TWI491181B - 處理無線電信號之方法、無線電接收器及電腦程式產品 - Google Patents

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Description

處理無線電信號之方法、無線電接收器及電腦程式產品
本發明係有關於一種於無線電通訊系統之無線電接收器及處理無線電信號之方法。
於近代無線通訊中發射攜載資料的無線電信號可基於多項不同通訊系統實現，該等通訊系統經常係藉標準載明。需要有可操作來支援此等無線通訊系統中多於一項的裝置需求。行動無線接收器裝置包括類比射頻(RF)/中頻(IF)階段，其係設置來透過一或多根天線而接收與發射無線信號。RF/IF階段之輸出信號典型地變換成基頻，此處類比至數位變換器(ADC)將輸入的類比信號變換成數位樣本，其然後經處理用以呈邏輯值形式之資料的檢測與解碼。類比至數位變換器(ADC)另外可直接在中頻操作，該種情況下，變換至基頻係於數位域施行。多種不同型數位信號的前端處理為已知可實現信號檢測，包括耙式接收器處理及頻道等化處理。
於劃碼多向接取(CDMA)無線系統中，不同的物理頻道係使用分開展頻序列來在碼域多工化。於正交展頻碼字組之情況下，然後原先資料符元可在接收器藉解展頻而有效地分離。
於寬頻劃碼多向接取(CDMA)(WCDMA)行動通訊系統中，下行鏈路碼多工化係使用正交可變展頻因子(OVSF)碼實施。但OVSF碼字組係唯有在完美時間對齊之情況下才可 彼此正交。於多路徑傳播之存在下，碼正交性遺漏，而解展頻操作係受多向接取干涉(MAI)影響。
CDMA行動無線電接收器習知採用耙式處理器，其係仰賴展頻順序之相互相關性質。耙式處理器例如係描述於J.G.Proakis，「數位通訊」，紐約，麥克羅希爾1995年。若碼多工化發射間之MAI係與其它雜訊及干擾來源可相媲美，則在碼交互關係存在下，此型接收器遭受效能降級。此等情況下，藉由在解展頻前試圖恢復碼間的正交狀況，可達成效能優勢。基於耙式處理之習知3GPP接收器之次最佳情況造成顯著效能犧牲，特別係對下行鏈資料率從WCDMA Release 99的384kbps增至高速下行鏈路封包接取(HDSPA)的數Mbps資料率。當碼正交性被多路徑所破壞時，有效辦法係使用頻道等化來替代耙式處理。
舉例言之，最小均方誤差(MMSE)晶片層面線性等化器業已顯示可提供優於習知耙式接收的顯著效能優勢，而會犧牲實現複雜度的增高。此項優點在高速資料發射，如同在3GPP高速下行鏈路封包接取(HDSPA)時特別重要。但頻道等化在全部可能景況可能無法提供優異效能。更明確言之，使用頻道等化器在單射線傳播情況下，亦即在無多路徑傳播存在下並未提供優勢。
前述限制通常係取決於所考慮的特定等化演繹法則。於線性MMSE等化器情況下，於非頻率選擇性或平坦頻道響應存在下，等化器處理仍然係仰賴頻道脈衝響應的估算，而頻道估算誤差係與頻道脈衝響應樣本數成正比。此 種情況下，耙式接收器的使用不僅不會對應於由MAI所導致的效能損耗，反而實際上將仰賴單一頻道分接點估算值的頻道估算誤差減至最小值。
同理，於最小平方(LS)等化器之情況下，使用以比較非分散性頻道，亦即具有單一分接點的頻道傳播輪廓之特定條件所要求者更高的維度來執行頻道統計學估算，接收器效能可能被犧牲。
國際申請公告案第WO2009/056500號描述可選擇使用耙式接收器或等化器之接收器結構。討論多項選擇基礎，包括在低延遲展頻頻道條件下接收器操作的識別。更明確言之，接收器調整適應可仰賴頻道均方根(rms)延遲展頻之估算，或仰賴在預定時窗外側的頻道能量之測量。發明人已經測定此等方案的主要限制為難以在單射線頻道輪廓與具有低延遲展頻的頻道輪廓間作區別，但仍然可由使用頻道等化而獲益。舉例言之，於HSDPA接收器之情況下，發明人已經驗證藉由內部模擬結果與效能測試，晶片層面等化器的使用相較於用於具有低延遲展頻的頻道輪廓例如「行人A(PA)」3GPP標準的頻道輪廓之耙式接收器，仍可提供顯著效能優勢。
