KR101121828B1 - 피크 억압 복원 방법, 송신 장치, 수신 장치, 및 피크 억압 복원 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주파수 이용 효율을 개선하는 것을 과제로 한다. 송신 장치(10)는 입력된 송신 신호를 디지털 변조한다. 그리고, 송신 장치(10)는 송신 신호에 대해, 억압 목표값보다 작은 억압 개시값으로부터 억압을 개시함과 함께, 피크 진폭값만이 억압 목표값으로 되는 게인 특성의 함수 f(x)에 의해 신호의 피크를 억압한다. 계속해서, 송신 장치(10)는 피크가 억압된 송신 신호를 디지털 아날로그 변환한다. 그 후, 송신 장치(10)는 디지털 아날로그 변환된 송신 신호를 주파수 변환하여 무선 신호를 송신한다.
송신 장치, 디지털 변조부, 피크 억압부, 무선 송신부, 피크 복원부

Description

피크 억압 복원 방법, 송신 장치, 수신 장치, 및 피크 억압 복원 시스템{PEAK SUPPRESSING AND RESTORING METHOD, TRANSMITTER, RECEIVER, AND PEAK SUPPRESSING AND RESTORING SYSTEM}
본 발명은, 통신에서의 신호의 피크에 대해 억압 및 복원을 행하는 피크 억압 복원 방법, 송신 장치, 수신 장치, 및 피크 억압 복원 시스템에 관한 것이다.
종래부터, 무선 통신에서, 앰프의 전력 이용 효율을 높이기 위해 이용하는 기술로서, 송신 신호의 피크를 억압하는 기술이 실시되어 있다. 즉, 앰프는 포화 전력 근처에서 동작시킬수록 전력 이용 효율이 높아지므로, 미리 피크 억압에 의해 신호의 피크 성분을 억제함으로써 가능한 한 포화 전력 근처에서 앰프를 동작시키고 있다.
예를 들면, 피크를 억압하는 방법 및 억압된 피크를 복원하는 방법으로서, 도 14에 도시한 바와 같이, 송신 장치가, 피크 억압을 행한 후에, 피크 억압에 관한 피크 억압 정보를 송신 데이터에 편입하여 송신한다. 그리고, 수신 장치는 피크 억압 정보를 수신한 후, 수신된 피크 억압 정보를 이용하여, 피크 억압된 신호를 복원하는 기술이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조).
또한, 피크를 억압하는 기술로서, 하드 클리핑에 의한 피크 억압 방법이 알려져 있다. 구체적으로는, 억압 목표값을 초과하는 피크 신호가 목표값에 클립되도록 게인이 곱해지는 방법이다. 또한, 하드 클리핑에 관한 기술로서, 하드 클리핑에 의해 생기는 억압 시작 부분의 급격한 신호 변화를 억제하기 위해, 소정의 함수를 적용하고, 피크 억압 후의 파형의 어깨부를 둥글게 하여(도 15 참조), 급격한 신호 변화를 억제하는 기술이 알려져 있다(특허 문헌 2 참조).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2001-274768호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평10-178414호 공보
그런데, 상기한 피크 억압 정보를 송신하는 기술에서는, 송신 장치가 피크 억압 정보를 송신하기 위해 주파수를 할당할 필요가 있다. 이 결과, 유저에게 할당할 수 있는 주파수가 감소하여, 주파수 이용 효율이 저하된다고 하는 과제가 있었다.
따라서, 본 발명은, 전술한 종래 기술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 피크 억압 정보를 송신하지 않고, 주파수 이용 효율을 개선하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 이 방법은 억압 목표값보다 작은 억압 개시값으로부터 억압을 개시함과 함께, 피크 진폭값만이 억압 목표값으 로 되는 게인 특성의 함수를 이용하여 피크를 억압하는 것을 요건으로 한다.
