CN101371546B - 在无线通信***中估计上行链路信号的信道的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在无线通信***中估计信道的方法和装置,更具体地,提供了一种在支持电气和电子工程师协会(IEEE)802.16d/e标准的正交频分复用(OFDM)/正交频分多址接入(OFDMA)通信***中估计上行链路信号的信道的方法、以及采用该方法的信道估计装置。该方法包括以下步骤:提取包括在接收信号中的导频符号并使用导频符号估计线性相位值;沿时间轴***导频符号并获取第一信道响应;根据第一信道响应沿频率轴***导频符号并获取第二信道响应;使用第二信道响应和线性相位值计算信道估计值。

Description

在无线通信***中估计上行链路信号的信道的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于在无线通信***中估计信道的方法和装置,更具体地,涉及一种在支持电气和电子工程师协会(IEEE)802.16d/e标准的正交频分复用(OFDM)/正交频分多址接入(OFDMA)通信***中估计上行链路信号的信道的方法、以及采用该方法的信道估计装置。
背景技术
正交频分复用(OFDM)/正交频分多址接入(OFDMA)***不使用单载波调制技术,而使用通过具有相互正交性的多个子载波并行传输数据的多载波调制技术。根据OFDMA技术,利用子载波通过预定的子信道分别捆绑(bundle)并传输OFDMA符号,从而传输数据。
在无线通信***中,所传输的信号通常受具有不同振幅和延迟的多径影响。由于这种多径,出现了衰落,因此由接收机接收到的信号失真。为了补偿由上述问题引起的接收信号的失真以及确保通信终端的移动性,需要用于估计信道估计值并根据信道估计值使接收信号均衡的装置。
如本领域的技术人员众所周知的,为了估计在无线通信***中发送和接收的信号的信道,预先在发射机和接收机之间限定训练符号是必要的。特别地,在对通过空中信道(air channel)传输的信号引起多重回波的干扰环境中,执行信道估计以使接收信号均衡并使用包括在信号中的导频符号精确地对接收信号进行解码。在上行链路帧的所有OFDMA符号中传输这种导频符号。
图1示出了基于应用本发明的无线宽带互联网(WiBro)标准的OFDM时分双工(TDD)帧结构的实例。图1所示的帧结构符合电气和电子工程师协会(IEEE)802.16d/e标准。
参考图1,发送(Tx)/接收(Rx)转换间隙(TTG)被***下行链路和上行链路之间,以及Rx/Tx转换间隙被***一帧的结尾和另一帧的开始之间。在OFDMA***中,在上行链路中通过分别分配给用户的子信道传输数据。这种上行链路帧可以由多个区带(zone)组成。根据OFDMA子信道分配方案对各个区带进行分类,并且这些区带可以根据每个OFDMA符号而变化。上行链路子信道分配方案使用诸如上行链路(UL)-部分使用子信道(PUSC)、UL-可选PUSC(OPUSC)、UL带-自适应调制和编码(AMC)等的信道模式。图1所示的上行链路帧的下端示出的测距子信道用于移动终端与基站之间的上行链路同步和功率控制、移动终端的带宽请求等。WiBro标准限定了初始测距模式、周期性测距模式、切换测距模式、和带宽测距模式4种模式。
在上行链路中,通过上述测距处理执行同步。在这种上行链路中,由于移动终端的信道环境互不相同,信号接收时间点可以变化,并且接收的功率量也可以变化。基站接收通过不同信道环境传递的几个移动终端的上行链路信号,因此,必须估计每个用户的信道。
本说明书改进了估计用于这种上行链路信号的信道的方法,并提出了一种用于在时变环境以及时不变环境下提高信道估计的精确度的信道估计方法和装置。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种接收机的信道估计方法,该方法能够在时变信道环境以及时不变环境下提高信道估计的精确度。
本发明还旨在使用导频符号在信道估计期间同时对导频符号进行线性相位估计,从而更精确地估计信道。
本发明还旨在通过提出改进的信道估计方法来提高无线通信***中的接收机的数据接收性能。
本发明还旨在仅使用除了前导之外的导频符号来估计上行链路信号的信道。
