CN1817016A - 用于接收数字广播信号的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种天线被用来自动确定接收特性劣化因素，并且接收特性被自动改善。在数字广播接收设备(100)中，在接收期间，对从天线(1)提供的接收信号进行正交检测，以获得基带信号，该基带信号的相位映射信号点的径向振幅平均值被确定，以计算C/N值。该基带信号的相位映射信号点的圆周方向振幅平均值也被确定，以计算接收信号的相位噪声量，此外，通过解调基带信号而获得的传输流的误比特率被确定。基于这些计算和确定的结果，接收特性劣化因素被确定。基于因素确定结果，预定的应对措施模式被设置。

Description

用于接收数字广播信号的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于接收数字广播信号的设备和方法，所述设备和方法经由天线来接收数字卫星广播信号。更具体而言，本发明涉及这样的用于接收数字广播信号的设备和方法，其中从天线发送的接收信号被正交地检测以获得基带信号，所获基带信号的相位映射(phase mapping)的信号点的径向上的振幅平均值被测量以计算接收信号的载噪比，基带信号的相位映射的信号点的圆周方向上的振幅平均值被测量以计算接收信号的相位噪声量，通过解调基带信号而给出的传输流的误比特率被测量，天线的接收特性劣化因素基于这些结果被确定，所需应对模式(mesure mode)基于该确定结果被设置，从而使得天线的接收特性劣化因素被自动确定，并且使基于天线的附属频率转换器中的本地振荡器的相位噪声及其寄生振荡的接收特性劣化被自动改善。

背景技术

传统上，电视广播接收器能够接收诸如经由地面广播的VHF/UHF广播信号和利用任何广播卫星的广播卫星(BS)信号这样的模拟广播信号。能够接收利用任何广播卫星的BS数字信号或通信卫星(CS)数字信号的电视广播接收器最近已投入实际使用。当使用这种电视广播接收器时，用于传统BS模拟信号的天线常常被原样用于接收BS数字信号。

对于传统的BS模拟信号，由于其FM调制，对FM残留噪声已有很强的抗干扰能力，因此即使使用具有其本地振荡所产生的大量相位噪声的天线，也可正确地接收信号。因此，传统上用于BS模拟信号的天线可被原样用于BS数字信号，但是当将上述具有大量相位噪声的天线用于BS数字信号时，与BS模拟信号的情形相比，对噪声的抗干扰能力较弱，因为BS数字信号是使用8相相移键控(8PSK)调制方案调制的，因此其接收特性可能劣化。

图1的示意图示出了8PSK调制的基带信号的信号点的分布。在该8PSK调制中，8个相位均衡点(phase equalization point)被用来传送每个符号的3比特信息。如果PSK中的相位均衡数增加，则用于每个符号的信息量增加，但是它在噪声等影响下而被作为相邻信号点错误地接收的可能性也增加。

实际上，如果本地振荡器可正常地振荡，则基带信号的信号点基于随机噪声而从任一点扩散，从而导致低载噪(C/N)比。图2的示意图示出了本地振荡器正常振荡时的振荡频谱。图3的示意图示出了出现随机噪声时的信号点情况。如果C/N比降低，则解调IC输出的传输流的差错量被提高，于是误比特率可能劣化，从而最终导致接收特性劣化，屏幕出现块噪声。

图4的示意图示出了包括高相位噪声时的振荡频谱。图5的示意图示出了出现相位噪声时的信号点情况。当使用上述的具有大量噪声的天线时，相位噪声上原样叠加了接收信号，但是基带信号的相位映射的信号点在圆周方向上扩散，如图5所示，因为相位噪声包括包括这样的噪声分量，所述噪声分量在其频率分量上有失真。这是因为由于在基带信号的信号点之间的距离更短，所以解调器可能错误地将其确定为相邻信号点的可能性上升，从而导致输出的传输流(TS)的差错增多。

近年来已研究了本地振荡器中的相位噪声被削弱的星座图(constellation)，并且已发现基带信号的相位映射的信号点在圆周方向上扩散，例如“QAM FOR TERRESTRIAL AND CABLETRANSMSSIONM”，David A.Bryan，IEEE Trans.On Consumer Eletronics，Vol.41.No.3，Aug.1995(见页385和86以及图4)中的公开。

