(57)【要約】  マルチキャリア変調環境で電力スペクトラム密度異常を低減する方法が記載される。この方法には、複数の搬送波内の、データ非含有状態にある少なくとも１つの搬送波を識別することが含まれる。その後、この搬送波はランダム・データで変調される。
2005509328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の搬送波中、データ非含有状態にある少なくとも１つの搬送波を識別する工程と、
前記少なくとも１つのデータ非含有搬送波をランダム・データで変調する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つのデータ非含有搬送波がパイロット・トーンである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
データ非含有状態にある少なくとも１つの搬送波を識別する前記工程が、さらに、
前記複数の搬送波内のどの搬送波がデータ非含有状態にあるかに関する情報を受信する工程と、
前記情報に基づいて前記少なくとも１つのデータ非含有搬送波を選択する工程と
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのデータ非含有搬送波が、チャネル特性判定を含む、データ送信以外の機能のために使用される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのデータ非含有搬送波が、同期、搬送波・リカバリおよびタイミング・リカバリの１つのために使用される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのデータ非含有搬送波を変調する前に、さらに、擬似ランダムビット・ストリームとしてランダム・データを生成する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのデータ非含有搬送波を変調する前記工程が、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）に従って行われる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
データ非含有状態にある少なくとも１つの搬送波を識別する前記工程が、さらに、
遠隔配置されたシステムから搬送波マップを受信する工程を含み、その搬送波マップは、どの搬送波が低信頼状態にあるかを示すために前記複数の搬送波に対してチャネル推定解析を行うのに応じて前記システムで生成される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記搬送波マップは、前記複数の搬送波内のどれが低信頼状態にあるとされるかを示す請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
フィードバック・リンクと、
前記フィードバック・リンクに結合されたマルチプレクサ・ユニットであって、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを含み、入力として送信データおよびランダム・データを受信し、各出力ポートに対して、前記フィードバック・リンクを介して送信される情報に基づいて送信データおよびランダム・データの内１つを送信する、マルチプレクサ・ユニットと、
データ非含有搬送波をランダム・データで変調する変調器と
を備えたマルチ搬送波変調システム。
【請求項１１】
前記変調器がさらに、変調済みのデータ非含有搬送波を含むマルチ搬送波変調信号を出力する請求項１０に記載のマルチ搬送波変調システム。
【請求項１２】
前記変調器が、いくつかの出力ポートと個数が一致する複数の搬送波を変調する請求項１０に記載のマルチ搬送波変調システム。
【請求項１３】
データ非含有搬送波が低信頼状態にあることを前記情報が示した場合、前記変調器はランダム・データで前記データ非含有搬送波を変調する請求項１１に記載のマルチ搬送波変調システム。
【請求項１４】
前記データ非含有搬送波が、チャネル推定を用いた受信機での該搬送波の事前解析によって、低信頼状態にあることを判定される請求項１３に記載のマルチ搬送波変調システム。
【請求項１５】
前記複数の入力ポートの内の第１入力ポートに結合されたランダム・ビット発生器をさらに備えた請求項１０に記載のマルチ搬送波変調システム。
【請求項１６】
前記複数の入力ポートの内の第１入力ポートに結合された擬似ランダム・ビット発生器をさらに備えた請求項１０に記載のマルチ搬送波変調システム。
【請求項１７】
前記変調器が、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）に従って変調を行う請求項１０に記載のマルチ搬送波変調システム。
【請求項１８】
前記フィードバック・リンクによって、前記マルチ搬送波変調信号を受信する遠隔配置された受信機システムからの情報を受信できる請求項１１に記載のマルチ搬送波変調システム。
【請求項１９】
第１リンクに結合されたシステムと、
