JP2010219994A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】基地局装置及び複数の移動局装置を有するＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の通信システムで、通信品質の劣化と伝送効率の低下を伴わずに移動局間直接通信を実現する。
【解決手段】移動局装置は、基地局装置を介さずに移動局装置間の直接通信を行うための要求を基地局装置に対して送信する。基地局装置は、無線フレームに含まれる上りデータ領域２５について、全ての移動局装置が基地局装置のみと通信を行う場合には上りデータ領域の全てが移動局装置と基地局装置との通信に使用されるように制御し、移動局装置から前記要求を受信した場合には上りデータ領域の一部２６を移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てるように制御する。移動局装置は、前記割り当てられた通信領域を使用して移動局装置間の直接通信を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）−ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）通信方式を使用する通信システムに関し、特に、通信品質の劣化と伝送効率の低下を伴わずに移動局装置同士の直接通信（以下、移動局間直接通信とも言う）を実現する通信システムに関する。

例えば、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式では、送信するデータ系列を複数に分割して、複数のサブキャリアを用いて並列に送信する。従って、この方式では、周波数選択性フェージング下であっても、１つ１つのサブキャリアでフラットフェージングに見なせるため、マルチパスによる歪みの影響を低減することができる。また、ＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）と呼ばれる信号を挿入することによって、符号間干渉を除去することができ、高速且つ高品質のデータ伝送が可能である。

ＯＦＤＭＡは、ＯＦＤＭをベースとした多元接続方式であり、全てのサブキャリアを複数のユーザが共有して、特定のサブキャリアと特定のシンボルを各ユーザに適応的に割り当てることで多元接続を実現する。
ＯＦＤＭによるマルチユーザ・システムでは、ＯＦＤＭＡによる多元接続を適用して、下り方向と上り方向のチャネル割り当てを全て基地局装置で管理することが一般的である。
なお、一般に、基地局装置から移動局装置への方向が下り方向であり、移動局装置から基地局装置への方向が上り方向である。

図３には、複信方式がＴＤＤ方式である場合における、従来方式のフレームの構成例を示してある。横方向はＯＦＤＭシンボルの方向（時間の方向）を表しており、縦方向はサブキャリアの方向（周波数の方向）を表している。
本例のフレームには、下りサブフレームの領域として、同期信号２１の領域、下り制御領域２２、下りデータ領域２３が備えられており、また、上りサブフレームの領域として、上り制御領域２４、上りデータ領域３１が備えられている。

下りサブフレームは常に同期信号２１（プリアンブルとも呼ばれる）で始まり、移動局装置は同期信号２１を検出してフレーム同期の引き込みを行う。次に、前記移動局装置は上り制御領域２４で時間・周波数同期用信号を出力し、基地局装置は、当該時間・周波数同期用信号から前記移動局装置における送信タイミングの時間ずれと送信周波数のずれを検出して、前記移動局装置に対して下り制御領域２２で時間補正量と周波数補正量を出力する。そして、前記移動局装置は、受信した前記時間補正量と前記周波数補正量に基づいて送信タイミングのずれと送信周波数のずれを補正することで、他のユーザへ干渉を与えずに送信信号を出力することができる状態になる。

このようにして前記移動局装置が前記基地局装置との接続を完了すると、前記基地局装置は、下りデータ領域２３と上りデータ領域３１のユーザへの割り当てをフレーム毎に設定して、当該割り当て情報を下り制御領域２２から出力するとともに、当該割り当てに基づいて下りデータ領域２３から送信データを出力する。そして、前記移動局装置は、下り制御領域２２で受信した割り当て情報に基づいて、自局宛てのデータを下りデータ領域２３で受信するとともに、当該割り当てに基づいて上りデータ領域３１で送信データを出力する。

以上のように、従来例に係るフレーム構成では、基地局装置から移動局装置へのデータ送信を下りデータ領域２３で行い、移動局装置から基地局装置へのデータ送信を上りデータ領域３１で行うことで、基地局装置と移動局装置との間のデータ通信を実現している。

特開２００７−０５３５７９号公報

しかしながら、上記のような従来例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式では、下り方向が基地局装置から移動局装置への通信に限定され、上り方向が移動局装置から基地局装置への通信に限定されているため、基地局装置を介さずに移動局装置同士が直接通信（移動局間直接通信）を行うことはできない。