개시의 장치는, 주파수 이용 효율을 개선한다고 하는 효과를 발휘한다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 피크 억압 복원 방법, 송신 장치, 수신 장치, 및 피크 억압 복원 시스템의 실시예를 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
이하의 실시예에서는, 실시예 1에 따른 송신 장치 및 수신 장치의 구성, 처리의 흐름을 순서대로 설명하고, 마지막으로 실시예 1에 의한 효과를 설명한다.
[송신 장치의 구성]
우선 처음에, 도 1～도 4를 이용하여, 도 1에 도시한 송신 장치(10)의 구성을 설명한다. 도 1은, 실시예 1에 따른 송신 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2는, 데이터 전송 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 3은, 피크 억압부의 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는, 피크 억압 전후의 파형의 모습을 도시하는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 이 송신 장치(10)는 디지털 변조부(11), 피크 억압부(12), D/A 변환부(13), 무선 송신부(14)를 구비하고, 안테나를 통하여 수신 장치(20)에 신호를 송신한다. 이하에 이들 각 부의 처리를 설명한다.
디지털 변조부(11)는 입력된 송신 데이터를 디지털 변조하고, 송신 신호로서 피크 억압부(12)에 출력한다. 피크 억압부(12)는, 억압 목표값보다 작은 억압 개 시값으로부터 억압을 개시함과 함께, 피크 진폭값만이 억압 목표값으로 되는 게인 특성의 함수 f(x)에 의해 신호의 피크를 억압하고, D/A 변환부(13)에 출력한다.
구체적으로는, 피크 억압부(12)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 디지털 변조부(11)로부터 출력된 송신 신호를 접수하여, 복소수인 송신 신호에 대해 진폭값(x)을 구하고(도 2의 (1) 참조), 함수 f(x)에 의해 피크 억압 신호(y)를 연산한다(도 2의 (2) 참조). 그리고, 피크 억압부(12)는 지연기에 의해 지연된 송신 신호에 피크 억압 신호(게인)를 곱하여 피크를 억압하고 있다(도 2의 (3) 참조).
여기서, 도 3의 예를 이용하여 피크 억압부에서의 함수 f(x)의 처리를 상세하게 설명한다. 도 3의 예에서는, 비교를 위해, 함수 f(x)에 의해 신호의 피크를 억압하는 예와 함께, 종전의 하드 클리핑에 의한 피크 억압을 행한 경우의 예도 나타냈다.
도 3에 예시한 바와 같이, 하드 클리핑으로는 억압 목표값을 초과하는 피크 신호가 목표값에 클립되도록 게인이 곱해져 있다. 이에 대해, 피크 억압부(12)가 행하는 함수 f(x)의 피크 억압 처리에서는, 억압 목표값보다도 낮은 진폭으로부터(도 3의 예에서는, 「억압 개시」의 위치로부터) 피크 억압을 해 가는 점이 상이하다. 또한, 피크 억압부(12)는, 신호의 최대 피크에서는 하드 클리핑 방식과 동일한 정도의 게인을 곱하지만, 최대 피크 이외에서는 하드 클리핑보다도 엄하게 피크 억압하는 게인을 곱한다.
또한, 도 4에서는, 함수 f(x)에 의해 피크 억압을 한 경우와, 하드 클리핑으로 피크 억압을 한 경우의 파형의 차이를 나타내고 있다. 도 4에 도시한 바와 같 이, 함수 f(x)에 의해 피크 억압한 후의 파형은, 억압 개시값을 초과하는 신호가 압축된 듯한 형태로 되면서, 최대 피크가 억압 목표로 억제된 듯한 파형으로 되어 있다.
D/A 변환부(13)는 피크 억압부(12)로부터 출력된 송신 신호를 디지털 아날로그 변환하여 무선 송신부(14)에 출력한다. 무선 송신부(14)는 D/A 변환부(13)로부터 출력된 송신 신호를 주파수 변환하여 무선 신호를 송신한다.