本發明之目的係識別可解決前述問題之n-射線傳播條件。
依據本發明之一構面，提供一種於無線無線電接收器處理無線電信號來識別n-射線頻道狀況之方法包含： 接收信號樣本及從該等樣本估算多個頻道分接點；對各個頻道分接點估算信號功率及干擾功率；濾波該信號功率來提供已濾波信號功率量；濾波該干擾功率來提供已濾波干擾功率量；使用該等已濾波功率量而來測定n個最強的頻道分接點；使用該等n個最強的頻道分接點及至少一個其它頻道分接點而產生第一及第二比較參數；基於該等第一及第二比較參數及臨界值而提供比較結果，及；從該比較結果識別n-射線頻道狀況。
依據本發明之另一構面提供一種用於無線通訊系統之無線電接收器包含：用以接收信號樣本及從該等樣本估算多個頻道分接點之裝置；用以對各個頻道分接點估算信號功率及干擾功率之裝置；用以濾波該信號功率來提供已濾波信號功率量之裝置；用以濾波該干擾功率來提供已濾波干擾功率量之裝置；用以使用該等已濾波功率量而來測定n個最強的頻道分接點之裝置；用以使用該等n個最強的頻道分接點及至少一個其它 頻道分接點而產生第一及第二比較參數之裝置；用以基於該等第一及第二比較參數及臨界值而提供比較結果之裝置，及；用以從該比較結果識別n-射線頻道狀況之裝置。
本發明之又一構面提供一種當於電腦上執行時實現前文定義之方法之電腦程式產品。
本發明之又一構面提供一種用於無線通訊系統之無線電接收器包含：用以接收數位樣本之一無線介面；設置來執行程式之一處理器，該程式係實現如前文定義之方法之步驟；保有一耙式處理碼序列及一等化處理碼序列之一記憶體；該處理器係適用於依據所識別的n-射線頻道狀況而執行耙式處理序列及等化處理序列中之一者。
後文描述之實施例係有關基於所接收的信號功率及雜訊增上(plus)干擾功率估算，一種演繹法則之實現，此處對在無線接收器中單射線頻道條件之識別n=1。該方法及接收器當應用於在3GPP寬頻劃分多向接取(WCDMA)/高速下行鏈路封包接取(HSDPA)接收器中，適當接收器參數及信號處理演繹法則的選擇時特別有用。該種情況下，當本發明應用於接收器中耙式接收器處理及等化處理間的選擇時特別有利。
本發明通常係適用於任何通訊系統，此處需要檢測非頻率選擇頻道之傳輸條件。本發明特別地但非排它地係有 關在高速無線接收器中單射線傳播條件的識別。
須瞭解干擾功率係指雜訊(諸如加成高斯白雜訊)及干擾(諸如來自其它信號)。
圖式簡單說明
為求更佳地瞭解本發明及顯示其如何發揮效果，現在將參考附圖，附圖中：第1圖為無線通訊裝置之示意方塊圖；第2圖為方塊圖顯示耙式接收器處理及等化處理間的選擇；及第3圖為單射線檢測之示意方塊圖。
第1圖為用以在無線通訊系統中發射與接收信號之裝置諸如於行動終端裝置具體實施之裝置之示意方塊圖。此種裝置可以多種不同方式實現，但依據第1圖，設置一串列RF/IF階段32來透過一或多根天線20接收與發射無線信號(TX、RX)。此處討論之本發明之實施例原則上係有關接收無線信號，因而不再述及信號的發射。在RF/IF階段的輸出端所接收的信號典型地被變換成基頻，此處類比至數位變換器(ADC)將類比信號變換成數位樣本。第1圖之方塊32包括用以處理所接收的無線電信號及提供數位信號樣本r(k)之組件。此項目的可以不同方式達成，該等方式為技藝界所已知且不再進一步討論於後文。
樣本r(k)提供給資料傳輸引擎30，該引擎30係與處理器22、指令記憶體24及資料記憶體26通訊。處理器22係負責 處理樣本r(k)。處理器22執行多個不同函數，該等函數係呈碼序列形式而保有於指令記憶體24。如此提供所謂的軟數據機(soft modem)其具有前文討論之多項優點。