本发明还旨在提供一种信道估计方法,其对信道环境更具鲁棒性,并且由于用于使用导频符号估计上行链路信号的信道的预定平均运算而具有更高的精确度。
技术方案
本发明的一个方面提供了一种用于估计接收信号的信道的方法,该方法包括以下步骤:提取包括在接收信号中的导频符号并使用导频符号估计线性相位值;沿时间轴***导频符号并获取第一信道响应;根据第一信道响应沿频率轴***导频符号并获取第二信道响应;以及使用第二信道响应和线性相位值来计算信道估计值。
本发明的另一方面提供了一种用于估计接收信号的信道的装置,该装置包括:时间轴***器,用于沿时间轴***包括在接收信号中的导频符号并获取第一信道响应;频率轴***器,用于根据第一信道响应沿频率轴***导频符号并获取第二信道响应;以及信道估计计算器,用于使用第二信道响应计算信道估计值。
有益效果
根据本发明,提供了一种接收机的信道估计方法,该方法能够在时变信道环境下以及时不变信道环境下提高信道估计的精确度。
另外,根据本发明,可以通过使用导频符号在信道估计期间同时对导频符号进行线性相位估计来更精确地估计信道。
另外,根据本发明,可以改进无线通信***中的接收机的数据接收性能。
另外,根据本发明,可以仅使用导频符号而不使用前导来估计上行链路信号的信道。
另外,根据本发明,可以提供一种信道估计方法,该方法对信道环境更具鲁棒性,并且由于用于使用导频符号估计上行链路信号的信道的预定平均运算而具有更高的精确度。
附图说明
图1示出了应用本发明的基于电气和电子工程师协会(IEEE)802.16d/e标准的正交频分复用(OFDM)时分双工(TDD)帧结构的实例;
图2是示出了普通的OFDM/正交频分多址接入(OFDMA)收发信机的构造的框图;
图3示出了根据本发明的在基于IEEE 802.16d/e标准的OFDMA TDD帧结构中的上行链路(UL)信号的帧结构的实例;
图4示出了根据本发明的在基于IEEE 802.16d/e标准的OFDMA TDD帧结构中构成UL带-自适应调制和编码(AMC)模式的信道的时隙的实例;
图5是根据本发明的示例性实施例的包括用于估计信道的装置的UL信号接收机的框图;
图6是图5所示的信道估计装置的实例的框图;
图7是图6所示的信道估计装置的实例的框图;以及
图8是示出了根据本发明的示例性实施例的通过信道估计装置执行的估计信道的方法的流程图。
具体实施方式
在本说明书中,术语“通信终端”涉及支持正交频分复用(OFDM)技术或正交频分多址接入(OFDMA)技术的通信终端。优选地,术语“通信终端”是指在使用电气和电子工程师协会(IEEE)802.16d/e标准、无线宽带互联网(WiBro)标准、和全球微波接入互通(WiMAX)标准的无线通信***中,支持上行链路(UL)带-自适应调制和编码(AMC)信道模式的通信终端。
另外,在本说明书中使用的术语“无线通信***”可以指基于IEEE 802.16d/e标准、WiBro标准、和WiMAX标准中的至少之一的***。
另外,在本说明书中使用的术语“符号”是指OFDMA或OFDM符号。
在下文中,将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施例的一种用于在无线通信***中估计UL信道的方法和装置。然而,本发明并不限于以下所述的示例性实施例,而可以以各种形式实现。因此,为完全公开本发明并向本领域的普通技术人员传达本发明的范围而提供了这些示例性实施例。
图2是示出了普通的OFDM/OFDMA收发信机的构造的框图。如图2所示,普通的OFDM/OFDMA收发信机包括串/并转换器、快速傅立叶变换(FFT)装置或快速傅立叶逆变换(IFFT)装置、和频率转换器。
发送单元的串/并转换器将串行输入的数据流转换为与子载波编号相同的并行数据流,并且IFFT装置对每个并行数据流执行IFFT运算。经IFFT处理的数据被转换回为串行数据并在频率转换之后被发送。接收单元接收通过有线/无线信道发送的信号,并且在解调处理(为由发送单元执行的处理的逆处理)之后输出数据。
图3示出了根据本发明的在基于IEEE 802.16d/e标准的OFDMA时分双工(TDD)帧结构中的UL信号的帧结构的实例。
