JP4582354B2 - 等化装置及び等化方法 - Google Patents

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Description

本発明は等化装置および等化方法に関し、時間領域の伝送路推定に基づく伝送路応答ベクトルを用いて、最小平均自乗誤差法(MMSE:Minimum Mean Square Error)により等化ウェイトを計算し、受信信号の等化を行う等化装置および等化方法に関するものである。
次世代移動通信の無線通信方式では、高速データ伝送を実現することが重要であるが、データ速度が速くなるとマルチパスによるシンボル間干渉すなわちマルチパス干渉が問題となる。このマルチパス干渉を抑圧する方法には種々の方法があるが、比較的簡易な方法に線形等化器があり、この等化処理を周波数領域で行う周波数イコライザが提案されている。例えば、先行技術文献1(D.Falconer,S.L.Ariyavisitakul,A.Benyamin−Seeyar,and B.Eidson,“Frequency Domain Equalization for Single−Carrier Broadband Wireless Systems,”IEEE Commun.Mag.,vol.40,no.4,pp.58−66,Apr.2002.)を参照されたい。
図1は、上記先行技術文献1に記載された周波数イコライザを先行技術文献2(松本、吉田、後川、“HSDPA端末用MMSEチップ等化器における高精度チャネル分離法の検討、”2005年信学総大、B−5−120.)に記載された複数パスサンプル法を適用した従来の等化装置の構成の一例を示す。従来の等化装置は、受信アンテナ1、パスタイミング検出部2、検出パス伝送路推定部3、隣接パス伝送路推定部4、伝送路応答ベクトル生成部5、直並列(S/P)変換部6,10、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)部7,11、ウェイト計算部8、ガードインターバル(GI)除去部9、等化フィルタ12、高速逆フーリエ変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)部13、並直列(P/S)変換部14、雑音電力推定部15で構成される。
複数パスサンプル法を適用した等化装置では、各パスを複数の伝送路推定値サンプルで表すことにより、パスが近接して存在する環境での等化特性を改善すると共に、パスタイミング誤差に耐性を有するという特徴がある。
受信アンテナ1は、ディジタル変調されたシングルキャリア信号を受信する。パスタイミング検出部2は、オーバサンプルされた受信信号を入力とし、受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、複数のパスのタイミングを検出する。タイミングを検出する方法としては、受信信号に含まれるパイロット信号と既知のパイロット信号系列とのスライディング相関検出結果に基づいて、レベルの大きい複数のパスのタイミングを検出する方法などが用いられる。検出パス伝送路推定部3は、オーバサンプルされた受信信号とパスタイミング検出部2で検出したパスタイミングを入力とし、受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、検出パスのタイミングにおける伝送路推定値を推定する。
隣接パス伝送路推定部4は、オーバサンプルされた受信信号とパスタイミング検出部2で検出したパスタイミングを入力とし、受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、検出パスタイミングから前後複数のタイミング(隣接パスタイミング)における伝送路推定値を推定する。伝送路応答ベクトル生成部5は、検出パス伝送路推定部3と隣接パス伝送路推定部4で推定した伝送路推定値を入力とし、伝送路応答ベクトルを生成する。
図2は、伝送路応答ベクトル生成部5における伝送路応答ベクトルの生成の様子を示す図である。実線が検出パスタイミングにおける伝送路推定値、破線が隣接パスタイミングにおける伝送路推定値を示している。検出パスタイミングと隣接パスタイミングの伝送路推定値(複数パスサンプルの伝送路推定値)を並べることにより、伝送路応答ベクトルが生成される。