第２リンクを介してネットワーク・トランシーバと通信しており、前記システムにより提供されるフィードバック情報に基づいて複数の搬送波内の少なくとも１つの搬送波がデータ非含有状態にあることを識別し、その少なくとも１つのデータ非含有搬送波をランダム・データで変調する第１マルチ搬送波変調（ＭＣＭ）システムと
を備えたネットワーク。
【請求項２０】
前記第１リンクが交流（ＡＣ）電力線である請求項１９に記載のネットワーク。
【請求項２１】
前記システムが、ＡＣ電力線に対してデータの経路指定するためのネットワーク・トランシーバである請求項２０に記載のネットワーク。
【請求項２２】
前記システムが第２マルチ搬送波変調（ＭＣＭ）システムである請求項１９に記載のネットワーク。
【請求項２３】
前記第１ＭＣＭシステムが、
複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを含み、入力として送信データおよびランダム・データを受信し、各出力ポートに対して、前記システムにより提供される情報に基づいて送信データおよびランダム・データの内の１つを送信する、前記第１ＭＣＭシステムと通信するマルチプレクサ・ユニットと、
前記少なくとも１つのデータ非含有搬送波をランダム・データで変調する変調器と
を備えた請求項１９に記載のネットワーク。
【請求項２４】
前記第１ＭＣＭシステムがモデムである請求項１９に記載のネットワーク。
【請求項２５】
前記第１ＭＣＭシステムが無線接続機能を備えたコンピュータである請求項１９に記載のネットワーク。
【請求項２６】
内部メモリに実装され、処理ユニットにより実行されるコンピュータ・プログラムであって、
送信信号に関連する複数の搬送波の、データ非含有状態にある少なくとも１つの搬送波を識別する第１ソフトウェア・モジュールと、
前記少なくとも１つのデータ非含有搬送波をランダム・データで変調する第２ソフトウェア・モジュールと
を備えたコンピュータ・プログラム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのデータ非含有搬送波がパイロット・トーンである請求項２６に記載のコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信分野に関する。特に、本発明の１つの形態は、データ非含有搬送波に対してランダム・データ変調を行うことによって電力スペクトラム密度異常を低減するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多年にわたり、情報源から目的地にデータを伝達するためにいくつかの変調技法が使用されてきた。変調技法の一形態として、マルチ搬送波変調（ＭＣＭ）と称するものがある。ＭＣＭでは、データは複数のデータ成分に分割され、これらデータ成分のそれぞれは別々の搬送波により送信される。その際、各搬送波の帯域幅は合成信号よりも狭い。一般に、「搬送波」とは、情報を載せることができる交番の安定なベース周波数で送信される電磁パルスまたは電磁波のことである。無論、光ファイバ媒体と共に用いられる場合は、搬送波を、情報が載せられる光ビームであるとしてもよい。
【０００３】
現行では、たとえば直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）などの、いくつかのマルチ搬送波変調方式がある。ＯＦＤＭでは、利用可能なスペクトラムを多数の狭いバンド・チャネル（１００チャネル以上）に細分する。各搬送波が隣接搬送波に対して直交しているので、各チャネルの搬送波の互いの間隔を、周波数分割多重方式（ＦＤＭ）ベースのシステムよりはるかに狭くすることが可能である。この直交関係は、各搬送波が１つのシンボル期間で整数個のサイクルを有するように設定することによって実現する。したがって、各搬送波のスペクトラムは、当該システムにおける他の搬送波それぞれの中心周波数でゼロとなる。このため、搬送波間では干渉は起こらず、それらの搬送波の間隔を理論的に可能な限り狭めることが可能になる。
【０００４】
多くの例で、ＭＣＭシステムは、搬送波を「データ非含有」状態に置くことで、低信頼の搬送波を情報で変調することを回避するようになされている。搬送波は、チャネルの好ましくない特性状態（フェージング、程度の高い干渉、等）に直面すると低信頼状態になる。通常、搬送波は、受信機でのチャネル測定に基づいて「低信頼」状態であるとの判断がなされる。各低信頼搬送波に対するチャネルの特性は時間と共に変化するので、それらの搬送波に対する一定データまたは交番データ（論理「０」または「１」）の変調（すなわち、１つの低信頼搬送波を一定のデータで変調する）の間、チャネルの特性が定期的にモニタされる。データ非含有搬送波を、チャネル推定、タイミングおよび搬送波リカバリ用のパイロット・トーンとして使用することもできる。
【０００５】
逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて複数の搬送波を生成させる場合、それらのデータ非含有搬送波にエネルギーが集中した高調波が、搬送波を変調させた一定または交番データに生じ、これにより、当該搬送波での電力スペクトラム密度（ＰＳＤ）の異常やピークが生じる。