参考图3,示出了OFDMA TDD帧中的UL信号的AMC区带。可以将UL帧分为UL部分使用子信道(PUSC)段(section)、UL-可选PUSC(OPUSC)段和UL带-AMC子信道段,以及图3示出了UL带-AMC子信道段的实例。
参考图3,带-AMC子信道包括导频符号、数据符号和空符号。导频符号被分配给包括9个串行子载波的块(bin)中的一个指定子载波。导频符号在块中的位置可以随着该符号的索引(index)而变化。图3示出了由可变集合确定的导频符号的位置。
为了配置带-AMC子信道,以块为单位划分具有除了空符号之外的符号的所有子载波,并且M个相邻的块被捆绑并构成一个带。构成带-AMC子信道的基本单位是块,并且一个带-AMC子信道包括包含6个块的时隙。例如,参考图3,示出了4-时隙数据突发(burst),其存在于UL带-AMC信道模式区带中并具有2*2时隙结构。可以根据每帧改变这种带-AMC子信道的构成比率。根据实施例,这种带-AMC子信道可以包括2个块*3个符号、3个块*2个符号、和1个块*6个符号。这里,在每个带内沿频率轴和时间轴方向顺序地指定索引,将块和符号捆绑为子信道,这些子信道包括从结构的前部顺序地设置的6个块和符号的组合。如上所述,包括6个块的子信道被称为时隙。图4示出了这种时隙的构造的实例。
图4示出了根据本发明的在基于IEEE 802.16d/e标准的OFDMA TDD帧结构中构成UL带-AMC模式的信道的时隙的实例。
参考图4,在UL带-AMC模式下,子信道可以具有2个块*3个符号(参考标号(1))、3个块*2个符号(参考标号(2))、以及1个块*6个符号(参考标号(3))的多种结构。用参考标号(4)示出了处理包括在一个时隙中的6个块的方法。
图5是根据本发明的示例性实施例的包括信道估计装置的UL信号接收机的框图。
通过模/数(A/D)转换器510将由接收机的天线接收到的射频(RF)信号转换为基带信号并进行量化。通过循环前缀(CP)去除器520和串/并(S/P)转换器530对量化信号进行处理,然后通过FFT单元540对其进行傅立叶变换。
CP去除器520去除添加到接收信号中的CP。作为一种开销的CP起用于防止OFDMA/OFDM符号中的符号间干扰(ISI)的保护间隔的作用。从其中去除了CP的接收信号被输入至S/P转换器530。
S/P转换器530将串行输入的接收信号转换为与子载波编号相同的并行接收信号。
在通过S/P转换器530转换为并行接收信号之后,通过FFT单元540对接收信号进行傅立叶变换并将其输入至根据本发明的信道估计装置550,从而通过根据本发明的信道估计方法计算信道估计值。信道估计值被输入至预定的信道补偿装置(图中未示出),并且执行信道补偿。
以下将参考图6和图7更详细地描述图5所示的信道估计装置550的构造。
图6是图5所示的信道估计装置的实例的框图。
参考图6,从经FFT单元傅立叶变换的接收信号中提取导频符号,然后通过导频缓冲器610对其进行缓冲。经导频缓冲器610缓冲的导频符号被输入至线性相位估计器620,该线性相位估计器估计导频符号之间的线性相位。估计出的线性相位值被输入至根据本发明的信道估计装置630。
以下将参考图7更加详细地描述构成图6所示的根据本发明的信道估计装置630的模块和这些模块的操作。
图7是图6所示的信道估计装置630的实例的框图。
图7所示的信道估计装置730可以包括导频符号线性相位补偿器731、时间轴***器732、频率轴***器733、平均值计算器734和信道估计计算器735。
信道估计装置730使用从图6所示的导频缓冲器610输入的导频符号和从线性相位估计器720输入的线性相位值来估计接收信号的信道。
为了使用具有相同相位的导频符号来计算信道响应,当包括在同一时隙中的导频符号的子载波索引互不相同时,导频符号线性相位补偿器731使用通过线性相位估计器720估计出的线性相位值来同样地校准各个导频符号之间的相位。更具体地,在图3所示的UL带-AMC信道模式区带中,导频符号的位置在时域的符号段中不同,并且以符号段周期重复相同的导频符号位置的图案。
对于一个值,导频符号线性相位补偿器731补偿通过线性相位估计器720为所恢复的导频符号Pk,m估计的值θ,从而使在包括在一个时隙中的导频符号之间的相位均衡。这种导频符号相位的补偿可以由以下给出的公式表示。在下列公式中,可以针对每个时隙估计值θslot,并且可以将估计出的值θslot仅应用于包括在对应时隙中的导频符号。