S/P変換部6は、伝送路応答ベクトル生成部5で生成した伝送路応答ベクトルをS/P変換する。FFT部7は、S/P変換部6で変換した伝送路応答ベクトルを入力とし、周波数領域に変換した伝送路推定値を出力する。雑音電力推定部15は、オーバサンプルされた受信信号と検出パス伝送路推定部3で推定した伝送路推定値を入力とし、雑音電力を推定する。
ウェイト計算部8は、FFT部7の出力である周波数領域の伝送路推定値と雑音電力推定部15で推定した雑音電力を入力とし、最小平均自乗誤差法(MMSE)により、等化フィルタのウェイトを計算する。FFT部7で伝送路応答ベクトルを周波数領域に変換したサブキャリアfにおける伝送路推定値をH(f)とすると、等化フィルタのウェイトW(f)は、以下の数式(1)で表される。
Figure 0004582354
ここで、*は複素共役を示し、N0は雑音電力推定部15で推定した雑音電力を表す。
GI除去部9は、オーバサンプルされた受信信号を入力とし、GIに相当する部分の受信信号を除去する。S/P変換部10は、GI除去部9でGIを除去した受信信号をS/P変換する。FFT部11は、S/P変換部10で変換した受信信号を入力とし、周波数領域に変換する。等化フィルタ12は、ウェイト計算部8で計算した等化ウェイトとFFT部11で周波数変換した受信信号を入力とし、周波数領域で受信信号の等化を行う。
IFFT部13は、等化フィルタ12の出力である周波数領域の等化信号を入力とし、IFFTを用いて、時間領域に変換する。P/S変換部14は、時間領域に変換した信号をP/S変換し、復調信号を出力する。
従来の等化装置では、次のような問題点がある。ウェイト計算部8において、等化フィルタのウェイト計算に使用する雑音電力は、オーバサンプルされた受信信号と検出パス伝送路推定部3で推定した伝送路推定値から計算した雑音電力を用いている。しかし、複数パスサンプル法のように検出パス伝送路推定部3と隣接パス伝送路推定部4で推定した伝送路推定値を並べることにより生成した伝送路応答ベクトルを用いて等化ウェイトを計算する場合にはMMSEウェイトの精度がずれ、等化性能が劣化するという問題がある。
本発明の目的は、検出パスタイミングとその隣接パスタイミングの伝送路推定値を並べた伝送路応答ベクトルを用いて等化ウェイトを計算する等化装置において、正確なMMSE制御を行って、優れた等化特性を実現できる等化装置および等化方法を提供することである。
本発明の第1の態様に係る等化装置は、ディジタル変調されたシングルキャリア信号を受信して等化する等化フィルタと、この受信信号の検出パスタイミングの伝送路推定値(検出パス伝送路推定値)とその隣接パスタイミングの伝送路推定値(隣接パス伝送路推定値)とを並べた伝送路応答ベクトルを用いて、前記等化フィルタの等化ウェイトを計算するウェイト計算部とを含む等化装置であって、前記等化ウェイトの計算に使用する雑音電力を、前記検出パス伝送路推定値と前記隣接パス伝送路推定値とにより生成された補正係数により補正する手段を含むことを特徴とする。
本発明の第2の態様に係る等化装置は、ディジタル変調されたシングルキャリア信号を受信し、検出パスタイミングとその隣接パスタイミングの伝送路推定値を並べた伝送路応答ベクトルを用いて等化ウェイトを計算する等化装置において、オーバサンプルされた受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、L(Lは1以上の整数)パスのタイミングを検出するパスタイミング検出部と、この検出パスタイミングにおける伝送路推定値を推定する検出パス伝送路推定部と、前記検出パスタイミングから前後Nps(Npsは1以上の整数)サンプルの隣接パスタイミングにおける伝送路推定値を推定する隣接パス伝送路推定部と、前記検出パスと隣接パスの伝送路推定値に基づき、伝送路応答ベクトルを生成する伝送路応答ベクトル生成部と、前記受信信号と前記検出パスの伝送路推定値を用いて、雑音電力N0を推定する雑音電力推定部と、前記検出パスと隣接パスの伝送路推定値に相当する雑音電力となるように補正係数βを計算する補正係数計算部と、前記雑音電力推定部で推定した雑音電力N0と前記補正係数計算部で計算した補正係数βを用いて、補正した雑音電力βN0を計算する雑音電力補正部と、前記伝送路応答ベクトルと前記補正した雑音電力を用いて、最小平均自乗誤差法により、等化ウェイトを計算するウェイト計算部と、前記等化ウェイトで前記受信信号の等化を行う等化フィルタとを含むことを特徴とする。