第2圖為示意方塊圖，其例示說明可由處理器22執行的多種不同功能。方塊10標示之第一函數係指頻道參數之估算。此一函數估算在無線通訊系統中無線電信號透過其而發射之該等通訊頻道相關聯之多個不同參數。函數10係在時間k提供輸出信號γ n (k)，n=1,...,Nc，此處Nc標示估算得之頻道參數數目，輸出信號γ n (k)表示衍生自所接收的信號樣本r(k)之一頻道參數集合。估算得之頻道參數γ n (k)可用於多項不同目的。如第2圖之例示說明，其供給耙式/等化器接收器的選擇功能12，其判定是否使用耙式接收器或等化器接收器來處理所接收的樣本。耙式接收器或等化器接收器係藉處理器22執行得自指令記憶體24之適當碼序列實現。
現在將以進一步細節討論使用估算得之頻道參數來控制耙式/等化器接收器的選擇(功能12)。第2圖以示意圖例示說明構想之硬體版本。數位樣本r(k)供給切換器4，其具有一輸入端5接收指令信號用於得自功能12之耙式/等化器接收器的選擇處理。依據此一信號，切換器4透過耙式接收器7選擇處理路徑6，或透過等化器9選擇處理路徑8。如技藝界已知，耙式接收器包括對在分開頻道化碼上發射的各個頻道的耙指(rake finger)集合7a、7b。各指係與單一整碼器/解展頻器9及加權功能11相關聯，及各頻道相關的指集合係 與在輸出路徑15提供已處理之輸出信號的加法器13相關聯。至於耙式接收器之操作為業界人士眾所周知，其功能將不再進一步於此處描述。
對在分開的頻道化碼上發射的各頻道，等化器接收器19包含一晶片層面等化器16及多個整碼器/解展頻器21a、21b。整碼器/解展頻器之輸出信號係沿輸出路徑23供給。輸出端切換器25在線路27提供已處理之輸出信號給隨後解碼功能。切換器25係(類似切換器4)由控制輸入端5控制，控制輸入端5接收命令信號用以從功能12中選擇耙式接收器或等化器。
雖然第2圖例示說明處理功能選擇之硬體構想，但相同功能也可基於第1圖之軟體架構實現。此種情況下，方便瞭解於第1圖所示本發明之實施例，不可能識別不同的實體路徑(6、8、15、23)。取而代之，耙式接收器或等化器的選擇係依據耙式接收器功能或等化器功能是否欲藉處理器22執行而藉由下載不同碼序列進行選擇。
於接收器之此種軟體實現中，任何給定時間只有執行耙式處理或等化器處理，前述辦法也就在硬體實現頻道等化器的傳統接收器而言，提供運算複雜度的總體減低。就此方面而言，基於硬體實現的傳統數據機被迫在作為分開矽區的最大資料率要求指示之設計與多個演繹法則之具體實施間作出選擇。此等解決辦法暗示較高實現成本、尺寸及/或耗電量，而任何折衷無可避免地將損及效能。另一方面，所提示之解決之道允許藉由重複使用共用平台來適應 性選擇可最大化效能與最小化耗電量之信號處理函數之最佳集合而減低複雜度、縮小尺寸與降低成本。
現在參考第3圖，描述於耙式或等化器的選擇功能12及頻道參數估算功能10所實現的單一射線檢測技術。
考慮無線通訊頻道，其具有總時間變化脈衝響應h(t,τ)=g τ (τ) c(t,τ) g R (τ)，此處「」表示迴旋運算元，gτ(t)及g R (t)指示發射濾波器及接收濾波器之脈衝響應，及
表示於傳播頻道時間t之脈衝響應，模型化為具有延遲指數τ之分接延遲線。以各個頻道傳播路徑表示，c(t,τ)為具有延遲τ的全部路徑之複合增益之和，延遲係在接收器天線之目前所在位置測量。
以，l=0,...,L-1表示在接收器估算的頻道分接點。於耙式接收器之情況下，估算得之分接點可與經追蹤的(且可能經組合的)耙式接收器指(finger)相對應。
此處描述的單一射線檢測技術係基於依據如下程序，使用與各個經估算之頻道分接點之信號功率及雜訊增上干擾功率之長期平均值：
■對各個頻道分接點，l=0,...,L-1，估算信號功率P s (l)及雜訊增上干擾功率P 1 (l)。