[수신 장치의 구성]
다음으로, 도 5～도 8을 이용하여, 도 5에 도시한 수신 장치(20)의 구성을 설명한다. 도 5는, 실시예 1에 따른 수신 장치(20)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 6은, 피크 복원부에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 7은, 피크 복원부의 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 8은, 피크 복원부의 입출력 신호 파형을 비교하기 위한 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 이 수신 장치(20)는 무선 수신부(21), A/D 변환부(22), 피크 복원부(23), 디지털 복조부(24)를 구비하고, 안테나를 통하여 송신 장치(20)로부터 신호를 수신한다. 이하에 이들 각 부의 처리를 설명한다.
무선 수신부(21)는 수신한 신호를 주파수 변환하고, 수신 신호로서 A/D 변환부(22)에 출력한다. A/D 변환부(22)는 수신 신호를 아날로그 디지털 변환하여 피크 복원부(23)에 출력한다.
피크 복원부(23)는 억압된 수신 신호의 피크를 역함수 f-1(x)을 이용하여 복 원하고, 디지털 복조부(24)에 출력한다. 구체적으로는, 피크 복원부(23)는, 도 6에 도시한 바와 같이, A/D로부터 출력된 수신 신호를 접수하여, 복소수인 수신 신호에 대해 진폭값(x)을 구한다(도 6의 (1) 참조).
그리고, 피크 복원부(23)는, 전술한 송신 장치(10)의 피크 억압부(12)에 의해 이용되고 있던 함수와 역특성의 함수 f-1(x)에 의해 피크 복원 신호(y)를 구한다(도 6의 (2) 참조). 그리고, 피크 복원부(23)는 지연기에 의해 지연된 수신 신호에 피크 복원 신호(게인)를 곱하여 피크를 복원하고 있다(도 6의 (3) 참조).
여기서, 도 7 및 도 8을 이용하여, 피크 복원부의 처리를 설명한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 피크 복원부(23)는 송신 장치(10)의 피크 억압부(12)에서 실시된 피크 억압된 신호 성분을 복원하고 있다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 피크 복원부(23)에서는 피크 복원부의 입력 신호 파형과 출력 신호 파형을 비교하여, 「억압 개시」의 위치보다 높은 진폭의 피크가 복원되어 있다.
디지털 복조부(24)는 피크 복원부(23)로부터 출력된 수신 신호를 디지털 복조하여, 수신 데이터로서 외부에 출력한다.
[송신 장치에 의한 처리]
다음으로, 도 9를 이용하여, 실시예 1에 따른 송신 장치(10)에 의한 처리를 설명한다. 도 9는, 실시예 1에 따른 송신 장치(10)의 처리 동작을 설명하는 플로우차트이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 송신 장치(10)는 입력된 송신 신호를 디지털 변조 한다(스텝 S101). 그리고, 송신 장치(10)는 송신 신호에 대해, 억압 목표값보다 작은 억압 개시값으로부터 억압을 개시함과 함께, 피크 진폭값만이 억압 목표값으로 되는 게인 특성의 함수 f(x)에 의해 신호의 피크를 억압한다(스텝 S102).
계속해서, 송신 장치(10)는 피크가 억압된 송신 신호를 디지털 아날로그 변환한다(스텝 S103). 그 후, 송신 장치(10)는 디지털 아날로그 변환된 송신 신호를 주파수 변환하여 무선 신호를 송신한다(스텝 S104).
[수신 장치에 의한 처리]
다음으로, 도 10을 이용하여, 실시예 1에 따른 수신 장치(20)에 의한 처리를 설명한다. 도 10은, 실시예 1에 따른 수신 장치(20)의 처리 동작을 설명하는 플로우차트이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 수신 장치(20)는 송신 장치로부터 신호를 수신하면(스텝 S201, "예"), 수신한 신호를 주파수 변환하고, 주파수 변환된 수신 신호를 아날로그 디지털 변환한다(스텝 S202). 그리고, 수신 장치(20)는 억압된 수신 신호의 피크를 역함수 f-1(x)을 이용하여 복원한다(스텝 S203). 그 후, 수신 장치(20)는 복원된 수신 신호를 디지털 복조한다(스텝 S204).