或者，转换器的本地振荡器从购买天线时起一直正常工作，但是由于长期被暴露在外部空气中，例如由于防水性能退化而导致潮气进入或由于温度反复改变而导致接地松动，可能会出现由于长期劣化而导致的本地振荡器振荡特性劣化，因此可能出现如图6所示的寄生振荡。图6的示意图示出了出现寄生振荡时的振荡频谱。根据测试结果，理解到如图7所示，基带信号的相位映射的信号点在径向上扩散。在此情形下，由于与上面相同的原因，这成为了其接收特性劣化的一个因素。

发明内容

但是，在如上所述用于接收数字卫星信号的传统设备中，没有自动确定其接收特性劣化的因素的方法，因此不能采取用于自动改善所述劣化的最佳应对措施。

因此，在传统上仅有一种应对措施，即服务人员单独对其进行响应。在此情形下，可通过使用服务人员可操作的特定模式(服务模式)来调节解调器中的寄存器值，从而改善接收特性的劣化，但是由于服务人员单独对其进行响应，因此在成本方面存在问题。

此外，如果接收特性由于天线的附属频率转换器的本地振荡器的相位噪声及其寄生振荡而劣化，则在大多数情形下，可通过购买新的天线来对其作出反应，但是这种做法存在这样的问题，即需要一定的费用或者在社区天线系统的情形下该更换可能不易执行。

因此，本发明的目的是提供一种用于接收数字广播信号的设备和方法，通过所述设备和方法，天线接收特性的劣化因素可被自动确定，而且天线的附属频率转换器中的本地振荡器的相位噪声及其寄生振荡所造成的接收特性劣化可被自动改善。

本发明所涉及的用于接收数字广播信号的设备是这样的用于接收数字广播信号的设备，所述设备能够经由天线来接收数字卫星广播信号，该设备包括：检测装置，用于正交地检测从所述天线发送的接收信号以获得基带信号；载噪(C/N)值计算装置，用于测量所述检测装置获得的所述基带信号的相位映射的信号点在径向上的振幅平均值，以计算所述接收信号的载噪比；相位噪声量计算装置，用于测量所述基带信号的所述相位映射的信号点在圆周方向上的振幅平均值，以计算所述接收信号的相位噪声量；误比特率测量装置，用于测量通过解调所述基带信号而给出的传输流的误比特率；确定装置，用于基于所述C/N值计算装置、所述相位噪声量计算装置和所述误比特率测量装置的结果，来确定所述天线的接收特性的劣化因素；以及应对模式设置装置，用于基于所述确定装置的确定结果，来设置所需应对模式。

例如，所述应对模式包括：响应于载噪比低的情形的第一应对模式；用于改善所述天线的附属频率转换器中的本地振荡器的相位噪声所造成的接收特性劣化的第二应对模式；以及用于改善所述天线的附属频率转换器中的本地振荡器的寄生振荡所造成的接收特性劣化的第三应对模式。

本发明涉及的用于接收信号的方法是这样一种在用于接收数字广播信号的设备中接收信号的方法，所述装置能够经由天线来接收数字卫星广播信号，该方法包括：检测步骤，用于正交地检测从所述天线发送的接收信号以获得基带信号；载噪(C/N)值计算步骤，用于测量所述检测步骤中获得的所述基带信号的相位映射的信号点在径向上的振幅平均值，以计算所述接收信号的载噪比；相位噪声量计算步骤，用于测量所述基带信号的所述相位映射的信号点在圆周方向上的振幅平均值，以计算所述接收信号的相位噪声量；误比特率测量步骤，用于测量通过解调所述基带信号而给出的传输流的误比特率；确定步骤，用于基于所述C/N值计算步骤、所述相位噪声量计算步骤和所述误比特率测量步骤的结果，来确定所述天线的接收特性的劣化因素；以及应对模式设置步骤，用于基于所述确定步骤的确定结果，来设置所需应对模式。

