KR20070001997A - 확산 스펙트럼 시스템을 위한 하이브리드 레이크/등화기수신기 - Google Patents

확산 스펙트럼 시스템을 위한 하이브리드 레이크/등화기수신기 Download PDF

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Abstract

확산 스펙트럼 시스템에서 지연 확산을 상관하기 위한 하이브리드 레이크/등화기가 제공된다. 하이브리드 레이크/등화기 수신기는 복수의 적응성 등화기를 포함하고, 각각의 등화기는 상관을 위해 등화된 역스크램블링된 칩 시퀀스를 제각기 제공하기 위해 미리-지정된 임계치 이상의 에너지 레벨을 갖는 지연 확산의 다른 지역을 필터링하기 위한 것이다. 복수의 적응성 등화기에 제각기 대응하는 등화기 계수는 개별적으로 갱신된다.

Description

확산 스펙트럼 시스템을 위한 하이브리드 레이크/등화기 수신기{HYBRID RAKE/EQUALIZER RECEIVER FOR SPREAD SPECTRUM SYSTEMS}
본 발명은 일반적으로 확산 스펙트럼 시스템과 관련이 있고, 보다 특별히는 확산 스펙트럼 시스템을 위한 하이브리드 레이크/등화기와 관련이 있다.
무선 통신 시스템에서, 신호는 전송기로부터 수신기로의 많은 경로 위에서 전파된다. 최단 경로와 최장 경로 사이의 신호 도착 시간에서 차이가 심볼 기간을 초과할 때, 지연 다양성이 무선 시스템에서 발생한다. 지연 다양성은 성능을 감퇴시키는 종래의 통신 시스템에서 심볼간 간섭(inter-symbol interference: ISI)으로 이어진다. 확산 스펙트럼 시스템은 채널을 학습하는 것에 의해 지연 다양성을 이용하는데, 이것을 위해, 분해할 수 있는 경로로부터의 에너지를 비확산시키고 결합시킨다. 코드는 지연 다양성에 의해 야기되는 칩간 간섭(inter-chip interference: ICI)의 효과를 최소화하기 위해 설계된다. 하지만, 다수의 다운링크 데이터 스트림은 직교 코드를 거쳐 멀티플렉싱되고 전송되며, 지연 다양성은 직교성을 파괴시키며, 심각한 다중-접속 간섭(multi-access interference: MAI)을 생성한다. 채널은 시간 변이하며, 적응적 학습 프로세스를 요구한다. 종종, 확산 스펙트럼 시스템에서의 지연 확산은 예를 들면, 최대 100개의 칩까지인 칩 기간과 비교하여 매우 길 다. 또한, 지연 확산은 희소한데, 즉, 널(null)에 의해 분리되는 몇 개의 에너지 지역이 지연 확산을 특징짓는다.
코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access: CDMA) 시스템에서의 전형적인 모바일 유닛은 희귀 지연 다양성을 이용하기 위해 레이크 수신기, 즉, 채널 정합 필터를 사용한다. 감소된 복잡성 레이크 수신기는 MAI를 축소시키지 않고 몇 개의 가장 강한 경로로부터의 에너지를 결합한다. 최근에, 칩-레벨 등화기가 직교성을 복원하기 위해 제안되었는데, 이것에 의해 비트 추정에서 MAI를 축소시킨다. 불행히도, 전체의 채널 지연 확산을 단일 유한 임펄스 응답(finite impulse response: FIR)을 가지고 적응적으로 등화하는 것은 현재의 모바일 유닛의 자원보다 훨씬 높은 복잡성을 요구한다.
이에 따라, 종래의 기술의 상기 설명된 문제점들을 극복하는 확산 스펙트럼시스템을 위한 하이브리드 레이크/등화기 수신기를 갖는 것이 요구되고 매우 이로울 것이다.
종래의 기술의 상기 설명된 문제점들과 다른 관련된 문제점들은 확산 스펙트럼 시스템을 위한 하이브리드 레이크/등화기 수신기인 본 발명에 의해 해결된다.
