KR101509728B1 - 심볼 매핑 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

심볼 매핑 방법에서, 전송 데이터를 부호화하여 정보 비트와 리던던시 비트를 생성한다. 초기 전송 시에 정보 비트와 리던던시 비트를 제1 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하고, 재전송 시에 정보 비트와 리던던시 비트를 제1 매핑 방식과 다른 제2 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑한다.
정보 비트, 리던던시 비트, 심볼 매핑, LLR, 신뢰도, 재전송, HARQ

Description

심볼 매핑 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR MAPPING SYMBOL}
본 발명은 심볼 매핑 방법 및 장치에 관한 것이다.
이진 비트 스트림(binary bit stream)으로 나타내어진 정보를 시스티매틱 채널 부호화기(systematic channel coder)로 부호화하면 부호화된 코드는 부호화되기 전의 정보 비트(information bits)들에 리던던시 비트(redundancy bits)들이 추가된 형태이다. 이러한 시스티매틱 부호화기의 예로 컨볼루션널 터보 코드(convolutional turbo code, CTC) 등이 있다.
변조 방식 중 QAM(quadrature amplitude modulation)은 전송 데이터의 복수의 비트를 하나의 심볼(symbol)의 위상(phase)과 크기(amplitude) 정보로 변환하여 전송하는 변조 방식이다. 16 QAM은 하나의 심볼로 4비트를 전송할 수 있고, 64 QAM은 하나의 심볼로 6비트를 전송할 수 있다.
16 QAM은 전송하고자 하는 데이터를 4비트 단위로 나누어 각각을 16개의 심볼 중 하나에 매핑한 후 변조하여 전송하는데 주로 사용되는 심볼 매핑 방식이 그레이 매핑(gray mapping)이다. 그레이 매핑에 따라 변조된 4비트 심볼을 수신한 경우 수신 심볼의 각 비트의 신뢰도가 다르다. 수신 비트의 신뢰도는 예를 들면 로그 우도비(log likelihood ratio, LLR) 값으로 나타낼 수 있다.
종래 기술에서는 이러한 신뢰도의 차이 및 정보 비트와 리던던시 비트를 구별하지 않고 심볼 매핑을 하였기 때문에, 수신 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
또한 무선 통신 시스템에서는 전송된 패킷이 수신단에서 정상적으로 수신되지 않는 경우 해당 패킷을 재전송하는 방식이 사용된다. 재전송 방식으로 예를 들면 복합 자동 재전송 요구(hybrid automatic retransmit request, HARQ) 방식이 있다. 이러한 재전송 방식에서 재전송 패킷의 수신 성능을 높이기 위해서도 신뢰도를 고려할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수신 성능을 향상시킬 수 있는 심볼 매핑 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 심볼 매핑 장치에서 전송 데이터를 심볼에 매핑하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 전송 데이터를 부호화하여 복수의 정보 비트와 복수의 리던던시 비트를 생성하는 단계, 초기 전송 시에 상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 제1 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계, 그리고 재전송 시에 상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 상기 제1 매핑 방식과 다른 제2 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 채널 부호화기 및 심볼 매핑기를 포함하는 심볼 매핑 장치가 제공된다. 상기 채널 부호화기는 전송 데이터를 부호화하여 복수의 정보 비트와 복수의 리던던시 비트를 생성한다. 상기 심볼 매핑기는 초기 전송 시에 상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 제1 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하고, 재전송 시에 상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 상기 제1 매핑 방식과 다른 제2 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 심볼 매핑 장치에서 데이터를 전송하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 전송 데이터를 부호화하여 복수의 정보 비트와 복수의 리던던시 비트를 생성하는 단계, 상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 제1 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계, 상기 제1 매핑 방식에 따라 매핑된 심볼을 포함하는 패킷을 초기 전송하는 단계, 상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 상기 제1 매핑 방식과 다른 제2 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계, 그리고 상기 제2 매핑 방식에 따라 매핑된 심볼을 포함하는 패킷을 재전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 초기 전송에 사용한 매핑 방식과 다른 매핑 방식으로 재전송 시에 정보 비트와 리던던시 비트를 매핑함으로써 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 시퀀스를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
먼저, 전송 데이터를 변조하는 경우에 심볼 내 각 비트의 신뢰도에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 하여 설명한다.