根据本发明，提供了C/N值计算装置、相位噪声量计算装置和误比特率测量装置；在接收信号时，从天线发送的接收信号被正交地检测，以获得基带信号；然后，所获基带信号的相位映射的信号点在径向上的振幅平均值被测量，以计算接收信号的C/N值；基带信号的相位映射的信号点在圆周方向上的振幅平均值被测量，以计算接收信号的相位噪声量；然后，通过解调基带信号而给出的传输流的误比特率被测量；天线的接收特性劣化因素基于这些结果被确定；以及基于该确定结果，所需应对模式被设置。这使得天线的接收特性劣化因素可被自动确定，而且天线的附属频率转换器中的本地振荡器的相位噪声及其寄生振荡所造成的接收特性劣化可被自动改善。

附图说明

图1是示出了基带信号的相位映射的信号点的分布的示意图；

图2是示出了本地振荡器正常振荡时的振荡频谱的示意图；

图3是示出了出现随机噪声时的信号点情况的示意图；

图4是示出了出现包括高相位噪声的振荡时的振荡频谱的示意图；

图5是示出了出现相位噪声时的信号点情况的示意图；

图6是示出了出现寄生振荡时的振荡频谱的示意图；

图7是示出了出现寄生振荡时的信号点情况的示意图；

图8是示出了作为实施例的用于接收数字广播信号的设备的配置示意图；以及

图9是示出了用于接收数字广播信号的设备100的操作示例的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的一个实施例。图8示出了作为本发明实施例的用于接收数字广播信号的设备100的配置。所述用于接收数字广播信号的设备100是用于接收BS数字信号的接收器。

如图8所示，用于接收数字广播信号的设备100具有前端部分100A、后端部分100B和控制部分100C。前端部分100A具有调谐电路11、解调电路12和纠错电路13。后端部分100B具有解扰器(descrambler)14、解复用器15和MPEG解码器16。控制部分100C具有微计算机17。

调谐电路11是这样的电路，其中从天线1通过频率转换器(LNB)10发送的广播信号(BS-IF信号)调谐目标广播信号，并且在其上执行振幅处理等，以转换到基带信号(I，Q)。

解调电路12是这样的电路，其中从调谐电路11输出的基带信号被解调以提供传输流(TS)。该解调电路12包括诸如网格编码8相相移键控(TC8PSK)解码器这样的公知电路系统。

解调电路12还具有载噪(C/N)值计算装置12A和相位噪声量计算装置12B，载噪(C/N)值计算装置12A用于测量调谐电路11给出的基带信号的相位映射的信号点在径向上的振幅平均值，以计算接收信号的CN值，相位噪声量计算装置12B用于测量基带信号的相位映射的信号点在圆周方向上的振幅平均值，以计算接收信号的相位噪声量。

纠错电路13是用于校正在信号传送期间生成的传输流中的差错的电路。通过纠错电路13的处理，即使接收信号的载噪(C/N)比很低，也可给出稳定的信号接收。

纠错电路13还包括误比特率测量装置13A，用于测量通过解调基带信号而给出的传输流的误比特率。

解扰器14是用于对被加扰的信号(scrambled signal)解扰的电路。解复用器15从传输流中分离出利用运动图像专家组(MPEG)方案编码的视频和音频信号，并将它们作为内容信号提供给MPEG解码器16。

MPEG解码器16解码利用MPEG方案编码的内容信号(视频和音频信号)。MPEG解码器16所获得的视频和音频信号被分别提供给视频输出端18和音频输出端19，从而视频信号所产生的图像被显示在监视器屏幕上。

众所周知，微计算机17具有CPU、ROM和RAM(均未示出)。CPU连接到系统总线18，并使用RAM作为工作区，根据存储在ROM上的控制程序中的信息来控制用于接收数字广播信号的设备100的全部操作。

微计算机17充当确定装置和应对模式设置装置，其中确定装置用于基于C/N值计算装置12A和相位噪声量计算装置12B的计算结果以及误比特率测量装置13A的测量结果，来确定天线1的性能劣化因素，而应对模式设置装置用于基于确定装置的确定结果来设置所需的应对模式。

当接收BS数字信号时，天线1首先接收从BS卫星传送的12GHz频带的电磁波，天线1的附属频率转换器10将接收信号降频变换为L(1GHz到2GHz)频带。被如此降频变换的信号被发送到用于接收数字广播信号的设备100。