본 발명의 양상에 따라, 확산 스펙트럼 시스템에서 지연 확산을 상관하기 위한 하이브리드 레이크/등화기 수신기가 제공된다. 하이브리드 레이크/등화기 수신기는 복수의 적응성 등화기를 포함하는데, 각 등화기는 상관을 위해 등화되고-역스크램블링된 칩 시퀀스를 제각기 제공하기 위한 미리-지정된 임계치 이상의 에너지 레벨을 갖는 다른 지역의 지연 확산을 필터링하기 위한 것이다. 복수의 적응성 등화기에 제각기 대응하는 등화기 계수는 개별적으로 갱신된다.
본 발명의 다른 하나의 양상에 따라, 확산 스펙트럼 수신기에서, 지연 확산을 상관하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 복수의 적응성 등화기의 각각을 다른 지역을 필터링하기 위한 미리-지정된 임계 에너지 레벨을 초과하는 상기 지연 확산에서의 상기 다른 지역에 제각기 할당하여, 상기 지역으로부터 등화되고 역스크램블링된 칩 시퀀스를 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 복수의 적응성 등화기에 제각기 대응하는 등화기 계수를 개별적으로 갱신하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 이것과 다른 측면, 특징과 이점은 첨부된 도면과 연결되어 읽혀질, 바람직한 실시예의 아래의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 설명적인 실시예에 따라, 광대역 코드 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access: WCDMA) 시스템을 위한 레이크/등화기 수신기(100)를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 하나의 설명적인 실시예에 따라, 광대역 코드 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access: WCDMA) 시스템을 위한 단편적으로 이격된(fractionally spaced) 레이크/등화기 수신기를 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 설명적인 실시예에 따라, 광대역 코드 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access: WCDMA) 지연 확산의 하이브리드 레이크/등화기 처리를 위한 방법의 흐름도.
도 4는 본 발명의 시뮬레이션에 대응하는 채널 실현(realization)을 설명하는 도표(400).
도 5는 본 발명의 시뮬레이션에 대응하는 하이브리드 레이크/등화기와, 종래의 기술에 따른 3-핑거(finger) 레이크 수신기의 비트 에러율(Bit Error Rate: BER) 성능을 설명하는 도표(500).
도 6은 본 발명의 시뮬레이션에 대응하는 하이브리드 레이크/등화기와, 종래 기술의 3-핑거 레이크 수신기의 신호 대 간섭-플러스-잡음간의 비율(Signal to Interference-plus-Noise Ratio)을 설명하는 도표(600).
본 발명은 확산 스펙트럼 수신기에서 레이크 수신기 성능을 향상시키기 위한 하이브리드 레이크/등화기 수신기에 관한 것이다. 이롭게, 본 발명은 하이브리드 레이크/등화기 수신기를 생성하기 위한 레이크 수신기의 각 핑커에 적응성 등화기를 적용한다. 따라서, 지연 확산은 레이크 핑거를 둘러싸고 있는 지역에서 부분적으로 등화될 것이다. 소수의 짧은 등화기가 많은 탭을 구비한 하나의 매우 긴 등화기 대신에 (레이크의 각 핑거에 대해 하나씩) 채용될 수 있다. 본 발명이 설명적인 목적을 위해 광대역 코드 분할 다중 접속 (Wideband Code Division Multiple Access: WCDMA) 수신기에 대해 여기서 설명되는 한편, 본 발명은 임의의 타입의 확산 스펙트럼 수신기를 가지고 채용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 즉, 여기서 제공된 본 발명의 교시가 주어졌을 때, 본 발명의 정신과 범주를 유지하면서, 본 발명의 하이브리드 레이크/등화기는 WCDMA 수신기가 아닌 다른 확산 스펙트럼 수신 기에 대해 활용될 수 있다.