【０００６】
たとえば、図１に、ＯＦＭＤ変調技法を利用した送信信号（たとえばＨＯＭＥＰＬＵＧ（商標）パケット）の電力スペクトラムが示されている。図に示すように、チャネル１０、２０、４０および６０に関連した４つの搬送波を一定データ（たとえば、差分直交位相シフト・キーイング「ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase Shift Keying)」では「１１」）で変調する。これにより、それらの搬送波でのＰＳＤピーク１００、１１０、１２０および１３０が、電力スペクトラム１４０よりもほぼ８デシベル（８ｄＢ）上昇する。
【０００７】
その結果、連邦通信委員会（ＦＣＣ）の厳格な電力レベル規格に準拠し、かつ当該バンドにおける他のユーザとの干渉を回避するためには、送信信号の総電力を抑制せざるを得ない。これにより、受信機で検出する信号の質（たとえば信号対雑音比）が低下し、それによって、受信機の受信可能範囲、データ・スループット等が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、データ非含有搬送波で生じるＰＳＤ異常を低減する変調技法を開発できると有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の特徴および利点は、本発明についての以下の詳細な説明から明らかになろう。
【００１０】
本明細書では、本発明の様々な実施形態が、データ非含有搬送波に対してランダム・データ変調を行う（すなわち、その時点でデータ非含有状態にある各搬送波をランダム・データで変調する）ことにより電力スペクトラム密度異常を低減するシステムおよび方法に関係する。本明細書で、この「データ非含有」状態は、同期、搬送波リカバリ、タイミング・リカバリ、チャネル特性などのデータ送信以外の他の目的に搬送波を用いる動作レベルを含み、また、その搬送波がチャネルの好ましくない特性の状態にあるときには「低信頼」状態であっても差し支えない。無論、データ非含有搬送波は、チャネル推定、タイミングおよび搬送波リカバリ用のパイロット・トーンとしても使用できる。
【００１１】
本明細書で記載する実施形態は排他的なものではなく、むしろそれらの実施形態は単に本発明を十分に理解するためのものである。また、必要もなく本発明が不明確になるのを回避するために、公知の回路を詳細に述べることはない。
【００１２】
以下の説明では、本発明のいくつかの特徴を示すのに一定の専門用語を用いる。たとえば、「ロジック」は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、または入力データに対して所望の機能を実行するそれらの任意の組合せを含む。たとえば、一実施形態では、ロジックは、図５〜８で詳細に述べるように、データ非含有搬送波ランダム・データ変調方式を実行するためにメモリに格納されたソフトウェアにアクセスする処理ユニットを含んでいる。「処理ユニット」の例には、デジタル信号プロセッサとして、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け専用集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ、状態機械、組合せロジック、等が含まれる。
【００１３】
また、「リンク」は、通信経路を確立する物理的または仮想の１つまたは複数の情報伝達媒体として定義される。この情報伝達媒体の例としては、物理的媒体（たとえば、電線、光ファイバ、ケーブル、バス・トレース等）または無線媒体（たとえば、無線信号送信技術が適用される大気）が含まれる。一実施形態では、リンクは、交流（ＡＣ）電力線であってもよく、これは、たとえばＨＯＭＥＰＬＵＧ（商標）規格に従って情報の経路を指定する。ＨＯＭＥＰＬＵＧ（商標）規格の一バージョンは、２００１年５月２５日またはその前後に刊行された「Ｒｅｌｅａｓｅ  Ｖ０．８  Ｍｅｄｉｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」という名称のものである。
【００１４】
一般的に、「データ非含有」搬送波は、たとえば、同期、搬送波リカバリ、タイミング・リカバリまたはチャネル特性などのデータ送信以外の他の目的で使用される搬送波またはパイロット・トーンを生成する任意の変調方式で利用されている。種々の用途には、限定または制限するものではないが、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）、周波数分割多元接続方式（ＦＤＭＡ）、拡散スペクトラム方式、周波数分割多重方式（ＦＤＭ）またはウェーブレット・ベースの変調方式も含まれる。
【００１５】
