KR20050004646A - Apparatus and Method for Frequency Direct Conversion of RF System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 장치에서 발생하는 캐리어 피드스루(Carrier Feedthrough)를 줄여 상기 주파수 직접 변환 장치의 성능을 향상 시킬 수 있는 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for directly converting a frequency of a wireless communication system and a method thereof, and more particularly, to reduce carrier feedthrough occurring in the apparatus for directly converting a frequency of a wireless communication system. The present invention relates to a frequency direct conversion apparatus and a method of improving a wireless communication system.
기존의 단말기나 기지국 등의 무선 통신 시스템은 혼합기(Mixer)를 2단 이상 사용하여 주파수를 2번 이상 변환(Conversion)시켜 안테나로 송신하는 방법을 사용하였으나, 최근 1단의 혼합기(Mixer)를 사용하여 한번에 기저대역(Baseband) 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환시켜 안테나로 송신한다. 이러한 구성 방식을 직접 변환(Direct Conversion) 또는 제로 중간주파수(Zero IF : Zero Intermediate Frequency)라 하는데, 이에 대한 이점은 중간 주파수단이 없어지므로 중간 주파수에 관련된 소자 또한 사용하지 않으므로 비용 절감 효과가 있다.Conventional wireless communication systems such as terminals or base stations use a method of converting a frequency two or more times using a mixer and transmitting it to an antenna, but recently using a mixer of a single stage. In one step, the baseband signal is converted into a radio frequency (RF) signal and transmitted to the antenna. This configuration method is called direct conversion or zero intermediate frequency. The advantage of this method is that since the intermediate frequency stage is eliminated, the element related to the intermediate frequency is not used, thereby reducing the cost.
그러나, 직접 변환의 단점으로 RF 주파수와 국부발진기(LO : Local Oscillator) 주파수가 같아지므로 RF 출력단에 기저대역 I(In phase : 동위상) 신호, Q(Quadrature Phase : 직교위상) 신호 간의 DC 옵셋(DC Offset)에 의한 캐리어 피드스루(Carrier Feedthrough)가 발생하여 최종 신호의 대역내(In Band)에 협대역의 신호가 첨가되어 최종 송신 신호 특성 저하를 가져올 수 있는 문제점이 있었다.However, the disadvantage of direct conversion is that the RF frequency and the local oscillator (LO) frequency are the same, so the DC offset between the baseband I (In phase) signal and Q (Quadrature Phase) signal at the RF output. Carrier feedthrough occurs due to a DC offset, and a narrow band signal is added to an in band of the final signal, resulting in deterioration of the final transmission signal characteristics.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 장치내에서 변환(Conversion)된 신호를 되돌림(Feedback)하여 각 신호의 DC 레벨(Level)을 검출하여 동위상(In Phase) 신호와 직교위상(Quadrature Phase) 신호의 DC를 같게 해 주어 캐리어 피드스루(Carrier Feedthrough)를 낮출 수 있는 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the above problems, and it is possible to detect the DC level of each signal by feeding back the converted signal in the frequency direct conversion apparatus of the wireless communication system. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for directly converting a frequency in a wireless communication system capable of reducing carrier feedthrough by making DC of an in-phase signal and a quadrature phase signal the same. .