本発明の第3の態様に係る等化方法は、ディジタル変調されたシングルキャリア信号を受信して等化フィルタにより等化するステップと、この受信信号の検出パスタイミングの伝送路推定値(検出パス伝送路推定値)とその隣接パスタイミングの伝送路推定値(隣接パス伝送路推定値)とを並べた伝送路応答ベクトルを用いて、前記等化フィルタの等化ウェイトを計算するウェイト計算ステップとを含む等化方法であって、前記等化ウェイトの計算に使用する雑音電力を、前記検出パス伝送路推定値と前記隣接パス伝送路推定値とにより生成された補正係数により補正する補正ステップを含むことを特徴とする。
本発明の第4の態様に係る等化方法は、ディジタル変調されたシングルキャリア信号を受信し、検出パスタイミングとその隣接パスタイミングの伝送路推定値を並べた伝送路応答ベクトルを用いて等化ウェイトを計算する等化方法であって、オーバサンプルされた受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、L(Lは1以上の整数)パスのタイミングを検出し、前記検出パスタイミングにおける伝送路推定値を推定し、前記検出パスタイミングから前後Nps(Npsは1以上の整数)サンプルの隣接パスタイミングにおける伝送路推定値を推定し、前記検出パスと隣接パスの伝送路推定値に基づき、伝送路応答ベクトルを生成し、前記受信信号と前記検出パスの伝送路推定値を用いて、雑音電力N0を推定し、前記検出パスと隣接パスの伝送路推定値に相当する雑音電力となるように補正係数βを計算し、前記雑音電力N0と前記補正係数βを用いて、補正した雑音電力βN0を計算し、前記伝送路応答ベクトルと前記補正した雑音電力を用いて、最小平均自乗誤差法により、等化ウェイトを計算し、前記等化ウェイトで前記受信信号の等化を行うことを特徴とする。
本発明によれば、検出パスタイミングとその隣接パスタイミングの伝送路推定値を並べた伝送路応答ベクトルを用いて等化ウェイトを計算する等化装置において、正確なMMSE制御を行うために、等化フィルタのウェイト計算に使用する雑音電力を検出パス伝送路推定値と隣接パス伝送路推定値に相当する雑音電力となるように補正を行い、等化フィルタのウェイトを計算することで優れた等化特性を実現できる。
図1は従来の等化装置の一例を示す構成図である。
図2は伝送路応答ベクトル生成部5における伝送路応答ベクトルの生成の様子を示す図である。
図3は本発明の等化装置の一実施例を示す構成図である。
図4は本発明の補正係数計算部20の構成を示すブロック図である。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図3は、本発明の等化装置の一実施例を示す構成図であり、図1と同等部分は同一符号にて示している。図3に示されるように、本発明の等化装置は、受信アンテナ1、パスタイミング検出部2、検出パス伝送路推定部3、隣接パス伝送路推定部4、伝送路応答ベクトル生成部5、S/P変換部6、10、FFT部7、11、ウェイト計算部8、GI除去部9、等化フィルタ12、IFFT部13、P/S変換部14、雑音電力推定部15、補正係数計算部20、雑音電力補正部21で構成される。
受信アンテナ1は、ディジタル変調されたシングルキャリア信号を受信する。パスタイミング検出部2は、オーバサンプルされた受信信号を入力とし、受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、L(Lは1以上の整数)パスのタイミングを検出する。タイミングを検出する方法としては、受信信号に含まれるパイロット信号と既知のパイロット信号系列とのスライディング相関検出結果に基づいて、レベルの大きい複数のパスのタイミングを検出する方法などが用いられる。
検出パス伝送路推定部3は、オーバサンプルされた受信信号とパスタイミング検出部2で検出したパスタイミングを入力とし、受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、検出パスのタイミングにおける伝送路推定値を推定する。隣接パス伝送路推定部4は、オーバサンプルされた受信信号とパスタイミング検出部2で検出したパスタイミングを入力とし、受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、検出パスタイミングから前後Nps(Npsは1以上の整数)サンプルの隣接パスタイミングにおける伝送路推定値を推定する。