そこで、上記した従来例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ無線システムにおいて、特定のサブキャリアを移動局間直接通信用の専用チャネルとして常に割り当てて、基地局装置から独立した状態で当該専用チャネルを使用して移動局間直接通信を行うことが考えられるが、基地局装置に対して非同期で信号を送信するとＯＦＤＭシンボル間の干渉が発生し、更に、移動局装置の送信周波数にオフセットがあるとキャリア間干渉が発生して、特性が大幅に劣化してしまうという問題があった。また、移動局間直接通信を行わない時であっても、前記専用チャネルが常に確保されることになるため、伝送効率が低下してしまうという問題があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、例えば、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式において、通信品質の劣化と伝送効率の低下を伴わずに移動局間直接通信を実現することができる通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、基地局装置及び複数の移動局装置を有するＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の通信システムにおいて、次のような構成とした。
すなわち、前記移動局装置では、要求送信手段が、前記基地局装置を介さずに移動局装置間の直接通信を行うための要求を前記基地局装置に対して送信する。前記基地局装置では、フレーム領域制御手段が、無線フレームに含まれる上りデータ領域について、全ての移動局装置が当該基地局装置のみと通信を行う場合には、当該上りデータ領域の全てが移動局装置と当該基地局装置との通信に使用されるように制御し、また、移動局装置から移動局装置間の直接通信を行うための要求を受信した場合には、当該上りデータ領域の一部を移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てるように制御する。前記移動局装置では、直接通信手段が、前記基地局装置により移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てられた通信領域を使用して、移動局装置間の直接通信を行う。

従って、例えば、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式において、通信品質の劣化と伝送効率の低下を伴わずに、移動局間直接通信を実現することができる。一例として、移動局装置間の直接通信を行いながらも、基地局装置と時間・周波数の同期状態を確保したまま、シンボル間干渉やキャリア間干渉を防止することが可能となる。

ここで、通信システムに含まれる基地局装置の数や移動局装置の数としては、それぞれ、種々な数が用いられてもよい。
また、移動局装置において、移動局装置間の直接通信を行うための要求は、例えば、操作者（人）による操作に応じて送信される。
また、無線フレームとしては、種々なものが用いられてもよく、例えば、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式で一般に使用されるものに本発明に係る改良を加えたものが通信システムに設定されて用いられる。

また、基地局装置において、全ての移動局装置が当該基地局装置のみと通信を行う場合を判定する方法としては、種々な方法が用いられてもよく、例えば、いずれの移動局装置からも移動局装置間の直接通信を行うための要求を受信していない場合を該当する場合として判定する方法や、このような要求を１つ以上の移動局装置から受信してもその後に全ての要求が取り下げられた（例えば、要求を出した全ての移動局装置が他のモードへ移行した）場合を該当する場合として判定する方法を用いることができ、或いは、基地局装置が、自装置の配下にある全ての移動局装置のそれぞれについて移動局装置間の直接通信を行うモードにあるか否かをメモリに記憶して管理し、当該管理内容に基づいて判定するような方法を用いることもできる。

また、移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てる上りデータ領域の一部の態様としては、種々な態様が用いられてもよい。また、このような上りデータ領域の一部は、例えば、予め基地局装置と各移動局装置に設定されてメモリに記憶されていてもよく、或いは、運用中などに基地局装置から移動局装置へ通知されてもよい。
また、例えば、上りデータ領域の全てを移動局装置と基地局装置との通信に使用することや、上りデータ領域の一部を移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てることは、例えば、基地局装置から該当する移動局装置へ通知される（例えば、常に、全ての移動局装置へ通知されてもよい）。

以上説明したように、本発明に係る通信システムによると、例えば、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式において、通信品質の劣化と伝送効率の低下を伴わずに、移動局間直接通信を実現することができる。

本発明の一実施例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式のフレームの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の移動局間直接通信の処理の流れの一例を示す図である。 背景技術に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式のフレームの構成例を示す図である。 無線通信システムの構成例を示す図である。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
図４には、無線通信システムの構成例を示してある。
具体的には、基地局装置１及びその通信エリア２と、複数の移動局装置１１〜１４を示してある。
移動局装置１１と移動局装置１２は、基地局装置１と無線により通信することで、基地局装置１を介して互いに通信している。また、移動局装置１３と移動局装置１４は、無線により直接的な通信（移動局間直接通信）を行っている。