도 1은 16 QAM의 그레이 매핑의 한 예를 나타내는 도면이고, 도 2는 16 QAM의 그레이 매핑의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2에서는 변조 방식의 한 예로 16QAM을, 심볼 매핑 방식의 한 예로 그레이 매핑을, 신뢰도의 한 예로 LLR을 사용하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 그레이 매핑에서는 인접 심볼 간에 한 비트의 값만 다르고 나머지 비트의 값은 동일하다. 하나의 16 QAM 성상도(QAM constellation)에 대해서 그레이 매핑이 복수 개 존재할 수 있으며, 도 1 및 도 2는 하나의 QAM 성상도에 대한 서로 다른 두 개의 그레이 매핑을 나타낸다. 즉, 도 1의 심볼에서는 4개의 비트가 i1, i2, q1, q2의 순으로 위치하는 반면, 도 2의 심볼에서는 4개의 비트가 i1, q1, i2, q2의 순으로 위치한다.
표 1은 도 1에 예시한 그레이 매핑에 의해 QAM 심볼의 인페이즈(in-phase) 성분으로 매핑되는 비트 중 첫 번째 비트(i1)의 평균 LLR 값과 두 번째 비트(i2)의 평균 LLR 값을 나타낸다.
Figure 112009030286394-pat00001
여기서, x는 수신 심볼의 x축(가로축) 좌표이며, -x1, -x0, x0, x1는 각각 도 1에서 왼쪽에서 오른쪽 방향 순으로의 네 개의 x 좌표를 나타내고, x의 평균값은 수신 잡음을 평균이 0인 백색 잡음으로 가정한 경우이며, K는 상수이다.
표 1을 보면, 인페이즈 성분으로 매핑되는 비트 중 첫 번째 비트(i1)의 평균 LLR 값이 두 번째 비트(i2)의 평균 LLR 값의 약 2배임을 알 수 있다. 마찬가지로, 쿼드러쳐(quadrature) 성분으로 매핑되는 비트 중 첫 번째 비트(q1)의 평균 LLR 값도 두 번째 비트(q2)의 평균 LLR 값의 약 2배이다. 이와 같이 16 QAM에서 각 비트의 평균 LLR 값, 신뢰도는 그 위치에 따라 달라질 수 있다.
64 QAM의 경우에도 16 QAM과 마찬가지로 QAM 심볼 내의 복수의 비트들의 평균 LLR 값이 그 위치에 따라 서로 달라질 수 있다.
다음, 본 발명의 한 실시예에 따른 심볼 매핑 방법에 대해 도 3 내지 7을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 심볼 매핑 장치의 개략적인 블록도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 심볼 매핑 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 심볼 매핑 장치(300)는 채널 부호화기(channel coder)(310) 및 심볼 매핑기(320) 및 송신기(330)를 포함한다.
도 4를 참고하면, 먼저 채널 부호화기(310), 예를 들면 시스티매틱 채널 부호화기는 전송 데이터를 부호화한다(S410). 그러면 부호화기(310)에서는 복수의 정보 비트(information bits)에 복수의 리던던시 비트(redundancy bits)가 추가된 형태의 데이터가 출력된다. 정보 비트는 부호화 전의 전송 데이터와 동일한 정보를 포함하는 비트이고, 리던던시 비트는 전송 데이터에 대한 리던던시 정보를 포함하고 있는 비트이다. 심볼 매핑기(320)는 정보 비트와 리던던시 비트를 제1 매핑 방식으로 각각 심볼에 매핑한다(S420). 송신기(330)는 이와 같이 매핑된 심볼들로 이루어진 패킷을 수신단으로 초기 전송한다(S430). 한편, 심볼 매핑기(320)가 심볼 매핑을 하기 전에 정보 비트와 리던던시 비트 중 적어도 일부는 천공(puncturing)될 수 있으며, 또한 정보 비트와 리던던시 비트는 각각 인터리빙될 수 있다.
초기 전송 후에 수신단이 패킷을 정상적으로 수신하지 못하여 부정 응답(negative acknowledge, NAK)을 심볼 매핑 장치로 송신하는 경우(S440), 심볼 매핑기(320)는 정보 비트와 리던던시 비트를 제2 매핑 방식으로 각각 심볼에 매핑한다(S450). 송신기(330)는 이와 같이 매핑된 심볼들로 이루어진 패킷을 수신단으로 재전송한다(S460). 재전송 방식으로 HARQ 방식을 사용할 수 있다.
이 경우, 제2 매핑 방식을 제1 매핑 방식과 다르게 설정함으로써, 초기 전송에서 낮은 신뢰도를 가지는 비트에 매핑된 비트가 재전송에서는 높은 신뢰도를 가지는 비트에 매핑될 수 있고, 이에 따라 수신단의 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 매핑 방식의 한 예를 나타내는 도면이다. 도 5 및 도 6에서는 도 1에 도시한 16 QAM의 그레이 매핑을 사용하는 것으로 가정한다.