伝送路応答ベクトル生成部5は、検出パス伝送路推定部3と隣接パス伝送路推定部4で推定した伝送路推定値を入力とし、検出パスタイミングと隣接パスタイミングの伝送路推定値を並べることにより、伝送路応答ベクトルを生成する。S/P変換部6は、伝送路応答ベクトル生成部5で生成した伝送路応答ベクトルをS/P変換する。FFT部7は、S/P変換部6で変換した伝送路応答ベクトルを入力とし、周波数領域に変換した伝送路推定値を出力する。
雑音電力推定部15は、オーバサンプルされた受信信号と検出パス伝送路推定部3で推定した伝送路推定値を入力とし、雑音電力N0を推定する。雑音電力の推定方法は種々の方法があるが、本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成および説明は省略する。
補正係数計算部20は、検出パス伝送路推定部3と隣接パス伝送路推定部4で推定した伝送路推定値と補正係数K(Kは任意の実数)を入力とし、検出パス伝送路推定値と隣接パス伝送路推定値に相当する雑音電力となるように補正係数βを計算する。雑音電力補正部21は、雑音電力推定部15で推定した雑音電力N0と補正係数計算部20で計算した補正係数βを入力とし、補正した雑音電力βN0を計算する。
図4は、補正係数計算部20の構成を示すブロック図である。補正係数計算部20は、検出パス伝送路電力計算部30、隣接パス伝送路電力計算部31、伝送路電力加算部32、伝送路電力正規化部33、補正係数乗算部34で構成される。検出パス伝送路電力計算部30は、図3の検出パス伝送路推定部3で推定した伝送路推定値を入力とし、検出パスの伝送路電力を計算する。隣接パス伝送路電力計算部31は、図3の隣接パス伝送路推定部4で推定した伝送路推定値を入力とし、隣接パスの伝送路電力を計算する。
伝送路電力加算部32は、検出パス伝送路電力計算部30と隣接パス伝送路電力計算部31で計算した検出パスと隣接パスの伝送路電力を入力とし、検出パスと隣接パスの伝送路電力を加算する。伝送路電力正規化部33は、検出パス伝送路電力計算部30で計算した検出パスの伝送路電力と伝送路電力加算部32で加算した検出パスと隣接パスの伝送路電力を入力とし、検出パスと隣接パスの伝送路電力を検出パスの伝送路電力で正規化(除算)する。
補正係数乗算部34は、伝送路電力正規化部33で正規化した伝送路電力と補正係数Kを入力とし、正規化した伝送路電力に補正係数Kを乗算することにより、検出パス伝送路推定値と隣接パス伝送路推定値に相当する雑音電力となるように補正係数βを計算する。パスl(1≦l≦L)における検出パス伝送路推定値をhl,0、隣接パス伝送路推定値をhl,n(−Nps≦n≦Nps)とすると、補正係数βは以下の数式(2)のように求められる。
Figure 0004582354
ウェイト計算部8は、FFT部7の出力である周波数領域の伝送路推定値H(f)と雑音電力補正部21で補正した雑音電力βN0を入力とし、最小平均自乗誤差法(MMSE)により、等化フィルタのウェイトW(f)を以下の数式(3)のように計算する。
Figure 0004582354
GI除去部9は、オーバサンプルされた受信信号を入力とし、GIに相当する部分の受信信号を除去する。S/P変換部10は、GI除去部9でGIを除去した受信信号をS/P変換する。FFT部11は、S/P変換部10で変換した受信信号を入力とし、周波数領域に変換する。等化フィルタ12は、ウェイト計算部8で計算した等化ウェイトとFFT部11で周波数変換した受信信号を入力とし、周波数領域で受信信号の等化を行う。IFFT部13は、等化フィルタ12の出力である周波数領域の等化信号を入力とし、IFFTを用いて、時間領域に変換する。P/S変換部14は、時間領域に変換した信号をP/S変換し、復調信号を出力する。
以上に説明したように、本実施例では、等化フィルタのウェイト計算に使用する雑音電力を検出パス伝送路推定値と隣接パス伝送路推定値に相当する雑音電力となるように補正を行い、等化フィルタのウェイトを計算することで正確なMMSE制御が可能であり、優れた等化特性を実現することが可能である。