본 발명이 다양한 형태의 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 특별한 목적의 프로세서, 또는 이것들의 결합의 형태로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 바람직하게, 본 발명은 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로서 구현된다. 또한, 소프트웨어는 프로그램 저장 디바이스상에 유형적으로 실현된 애플리케이션 프로그램으로서 바람직하게 구현될 수 있다. 애플리케이션 프로그램은 임의의 적절한 아키텍처를 포함하는 기계로 업로딩될 수 있고, 이 기계에 의해 실행될 수 있다. 바람직하게, 이 기계는 하나 이상의 중앙 처리 유닛(central processing unit: CPU), 무작위 접근 메모리(random access memory: RAM)와 입출력(I/O) 인터페이스(들)와 같은 하드웨어를 구비한 컴퓨터 플랫폼상에서 구현된다. 컴퓨터 플랫폼은 또한 운영 체제와 마이크로명령어 코드를 포함한다. 여기서 설명된 다양한 프로세스와 기능은 운영 체제를 거쳐 실행되는 마이크로명령어의 일부 또는 애플리케이션 프로그램의 일부 또는 이것들의 결합일 수 있다. 추가적으로, 추가적인 데이터 저장 디바이스와 프린팅 디바이스와 같은 다양한 주변 디바이스가 컴퓨터 플랫폼에 연결될 수 있다.
첨부된 도면에서 설명된 구성 시스템 요소와 방법 단계의 일부가 소프트웨어로 바람직하게 구현될 수 있고, 시스템 요소(또는 프로세스 단계) 사이의 실제 연결은 본 발명이 프로그래밍되는 방식에 따라 다를 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 여기서 교시가 주어졌으므로, 당업자는 본 발명의 이것 및 유사한 구현 또는 구성을 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 설명적인 실시예에 따라, 광대역 코드 분할 다중 접속(WCDMA) 시스템을 위한 레이크/등화기 수신기(100)를 설명하는 도면이다. 레이크/등화기 수신기(100)는 탐색기 모듈(110), 탭(tapped) 지연 라인(120), 제1 적응성 등화기(130), 제2 적응성 등화기(140), 제3 적응성 등화기(150)와 상관, 가중화 및 합산 모듈(차후 "상관 모듈"이라고 상호 교환적으로 또한 참조되는)(160)을 포함한다.
탐색기 모듈(110)은 지연 확산에서 고에너지의 지역을 발견하기 위해 다른 지연(탭)상의 파일롯(pilot) 신호와 상관된다. 여기서 사용된 것처럼, "지연 확산"은 다중경로 때문에 다른 시간에 WCDMA 수신기에 의해 수신된 다수의 신호를 참조한다.
고에너지의 지역은 지연 확산에서 발견될 때, 핑거가 할당되고, 입력 샘플은 탭 지연 라인(120)으로부터 탭된다. 적응성 등화기(130, 140과 150)는 샘플 스트림을 필터링한다. 일반적으로, 적응성 등화기(130, 140과 150)는 지속적으로 전송된 파일롯 신호로부터 에러 신호를 유도하며, 이러한 유도는 스크램블링 코드의 지식을 요구한다. 등화되고 역스크램블링된 칩{적응성 등화기(130, 140과 150의 출력}은 상관, 가중화 및 합산 모듈(160)에 전송되어, 원하는 비트-스트림의 짧은 확산 코드에 상관된다. 상관 출력은 얼마나 많은 에너지가 그 제각기의 지역의 지연 확산에서 있었는지에 따라 가중화되며, 따라서, 저에너지의 지역은 보다 낮은 가중치가 주어진다. 수신기는 또한 자명한 가중치(즉, 1로 곱하는)를 사용할 수 있다. 가중화된 상관 출력은 비트 추정을 생성하기 위해 상관, 가중화 및 합산 모듈(160)에 의해 합산된다.
간략성을 위해서, 적응성 등화기의 정확한 구현은 여기서 제공되지 않는다. 하지만, 더 상세함을 위해서, 칩속도 적응성 등화의 분야에서, 여기서 참조에 의해 병합되는, 신호, 시스템과 컴퓨터에 관한 Asilomar 컨퍼런스 (Pacific Grove, CA)에서 2002년 11월에 발표된 P. Schniter와 A. R. Margetts의 "다운링크 다중속도 광대역 CDMA의 적응성 칩속도 등화(Adaptive Chip-Rate Equalization of Downlink Multirate Wideband CDMA)"를 참조한다.