[실시예 1의 효과]
전술한 바와 같이, 억압 목표값보다 작은 억압 개시값으로부터 억압을 개시함과 함께, 피크 진폭값만이 억압 목표값으로 되는 게인 특성의 함수를 이용하여 피크를 억압하고, 억압된 피크를 역함수를 이용하여 복원한다. 이 때문에, 송신 장치(10)에서 실시한 피크 억압에 관한 정보를 보내는 일을 하지 않고, 또한 피크의 파형을 남기면서 피크 억압을 가하는 결과, 수신측의 신호 품질의 향상을 도모하면서, 수신측에서 피크 복원할 수 있는 결과, 주파수 이용 효율을 개선하는 것이 가능하다.
또한, 실시예 1에 따르면, 송신 장치(10)가, 함수를 이용하여, 피크 억압의 정도인 피크 억압 신호(게인)를 연산하고, 피크 억압 신호에 기초하여 피크를 억압한다. 또한, 수신 장치(20)가, 역함수에 의해 피크 복원의 정도를 연산하고, 피크 복원의 정도에 기초하여, 피크를 복원한다. 이 결과, 피크 억압에 관한 정보를 송수신할 필요가 없어, 수신측의 신호 품질의 향상을 도모하면서, 주파수 이용 효율을 개선하는 것이 가능하다.
<실시예 2>
또한, 본 발명에서는, 수신 장치가 피크 억압량을 판정하고, 판정된 피크 억압량에 기초하여 피크 복원량을 조정하도록 하여도 된다.
따라서, 이하의 실시예 2에서는, 수신 장치가 피크 억압량을 판정하고, 판정된 피크 억압량에 기초하여 피크 복원량을 조정하는 경우로서, 도 11 및 도 12를 이용하여, 실시예 2에서의 수신 장치(20a)의 구성 및 처리에 대해서 설명한다. 도 11은, 실시예 2에 따른 수신 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 12는, 상이한 피크 억압량으로 억압된 수신 신호에서의 PAPR의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 실시예 2에 따른 수신 장치(20a)의 구성 및 처리를 설명한다. 도 11 에 도시한 바와 같이, 실시예 2에 따른 수신 장치(20a)의 피크 복원부(23a)는, 도 6에 도시한 수신 장치(20)의 피크 복원부(23)와 비교하여, PAPR 측정 회로를 새롭게 구비하는 점이 상위하다.
이와 같은 구성 하에, 수신 장치(20a)의 피크 복원부(23a)는, 실시예 1과 마찬가지로 복소수인 수신 신호에 대해 진폭값(x)을 구함와 함께, 실시예 1과 달리 평균 전력 및 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 측정한다.
구체적으로는, 피크 복원부(23a)는 PAPR을 측정하는 처리로서, 피크(max(I2+Q2))와 평균 전력을 비교하고, 피크에 대한 평균 전력의 비율을 PAPR로서 측정한다. 계속해서, 피크 복원부(23a)는 평균 전력 및 PAPR로부터 피크 억압량(억압 목표값 및 억압 개시값)을 판정하고, 판정된 억압 목표 및 억압 개시값을 설정하여 피크 복원량을 조정한다.
여기서, 도 12에서 PAPR과 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function)의 관계를 나타낸다. 도 12에 도시한 바와 같이, 송신 장치에서 설정되어 있는 피크 억압량이 상이한 경우에는, PAPR의 값도 상이하다. 예를 들면, 피크 억압량이 클수록(억압 목표값이 낮을수록, 또한 억압 개시값이 낮을수록) PAPR이 작아진다. 한편, 피크 억압이 이루어지지 않은 경우에는, PAPR이 가장 크다.