도 1 은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 장치의 일실시예 구성도.1 is a block diagram of an embodiment of an apparatus for directly converting a frequency of a wireless communication system according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 방법에 대한 일실시예 흐름도.2 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for directly converting a frequency in a wireless communication system according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
101, 102 : DAC 103, 104 : DC 서플라이(Supply)101, 102: DAC 103, 104: DC Supply
105, 106 : LPF(Low Pass Filter) 107 : 제어기(Controller)105, 106: LPF (Low Pass Filter) 107: Controller
108 : 비교기(Comparator) 109 : 위상 분배기(Phase Splitter)108: Comparator 109: Phase Splitter
110, 111 : 혼합기(Mixer) 112 : 합성기(Combiner)110, 111: Mixer 112: Combiner
120 : 주파수 직접 변환부120: frequency direct conversion unit
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 장치에 있어서, 디지털로 입력되는 동위상 신호와 직교위상 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 신호 변환수단; 상기 신호 변환수단에서 출력된 아날로그 신호를 필터링(Filtering)하여 DC 성분을 추출하기 위한 필터링 수단; 상기 필터링 수단에서 출력된 상기 동위상 신호와 직교위상 신호의 DC 크기를 검출하여 DC가 높은 쪽으로 경로를 연결하고, 상기 동위상 신호와 직교위상 신호의 DC 레벨차가 임계치 이하가 되면 직접변환을 위한 주파수 직접 변환수단으로 연결하기 위한 제어수단; 상기 필터링 수단에서 출력된 상기 동위상 신호와 직교위상 신호의 DC 레벨차를 검출하여 상기 제어수단에 의해 연결된 경로로 보내고, 상기 동위상 신호와 직교위상 신호의 DC 레벨차가 임계치 이하가 되면 상기 제어수단으로 알리기 위한 비교수단; 상기 비교수단에서 검출된 DC 레벨차 만큼 입력 신호에 역방향 바이어스(Bias)를 인가하기 위한 DC 공급수단; 및 상기 DC 레벨차가 임계치 이하로 변환된 상기 동위상 신호와 직교위상 신호를 주파수 직접 변환하기 위한 상기 주파수 직접 변환수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus of the present invention for achieving the above object is a frequency direct conversion apparatus of a wireless communication system, comprising: signal conversion means for converting a digitally input in-phase signal and quadrature signal into an analog signal; Filtering means for extracting a DC component by filtering the analog signal output from the signal conversion means; Detects the DC magnitude of the in-phase signal and the quadrature signal output from the filtering means, connects a path toward the higher DC, and if the DC level difference between the in-phase signal and the quadrature signal is less than or equal to a threshold, frequency for direct conversion Control means for connecting directly to the conversion means; Detecting the DC level difference between the in-phase signal and the quadrature signal output from the filtering means and sending the difference to the path connected by the control means, and when the DC level difference between the in-phase signal and the quadrature signal is less than or equal to a threshold, the control means Comparing means for informing by; DC supply means for applying a reverse bias to the input signal by the DC level difference detected by the comparison means; And the frequency direct converting means for directly frequency converting the in-phase signal and the quadrature signal whose DC level difference is converted below a threshold.
한편, 본 발명의 방법은, 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 방법에 있어서, DAC(Digital to Analog Converter)에서 출력된 아날로그 신호인 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)를 피드백(Feedback) 루프(Loop)로 입력하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계에서 출력된 상기 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)에서 LPF(Low Pass Filter)를 거치면서 DC 성분을 추출하는 제 2 단계; 상기 LPF(Low Pass Filter)에서 추출된 DC 성분들을 제어기(Controller)와 비교기(Comparator)에 입력하고, 상기 제어기에서 상기 LPF(Low Pass Filter)를 통과한 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)의 DC 크기를 검출하여 DC가 높은 쪽으로 스위치를 연결하는 제 3 단계; 상기 비교기에서 상기 LPF(Low Pass Filter)를 통과한 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)간 DC 레벨차를 검출하여 상기 제어기에서 연결한 경로를 따라 신호를 전송하는 제 4 단계; DC 서플라이에서 상기 비교기에서 검출한 DC 레벨차 만큼 입력 신호에 역방향 바이어스(Bias)를 인가하는 제 5 단계; 상기 비교기에서 상기 두 신호간 DC 차가 기 설정된 임계치 이하로 검출(Detection)되는지를 판단하는 제 6 단계; 상기 제 6 단계의 판단 결과, 임계치 이하로 검출되면 이를 상기 제어기에 알리고, 상기 제어기는 주파수 직접 변환부로 연결하여 주파수 직접변환하는 제 7 단계; 및 상기 제 6 단계의 판단 결과, 임계치 이하로 검출되지 않으면 상기 제 2 단계로 진행하는 제 8 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, in the method of directly converting a frequency in a wireless communication system, the method of the present invention feeds back the in-phase signal I and the quadrature signal Q, which are analog signals output from a digital to analog converter (DAC). A first step of inputting into a loop; A second step