[公式1]
P k , m = p k , m · e j · θ slot · { 9 ( k mod 2 } + 3 ( m mod 3 ) }
(k:块索引;m:符号索引;θslot:估计出的线性相位值;mod:模运算)
根据公式1计算得到的导频符号Pk,m被输入至时间轴***器732。
在如上所述通过导频符号线性相位补偿器731同样地校准导频符号之间的相位之后,时间轴***器732在具有相同子载波索引的导频符号之中沿时间轴对相邻导频符号进行***。为了沿时间轴对相邻导频符号进行***,可以为每个导频符号给出适当的权重。通过***处理,获得在具有相同子载波索引的导频符号之间的第一信道响应。这些第一信道响应分别是用于频率轴上的三个子载波中的一个的信道响应。另外,可以包括导频符号副本(copy)。
如本领域技术人员众所周知的,当假设两个***对象是A和B,A和B的权重各为a和b,以及使用A和B计算出的***结果值为C时,得到了以下等式:C=aA+bB(0<a<1,0<b<1,a+b=1)。插值处理可以使用线性插值、二次插值、三次样条插值、利用低通滤波器的插值等,其可以根据***需求、取决于不同信道的符号位置等适当地选择。
频率轴***器733使用第一信道响应在具有相同符号索引的导频符号之中沿频率轴对相邻导频符号进行***。在沿频率轴对相邻导频符号进行***期间,可以为每个导频符号给出适当权重。通过***处理,可以获得沿频率轴的相邻导频符号之间的第二信道响应hn,m。另外,可以包括导频符号副本。
平均值计算器734沿时间轴以适当的窗口大小(window size)为间隔来对从频率轴***器733获得的第二信道响应hn,m执行平均运算,从而获得平均信道响应
Figure S2007800024413D00101
。通过平均值计算器734的平均运算,可以获得对各种信道环境具有鲁棒性的信道估计值,并且可以提高信道估计值的精确度。可以通过以下给出的公式计算平均信道响应
[公式2]
h ^ n , m = 1 N Σ m = m - ( N - 1 ) / 2 m + ( N - 1 ) / 2 h n , m
(N:沿时间轴将通过平均运算处理的符号大小)
在公式2中,N可以是奇数值。另外,当不存在通过平均运算处理的前一值或后一值作为第一个或最后一个符号时,可以使用对应符号的信道响应来作为前一值或后一值。
信道估计计算器735根据包括在同一时隙中的各个子载波索引和通过平均值计算器734计算得到的平均信道响应,来使用线性相位值计算信道估计值。通过为由线性相位估计器720计算得到的线性相位值补偿由平均值计算器734计算得到的平均信道响应来计算信道估计值。更具体地,计算相邻导频符号的信道响应hn,m和平均信道响应。然后,沿频率轴有区别地恢复包括在同一时隙中的导频符号的相位,其在通过时间轴***器732和频率轴***器733处理导频符号之前被同样地校准,从而针对每个符号计算信道估计值Hn,m。可以使用以下给出的公式执行这种计算。
[公式3]
H n , m = h ^ n , m · e - j · θ slot · { ( n mod 18 ) - 1 }
θslot:针对每个时隙估计出的线性相位值
再次参考图5,由根据本发明的信道估计装置550产生的信道估计值被输入至信道补偿器(图中未示出),并且补偿了接收信号的信道。均衡器(图中未示出)使其信道被补偿的接收信号均衡,并且解调器560对均衡后的信号进行解调。解交织器570对解调后的信号进行解交织,并且信道解码器580最终执行信道解码。
可以在基站的接收机中实现图6和图7所示的信道估计装置。
图8是示出了由根据本发明的示例性实施例的信道估计装置执行的估计信道的方法的流程图。
将参考图8详细地描述根据本发明的示例性实施例的通过在无线通信***中的信道估计装置执行的信道估计方法。
在步骤801中,根据本发明的信道估计装置接收来自图7所示的线性相位估计器720的为导频符号估计出的线性相位值。
在步骤802中,确定包括在同一时隙中的导频符号的子载波索引是否一致。当导频符号的子载波索引不一致时,在步骤803中,使用由线性相位估计器720估计出的线性相位来统一地校准各个导频符号之间的相位。