■對各個頻道分接點，l=0,...,L-1，充分濾波數量P s (l)及P 1 (l)來對因衰減造成的快速頻道變化求取平均而獲得經濾波數量(l)及(l)。第3圖中，估算及濾波步驟係 在方塊40進行。於一個實施例濾波器之記憶體約為數百無線電時框(此處一個WCDMA/HSPA無線電時框具有10毫秒時間)。
■對全部頻道分接點，l=0,...,L-1，基於(l)與(l)之比(或對全部頻道分接點，l=0,...,L-1，基於(l)之值)，找出最強的及次強的頻道分接點(指)。設及表示最強分接點之經濾波的信號功率及雜訊增上干擾功率，而及表示次強分接點之經濾波的信號功率及雜訊增上干擾功率。此一步驟係顯示於方塊42。
■在方塊44產生基於前述功率值、、及的比較參數ξ’、ξ”。如此可以多種不同方式進行。
於本發明之第一實施例：
■運算數量ξ’=/及ξ”=/。
於本發明之第二實施例：
■濾波數量/及/，且以ξ’及ξ”分別表示經濾波的功率比。
於本發明之第三實施例：
■濾波數量‧及‧，且以ξ’及ξ”分別表示經濾波的數量。
最後，比較方塊46產生一物件，其控制率接收器或等化器的選擇。若ξ'>θ‧ξ"(或相當地ξ'/ξ">θ)，則接收器係經測定而在單一射線傳播條件下操作，亦即頻道傳播輪廓包括單一分接點；否則係判定頻道輪廓包括多於單一分接點。
對單一射線傳播情況及非單一射線傳播情況，對前述 各個實施例臨界值θ係從數量ξ’及ξ”的模擬而最佳化。
θ的最佳化也可基於對其施加單一射線檢測的接收器處理演繹法則效能達成。此種情況下，更適合討論「有效」單一射線狀況，定義為對單一射線頻道設計的接收器處理演繹法則(例如於WCDMA/HSDPA接收器情況下的耙式處理)之表現效能係優於對非單一射線頻道設計的接收器處理演繹法則(例如於WCDMA/HSDPA接收器情況下的等化器處理)之表現效能的狀況。
於另一實作，次強分接點的信號功率及雜訊增上干擾功率，除了最強頻道分接點之外，可由其全部其餘經量測的頻道分接點所衍生得之組合功率所置換。
所提示的辦法可進一步普及化來檢測其它頻道狀況。舉例言之，所提示的程序可直捷地經修改用來藉下述程序而用於n射線頻道狀況的檢測：藉由運算及作為n個最強分接點之經濾波的信號功率及雜訊增上干擾功率之組合，而及係對應於其餘頻道分接點之經濾波的信號功率及雜訊增上干擾功率之組合。
舉例言之，此項策略可採用來作為量測在一給定時間窗外側的能量而估算頻道之脈衝響應的替代之道。
前述實施例允許基於最強頻道分接點與次強頻道分接點(或最強頻道分接點與全部其它頻道分接點)間之比較來識別單一射線頻道狀況。
前述實施例允許經由仰賴長期平均值，亦即經由使用具有夠長記憶來對因快速衰減造成的頻道變化求取平均之 濾波器而就極短延遲展頻頻道作區別。
基於長期頻道統計數字而做耙式/等化器選擇，而非基於瞬時頻道分接點。實際上，若存在有頻道係數但時間上衰減，則其功率可夠快速增高而來使得選擇處理程序難以即時反應而切換成適當接收器演繹法則。藉由仰賴長期頻道統計數字，於多路徑存在下，內隱地選擇來使用可因應多路徑頻道之演繹法則來替代接收器。頻道的瞬時實現並未經常性地反映出長期頻道統計數字，因此任何判定標準需基於歷經夠長時間窗的頻道實現的平均值。
於前述實施例中，濾波器記憶體係指10毫秒WCDMA無線電時框。但另一項重要關係係與頻道相干性時間的關係(其係定義為頻道實現變成非相關性之後的時間間隔)：，此處f D =f 0 v/c為最大都卜勒頻率。
舉例言之，於2GHz的載波頻率f 0 及3千米/小時的行動速度v，數百時框係相當於數十倍頻道相干性時間。於較佳實施例，濾波器記憶體約為或大於十倍頻道相干性時間及/或至少大於該時框一次冪幅度。