of extracting a DC component through a low pass filter (LPF) from the in-phase signal (I) and the quadrature signal (Q) output in the first step; The DC component extracted from the low pass filter (LPF) is input to a controller and a comparator, and the in-phase signal I and the quadrature signal (I) passed through the low pass filter (LPF) in the controller ( Detecting the DC magnitude of Q) and connecting the switch up the DC; A fourth step of detecting, by the comparator, a DC level difference between the in-phase signal (I) and the quadrature signal (Q) passing through the low pass filter (LPF) and transmitting a signal along a path connected by the controller; A fifth step of applying a reverse bias to an input signal by a DC level difference detected by the comparator in a DC supply; Determining, by the comparator, whether the DC difference between the two signals is detected below a preset threshold; A seventh step of informing the controller if it is detected to be less than or equal to a threshold as a result of the sixth step, wherein the controller is connected to a frequency direct conversion unit to directly convert a frequency; And an eighth step of proceeding to the second step if it is not detected below the threshold as a result of the determination of the sixth step.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 장치의 일실시예 구성도이다.1 is a configuration diagram of an apparatus for directly converting a frequency in a wireless communication system according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 장치는, 디지털로 입력되는 동위상 신호와 직교위상 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC(Digital to Analog Converter : 이하, "DAC"라 함)(101, 102), 상기 DAC(101, 102)에서 출력된 아날로그 신호를 필터링(Filtering)하여 DC 성분을 추출하는 LPF(Low Pass Filter : 이하, "LPF"라 함)(105, 106), 상기 LPF(105, 106)에서 출력된 두 신호의 DC 크기를 검출하여 DC가 높은 쪽으로 스위치(Switch)(115)를 연결하고, 상기 두 신호의 DC 레벨차가 임계치 이하가 되면 직접변환을 위한 주파수 직접 변환부(120)로 스위치(113, 114)를 연결하는 제어기(Controller)(107), 상기 LPF(105, 106)에서 출력된 두 신호의 DC 레벨차를 검출하여 상기 제어기(107)에 의해 연결된 경로로 보내고, 상기 두 신호의 DC 레벨차가 임계치 이하가 되면 상기 제어기(107)로 알리는 비교기(Comparator)(108), 상기 비교기(108)에서 검출된 DC 레벨차 만큼 입력 신호에 역방향 바이어스(Bias)를 인가하는 DC 서플라이(Supply)(103, 104), 그리고 상기 DC 레벨차가 임계치 이하로 변환된 두 신호를 주파수 직접 변환하는 상기 주파수 직접 변환부(120)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the apparatus for directly converting a frequency of a wireless communication system according to the present invention includes a digital to analog converter (DAC) for converting digitally input in-phase signals and quadrature signals into analog signals. 101, 102, LPF (Low Pass Filter: hereinafter referred to as "LPF") to filter the analog signal output from the DAC (101, 102) to extract the DC component (105) 106), and detects the magnitude of the DC of the two signals output from the LPF (105, 106) and connects the switch (115) to the higher DC. When the DC level difference between the two signals is less than or equal to the threshold, direct conversion is performed. A controller 107 connecting the switches 113 and 114 to the frequency direct conversion unit 120 for detecting the DC level difference between the two signals output from the LPFs 105 and 106 and the controller 107. Sent by the path connected by the controller, and when the DC level difference between the two signals falls below a threshold, Comparator 108 for notifying the controller 107, DC Supply 103, 104 for applying a reverse bias to the input signal by the DC level difference detected by the comparator 108, and the The frequency direct conversion unit 120 directly converts two signals whose DC level difference is converted to a threshold or less.
또한, 상기 주파수 직접 변환부(120)는 소정의 주파수를 발생하는 국부발진기(LO)와 상기 국부발진기에서 출력된 신호를 동위상(In Phase) 성분과직교위상(Quadrature Phase) 성분으로 분리하는 위상 분배기(Phase Splitter)(109), 상기 위상 분배기(109)에서 출력된 신호를 상향 변환하는 혼합기(Mixer)(110, 111), 그리고 상기 혼합기(110, 110)에서 출력된 신호를 합성하는 합성기(Combiner)(112)를 포함한다.In addition, the frequency direct converter 120 separates a local oscillator (LO) generating a predetermined frequency and a signal output from the local oscillator into an in-phase component and a quadrature phase component. A phase splitter 109, a mixer 110 and 111 for up-converting the signal output from the phase divider 109, and a synthesizer for synthesizing the signal output from the mixer 110 and 110 ( Combiner) 112.