另外,当在步骤802中确定导频符号的子载波索引一致时,略过步骤803,程序前进至步骤804。
在步骤803中同样地校准包括在同一时隙中的各个导频符号之间的相位之后,在步骤804中,在具有相同子载波索引的导频符号之中沿时间轴对相邻导频符号进行***。为了在步骤804中沿时间轴对相邻导频符号进行***,可以给出用于每个导频符号的适当权重。通过***处理,获得了在具有相同子载波索引的导频符号之间的第一信道响应。这些第一信道响应分别是在频率轴上的三个子载波中的一个的信道响应。
在步骤805中,使用在步骤804中获得的第一信道响应来在具有相同符号索引的导频符号之中沿频率轴对相邻导频符号进行***。为了在步骤805中沿频率轴对相邻导频符号进行***,可以给出用于每个导频符号的适当权重。通过***处理,可以获得沿频率轴的相邻导频符号之间的第二信道响应。
在步骤806中,沿时间轴以适当的窗口大小为间隔对在步骤805中获得的第二信道响应执行平均运算,从而获得平均信道响应。在步骤806中,可以获得对各种信道环境具有鲁棒性的信道估计值,并且还可以提高信道估计值的精确度。
在步骤801至806之后,在步骤807中,使用从线性相位估计器702接收到并根据包括在同一时隙中的子载波索引而变化的线性相位值以及在步骤806中获得的平均信道响应,来计算信道估计值。在步骤807中,可以执行为线性相位值补偿在步骤806中获得的平均信道响应的操作,以计算信道估计值。
在步骤807中计算得到的信道估计值被输入至信道补偿器,因此,补偿了接收信号的信道。
根据本发明的由无线通信***的接收机执行的信道估计方法可以被具体化为计算机程序指令并记录在计算机可读介质上。计算机可读介质可以单独地或混合地包括程序指令、数据文件、数据结构等。可以为本发明特别设计并配置记录在介质上的程序指令,并且这些程序指令为计算机软件领域的技术人员已知并使用。计算机可读介质可以是磁介质(例如,硬盘、软盘和磁带)、光学介质(例如,光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD))、光磁介质(例如,光磁软盘)、硬件器件(例如,ROM、随机存取存储器(RAM)、闪存)等,特别地被实现以存储和执行程序指令。同样,介质可以是诸如光线路或金属线、波导管等的传输介质,包括传送表示程序指令、数据结构等的信号的载波。程序指令可以是由编译器产生的机器语言代码以及可以使用解释器由计算机执行的高级语言代码等。为了执行本发明的操作,可以实现硬件器件以作为至少一个软件模块进行操作,反之亦然。
尽管已参考本发明的一些示例性实施例示出并描述了本发明,但本领域的技术人员应理解,在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下,在这里可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (23)

1.一种用于在无线通信***中估计接收信号的信道的方法,所述方法包括以下步骤:
提取包括在所述接收信号中的导频符号并使用所述导频符号来估计线性相位值;
沿时间轴***所述导频符号并获取第一信道响应;
根据所述第一信道响应沿频率轴***所述导频符号并获取第二信道响应;以及
使用所述第二信道响应和所述线性相位值来计算信道估计值。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,沿所述时间轴***的所述导频符号具有相同的子载波索引。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,沿所述频率轴***的所述导频符号具有相同的符号索引。
4.根据权利要求2所述的方法,其中,沿所述时间轴***所述导频符号的步骤还包括以下步骤:
当包括在一个时隙内的所述导频符号的子载波索引互不相同时,使用估计出的线性相位值来同样地校准所述导频符号的相位。
5.根据权利要求1所述的方法,还包括以下步骤:
对在所述第二信道响应之中沿所述时间轴相邻的第二信道响应执行平均运算并计算平均信道响应,