도 2는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따라, 광대역 코드 분할 다중 접속(WCDMA)을 위한 단편적으로 이격된 레이크/등화기 수신기(200)를 설명하는 도면이다.
레이크/등화기 수신기(200)는 탐색기 모듈(210), 탭 지연 라인(220), 제1 적응성 등화기(230), 제2 적응성 등화기(240), 제3 적응성 등화기(250)와 상관, 가중화 및 합산 모듈(차후에 "상관 모듈"이라고 또한 상호 교환적으로 참조되는)(260)을 포함한다.
Nc는 칩당 샘플의 개수이고,
Figure 112006064356688-PCT00001
와
Figure 112006064356688-PCT00002
는 적응성 등화기 탭이며, A(z)는 에러 필터(평균화기), 감마는 파일롯 비트에 대응하는 기준이며, s(i)는 스크램블링코드이다. 적응성 필터(230, 240과 250)의 각각은 또한 제1 가산기(299), 제2 가산기(298) 및 승산기(297)를 포함한다. 등화기 계수로의 갱신은 칩 속도에서 발생한다.
각 적응성 등화기에 대한 칩속도 등화기 갱신 알고리즘은 다음과 같다:
Figure 112006064356688-PCT00003
Figure 112006064356688-PCT00004
Figure 112006064356688-PCT00005
a(i)는 에러 필터 평균화기이고,
Figure 112006064356688-PCT00006
는 에러 출력이고,
r(i)는 탭 지연 라인으로부터의 수신된 샘플의 벡터이고,
s(i)는 스크램블링 시퀀스이고,
y(i)는 단편적으로 이격된 등화기 출력이고,
f(i)는 적응성 등화기이고,
μ는 등화기 단계-크기이고,
ρ는 평균-필터 폴(pole)이며,
Figure 112006064356688-PCT00007
는 요구되는 바이어스이다.
이 매개변수와 변수는 예를 들면, "다운링크 다중 속도 광대역 CDMA의 적응성 칩속도 등화(Adaptive Chip-Rate Equalization of Downlink Multirate Wideband CDMA)"라는 제목의 상기 참조에서 정의된다. 본 발명이 상기 언급된 알고리즘을 포함하는 임의의 특별한 적응성 등화기 알고리즘에 한정되지 않으며, 따라서, 귀납적 최소-스퀘어 알고리즘을 포함하는 임의의 적응성 알고리즘이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 설명적인 실시예에 따라, 광대역 코드 분할 다중 접속 (WCDMA) 지연 확산의 하이브리드 레이크/등화기 처리를 위한 방법을 설명하는 흐름도이다. 설명적인 목적을 위해서, 도 3의 방법이 도 1의 레이크/등화기 수신기(100)에 대해 설명될 것이다. 하지만, 도 3의 방법은 도 2의 레이크/등화기 수신기(200)에 대해서 또한 사용될 수 있다.
지연 확산에서 에너지 피크는 탐색기 모듈(110)에 의해 식별된다(단계 310). 탐색기 모듈(110)은 이러한 식별을 수행하는 데에 있어서 지속적으로 동작하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 탐색기 모듈(110)은 모바일 스테이션 신호의 가장 강한 다중 경로 요소의 진폭과 도착 시간의 개략적(coarse) 추정을 제공한다.
적응성 등화기(130, 140과 150)는, 등화되고 역스크램블링된 칩을 제공하도록 하는 그러한 피크를 필터링하기 위한 미리-지정된 임계 에너지 레벨을 초과하는, 탐색기 모듈(110)에 의해 식별되는 임의의 에너지 피크에 할당된다(320).
적응성 등화기(130, 140과 150)는 파일롯 신호에 의해 트레이닝된다{단계(330)}. 즉, 파일롯 신호에 포함된 데이터는 대응하는 전송 채널에 대해 적응성 등화기(130, 140과 150)를 트레이닝하기 위해 사용된다.