本実施例では、時間領域の信号処理により伝送路応答ベクトルを生成し、周波数領域の信号処理により等化を行う周波数イコライザについて述べているが、同様の伝送路応答ベクトルを用いて、時間領域の信号処理により等化を行うチップ等化器についても本発明は適用できる。
本発明は、送受信アンテナが各1本ずつであることを想定した等化装置として例示しているが、送受信アンテナがそれぞれ複数あるMIMO(Multiple Input Multiple Output)方式においても本発明は適用できる。また、本発明は移動通信システムの基地局無線装置および移動局無線装置のどちらにも適用できる。

Claims (6)

  1. ディジタル変調されたシングルキャリア信号を受信して等化する等化フィルタと、この受信信号の検出パスタイミングの伝送路推定値である検出パス伝送路推定値とその隣接パスタイミングの伝送路推定値である隣接パス伝送路推定値とを並べた伝送路応答ベクトルを用いて、前記等化フィルタの等化ウェイトを計算するウェイト計算部とを含む等化装置であって
    前記等化ウェイトの計算に使用する、前記受信信号と前記検出パスの伝送路推定値とを用いて推定した雑音電力N0を、前記検出パス伝送路推定値と前記隣接パス伝送路推定値とにより生成された補正係数βにより補正し、補正した雑音電力βN0を得る雑音電力補正手段を含み、
    前記ウェイト計算部は、前記伝送路応答ベクトルと前記補正した雑音電力を用いて、最小平均自乗誤差法により、前記等化ウェイトを計算するものであり、
    前記検出パス伝送路推定値と前記隣接パス伝送路推定値とにより前記補正係数βを生成する手段は、
    前記検出パス伝送路推定値及び前記隣接パス伝送路推定値からそれぞれ検出パス伝送路電力及び隣接パス伝送路電力を算出して両者を加算する電力加算手段と、
    この加算電力を前記検出パス伝送路電力で正規化する正規化手段と、
    この正規化された伝送路電力に所定係数を乗算して前記補正係数βを生成する乗算手段と
    を有することを特徴とする等化装置。
  2. ディジタル変調されたシングルキャリア信号を受信し、検出パスタイミングとその隣接パスタイミングの伝送路推定値を並べた伝送路応答ベクトルを用いて等化ウェイトを計算する等化装置において、
    オーバサンプルされた受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、L(Lは1以上の整数)パスのタイミングを検出するパスタイミング検出部と、
    前記検出パスタイミングにおける伝送路推定値を推定する検出パス伝送路推定部と、
    前記検出パスタイミングから前後Nps(Npsは1以上の整数)サンプルの隣接パスタイミングにおける伝送路推定値を推定する隣接パス伝送路推定部と、
    前記検出パスと隣接パスの伝送路推定値に基づき、伝送路応答ベクトルを生成する伝送路応答ベクトル生成部と、
    前記受信信号と前記検出パスの伝送路推定値を用いて、雑音電力N0 を推定する雑音電力推定部と、
    前記検出パスと隣接パスの伝送路推定値に相当する雑音電力となるように補正係数βを計算する補正係数計算部と、
    前記雑音電力推定部で推定した雑音電力N0 と前記補正係数計算部で計算した補正係数βを用いて、補正した雑音電力βN0 を計算する雑音電力補正部と、
    前記伝送路応答ベクトルと前記補正した雑音電力を用いて、最小平均自乗誤差法により、等化ウェイトを計算するウェイト計算部と、
    前記等化ウェイトで前記受信信号の等化を行う等化フィルタと
    を含み、
    前記補正係数計算部は、
    前記検出パス伝送路推定部で推定した伝送路推定値から検出パスの伝送路電力を計算する検出パス伝送路電力計算部と、
    前記隣接パス伝送路推定部で推定した伝送路推定値から隣接パスの伝送路電力を計算する隣接パス伝送路電力計算部と、
    前記検出パス伝送路電力計算部と前記隣接パス伝送路電力計算部で計算した検出パスと隣接パスの伝送路電力を加算する伝送路電力加算部と、
    前記伝送路電力加算部で加算した検出パスと隣接パスの伝送路電力を前記検出パス伝送路電力計算部で計算した検出パスの伝送路電力で正規化する伝送路電力正規化部と、
    前記伝送路電力正規化部で正規化した伝送路電力に補正係数K(Kは任意の実数)を乗算する補正係数乗算部
    を有することを特徴とする等化装置。