図１には、本発明の一実施例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式のフレームの構成例を示してある。横方向はＯＦＤＭシンボルの方向（時間の方向）を表しており、縦方向はサブキャリアの方向（周波数の方向）を表している。
本例のフレームには、下りサブフレームの領域として、同期信号２１の領域、下り制御領域２２、下りデータ領域２３が備えられており、また、上りサブフレームの領域として、上り制御領域２４、上りデータ領域２５、移動局間直接通信優先領域２６が備えられている。

本例では、例えば、移動局間直接通信優先領域２６は、上りデータ領域２５に含まれており、移動局間直接通信優先領域２６として割り当てられていないときには、上りデータ領域２５と同様に扱われる。
なお、本例では、移動局間直接通信優先領域２６が上りデータ領域２５に含まれているととらえており、他のとらえ方として、これらの領域２５、２６が別々の領域であるととらえることもできるが、いずれのとらえ方においても、実質的には同様である。

ここで、説明の便宜上から、図１では、図３に示されるものと同じ部分２１〜２４については同じ符号を付してある。
また、本例では、移動局装置が基地局装置と接続されるまでの過程については、例えば、図３を参照して説明した従来例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の場合と同一であるため説明を省略する。

初期状態として基地局装置と接続されている移動局装置が全て基地局装置と通信（以下、基地局通信とも言う）しているものとして、その状態から移動局装置Ａと移動局装置Ｂが移動局間直接通信モードに移行して移動局装置Ａと移動局装置Ｂとの間で移動局間直接通信を行った後、再び移動局装置Ａと移動局装置Ｂが通常の基地局通信モードに戻るシーケンスについて説明する。

図２には、このようなシーケンスの一例を示してある。
初期状態では、基地局装置の通信エリア内には移動局間直接通信を行う移動局装置が１台も無い状態であるため、移動局間直接通信優先領域２６は上りデータ領域２５の一部としてユーザに割り当てられる（つまり、上りデータ領域２５として扱われる）。この場合には、本例のフレーム構成は、例えば図３に示される従来例に係るフレーム構成と等価となる。

この状態から、移動局装置Ａは移動局間直接通信モードに移行するために、上り制御領域２４を使用して基地局装置に移動局間直接通信要求を発する（処理Ｔ１）。
ここで、移動局間直接通信要求は、移動局間直接通信モードに移行することを移動局装置から基地局装置に対して報知するための信号である。このとき、移動局間直接通信に用いる無線フレーム領域が確保されていない場合には、この要求に対して領域確保の処理が行われる。

すなわち、基地局装置は移動局装置Ａからの移動局間直接通信要求を受けて、移動局間直接通信優先領域２６を移動局間直接通信専用に確保し、基地局通信を行う他の移動局装置には上りデータ領域２５（移動局間直接通信優先領域２６は含まない領域）だけを割り当てるようにする。また、基地局装置は下り制御領域２２を使用して移動局装置Ａに移動局間直接通信要求応答を返し（処理Ｔ２）、更に、以後のフレームで移動局装置Ａに移動局間直接通信許可を毎フレーム出力し（処理Ｔ３、処理Ｔ１２）、これにより、当該移動局間直接通信許可を受信したフレームにおいて移動局装置Ａが移動局間直接通信を行うことができるようになる。

ここで、移動局間直接通信要求応答は、移動局装置からの要求を正しく処理したことを基地局装置から当該移動局装置に通知するための信号である。この通知により、移動局装置は移動局間直接通信モードに移行する。
また、移動局間直接通信許可は、移動局装置が基地局装置からの送信信号を正しく受信することができる（同期状態にある）ことを確認するための信号であり、基地局装置から毎フレーム送信される。
なお、移動局間直接通信用に確保された領域に関する情報（例えば、領域が確保されているか否か、或いは、いずれの領域に確保されているか、などの情報）は、下り制御領域２２を用いて基地局装置から移動局間直接通信モードの移動局装置に毎フレーム送信される。

次に、移動局装置Ｂも移動局間直接通信モードに移行するために、上り制御領域２４を使用して基地局装置に移動局間直接通信要求を発する（処理Ｔ４）。
基地局装置は、移動局装置Ｂからの移動局間直接通信要求を受けるが、既に移動局間直接通信優先領域２６が移動局間直接通信専用に確保されているため新たな領域確保は行わず、下り制御領域２２を使用して移動局装置Ｂに移動局間直接通信要求応答を返し（処理Ｔ５）、更に、以後のフレームで下り制御領域２２を使用して移動局装置Ｂに移動局間直接通信許可を毎フレーム出力し（処理Ｔ６、処理Ｔ９）、これにより、当該移動局間直接通信許可を受信したフレームにおいて移動局装置Ｂが移動局間直接通信を行うことができるようになる。