DAC(101, 102)에 의해 아날로그로 변환된 동위상(I) 신호와 직교위상(Q) 신호는 혼합기(Mixer)(110, 111)의 입력단으로 인가되고, 국부발진기 신호는 위상 분배기(109)에 의해 동위상(I) 성분과 직교위상(Q) 성분으로 분리되어 동위상 성분은 동위상 신호의 로컬(Local)로, 직교위상 성분은 직교위상 신호의 로컬(Local)로 인가된다. 그리고, 혼합기(Mixer)(110, 111)에 의해 상향 변환(Conversion)된 두 신호는 합성기(Combiner)(112)에 의해 합쳐져 하나의 신호가 된다. 이때, 직교위상 신호에 DC 옵셋(Offset)이 있다고 하면 하기 [수학식 1]과 같은 식이 성립된다.The in-phase (I) and quadrature (Q) signals converted to analog by the DACs 101 and 102 are applied to the input terminals of the mixers 110 and 111, and the local oscillator signal is supplied to the phase divider 109. By separating the in-phase (I) component and the quadrature (Q) component, the in-phase component is applied to the local of the in-phase signal, and the quadrature component is applied to the local of the quadrature signal. The two signals upconverted by the mixers 110 and 111 are combined by the combiner 112 to form a single signal. At this time, if a DC offset (Offset) in the quadrature signal, the following equation (1) is established.
Q(t) = sin(wt) + D : 직교위상 신호 + DC OffsetQ (t) = sin (wt) + D: Quadrature Signal + DC Offset
LO_I(t) = cos(wct) : 로컬로 인가된 동위상 신호LO_I (t) = cos (wct): Locally applied in-phase signal
LO_Q(t) = sin(wct) : 로컬로 인가된 직교위상 신호LO_Q (t) = sin (wct): Locally applied quadrature signal
RF = cos(wt)cos(wct) + sin(wt)sin(wct) + Dsin(wct)RF = cos (wt) cos (wct) + sin (wt) sin (wct) + Dsin (wct)
상기 [수학식 1]의 RF에서 "Dsin(wct)"가 캐리어(Carrier)가 되며, 이것이 출력특성 저하를 야기하게 된다. 따라서, 상기 신호를 제거 또는 대폭적인 감쇠를 수행해야 된다.In the RF of [Equation 1], "Dsin (wct)" becomes a carrier, which causes a decrease in output characteristics. Therefore, it is necessary to remove or significantly attenuate the signal.
본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 장치의 동작 과정을 살펴보면 다음과 같다.An operation process of the apparatus for directly converting a frequency of a wireless communication system according to the present invention is as follows.
먼저, DAC(101, 102)에서 출력된 아날로그 신호인 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)가 인가된다. 상기 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)는 피드백(Feedback) 루프(Loop)로 입력되고, LPF(Low Pass Filter)(105, 106)를 거치면서 DC 성분이 추출된다. 이때, 스위치(113, 114)는 피드백 루프 포트(Port)로 연결되어 있다.First, the in-phase signal I and the quadrature signal Q, which are analog signals output from the DACs 101 and 102, are applied. The in-phase signal I and the quadrature signal Q are input to a feedback loop, and a DC component is extracted while passing through low pass filters 105 and 106. In this case, the switches 113 and 114 are connected to a feedback loop port.
LPF(Low Pass Filter)(105, 106)에서 추출된 DC 성분들은 제어기(Controller)(107)와 비교기(Comparator)(108)에 입력되고, 제어기(107)에서는 LPF(Low Pass Filter)(105, 106)를 통과한 두 신호의 DC 크기를 검출하여 DC가 높은 쪽으로 스위치(115)를 연결한다.The DC components extracted from the low pass filters (LPFs) 105 and 106 are input to the controller 107 and the comparator 108, and the low pass filter (LPF) 105, from the controller 107. The DC magnitude of the two signals passing through 106 is detected and the switch 115 is connected to the higher DC.
비교기(108)에서는 LPF(Low Pass Filter)(105, 106)를 통과한 두 신호간 DC 레벨차를 검출하여 상기 제어기(107)에서 연결한 경로를 따라 보낸다.The comparator 108 detects a DC level difference between two signals passing through the low pass filters (LPFs) 105 and 106 and sends it along a path connected by the controller 107.
DC 서플라이(103, 104)는 상기 비교기(108)에서 검출한 DC 레벨차 만큼 입력 신호에 역방향 바이어스(Bias)를 인가한다.The DC supplies 103 and 104 apply a reverse bias to the input signal by the DC level difference detected by the comparator 108.