前述用於識別單一射線傳播狀況之方法允許對非頻率選擇性頻狀的特殊狀況，相當於含有單一分接點的傳播輪廓選擇適當接收器信號處理。更明確言之，允許設計來基於例如對WCDMA/HSDPA之晶片層面等化器而抵消多路徑失真效應之接收器信號處理實作，與允許例如基於對WCDMA/HSDPA之耙式接收器而最佳化平坦衰減頻道狀況 之接收器信號處理實作間切換的可能。
對WCDMA/HSDPA接收器，於單一射線傳播存在上選擇耙式接收器處理具有下列優點：
●特別係在軟體接收器實作之情況下，提供減低接收器複雜度與耗電量的可能。
在因頻道估算誤差造成等化器效能受限制存在下，在頻率選擇及平坦頻道兩種狀況下，提供達成最佳接收器效能的可能。
4、25‧‧‧切換器
5‧‧‧輸入端
6、8‧‧‧處理路徑
7‧‧‧耙式接收器
7a、7b‧‧‧耙指
9‧‧‧等化器、整碼器/解展頻器
10‧‧‧頻道參數估算功能方塊
11‧‧‧加權功能
12‧‧‧耙式/等化器接收器之選擇功能
15、23‧‧‧輸出路徑
16‧‧‧晶片層面等化器
19‧‧‧等化器接收器
20‧‧‧天線
21、21a、21b‧‧‧整碼器/解展頻器
22‧‧‧處理器
24‧‧‧指令記憶體
26‧‧‧資料記憶體
27‧‧‧線路
30‧‧‧資料傳輸引擎
32‧‧‧RF/IF階段方塊
40、42、44‧‧‧處理方塊
46‧‧‧比較方塊
第1圖為無線通訊裝置之示意方塊圖；第2圖為方塊圖顯示耙式接收器處理及等化處理間的選擇；及第3圖為單射線檢測之示意方塊圖。
40、42、44‧‧‧處理方塊
46‧‧‧比較方塊

Claims (20)

  1. 一種處理無線電信號之方法，其係於一無線電接收器中處理無線電信號來識別一n-射線頻道狀況，該方法包含下列步驟：接收信號樣本及從該等樣本估算多個頻道分接點；對各個頻道分接點估算一信號功率及一干擾功率；濾波該等信號功率來提供已濾波信號功率量；濾波該等干擾功率來提供已濾波干擾功率量；使用該等已濾波信號功率量及已濾波干擾功率量來測定n個最強的頻道分接點；使用該等最強的頻道分接點及至少一個其它頻道分接點來產生第一及第二比較參數，其中產生該第一比較參數之步驟包括使用處理器來對於該等n個最強的頻道分接點測定已濾波信號功率量及已濾波干擾功率量之比；基於該等第一及第二比較參數及一臨界值而提供一比較結果；及從該比較結果識別n-射線頻道狀況。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中n=1，且識別n-射線頻道狀況之步驟包含識別一單一射線頻道狀況。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中識別n-射線頻道狀況之步驟係用來選擇耙式處理及等化處理中之一者。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中產生該第二比較參數之步驟包含對該至少一個其它頻道分接點，測定已濾 波信號功率量與已濾波干擾功率量之比。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該等比係經濾波來產生個別的第一及第二比較參數。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中產生第一及第二比較參數之步驟包含濾波用於該最強的頻道分接點之已濾波信號功率量及用於該至少一個其它頻道分接點之已濾波干擾功率量之一被乘數作為該第一比較參數；及濾波用於該至少一個其它頻道分接點之已濾波信號功率量及用於該最強的頻道分接點之已濾波干擾功率量之一被乘數作為該第二比較參數。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一個其它頻道分接點為次強頻道分接點。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一個其它頻道分接點包含除了該等n個最強的分接點以外之全部頻道分接點。