즉, 송신 장치에서 어떠한 피크 억압량(억압 목표값 및 억압 개시값)이 설정되어 있는지가 수신 장치(20a)에 설정되어 있지 않은 경우에, 수신 장치(20a)는 피크 억압량을 판정하여, 피크 복원량을 조정한다.
이와 같이, 실시예 2에서는, 수신 장치(20a)가, 피크에 대한 평균 전력의 비율을 측정하여, 피크 억압량을 판정하고, 피크 억압량에 기초하여, 피크 복원량을 조정한다. 이 때문에, 송신 장치에서 어떠한 피크 억압량(억압 목표값 및 억압 개시값)이 설정되어 있는지가 수신 장치(20a)에 설정되어 있지 않은 경우에도, 적절하게 피크를 복원하는 것이 가능하다.
<실시예 3>
그런데, 지금까지 본 발명의 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예 이외에도, 다양한 상이한 형태로 실시되어도 되는 것이다. 따라서, 이하에서는 실시예 3으로서 본 발명에 포함되는 다른 실시예를 설명한다.
(1) 메모리
상기의 실시예 1에서는, 진폭값(x)을 구하고, 함수 f(x)에 의해 피크 억압 신호(y)를 연산하고, 송신 신호에 피크 억압 신호(게인)를 곱하여 피크를 억압하는 경우를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, 진폭값(x)과 피크 억압 신호(y)를 대응지어 저장하는 메모리로부터 데이터를 읽어내도록 하여도 된다.
구체적으로는, 도 13에 도시한 바와 같이, 송신 장치의 피크 억압부는 피크 억압부가 진폭값(x)과 피크 억압 신호(y)를 대응지어 저장하는 메모리를 갖는다. 그리고, 송신 장치의 피크 억압부는 복소수인 송신 신호에 대해 진폭값(x)을 구하고, 진폭값(x)에 대응하는 피크 억압 신호(y)를 메모리로부터 읽어내고, 송신 신호에 피크 억압 신호를 곱하여 피크를 억압한다. 또한, 수신 장치도 마찬가지의 처리를 행하여, 피크를 복원하여도 된다.
이와 같이, 송신 장치가, 진폭값과 피크 억압 신호를 대응지어 저장하는 메모리로부터, 송신하는 신호의 진폭값에 대응하는 피크 억압 신호를 읽어내고, 피크 억압 신호에 기초하여, 피크를 억압한다. 또한, 수신 장치가, 진폭값과 피크 복원 신호를 대응지어 저장하는 메모리로부터, 수신한 신호의 진폭값에 대응하는 피크 복원 신호를 읽어내고, 피크 복원 신호에 기초하여, 피크를 복원한다. 이 결과, 간이하게 피크의 억압 및 복원을 하는 것이 가능하다.
(2) 시스템 구성 등
도 1 및 도 5에 도시한 송신 장치(10) 및 수신 장치(20)의 각 구성 요소는 기능 개념적인 것이며, 반드시 물리적으로 도시한 바와 같이 구성되어 있는 것을 요하지 않는다. 또한, 예를 들면, 송신 장치(10) 및 수신 장치(20)의 각 구성 요소(예를 들면, 피크 억압부(12) 또는 피크 복원부(23))에 의해 행해지는 각 처리 기능은, 그 전부 또는 임의의 일부가, CPU 및 그 CPU에서 해석 실행되는 프로그램 등에 의해 실현될 수 있다.
예를 들면, 상기 실시예 1에서 설명한 각종 처리(도 9 및 도 10 등 참조)는, 미리 준비된 프로그램을 통신 장치(컴퓨터)에 구비된 CPU(Central Processing Unit) 등의 처리 장치에서 실행함으로써 실현할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 송신 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 피크 억압부에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 3은 피크 억압부의 처리를 설명하기 위한 도면.
도 4는 피크 억압 전후의 파형의 모습을 도시하는 도면.
도 5는 실시예 1에 따른 수신 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 6은 피크 복원부에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 7은 피크 복원부의 처리를 설명하기 위한 도면.