図２を参照すると、データ非含有搬送波に対してランダム・データを変調するマルチ搬送波変調（ＭＣＭ）システムで生成した合成送信信号の電力スペクトラムの形態が例示されている。電力スペクトラム２００は、Ｎ個の搬送波を有する合成送信信号２１０に対して生成されたものである。ただし、「Ｎ」は正の整数（Ｎ≧１）である。先に図１に示したように、送信信号２１０は、ランダム・データで変調され、それぞれラベル２２０、２３０、２４０および２５０で示された、データ非含有搬送波番号１０、２０、４０および６０の特徴を示している。この方法を、本明細書では「データ非含有搬送波ランダム変調」と称する。「ランダム・データ」は、（１）本質的に真にランダムでありランダム・ビット発生器で生成するものでも、（２）本質的に擬似ランダムであり擬似ランダム・ビット発生器で生成するものでもよい。
【００１６】
図２に示すように、データ非含有搬送波をランダム・データで変調することにより、データ非含有搬送波２２０、２３０、２４０および２５０に関連した周波数での電力スペクトラム（ＰＳＤ）異常の存在が大きく低減される。ＰＳＤ異常が低減されるのは、変調された搬送波が非周期的な特質を有することによる。したがって、電力が電力スペクトラム２００のデータ非含有搬送波の箇所に集中することはなく、むしろ連続的に分布することになる。
【００１７】
図３を参照すると、本発明を利用した通信ネットワークの形態が例示されている。この通信ネットワーク３００は複数のＭＣＭシステム３１０1〜３１０M（Ｍ≧１）を備えており、これらはリンク３３０1〜３３０Mを介してネットワーク・トランシーバ３２０と通信する。リンク３３０1〜３３０Mは、有線リンクでも無線リンクでもよい。また、ネットワーク・トランシーバ３２０はさらに、図に示すように、施設（たとえば住宅、アパート建築物、企業の建物、等）のためにネットワーク回線として動作するリンク３４０に結合していてもよい。たとえば、リンク３４０は、現行のまたは将来のＨＯＭＥＰＬＵＧ（商標）規格に従ってデータを送信する電線（ＡＣ電力線）であってもよい。ネットワーク・トランシーバの例としては、コンピュータ（たとえば、ゲートウェー、サーバ、等）、ルータ、スイッチング・デバイス、無線ネットワークアクセス・ポイント（たとえば、ＷＬＡＮアクセス・ポイント）が含まれる。無論、図示はしないが、ＭＣＭシステム３１０1〜３１０Mの内１つまたはいくつかは、トランシーバとして作用する他のＭＣＭシステムと通信するように構成されてもよい。
【００１８】
ＭＣＭシステム３１０1〜３１０Mそれぞれが、データ非含有搬送波ランダム変調方式（すなわち、送信すべきデータで高信頼搬送波を変調し、ランダム・データでデータ非含有搬送波を変調すること）を支援する製品である。変調された搬送波は、合成チャネルを介して、受信機として動作するネットワーク・トランシーバ３２０（または他のＭＣＭシステム）に送信される。ＭＣＭシステムのある種の例としては、種々の型式のＭＣＭモデム（有線式または無線式）、無線接続機能を備えたコンピュータ（たとえば、ゲートウェーまたはサーバ、携帯型「ＰＤＡ」、データ端末、ラップトップ、デスクトップ、等）、セットトップ・ボックス、ネットワーク機器、無線通信デバイス（たとえば、電話、ポケットベル、等）などが含まれる。
【００１９】
次いで図４を参照すると、ＭＣＭシステムの内部ロジックの形態が例示されている。ＭＣＭシステム３１０Xは、処理ユニット４００、内部メモリ４１０およびトランシーバ４２０を含んでいる。内部メモリ４１０は、磁気式、光学式または半導体式の記憶媒体など任意の読取り可能記憶デバイスとして構成され、処理ユニット４００から物理的に独立であってもよく、処理ユニット４００内に統合されていてもよい。一実施形態では、内部メモリ４１０は、フラッシュ・メモリ、ハード・ディスク、オンチップＲＯＭ等のような任意の型の不揮発性メモリとして実装できる。無論、内部メモリ４１０が揮発性メモリ、あるいは揮発性および不揮発性メモリの組合せを含み得ることも意図されている。内部メモリ４１０はマルチ搬送波変調ソフトウェアを格納しており、これによって処理ユニット４００がデータ非含有搬送波ランダム変調を実行できる。無論、ＭＣＭシステム３１０Xは、そのデータ非含有搬送波ランダム変調機能がハードワイヤードである場合、メモリを必要としないことも含まれる。
【００２０】
トランシーバ４２０によって、変調済み搬送波信号がリンクを介して出力させられ、図３のネットワーク・トランシーバ３２０、場合により他のＭＣＭシステム（図示せず）で受信される。さらに、トランシーバ４２０は、チャネル特性データをネットワーク・トランシーバ３２０（または他のＭＣＭシステム）から受信できる。
【００２１】
図５を参照すると、受信機システム５５０（たとえば、第２ＭＣＭシステム、図３のネットワーク・トランシーバ３２０、等）へ送信するためのランダム・データでデータ非含有搬送波を変調する第１ＭＣＭシステム（送信機）５００（たとえば、ＭＣＭシステム３１０X）内のロジックを示す概略図の形態が例示されている。この実施形態では、第１ＭＣＭシステム５００は、マルチプレクサ・ユニット５１０、マルチ搬送波変調器５２０およびフィードバック・リンク５３０を備えている。（擬似）ランダム・ビット発生器５４０を、ダッシュラインで示すように第１ＭＣＭシステム５００内に実装してもよい。受信機システム５５０は、マルチ搬送波復調器５６０およびチャネル推定器５７０を含む。これらの諸システム５００と５５０はチャネル・リンク５８０を介して通信する。
【００２２】
