JP2012249111A - 無線送信装置及び送信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受信特性を高めることができる。
【解決手段】無線基地局ｅＮＢ１は、複数のアレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄを有しており、無線端末ＵＥ２のアレイアンテナ２０８Ａ及びアレイアンテナ２０８Ｂの数に応じた２つのデータストリーム毎に、互いに直交する送信ウェイトのベクトルで重み付けを行う。更に、無線基地局ｅＮＢ１は、送信ウェイトのベクトルによる重み付けが行われたデータストリームを、アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄ毎に合成した合成データストリームを送信する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のアンテナを有する無線送信装置、及び、当該無線送信装置における送信制御方法に関する。

近年、無線通信システムでは、種々のＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式が採用され始めている。ＭＩＭＯ方式では、伝搬路変動に強いＳＴＢＣ（Space Time Block Coding：時空間ブロック符号化）方式やスループットの高いＳＭ（Spatial Multiplexing：空間多重化）方式が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。

3GPP TS 36.211 V8.7.0 "Physical Channels and Moduration", MAY 2009

ＭＩＭＯ方式を採用する無線通信システムでは、受信特性の更なる向上が望まれている。特に、伝搬路特性が不明である無線チャネルを用いた無線通信において、受信特性の向上が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、受信特性を高めることができる無線送信装置及び送信制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。本発明の特徴は、複数のアンテナ素子（アレイアンテナ１０８Ａ、アレイアンテナ１０８Ｂ、アレイアンテナ１０８Ｃ、アレイアンテナ１０８Ｄ）を有する無線通信装置（無線基地局ｅＮＢ１）であって、複数の送信対象の信号系列（データストリーム）毎に、互いに直交するウェイト（送信ウェイト）で重み付けを行い、前記ウェイトによる重み付けが行われた前記送信対象の信号系列を、前記アンテナ素子毎に合成した合成信号（合成データストリーム）を送信する送信部（ＢＢ処理部１０６）を備えることを要旨とする。

このような無線送信装置は、複数の送信対象の信号系列毎に、互いに直交するウェイトで重み付けを行う。これにより、無線送信装置が、重み付けが行われたＮ個の送信対象の信号系列を、Ｍ個のアンテナ素子毎に合成して送信することにより、アンテナ素子の数に応じた受信特性の高い送信を行うことができる。

本発明の特徴は、前記送信対象の信号系列は、伝搬路特性が不明である無線チャネルを送信される信号であることを要旨とする。

本発明の特徴は、前記複数のアンテナ素子の送信電力は、略等しいことを要旨とする。

本発明の特徴は、前記送信部は、１の送信対象の信号系列に対して、複数の前記ウェイトを循環的に用いて重み付けを行うことを要旨とする。

本発明の特徴は、複数のアンテナ素子を有する無線送信装置における送信制御方法であって、複数の送信対象の信号系列毎に、互いに直交するウェイトで重み付けを行い、前記ウェイトによる重み付けが行われた前記送信対象の信号系列を、前記アンテナ素子毎に合成した合成信号を送信するステップを含むことを要旨とする。

本発明によれば、受信特性を高めることができる。

本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体概略構成図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局の構成図である。 本発明の実施形態に係る送信ウェイトベクトルの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局の処理を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る無線端末の構成図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局の動作を示すフローチャートである。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。具体的には、（１）無線通信システムの構成、（２）無線基地局の動作、（３）作用・効果、（４）その他の実施形態について説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

（１）無線通信システムの構成
まず、本発明の実施形態に係る無線通信システムの構成について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システム１０の全体概略構成図である。

図１に示す無線通信システム１０は、ＴＤＤ−ＬＴＥの無線通信システムである。無線通信システム１０は、無線基地局ｅＮＢ１と、無線端末ＵＥ２とを含む。図１において、無線基地局ｅＮＢ１は、図示しない他の無線基地局ｅＮＢとともに、Ｅ−ＵＴＲＡＮ（Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network）を構成する。無線端末ＵＥ２は、無線基地局ｅＮＢ１が提供する通信可能エリアであるセル３に存在する。