도 5를 참고하면, 심볼 매핑기(320)는 정보 비트들을 16 QAM 심볼의 비트 중 i1과 q1 비트에 매핑하고, 리던던시 비트들을 16 QAM 심볼의 비트 중 i2와 q2 비트에 매핑한다. 이와 같이, 심볼 매핑기(320)는 정보 비트들을 평균 LLR 값이 큰, 즉 신뢰도가 높은 비트(i1, q1)에 매핑하고, 리던던시 비트들을 평균 LLR 값이 작은, 즉 신뢰도가 낮은 비트(i2, q2)에 매핑함으로써, 정보 비트의 신뢰도가 리던던시 비트의 신뢰도보다 높게 할 수 있다.
도 6을 참고하면, 도 5와 달리, 심볼 매핑기(320)는 리던던시 비트들을 16 QAM 심볼의 비트 중 i1과 q1 비트에 매핑하고, 정보 비트들을 16 QAM 심볼의 비트 중 i2와 q2 비트에 매핑한다. 이와 같이, 심볼 매핑기(320)는 리던던시 비트들을 평균 LLR 값이 큰, 즉 신뢰도가 높은 비트(i1, q1)에 매핑하고, 정보 비트들을 평균 LLR 값이 작은, 즉 신뢰도가 낮은 비트(i2, q2)에 매핑함으로써, 리던던시 비트의 신뢰도가 정보 비트의 신뢰도보다 높게 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 심볼 매핑 방법의 성능을 나타낸 도면이다.
도 7은 16 QAM 방식의 OFDM 시스템에서 1/3 부호화율의 컨볼루셔널 터보 코드를 사용하는 경우에, 부가적인 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise, AWGN) 채널에서의 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)에 따른 블록 오류율(block error rate, BLER)을 보여준다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 심볼 매핑 방법과 같이 정보 비트의 평균 LLR 값을 리던던시 비트의 평균 LLR 값보다 높게 심볼 매핑하거나 정보 비트의 평균 LLR 값을 리던던시 비트의 평균 LLR 값보다 낮게 심볼 매핑하는 경우의 BLER이 LLR 값을 고려하지 않는 종래 기술에 따른 심볼 매핑 방법에서의 BLER보다 낮게 나타남을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 한 실시에에 따른 심볼 매핑 방법의 수신 성능이 종래 기술에 비해 높음을 알 수 있다.
그러므로 심볼 매핑기(320)가 초기 전송에서 도 5 또는 도 6에 도시한 매핑 방식으로 정보 비트와 리던던시 비트를 심볼에 매핑함으로써, 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 심볼 매핑기(320)가 초기 전송에서 도 5에 도시한 매핑 방식을 사용한 경우에 재전송에서 도 6에 도시한 매핑 방식을 사용하거나 초기 전송에서 도 6에 도시한 매핑 방식을 사용한 경우에 재전송에서 도 5에 도시한 매핑 방식을 사용함으로써, 초기 전송에서 낮은 신뢰도를 가지는 비트로 전송된 비트가 재전송에서 높은 신뢰도를 가지는 비트로 전송되도록 할 수 있다. 그러면 초기 전송 패킷과 재전송 패킷이 상호 보완하는 역할을 하여서, 다이버시티 이득(diversity gain)과 부호화 이득(coding gain)을 모두 얻어 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 심볼 당 4개의 비트(i1, i2, q1, q2)가 존재하는 16 QAM을 예로 들어서 설명하였지만, 본 발명의 실시예에 따른 심볼 매핑 방법은 16 QAM 이외의 변조 방식도 적용할 수 있다.
예를 들면, 22n QAM에서는 심볼 당 2n개의 비트(i1, i2, …, in, q1, q2, …, qn)가 존재하고, 각 비트의 LLR 값은 서로 다르다. 이 경우, 도 5 및 도 6에서 설명한 것처럼, 심볼 매핑기는 정보 비트를 2n개의 비트 중 상대적으로 큰 LLR 값을 가지는 비트에 매핑하고, 리던던시 비트를 상대적으로 작은 LLR 값을 가지는 비트에 매핑할 수 있다. 또는 심볼 매핑기는 정보 비트를 2n개의 비트 중 상대적으로 작은 평균 LLR 값을 가지는 비트에 매핑하고, 리던던시 비트를 상대적으로 큰 평균 LLR 값을 가지는 비트에 매핑할 수 있다.
본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1 및 도 2는 각각 16 QAM의 그레이 매핑의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 심볼 매핑 장치의 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 심볼 매핑 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 매핑 방식의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 심볼 매핑 방법의 성능을 나타낸 도면이다.