この段階で、移動局装置Ａと移動局装置Ｂの間で移動局間直接通信優先領域２６を共有して、例えば、基地局装置を介さずに、プレストークによる音声通信や、データ通信を行うことができる（処理Ｔ７、処理Ｔ８）。
移動局装置Ａと移動局装置Ｂの移動局間直接通信が終了した後、例えば、移動局装置Ｂは基地局通信モードに移行するために、上り制御領域２４を使用して基地局装置に基地局通信要求を発する（処理Ｔ１０）。
基地局装置は、移動局装置Ｂからの基地局通信要求を受けて、移動局装置Ｂの移動局間直接通信モードを解除し、下り制御領域２２を使用して移動局装置Ｂに基地局通信要求応答を返す（処理Ｔ１１）。そして、この基地局通信要求応答を受けた移動局装置Ｂは、基地局通信モードに移行し、以後のフレームで上りデータ領域２５（この段階では、移動局間直接通信優先領域２６は含まない領域）が割り当てられるようになる。

その後、例えば、移動局装置Ａも、基地局通信モードに移行するために、上り制御領域２４を使用して基地局装置に基地局通信要求を発する（処理Ｔ１３）。
基地局装置は、移動局装置Ａからの基地局通信要求を受けて、移動局装置Ａの移動局間直接通信モードを解除し、下り制御領域２２を使用して移動局装置Ａに基地局通信要求応答を返す（処理Ｔ１４）。また、この時点で移動局間直接通信を行う移動局装置がなくなるため、基地局装置は、移動局間直接通信優先領域２６を上りデータ領域２５の一部として確保しなおす（移動局間直接通信優先領域２６の開放）。
そして、前記基地局通信要求応答を受けた移動局装置Ａは、基地局通信モードに移行し、以後のフレームで上りデータ領域２５（移動局間直接通信優先領域２６も含む領域）が割り当てられるようになる。

このように、本例のフレーム構成では、移動局間直接通信を行う移動局装置が存在するときだけ上りデータ領域２５の一部を移動局間直接通信専用の領域（移動局間直接通信優先領域２６）として確保し、それ以外のときには上りデータ領域２５の全てを基地局通信に確保することによって、伝送効率の低下を抑えて移動局間直接通信を実現することができる。また、移動局装置では、移動局間直接通信モードであっても、基地局装置とは制御信号の送受信を行うことによって同期を保っているため、シンボル間干渉やキャリア間干渉を起こさずに移動局間直接通信を実現することができる。

ここで、本例では、移動局装置Ａと移動局装置Ｂとの間の１対１の通信を例として説明したが、例えば、１対多の通信が行われてもよく、確保された直接通信用の領域をどのように利用するかについてはシステムの態様などによって様々に利用されてもよい。
一例として、ある端末装置（例えば、移動局装置又は他の通信装置）が移動局間直接通信モードにある移動局装置の全てと１対多で通信するという態様を用いることができ、他の一例として、予め複数の移動局装置がグループ分けされており、特定のグループの中で移動局間直接通信モードにある移動局装置と通信を行う態様を用いることができる。

また、例えば、ある移動局装置が移動局間直接通信モードに移行したという情報や、或いは、ある移動局装置に関して移動局間直接通信用の領域（移動局間直接通信優先領域２６）が確保されたという情報などが、基地局装置から別の移動局装置に対して報知されるような態様を用いることもできる。この場合、このような報知を受けた移動局装置は、例えば、その情報を基にして、移動局間直接通信モードに移行する等の判断を行う。
なお、ある移動局装置が移動局間直接通信モードに移行済みであるというような情報が別の移動局装置により把握されることは必ずしも必要ではないため、そのような情報を報知しない態様が用いられてもよい。