적응성 등화기(130, 140과 150)로부터 출력된 등화되고 역스크램블링된 칩은 특별한 짧은 코드와 상관된다{단계(340)}. 즉, 요구되는 비트 스트림은 특별한 짧은 코드에 의해 변조된다.
상관된 등화기 출력은 지연 확산에 대응하는 원래의 비확산 비트 스트림의 비트 추정을 생성하기 위해 상관, 가중화 및 합산 모듈(160)에 의해 가중화되고 결합된다{단계(350)}. 가중치는 대응하는 지연 확산 지역에서 에너지의 양에 비례한 다.
본 발명의 설명적인 실시예에 따라 수행된 시뮬레이션의 설명이 도 4 내지 도 6에 대해 주어질 것이다. 시뮬레이션은 확산 인자 32와 7명의 활성 사용자를 갖는 WCDMA 시스템을 가지고 수행되었다. 파일롯 신호는 단일 사용자에 할당된 신호와 동일한 전력을 가지고 또한 전송되었다. 이동(mobile) 속도는 시속 120 km이고, 채널의 각 탭은 레일리 패이딩(Rayleigh faded)된다. 수신기는 등화 이전에 제곱근-올림(root-raised) 코사인 필터을 가지고 칩 파형을 필터링한다. 등화기는 여기서 도 2에서 도시된 것에 따라 구현되었다. 필터를 제거하고, 단편적으로 이격된 등화기가 필터링의 작업을 수행하게 하는 것이 가능하다는 것이 인식되어야 한다.
도 4는 본 발명의 시뮬레이션에 대응하는 채널 실현을 설명하는 도표(400)이다. 즉, 도 4는 본 발명에 따라 구현된 WCDMA 채널을 위한 1/2-칩 이격된 채널 계수에 대한 (칩에서의) 지연의 크기 도표이다.
도 5는 본 발명과 종래 기술에 따른 3-핑거 레이크 수신기의 시뮬레이션에 대응하는 하이브리드 레이크/등화기의 비트 에러율(Bit Error Rate: BER) 성능을 설명하는 도표(500)이다. 즉, 도 5는 본 발명의 시뮬레이션과 종래 기술에 따른 3-핑거 레이크 수신기에 대응하는 하이브리드 레이크/등화기에 대한, 평균 BER에 대한 비트당 신호-잡음 비율(Signal-to-noise Ratio: SNR)의 도표이다. 이롭게, 본 발명에 따른 하이브리드 레이크/등화기는 종래 기술의 3-핑거 레이크보다 낮은 BER을 갖는다.
도 6은 본 발명과 종래 기술에 따른 3-핑거 레이크 수신기의 시뮬레이션에 대응하는 하이브리드 레이크/등화기의 신호 대 간섭-플러스-잡음 비율을 설명하는 도표(600)이다. 즉, 도 6은 본 발명의 시뮬레이션에 대응하는 하이브리드 레이크/등화기와 종래 기술에 따른 3-핑거 레이크 수신기에 대해서, 평균 신호 대 간섭-플러스-잡음 비율에 대한 비트 당 신호 대 잡음 비율(Signal-to-Noise Ratio: SNR)의 도표이다. 이롭게, 본 발명에 따른 하이브리드 레이크/등화기는 종래 기술의 3-핑거 레이크보다 높은 신호 대 간섭-및-잡음 비율을 갖는다.
WCDMA에 대한 더 자세한 내용을 위해, 여기서 그 전체가 참조로서 병합되는, 예를 들면, John Wiley & Sons 출판사(Harri Holma and Antti Toskala, eds., 2001)의 제3 세대 모바일 통신을 위한 UMTS, 무선 접속을 위한 WCDMA(WCDMA for UMTS, Radio Access for Third Generation Mobile Communications)를 참조할 수 있다.
비록 설명적인 실시예가 첨부된 도면을 참조해서 여기서 설명되었지만, 본 발명은 이러한 정확한 실시예에 한정되지 않고, 다양한 다른 변경과 수정이 본 발명의 범위와 정신을 이탈하지 않고 당업자에 의해 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 모든 이러한 변경과 수정은 첨부된 청구항들에 의해 한정된 본 발명의 범위 이내에서 포함되는 것이 의도된다.