本明細書で、フィードバック・リンク５３０は、送信信号のどの搬送波が低信頼状態にあるとされるチャネル特性を有しているかについて、受信機システム５５０のチャネル推定器５７０からデータを供給する。たとえば、チャネル推定器５７０は、ブラインド・チャネル推定に従って動作してもよく（送信されたデータについての知識は不要）、あるいは、データ・ベースのチャネル推定に従って動作してもよい（送信されたデータについての知識が必要であり、そのため擬似ＲＮＧを用いる）。どちらの種類のチャネル推定でも、信号対雑音比（ＳＮＲ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）、および／または各搬送波のその他の信号特性を解析する。各搬送波のチャネル特性判定は、ＳＮＲ（ブラインド）等の通常の信号特性を観測することによって実行してもよく、あるいは、受信機システム（データ・ベース付き）５５０に伝達された数値的な特徴を観測し、かつ／またはそれらの数値を以前にそこに記憶した数値と比較することによって実行してもよい。たとえば、送信信号を、符号化したフォーマットで送り、受信機システム５５０で復号し、受信したオリジナル信号と比較するために再符号化する。
【００２３】
マルチプレクサ・ユニット５１０は、チャネル推定器５７０から供給されるデータ（「搬送波マップ」と呼ばれる）を用いて、出力ポート５１１1〜５１１Rのどれが所望の送信データまたはランダム・データを供給するかを選択する。オプションとして、出力ポートの個数は、図示のように送信信号を形成する搬送波の個数に一致する（たとえば、Ｒ＝Ｎ）。明確のため、ダッシュラインで示されているように、ポート５１１i、５１１jおよび５１１k（ただしｉ≠ｊ≠ｋ）からの出力はランダム・データであるが、それはこれらの搬送波がデータ非含有状態であり、低信頼状態にあるとみられるからである。したがって、マルチ搬送波変調器５２０の入力ポート５２１i、５２１jおよび５２１kは、送信データの代わりにランダム・データを受信する。これにより、第ｉ、第ｊ、第ｋの搬送波がランダム・データで変調され、送信信号の一部として出力ポート５２２からチャネル・リンク５８０を介して受信機システム５５０まで送信される。第ｉ、第ｊ、第ｋの搬送波は、ＯＦＤＭ、ＦＤＭＡ、拡散スペクトラム、ＦＤＭ、ウェーブレット・ベースの、または他の変調技法に従って変調される。
【００２４】
図６を参照すると、データ非含有搬送波ランダム変調に従った送信機と受信機の間の動作の形態が例示されている。最初に、チャネル・リンクに関連するすべての搬送波の特性を判定するために、送信機（たとえば、第１ＭＣＭシステム）がチャネル情報要求を受信機（たとえば、第２ＭＣＭシステム、ネットワーク・トランシーバ、等）に送信する（ブロック６００）。チャネル情報要求を受信すると、受信機は受信した信号を解析し、各搬送波に配されたデータの特性を判定する（ブロック６１０）。このような特性判定は、ＳＮＲ、ＢＥＲ、等の解析法を用いて行うことができる。次いで、受信機は、どの搬送波が低信頼状態にあるかを判定し、フィードバック・リンクを介して搬送波マップを送信機へ出力する（ブロック６２０および６３０）。この搬送波マップは送信機に対して、どの搬送波がデータを載せられない低信頼状態にあるとみなされるかを示すものである。また、データ非含有搬送波にランダム・データを載せるのを制御するために搬送波マップが送信機によって使用される。
【００２５】
いくつかの例示的な実施形態を説明し、図面を参照して示したが、それらの実施形態は単に例示を目的とするものであって、広範な発明を限定するものではないということ、また、図示し説明した特定の構造や配置構成に本発明が限定されるものではないのであり、というのも当業者には他の様々な変更が思いつくからであるということを理解されたい。たとえば、本発明またはその特徴のいくつかをハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはそれらの組合せにおいて実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＯＦＭＤ変調技法を利用した送信信号（たとえばＨＯＭＥＰＬＵＧ（商標）パケット）の電力スペクトラムを示す図である。
【図２】データ非含有搬送波に対してランダム・データ変調を行うマルチ搬送波変調（ＭＣＭ）システムで生成した図１の合成送信信号の電力スペクトラムの形態を例示する図である。
【図３】本発明を利用した通信ネットワークの形態を例示する図である。
【図４】ＭＣＭシステムの内部ロジックの形態を例示する図である。
【図５】第２ＭＣＭシステム（受信機）へ送信するランダム・データでデータ非含有搬送波を変調する第１ＭＣＭシステム（送信機）内のロジックを示す概略図の形態を例示する図である。
【図６】データ非含有搬送波ランダム変調に従って送信機と受信機の間でのオペレーションの形態を例示する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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