用于接收数字广播信号的设备100首先利用前端部分100A的调谐电路11从L频带上的信号中提取所需应答机(transponder)信号，然后将该信号在频率上转换为基带信号。如此转换所得到的基带信号(I，Q)被提供给解调电路12，在解调电路12中，基带信号以8PSK解调方案被解调。如此解调得到的信号被提供给纠错电路13，在纠错电路13中，信号传送期间出现的传输流中的差错被纠正。如此纠错得到的信号被作为传输流(TS)发送到后端部分100B。

在后端部分100B中，视频和音频信号被解扰器14、解复用器15和MPEG解码器16再现和输出。应当注意，在接收信号时，每个器件都可被微计算机17控制。

当如此接收信号时，如上所述，基带信号的信号点如图3所示扩散，因此解调电路12内提供的C/N值计算装置12A可测量信号点在径向上的振幅平均值以获得C/N值。(假设解调电路12(解调IC)的指示该值的寄存器被称为CN寄存器，并且该值越大，C/N值越大)。

如果C/N值减小，则从前端部分100A输出的传输流(TS)中的差错量增加，于是误比特率(BER)劣化，最终导致例如屏幕的块噪声等接收特性的劣化。(注意，这样的情况被称为“C/N低模式”。)

对C/N值的获得是基于对随机噪声的以下假设的，即例如热噪声这样的噪声为正态分布，而且如果C/N值由于热噪声的增加而减小，则基带信号的相位映射的信号点以图1所示的各信号点为中心，呈正圆形扩散(见图3)。具体而言，通过测量图1所示的相位映射的圆的径向上的振幅，可获得CN寄存器的值。注意，对振幅平均值的测量例如是以几毫秒的时间段为单位来进行的。

但是实际上，某些情形下，其他噪声叠加在信号上，并且已知在该情形下，噪声不能仅利用C/N值来估计。例如，如果频率转换器10的本地振荡器具有如图4所示的大量相位噪声，则该相位噪声与用于接收数字广播信号的设备100的接收信号原样叠加，但是由于相位噪声包括频率分量上有偏差的噪声分量，因此可知基带信号的相位映射的信号点在圆周方向上扩散，如图5所示。在此情形下，上述CN寄存器尚未测量圆周方向上的振幅平均值，因此出现了这样的不利情况，即尽管CN寄存器的值保持不变，但是传输流的误比特率劣化了。

在此情形下，不可能正确地检测相位噪声量的增加，因此需要检测其周长方向上的偏差。因此，可以通过测量周长方向上的振幅平均值来获得相位噪声量。(指示该相位噪声量的寄存器被称为“PN寄存器”，该值越大，相位噪声量越大)。注意，振幅平均值的测量例如是以几百毫秒为单位进行的。

如上所述，如果相位噪声量增大，则传输流的误比特率劣化，导致接收特性劣化。(注意，该情形被称为“相位噪声模式”)。

或者，如果在频率转换器10的本地振荡器中出现了寄生振荡，则在所需振荡旁边将发现大量振荡，例如图6所示。在此情形下，这作为噪声影响了用于接收数字广播信号的设备100的接收信号，导致接收特性劣化，但是解调器的PN寄存器没有劣化，表现出了与C/N低模式(其中接收信号的C/N值降低)相似的症状。在此情形下，由于不能仅利用C/N寄存器来将其与C/N低模式进行区分，因此需要其他检测方法(这种情况被称为寄生振荡模式)。

在上述C/N低模式中，不能改善接收特性的劣化，而在相位噪声模式和寄生振荡模式中，可以通过改变解调电路12中的诸如噪声带宽和阻尼系数(dumping factor)等载波跟踪回路的常数来改善接收特性的劣化。具体而言，通过增大噪声带宽和/或增大阻尼系数，可以改善接收特性。

但是，已知这些常数的改变会产生副作用，因此当其值增大时，其对接收信号的C/N的抗干扰能力下降。即，由于如果C/N低模式下改变这些常数情况会变得更差，因此不能进行任何不必要的改变，导致其被固定在其默认设置。(该设置被称为“应对模式1”。)在此情形下，噪声带宽被设置为A1，阻尼系数被设置为B1。

还已知在寄生振荡模式中，这被证明是无效的，除非令这些值比相位噪声模式中的大，因此必须对它们分类。(注意，相位噪声模式下的应对模式被称为“应对模式2”。)在此情形下，噪声带宽被设置为A2(A2＞A1)，阻尼系数被设置为B2(B2＞B1)。注意，寄生振荡模式下的应对模式被称为“应对模式3”。在此情形下，噪声带宽被设置为A3(A3≥A2)，阻尼系数被设置为B3(B3＞B2)。