  3. 前記ウェイト計算部および前記等化フィルタは、周波数領域の信号処理で行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の等化装置。
  4. 前記ウェイト計算部および前記等化フィルタは、時間領域の信号処理で行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の等化装置。
  5. ディジタル変調されたシングルキャリア信号を受信して等化フィルタにより等化するステップと、この受信信号の検出パスタイミングの伝送路推定値である検出パス伝送路推定値とその隣接パスタイミングの伝送路推定値である隣接パス伝送路推定値とを並べた伝送路応答ベクトルを用いて、前記等化フィルタの等化ウェイトを計算するウェイト計算ステップとを含む等化方法であって
    前記等化ウェイトの計算に使用する、前記受信信号と前記検出パスの伝送路推定値とを用いて推定した雑音電力N0を、前記検出パス伝送路推定値と前記隣接パス伝送路推定値とにより生成された補正係数βにより補正し、補正した雑音電力βN0を得る雑音電力補正ステップを含み、
    前記ウェイト計算ステップは、前記伝送路応答ベクトルと前記補正した雑音電力を用いて、最小平均自乗誤差法により、前記等化ウェイトを計算するものであり、
    前記検出パス伝送路推定値と前記隣接パス伝送路推定値とにより前記補正係数βを生成するステップは、
    前記検出パス伝送路推定値及び前記隣接パス伝送路推定値からそれぞれ検出パス伝送路電力及び隣接パス伝送路電力を算出して両者を加算する電力加算ステップと、
    この加算電力を前記検出パス伝送路電力で正規化する正規化ステップと、
    この正規化された伝送路電力に所定係数を乗算して前記補正係数βを生成する乗算ステップと
    を有することを特徴とする等化方法。
  6. ディジタル変調されたシングルキャリア信号を受信し、検出パスタイミングとその隣接パスタイミングの伝送路推定値を並べた伝送路応答ベクトルを用いて等化ウェイトを計算する等化方法において、
    オーバサンプルされた受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、L(Lは1以上の整数)パスのタイミングを検出するステップと、
    前記検出パスタイミングにおける伝送路推定値を推定する検出パス伝送路推定ステップと、
    前記検出パスタイミングから前後Nps(Npsは1以上の整数)サンプルの隣接パスタイミングにおける伝送路推定値を推定する隣接パス伝送路推定ステップと、
    前記検出パスと隣接パスの伝送路推定値に基づき、伝送路応答ベクトルを生成するステップと、
    前記受信信号と前記検出パスの伝送路推定値を用いて、雑音電力N0 を推定するステップと、
    前記検出パスと隣接パスの伝送路推定値に相当する雑音電力となるように補正係数βを計算する補正係数計算ステップと、
    前記雑音電力N0 と前記補正係数βを用いて、補正した雑音電力βN0 を計算するステップと、
    前記伝送路応答ベクトルと前記補正した雑音電力を用いて、最小平均自乗誤差法により、等化ウェイトを計算するステップと、
    前記等化ウェイトで前記受信信号の等化を行うステップ
    を有し、
    前記補正係数計算ステップは、
    前記検出パス伝送路推定ステップで推定した伝送路推定値から検出パスの伝送路電力を計算する検出パス伝送路電力計算ステップと、
    前記隣接パス伝送路推定ステップで推定した伝送路推定値から隣接パスの伝送路電力を計算する隣接パス伝送路電力計算ステップと、
    前記検出パス伝送路電力計算ステップと前記隣接パス伝送路電力計算ステップで計算した検出パスと隣接パスの伝送路電力を加算する伝送路電力加算ステップと、
    前記伝送路電力加算ステップで加算した検出パスと隣接パスの伝送路電力を前記検出パス伝送路電力計算ステップで計算した検出パスの伝送路電力で正規化する伝送路電力正規化ステップと、
    前記伝送路電力正規化ステップで正規化した伝送路電力に補正係数K(Kは任意の実数)を乗算する補正係数乗算ステップ
    を有することを特徴とする等化方法。
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