其中,使用所述平均信道响应和所述线性相位值来计算所述信道估计值。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,通过沿所述时间轴以预定窗口大小为间隔对所获得的所述第二信道响应求平均值来计算所述平均信道响应。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,所述无线通信***基于电气和电子工程师协会IEEE802.16d/e标准、无线宽带互联网WiBro标准、或者全球微波接入互通WiMAX标准。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述导频符号具有与上行链路UL带-自适应调制和编码AMC信道模式相关的结构。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述导频符号包括在一个时隙内。
10.一种用于在无线通信***的上行链路UL信号接收机中估计信道的方法,所述方法包括以下步骤:
接收UL信号;
提取包括在所述UL信号中的导频符号并使用所述导频符号来估计线性相位值;
沿时间轴***所述导频符号并获取第一信道响应;
根据所述第一信道响应沿频率轴***所述导频符号并获取第二信道响应;以及
使用所述第二信道响应和所述线性相位值来计算信道估计值。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,所述无线通信***基于IEEE 802.16d/e标准、WiBro标准、或者WiMAX标准,并且所述导频符号具有与UL带-AMC信道模式相关的结构。
12.根据权利要求10所述的方法,其中,所述UL信号接收机是基站接收机。
13.一种用于在无线通信***中估计接收信号的信道的装置,所述装置包括:
线性相位估计器,用于使用包括在所述接收信号中的导频符号来估计线性相位值;
时间轴***器,用于沿时间轴***所述导频符号并获取第一信道响应;
频率轴***器,用于根据所述第一信道响应沿频率轴***所述导频符号并获取第二信道响应;以及
信道估计计算器,用于使用所述第二信道响应和所述线性相位值来计算信道估计值。
14.根据权利要求13所述的装置,其中,所述时间轴***器对具有相同子载波索引的导频符号进行***。
15.根据权利要求13所述的装置,其中,所述频率轴***器对具有相同符号索引的导频符号进行***。
16.根据权利要求14所述的装置,还包括:
导频符号线性相位补偿器,用于当包括在一个时隙内的导频符号的子载波索引互不相同时,使用从所述导频符号估计的线性相位值来同样地校准所述导频符号的相位。
17.根据权利要求13所述的装置,还包括:
平均值计算器,用于对在所述第二信道响应之中沿所述时间轴相邻的第二信道响应执行平均运算并计算平均信道响应,
其中,所述信道估计计算器使用所述平均信道响应来计算所述信道估计值。
18.根据权利要求17所述的装置,其中,所述平均值计算器通过沿所述时间轴以预定窗口大小为间隔对所获得的所述第二信道响应求平均值来计算所述平均信道响应。
19.根据权利要求13所述的装置,其中,所述无线通信***基于IEEE 802.16d/e标准、WiBro标准、或者WiMAX标准。
20.根据权利要求19所述的装置,其中,所述导频符号具有与UL带-AMC信道模式相关的结构。
21.一种无线通信***的UL信号接收机,包括:
接收机,用于接收UL信号;
导频提取器,用于提取包括在所述UL信号中的导频符号;
线性相位估计器,用于使用所述导频符号来估计线性相位值;以及
信道估计装置,用于获取信道估计值,
其中,所述信道估计装置沿时间轴***所述导频符号以获取第一信道响应,所述信道估计装置根据所述第一信道响应沿频率轴***所述导频符号以获取第二信道响应,以及所述信道估计装置使用所述第二信道响应和所述线性相位值来计算信道估计值。
22.根据权利要求21所述的UL信号接收机,其中,所述无线通信***基于IEEE 802.16d/e标准、WiBro标准、或者WiMAX标准,以及其中,所述导频符号具有与UL带-AMC信道模式相关的结构。
23.根据权利要求21所述UL信号接收机,其中,所述接收机是基站接收机。
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