  9. 一種無線電接收器，其係用於無線通訊系統，其包含：用以接收信號樣本及從該等樣本估算多個頻道分接點之裝置；用以對各個頻道分接點估算一信號功率及一干擾功率之裝置；用以濾波該等信號功率來提供已濾波信號功率量之裝置；用以濾波該等干擾功率來提供已濾波干擾功率量之裝置； 用以使用該等已濾波信號功率量與該等已濾波干擾功率量來測定n個最強的頻道分接點之裝置；用以使用該等n個最強的頻道分接點及至少一個其它頻道分接點來產生第一及第二比較參數之裝置，其中用以產生該第一比較參數之裝置包括濾波用於該最強的頻道分接點之已濾波信號功率量及用於該至少一個其它頻道分接點之已濾波干擾功率量之一被乘數作為該第一比較參數的裝置；用以基於該等第一及第二比較參數及一臨界值而提供一比較結果之裝置；及用以從該比較結果識別n-射線頻道狀況之裝置。
  10. 如申請專利範圍第9項之無線電接收器，其中該n-射線頻道狀況為一單一射線頻道狀況。
  11. 如申請專利範圍第9項之無線電接收器，其包含一耙式處理功能及一等化處理功能，及額外地包含用以基於得自識別裝置之輸出來選擇該耙式處理功能及該等化處理功能中之一者之裝置。
  12. 如申請專利範圍第9項之無線電接收器，其係具體實施於一行動終端裝置。
  13. 一種電腦程式產品，其包含程式碼儲存於一非暫時性電腦可讀媒體，當由一處理器執行時，實施用以處理一無線電接收器中之無線電信號之一方法，該方法包含：接收信號樣本及從該等樣本估算多個頻道分接點；對各個頻道分接點估算一信號功率及一干擾功率； 濾波該等信號功率來提供已濾波信號功率量；濾波該等干擾功率來提供已濾波干擾功率量；使用該等已濾波信號功率量及已濾波干擾功率量來測定n個最強的頻道分接點；使用該等最強的頻道分接點及至少一個其它頻道分接點來產生第一及第二比較參數，其中產生該第一比較參數之步驟包括濾波用於該最強的頻道分接點之已濾波信號功率量及用於該至少一個其它頻道分接點之已濾波干擾功率量之一被乘數作為該第一比較參數；基於該等第一及第二比較參數及一臨界值而提供一比較結果；及從該比較結果識別n-射線頻道狀況。
  14. 如申請專利範圍第13項之電腦程式產品，其中n=1及識別n-射線頻道狀況之步驟包含識別一單一射線頻道狀況。
  15. 如申請專利範圍第14項之電腦程式產品，其中識別n-射線頻道狀況之步驟係用來選擇耙式處理及等化處理中之一者。
  16. 如申請專利範圍第15項之電腦程式產品，其中產生該第二比較參數之步驟包含濾波用於該至少一個其它頻道分接點之已濾波信號功率量及用於該最強的頻道分接點之已濾波干擾功率量之一被乘數作為該第二比較參數。
  17. 如申請專利範圍第13項之電腦程式產品，其中產生該第 一比較參數之步驟包含對n個最強的頻道分接點，測定已濾波信號功率量對已濾波干擾功率量之比；及產生該第二比較參數之步驟包含對該至少一個其它頻道分接點，測定該已濾波信號功率量與該已濾波干擾功率量之比。
  18. 如申請專利範圍第17項之電腦程式產品，其中該等比係經濾波來產生個別的第一及第二比較參數。
  19. 如申請專利範圍第13項之電腦程式產品，其中該至少一個其它頻道分接點包含除了該等n個最強的分接點以外之全部頻道分接點。
  20. 一種無線電接收器，其係用於無線通訊系統，其包含：用以接收數位樣本之一無線介面；設置來執行一程式之一處理器，該程式係實現如申請專利範圍第1項之步驟；保有一耙式處理碼序列及一等化處理碼序列之一記憶體；該處理器係組配來依據所識別的n-射線頻道狀況而執行耙式處理序列及等化處理序列中之一者。
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