한편, 비교기(108)에 상기 두 신호간 DC 차가 기 설정된 임계치 이하로 검출(Detection)될때까지 상기 과정을 되풀이 한다. 그리고, 비교기(108)에서 상기두 신호간 DC 레벨차가 임계치 이하가 되면, 이를 제어기(107)에 알리고, 제어기(107)는 혼합기(110, 111) 앞의 스위치(113, 114)를 혼합기(110, 111)쪽으로 연결하여 직접변환이 되도록 한다.Meanwhile, the process is repeated until the comparator 108 detects a DC difference between the two signals below a preset threshold. And, when the DC level difference between the two signals in the comparator 108 is below the threshold, the controller 107 is notified, and the controller 107 switches the switches 113 and 114 in front of the mixers 110 and 111 to the mixer 110. , 111) for direct conversion.
도 2 는 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method for directly converting a frequency in a wireless communication system according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 주파수 직접 변환 방법은, 먼저 DAC(101, 102)에서 출력된 아날로그 신호인 동위상 신호(I)와 직교위상 신호(Q)를 피드백(Feedback) 루프(Loop)로 입력하고(201), LPF(Low Pass Filter)(105, 106)를 거치면서 DC 성분을 추출한다(202).As shown in FIG. 2, in the method for directly converting a frequency in a wireless communication system according to the present invention, first, an in-phase signal I and an quadrature-phase signal Q, which are analog signals output from the DACs 101 and 102, are fed back. A feedback is inputted to a loop (201), and a DC component is extracted while passing through a low pass filter (LPF) 105 and 106 (202).
다음으로, LPF(Low Pass Filter)(105, 106)에서 추출된 DC 성분들은 제어기(Controller)(107)와 비교기(Comparator)(108)에 입력하고(203), 제어기(107)에서는 LPF(Low Pass Filter)(105, 106)를 통과한 두 신호의 DC 크기를 검출하여 DC가 높은 쪽으로 스위치(115)를 연결한다(204).Next, DC components extracted from the low pass filters (LPFs) 105 and 106 are input to the controller 107 and the comparator 108 (203), and the controller 107 receives the LPF (Low). The DC signal of the two signals passing through the pass filter 105 and 106 is detected and the switch 115 is connected to the higher DC signal (204).
그리고, 비교기(108)에서는 LPF(Low Pass Filter)(105, 106)를 통과한 두 신호간 DC 레벨차를 검출하여 상기 제어기(107)에서 연결한 경로를 따라 보낸다(205).The comparator 108 detects the DC level difference between the two signals passed through the low pass filters (LPFs) 105 and 106 and sends it along the path connected by the controller 107 (205).
DC 서플라이(103, 104)에서 상기 비교기(108)에서 검출한 DC 레벨차 만큼 입력 신호에 역방향 바이어스(Bias)를 인가한다(206).The DC supplies 103 and 104 apply a reverse bias to the input signal by the DC level difference detected by the comparator 108 (206).
한편, 비교기(108)에서 상기 두 신호간 DC 차가 기 설정된 임계치 이하로 검출(Detection)되는지를 판단하여(207), 상기 판단 결과 임계치 이하로 검출되면 이를 제어기(107)에 알리고, 제어기(107)는 혼합기(110, 111) 앞의 스위치(113, 114)를 혼합기(110, 111)쪽으로 연결하여(208) 직접변환이 되도록 한다(209).Meanwhile, the comparator 108 determines whether the DC difference between the two signals is detected below a preset threshold (207), and if the determination result is less than or equal to the threshold, notifies the controller 107, and the controller 107 209 connects the switches 113 and 114 in front of the mixers 110 and 111 to the mixers 110 and 111 for direct conversion (209).
상기 판단 결과, 임계치 이하로 검출되지 않으면 상기 LPF를 거쳐 DC 성분을 추출하는 과정(202)로 진행한다.As a result of the determination, if it is not detected below the threshold, the process proceeds to step 202 of extracting the DC component via the LPF.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
상기한 바와 같은 본 발명은, 무선 통신 시스템의 직접 변환 장치의 피드백 루프(Feedback Loop)를 이용하여 실시간으로 계속적인 DC 옵셋(Offset)을 감소 또는 제거하고, DC 옵셋을 감소 또는 제거하게 됨으로써 캐리어 피드스루(Carrier Feedthrough) 특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention reduces or eliminates a continuous DC offset in real time by using a feedback loop of a direct conversion apparatus of a wireless communication system, and reduces or eliminates a DC offset, thereby reducing a carrier feed. There is an effect that can improve the characteristics (Carrier Feedthrough).
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KR100586834B1 (en) | 2006-06-08 |
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