接下来参照图9来描述用于接收数字广播信号的设备100的操作。图9的流程图示出了用于接收数字广播信号的设备100的操作示例。这里，本发明的一个操作示例确定下述模式(C/N低模式、相位噪声模式或寄生振荡模式)并设置相应的应对模式，在所述模式中，在接收信号时，在用于接收数字广播信号的设备100中出现了接收特性劣化。

在接收信号时，在步骤S1，微计算机17首先检查测量从解调电路12输出的传输流(TS)的误比特率(BER)的BER寄存器的值，然后，如果BER寄存器的值大于预定的设置阈值(BER_THR)，则确定出现接收特性劣化，过程进入到模式判定例程。

接下来，在模式判定例程中，在步骤S2，确定CN寄存器的C/N值是否大于预定的设置阈值(CN_THR)。如果C/N值大于阈值(CN_THR)，则其被视为不受噪声带宽和阻尼系数改变所造成的副作用的影响，过程进入到相位噪声模式判定例程，到达步骤S3。注意，如果C/N值不大于阈值(CN_THR)，则过程进入到寄生振荡模式判定例程，到达步骤S5。

在相位噪声模式判定例程中，在步骤S3，确定PN寄存器的值是否大于预定的设置阈值(PN_THR)。如果PN寄存器的值大于阈值(PN_THR)，则其被视为相位噪声所造成的接收特性劣化，过程进行到步骤S4。在步骤S4，设置应对模式2，然后操作结束。注意，如果在步骤S3确定PN寄存器的值不大于阈值(PN_THR)，则过程进入到寄生振荡模式判定例程，到达步骤S5。

在寄生振荡模式判定例程中，不能仅通过检查CN寄存器和PN寄存器的值来判定当前模式是C/N低模式还是寄生振荡模式。因此，在步骤S5，设置应对模式1(用于C/N低模式的应对措施)。在步骤S6，确定BER寄存器的值是否大于预定的设置阈值(BER_THR)。如果确定BER寄存器的值不大于阈值(BER_THR)，即如果BER寄存器的值被被改善以致降低从而其不能大于阈值(BER_THR)，则步骤S5的设置被接受，操作结束。

注意，如果在步骤S6确定BER寄存器的值大于阈值(BER_THR)，则在步骤S7设置应对模式3(用于寄生振荡模式的应对措施。)

在步骤S8，再次确定BER寄存器的值是否大于预定的设置阈值(BER_THR)。如果确定BER寄存器的值大于阈值(BER_THR)，则确定接收特性由于相当低水平的C/N而非寄生振荡而劣化，并且在步骤S9，设置应对模式1(用于C/N低模式的应对措施)，操作结束。注意，如果在步骤S8确定BER寄存器的值不大于阈值(BER_THR)，则确定BER寄存器的值被改善以致降低从而其不能大于BER_THR，因此，接收特性的劣化是基于寄生振荡，过程结束。

由于上述操作，三种模式中的每一种都可被自动确定，相位噪声模式和寄生振荡模式下的接收特性劣化可被自动改善。

虽然已经描述了如果在上述步骤S3确定PN寄存器的值不大于阈值(PN_THR)，过程就进入寄生振荡模式判定例程并到达步骤S5，但是本发明并不限于此。例如，如果在步骤S3确定PN寄存器的值不大于阈值(PN_THR)，则过程可马上结束。

因此，根据本实施例，用于接收数字广播信号的设备100具有C/N值计算装置12A、相位噪声量计算装置12B和误比特率测量装置13A；当接收信号时，从天线发送的接收信号被正交地检测以获得基带信号；然后，所获基带信号的相位映射的信号点在径向上的振幅平均值被测量，以计算接收信号的C/N值；基带信号的相位映射的信号点在圆周方向上的振幅平均值被测量，以计算接收信号的相位噪声量；然后，通过解调基带信号而给出的传输流的误比特率被测量；基于这些结果，天线1的性能劣化因素被确定；所需应对模式基于其确定结果而被设置。