以上のように、本例では、基地局装置と移動局装置からなるＯＦＤＭＡ−ＴＤＤの無線通信システムにおける通信用のフレームにおいて、移動局装置が基地局装置とフレーム同期をとるための同期信号２１の領域と、基地局装置から移動局装置へ制御信号を送出するための下り制御領域２２と、基地局装置から移動局装置へデータを送出するための下りデータ領域２３と、移動局装置から基地局装置へ制御信号を送出するための上り制御領域２４と、移動局装置から基地局装置へデータを送出するための上りデータ領域２５と、基地局装置を介さずに移動局装置同士が直接通信を行う移動局装置が存在する場合には移動局装置間でデータの送受信を行うために使用される一方そうでない場合には上りデータ領域２５と同様に移動局装置から基地局装置へデータを送出するために使用される移動局間直接通信優先領域２６を備えた。

具体的には、本例の無線通信システムは、基地局装置及び複数の移動局装置から構成されるＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の通信システムであり、全ての移動局装置が基地局装置のみと通信を行う場合には、無線フレームの上りデータ領域２５の全てを基地局装置との通信に用いる一方、基地局装置を介さずに移動局装置間で直接通信を行う場合には、基地局装置は移動局装置からの要求に応じて上りデータ領域２５の一部を移動局間直接通信のための通信領域（移動局間直接通信優先領域２６）として割り当て、移動局装置はこの割り当てられた通信領域を用いて直接通信を行う。これにより、移動局装置では、直接通信を行いながらも、基地局装置と時間・周波数の同期状態を確保したまま、シンボル間干渉やキャリア間干渉を防止することが可能となる。

従って、本例のＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の無線通信システムでは、移動局間直接通信を行う移動局装置が存在するときだけ上りデータ領域２５の一部を移動局間直接通信専用に確保し、それ以外のときには上りデータ領域２５の全てを基地局通信に確保することによって、伝送効率の低下を抑え、且つ移動局装置と基地局装置との同期を保つことで通信品質を劣化させずに、移動局間直接通信を実現することができる。

このように、本例では、移動局装置と基地局装置との同期を保ちつつ、全ての移動局装置が基地局装置と送受信を行う場合には上りデータ領域２５の全てを基地局装置との通信に確保し、基地局装置を介さずに通信を行う移動局装置が存在する場合には、上りデータ領域２５の一部を移動局装置から（他の）移動局装置への専用の通信領域として確保することにより、例えば、複数の移動局装置が基地局装置を介さずに直接通信を行う機能を有しているときにおいても、伝送効率や通信品質を低下させないようにすることができる。

なお、本例の無線通信システムでは、移動局装置は、基地局装置を介さずに移動局装置間の直接通信を行うための要求（本例では、移動局間直接通信要求）を基地局装置に対して送信する要求送信手段を備えており、また、基地局装置は、無線フレーム（本例では、図１に示されるもの）に含まれる上りデータ領域（本例では、上りデータ領域２５）について、全ての移動局装置が当該基地局装置のみと通信を行う場合には当該上りデータ領域の全てが移動局装置と当該基地局装置との通信に使用されるように制御し、移動局装置から移動局装置間の直接通信を行うための要求を受信した場合には当該上りデータ領域の一部（本例では、移動局間直接通信優先領域２６）を移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てるように制御するフレーム領域制御手段を備えており、また、移動局装置は、基地局装置により移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てられた通信領域を使用して移動局装置間の直接通信を行う直接通信手段を備えている。

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

１・・基地局装置、 ２・・通信エリア、 １１〜１４・・移動局装置、 ２１・・同期信号、 ２２・・下り制御領域、 ２３・・下りデータ領域、 ２４・・上り制御領域、 ２５、３１・・上りデータ領域、 ２６・・移動局間直接通信優先領域、

Claims (1)

1. 基地局装置及び複数の移動局装置を有するＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の通信システムにおいて、
   前記移動局装置は、前記基地局装置を介さずに移動局装置間の直接通信を行うための要求を前記基地局装置に対して送信する要求送信手段を備え、
   前記基地局装置は、無線フレームに含まれる上りデータ領域について、全ての移動局装置が当該基地局装置のみと通信を行う場合には当該上りデータ領域の全てが移動局装置と当該基地局装置との通信に使用されるように制御し、移動局装置から移動局装置間の直接通信を行うための要求を受信した場合には当該上りデータ領域の一部を移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てるように制御するフレーム領域制御手段を備え、
   前記移動局装置は、前記基地局装置により移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てられた通信領域を使用して移動局装置間の直接通信を行う直接通信手段を備えた、
   ことを特徴とする通信システム。

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