칭은 없으나, 70°의 위상차를 가지므로 20°의 위상 미스매칭이 있다. 이와 같이, 종래 기술에서는 진폭 미스매칭은 없으나 위상 미스매칭이 과도하여 신호대 잡음 비율이 높아져 주파수 변환장치의 성능이 현저히 떨어진다.

다음으로, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, I 신호 및 Q 신호는 0.8dB의 진폭 미스매칭이 있으며, 86.6°의 위상차를 가지므로 3.4°의 위상 미스매칭이 있다. 따 라서, 본 발명의 실시형태에서 주파수 변환부에서 공급되는 I 신호 및 Q 신호는 위상 미스매칭이 종래 기술보다 현저히 향상되었음을 알 수 있다. 그러나, 0.8dB의 진폭 미스매칭이 있음을 알 수 있다.

이에 대하여, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 실시형태에서 I 신호 및 Q 신호는 0.1dB의 진폭 미스매칭이 있으며, 85.6°의 위상차를 가지므로 4.4°의 위상 미스매칭이 있다. 이에 따르면, 본 발명의 실시형태에 따른 주파수 변환장치는 위상 미스매칭과 진폭 미스매칭이 동시에 개선된 효과를 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 주파수 변환 장치를 이용함으로써 간단히 LO 신호의 진폭 미스매칭을 개선할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명은, 주파수 변환 장치 뿐만 아니라, 주파수 변환기능을 수행하는 컨버젼 블럭과 같이, 90°의 위상차를 갖는 신호를 처리하는 송수신기에 적용될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 90°의 위상차를 갖는 두 IF 신호간의 위상 미스매칭 및 진폭 미스매칭을 간단한 구성으로 제거하도록 구현함으로써, 신호대잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 입력신호와 90°의 위상차를 갖는 2개의 기준주파수 신호를 각각 믹싱하여 90°의 위상차를 갖는 I 신호와 Q 신호를 제공하는 주파수 변환부;

   상기 I 신호와 상기 Q 신호의 진폭을 비교하는 비교부; 및

   상기 비교부의 비교결과에 따라 상기 I 신호와 상기 Q 신호의 진폭을 가변하여 동일하게 조절하는 진폭조절부를 포함하며,

   상기 주파수 변환부는,

   90°의 위상차를 갖는 제1 및 제2 LO 신호를 제공하는 직교신호발생부;

   상기 제1 LO 신호와 상기 제2 LO 신호가 반전된 신호를 합성하고, 상기 합성된 신호와 상기 입력신호를 믹싱하여 상기 I 신호를 제공하는 제1 믹서; 및

   상기 제1 LO 신호와 상기 제2 LO 신호를 합성하고, 상기 합성된 신호와 상기 상기 입력신호를 믹싱하여 상기 Q 신호를 제공하는 제2 믹서를 포함하고,

   상기 직교신호발생부는,

   상기 제1 LO 신호를 제공하는 발진부; 및

   상기 제1 LO 신호의 위상을 90°시프트시켜서 상기 제2 LO 신호를 제공하는 위상 시프터

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 미스매칭을 개선한 주파수 변환 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비교부는,

   상기 I 신호의 진폭을 검출하는 제1 진폭검출기;

   상기 Q 신호의 진폭을 검출하는 제2 진폭검출기; 및

   상기 제1 진폭검출기에서 검출된 상기 I 신호의 진폭과 상기 제2 진폭검출기에서 검출된 상기 Q 신호의 진폭을 비교하는 비교기

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 I 신호을 기설정된 주파수 대역으로 통과시키는 제1 필터; 및

   상기 Q 신호를 상기 주파수 대역으로 통과시키는 제2 필터

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 필터로부터의 I 신호를 증폭하여 상기 비교부로 공급하는 제1 증폭기; 및

   상기 제2 필터로부터의 Q 신호를 증폭하여 상기 비교부로 공급하는 제2 증폭기

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진폭 미스매칭을 개선한 주파수 변환장치.
5. 삭제
6. 삭제

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