这使得天线1的接收特性劣化因素可被自动确定，并且天线1的附属频率转换器10中的本地振荡器的相位噪声及其寄生振荡所造成的接收特性劣化被自动改善。

此外，由于可自动对频率转换器10的相位噪声和寄生振荡采取应对措施，因此不再需要服务人员的单独响应。

即使出现了频率转换器10的相位噪声和寄生振荡所造成的接收特性劣化，也不必通过用新天线代替该天线来作出反应。

虽然在上述实施例中，用于接收数字广播信号的设备100涉及用于接收BS数字信号的设备，但是本发明也适用于接收CS数字信号的设备。

此外，上述实施例中描述了8PSK信号调制方案，但本发明并不限于此。例如，本发明适用于QPSK信号调制方案等。

根据本发明，用于接收数字广播信号的设备具有C/N值计算装置、相位噪声量计算装置和误比特率测量装置；当接收信号时，从天线发送的接收信号被正交地检测以获得基带信号；然后，所获基带信号的相位映射的信号点在径向上的振幅平均值被测量，以计算接收信号的C/N值；基带信号的相位映射的信号点在圆周方向上的振幅平均值被测量，以计算接收信号的相位噪声量；然后，通过解调基带信号而给出的传输流的误比特率被测量；基于这些结果，天线1的接收特性劣化因素被确定；所需应对模式基于其确定结果而被设置，从而天线1的接收特性劣化因素可被自动确定，并且天线的附属频率转换器中的本地振荡器的相位噪声及其寄生振荡所造成的接收特性劣化被自动改善。

此外，由于可自动对天线的频率转换器的相位噪声和寄生振荡采取应对措施，因此不再需要服务人员的单独响应。

即使出现了天线的频率转换器的相位噪声和寄生振荡所造成的接收特性劣化，也不必通过用新天线代替该天线来作出反应。

工业实用性

天线的接收特性劣化因素可被自动确定，天线的附属频率转换器的频率转换器相位噪声和寄生振荡所造成的接收特性劣化可被自动改善，从而很好地适用于接收有关BS数字和CS数字的数字广播信号的设备和方法。

Claims (3)

1.一种用于接收数字广播信号的设备，所述设备能够经由天线来接收数字卫星广播信号，该设备包括：

检测装置，用于正交地检测从所述天线发送的接收信号以获得基带信号；

载噪值计算装置，用于测量所述检测装置获得的所述基带信号的相位映射的信号点在径向上的振幅平均值，以计算所述接收信号的载噪比；

相位噪声量计算装置，用于测量所述基带信号的所述相位映射的信号点在圆周方向上的振幅平均值，以计算所述接收信号的相位噪声量；

误比特率测量装置，用于测量通过解调所述基带信号所给出的传输流的误比特率；

确定装置，用于基于所述载噪值计算装置、所述相位噪声量计算装置和所述误比特率测量装置的结果，来确定所述天线的接收特性劣化因素；以及

应对模式设置装置，用于基于所述确定装置的确定结果，来设置所需的应对模式。

2.如权利要求1所述的用于接收数字广播信号的设备，其中所述所需的应对模式包括：

响应于载噪比低的情形的第一应对模式；

用于改善由所述天线的附属频率转换器中的本地振荡器的相位噪声所造成的接收特性劣化的第二应对模式；以及

用于改善由所述天线的附属频率转换器中的本地振荡器的寄生振荡所造成的接收特性劣化的第三应对模式。

3.一种在用于接收数字广播信号的设备中接收信号的方法，所述设备能够经由天线来接收数字卫星广播信号，该方法包括：

检测步骤，用于正交地检测从所述天线发送的接收信号以获得基带信号；

载噪值计算步骤，用于测量所述检测步骤中获得的所述基带信号的相位映射的信号点在径向上的振幅平均值，以计算所述接收信号的载噪比；

相位噪声量计算步骤，用于测量所述基带信号的所述相位映射的信号点在圆周方向上的振幅平均值，以计算所述接收信号的相位噪声量；

误比特率测量步骤，用于测量通过解调所述基带信号所给出的传输流的误比特率；

确定步骤，用于基于所述载噪值计算步骤、所述相位噪声量计算步骤和所述误比特率测量步骤的结果，来确定所述天线的接收特性劣化因素；以及

应对模式设置步骤，用于基于所述确定步骤的确定结果，来设置所需的应对模式。

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