도 8은 피크 복원부의 입출력 신호 파형을 비교하기 위한 도면.
도 9는 실시예 1에 따른 송신 장치의 처리 동작을 설명하는 플로우차트.
도 10은 실시예 1에 따른 수신 장치의 처리 동작을 설명하는 플로우차트.
도 11은 실시예 2에 따른 수신 장치에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 12는 상이한 피크 억압량으로 억압된 수신 신호에서의 PAPR의 차이를 설명하기 위한 도면.
도 13은 실시예 3에 따른 송신 장치에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 14는 종래 기술을 설명하기 위한 도면.
도 15는 종래 기술을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 송신 장치
11 : 디지털 변조부
12 : 피크 억압부
13 : D/A 변환부
14 : 무선 송신부
20 : 수신 장치
21 : 무선 수신부
22 : A/D 변환부
23 : 피크 복원부
24 : 디지털 복조부

Claims (7)

  1. 송신 장치가, 억압 목표값보다 작은 억압 개시값으로부터 억압을 개시함과 함께, 피크 진폭값이 억압 목표값으로 되는 게인 특성의 함수를 이용하여 피크를 억압하는 억압 단계와,
    수신 장치가, 상기 억압 단계에서 억압된 상기 피크를, 미리 기억하고 있는 상기 함수의 역함수를 이용하여 복원하는 복원 단계를 포함하고,
    상기 복원 단계는, 피크에 대한 평균 전력의 비율을 측정하여 상기 억압 단계에 의한 피크 억압의 정도를 판정하고, 그 피크 억압의 정도에 기초하여, 피크 복원의 정도를 조정하는 것을 특징으로 하는 피크 억압 복원 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 억압 단계는, 상기 함수를 이용하여 피크 억압의 정도를 연산하고, 그 피크 억압의 정도에 기초하여, 피크를 억압하고,
    상기 복원 단계는, 상기 역함수에 의해 피크 복원의 정도를 연산하고, 그 피크 복원의 정도에 기초하여, 피크를 복원하는 것을 특징으로 하는 피크 억압 복원 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 억압 단계는, 진폭값과 피크 억압의 정도를 대응지어 저장하는 피크 억압 저장부로부터, 송신하는 신호의 진폭값에 대응하는 피크 억압의 정도를 읽어내고, 그 피크 억압의 정도에 기초하여, 피크를 억압하고,
    상기 복원 단계는, 진폭값과 피크 복원의 정도를 대응지어 저장하는 피크 억압 저장부로부터, 수신한 신호의 진폭값에 대응하는 피크 복원의 정도를 읽어내고, 상기 피크 복원의 정도에 기초하여, 피크를 복원하는 것을 특징으로 하는 피크 억압 복원 방법.
  5. 삭제
  6. 송신 장치에 의해 억압된 피크를, 미리 기억하고 있는 함수의 역함수를 이용하여 복원하는 복원 수단을 구비하고,
    상기 복원 수단은, 피크에 대한 평균 전력의 비율을 측정하여 상기 송신 장치에 의한 피크 억압의 정도를 판정하고, 그 피크 억압의 정도에 기초하여, 피크 복원의 정도를 조정하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
  7. 송신 장치가, 억압 목표값보다 작은 억압 개시값으로부터 억압을 개시함과 함께, 피크 진폭값만이 억압 목표값으로 되는 게인 특성의 함수를 이용하여 피크를 억압하는 억압 수단을 구비하고,
    수신 장치가, 상기 억압 수단에 의해 억압된 피크를, 미리 기억하고 있는 상기 함수의 역함수를 이용하여 복원하는 복원 수단을 구비하며,
    상기 복원 수단은, 피크에 대한 평균 전력의 비율을 측정하여 상기 억압 수단에 의한 피크 억압의 정도를 판정하고, 그 피크 억압의 정도에 기초하여, 피크 복원의 정도를 조정하는 것을 특징으로 하는 피크 억압 복원 시스템.
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