Claims (20)

  1. 심볼 매핑 장치에서 전송 데이터를 심볼에 매핑하는 방법에 있어서,
    전송 데이터를 부호화하여 복수의 정보 비트와 복수의 리던던시 비트를 생성하는 단계,
    초기 전송 시에 상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 제1 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계, 그리고
    재전송 시에 상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 상기 제1 매핑 방식과 다른 제2 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계는,
    상기 정보 비트를 제1 비트에 매핑하는 단계, 그리고
    상기 리던던시 비트를 제2 비트에 매핑하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 비트의 신뢰도가 상기 제2 비트의 신뢰도와 다른
    심볼 매핑 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 매핑 방식에 따라 상기 정보 비트가 매핑되는 비트의 신뢰도와 상기 제2 매핑 방식에 따라 상기 정보 비트가 매핑되는 비트의 신뢰도가 다른 심볼 매핑 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신뢰도는 평균 로그 우도비(log likelihood ratio, LLR) 값이 클수록 높은 심볼 매핑 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 비트의 신뢰도가 상기 제2 비트의 신뢰도보다 높은 심볼 매핑 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계는,
    상기 정보 비트를 상기 제2 비트에 매핑하는 단계, 그리고
    상기 리던던시 비트를 상기 제1 비트에 매핑하는 단계
    를 포함하는 심볼 매핑 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 비트의 신뢰도가 상기 제2 비트의 신뢰도보다 낮은 심볼 매핑 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계는,
    상기 정보 비트를 상기 제2 비트에 매핑하는 단계, 그리고
    상기 리던던시 비트를 상기 제1 비트에 매핑하는 단계
    를 포함하는 심볼 매핑 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재전송은 복합 자동 재전송 요구(hybrid automatic retransmit request, HARQ) 방식에 따른 재전송인 심볼 매핑 방법.
  10. 전송 데이터를 부호화하여 복수의 정보 비트와 복수의 리던던시 비트를 생성하는 채널 부호화기, 그리고
    초기 전송 시에 상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 제1 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하고, 재전송 시에 상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 상기 제1 매핑 방식과 다른 제2 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 심볼 매핑기
    를 포함하며,
    상기 심볼 매핑기는, 상기 제1 매핑 방식에 따라 상기 정보 비트를 각 심볼의 제1 비트에 할당하고, 상기 리던던시 비트를 각 심볼의 제2 비트에 할당하며,
    상기 제1 비트가 상기 제2 비트와 신뢰도가 다른
    심볼 매핑 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정보 비트가 상기 제1 매핑 방식에 따라 할당된 비트의 신뢰도가 상기 정보 비트가 상기 제2 매핑 방식에 따라 할당된 비트의 신뢰도와 다른 심볼 매핑 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신뢰도는 평균 로그 우도비(log likelihood ratio, LLR) 값이 클수록 높은 심볼 매핑 장치.
  13. 삭제
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심볼 매핑기는, 상기 제2 매핑 방식에 따라 상기 정보 비트를 각 심볼의 제3 비트에 할당하고, 상기 리던던시 비트를 각 심볼의 제4 비트에 할당하며,
    상기 제3 비트와 상기 제1 비트의 신뢰도가 다르며,
    상기 제4 비트와 상기 제2 비트의 신뢰도가 다른 심볼 매핑 장치.
  15. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심볼 매핑기는, 상기 제2 매핑 방식에 따라 상기 정보 비트를 각 심볼의 제3 비트에 할당하고, 상기 리던던시 비트를 각 심볼의 제4 비트에 할당하며,
    상기 제3 비트는 상기 제2 비트와 동일한 비트이며, 상기 제4 비트는 상기 제1 비트와 동일한 비트인 심볼 매핑 장치.
  16. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 비트가 상기 제2 비트보다 신뢰도가 높은 심볼 매핑 장치.
  17. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 비트가 상기 제1 비트보다 신뢰도가 높은 심볼 매핑 장치.
  18. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재전송은 복합 자동 재전송 요구(hybrid automatic retransmit request, HARQ) 방식에 따른 재전송인 심볼 매핑 장치.
  19. 심볼 매핑 장치에서 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    전송 데이터를 부호화하여 복수의 정보 비트와 복수의 리던던시 비트를 생성하는 단계,
    상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 제1 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계,
    상기 제1 매핑 방식에 따라 매핑된 심볼을 포함하는 패킷을 초기 전송하는 단계,
    상기 정보 비트와 상기 리던던시 비트를 상기 제1 매핑 방식과 다른 제2 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계, 그리고
    상기 제2 매핑 방식에 따라 매핑된 심볼을 포함하는 패킷을 재전송하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 매핑 방식에 따라 심볼에 매핑하는 단계는,
    상기 정보 비트를 제1 비트에 매핑하는 단계, 그리고
    상기 리던던시 비트를 제2 비트에 매핑하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 비트의 신뢰도가 상기 제2 비트의 신뢰도와 다른
    전송 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 매핑 방식에 따라 상기 정보 비트가 매핑되는 비트의 신뢰도와 상기 제2 매핑 방식에 따라 상기 정보 비트가 매핑되는 비트의 신뢰도가 다른 전송 방법.
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