본 발명은 일반적으로 확장 스펙트럼 시스템에 이용가능하고, 보다 특별히는 확산 스펙트럼 시스템을 위한 하이브리드 레이크/등화기에 이용가능하다.

Claims (10)

  1. 확산 스텍트럼 시스템에서 지연 확산을 상관하기 위한 하이브리드 레이크/등화기로서,
    복수의 적응성 등화기를 포함하며, 각 등화기는 상관을 위해 등화되고-역스크램블링된 칩 시퀀스를 제각기 제공하기 위해 미리-지정된 임계치 이상의 에너지 레벨을 갖는 다른 지역의 지연 확산을 필터링하기 위한 것이고,
    복수의 적응성 등화기에 제각기 대응하는 등화기 계수는 개별적으로 갱신되는, 하이브리드 레이크/등화기.
  2. 제1항에 있어서, 상관된 출력을 제공하기 위해 등화되고 역스크램블링된 칩 시퀀스를 짧은 확산 코드와 상관시키고, 가중화되고 상관된 출력을 생성하기 위해 상기 상관된 출력을 가중화하고, 그리고, 상기 지연 확산에 대응하는 원래의 비확산 비트 스트림의 비트 추정을 생성하기 위해 가중화되고 상관된 츨력을 합산하기 위한 상관 모듈을 더 포함하는, 하이브리드 레이크/등화기.
  3. 제2항에 있어서, 저에너지를 갖는 상기 다른 지역이 고에너지를 갖는 상기 다른 지역보다 낮은 가중치가 주어지도록, 상기 상관 모듈은 얼마나 많은 에너지가 상기 지연 확산의 다른 지역에 제각기 존재하는 가에 따라 상기 상관된 출력을 가중화하는, 하이브리드 레이크/등화기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 상관 모듈은 상기 상관된 출력에 자명한(trivial) 가중화를 수행하는, 하이브리드 레이크/등화기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 확산 스펙트럼 시스템은 광대역 코드 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access: WCDMA) 시스템인, 하이브리드 레이크/등화기.
  6. 확산 스펙트럼 수신기에서, 지연 확산을 상관하기 위한 방법으로서:
    복수의 적응성 등화기의 각각을 다른 지역을 필터링하기 위한 미리-지정된 임계 에너지 레벨을 초과하는 상기 지연 확산에서의 상기 다른 지역에 제각기 할당하여, 상기 지역으로부터 등화되고 역스크램블링된 칩 시퀀스를 제공하는 단계; 및
    복수의 적응성 등화기에 제각기 대응하는 등화기 계수를 개별적으로 갱신하는 단계를 포함하는, 지연 확산을 상관하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 지연 확산을 상관하기 위한 방법은:
    상관된 출력을 제공하기 위해 상기 등화되고 역스크램블링된 칩 시퀀스를 짧은 확산 코드에 상관하는 단계;
    가중화되고-상관된 출력을 생성하기 위해 가중치를 상기 상관된 출력에 할당하는 단계; 및
    상기 지연 확산에 대응하는 원래의 비확산 비트 스트림의 비트 추정을 생성하기 위해 상기 가중화되고 상관된 출력을 합산하는 단계를 더 포함하는, 지연 확산을 상관하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 할당 단계는, 저에너지를 갖는 대응하는 부분이 고에너지를 갖는 상기 대응하는 영역보다 낮은 가중치가 주어지도록, 얼마나 많은 에너지가 상기 대응하는 지연 확산의 부분에 존재하는 가에 따라 상기 가중치를 상기 상관된 출력에 할당하는, 지연 확산을 상관하기 위한 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 할당 단계는 자명한 가중치를 상기 상관된 출력에 할당하는, 지연 확산을 상관하기 위한 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 확산 스펙트럼 수신기는 광대역 코드 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access: WCDMA) 수신기인, 지연 확산을 상관하기 위한 방법.
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