無線基地局ｅＮＢ１と、無線端末ＵＥ２との間の無線通信には、時分割複信が採用されるとともに、下りの無線通信にはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access）、上りの無線通信にはＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）が採用される。ここで、下りとは、無線基地局ｅＮＢ１から無線端末ＵＥ２へ向かう方向を意味し、上りとは、無線端末ＵＥ２から無線基地局ｅＮＢ１へ向かう方向を意味する。

無線基地局ｅＮＢ１は、セル３内の無線端末ＵＥ２に対して、無線リソースとしてのリソースブロック（ＲＢ：Resource Block）を割り当てる。

リソースブロックは、下りの無線通信に用いられる下りリソースブロック（下りＲＢ）と、上りの無線通信に用いられる上りリソースブロック（上りＲＢ）とがある。複数の下りリソースブロックは、周波数方向に配列される。同様に、複数の上りリソースブロックは、周波数方向に配列される。

下りリソースブロックは、時間方向に、下りの制御情報伝送用の制御情報チャネル（ＰＤＣＣＨ：Physical Downlink Control CHannel）と、下り方向のユーザデータ伝送用の共有データチャネル（ＰＤＳＣＨ：Physical Downlink Shared CHannel）とにより構成される。

一方、上りリソースブロックは、上りの無線通信に使用可能な全周波数帯の両端では、上りの制御情報伝送用の制御情報チャネル（ＰＵＣＣＨ：Physical Uplink Control CHannel）が構成され、中央部では、上りのユーザデータ伝送用の共有データチャネル（ＰＵＳＣＨ：Physical Uplink Shared CHannel）が構成される。

リソースブロックの割り当てに際しては、割り当てられる周波数が、所定の周波数ホッピングパターンに従って変更する周波数ホッピングが適用可能である。

（１．２）無線基地局の構成
図２は、無線基地局ｅＮＢ１の構成図である。図２に示すように、無線基地局ｅＮＢ１は、アダプティブアレイ方式の無線基地局であり、制御部１０２、記憶部１０３、Ｉ／Ｆ部１０４、ベースバンド（ＢＢ：Base band）処理部１０６、ＲＦ（ＲＦ：Radio Frequency）送信処理部１０７、アレイアンテナ１０８Ａ、アレイアンテナ１０８Ｂ、アレイアンテナ１０８Ｃ、アレイアンテナ１０８Ｄを含む。なお、図２に示す無線基地局ｅＮＢ１は、無線信号の送信に関わる構成のみを示す。

制御部１０２は、例えばＣＰＵによって構成され、無線基地局ｅＮＢ１が具備する各種機能を制御する。記憶部１０３は、例えばメモリによって構成され、無線基地局ｅＮＢ１における制御などに用いられる各種情報を記憶する。Ｉ／Ｆ部１０４は、Ｘ１インタフェースを介して、他の無線基地局ｅＮＢとの間で通信可能である。また、Ｉ／Ｆ部１０４は、Ｓ１インターフェースを介して、ＥＰＣ（Evolved Packet Core）、具体的には、ＭＭＥ（Mobility Management Entity）／Ｓ−ＧＷ（Serving Gateway）と通信可能である。

ＢＢ処理部１０６は、符号化変調部１３４、ＭＩＭＯ（Multi Input MultiOutput）プリコーディング処理部１３５、ウェイト重み付け部１３６、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理部１３８、ＣＰ（Cyclic Prefix）付加部１４０を有する。

符号化変調部１３４は、制御部１０２からの無線端末ＵＥ向けのデータが入力されると、当該データに対して符号化及び変調を行い、周波数領域の信号である送信データを得る。符号化変調部１３４は、送信データをＭＩＭＯプリコーディング処理部１３５へ出力する。

ＭＩＭＯプリコーディング処理部１３５は、符号化変調部１３４からの送信データに対して、ＳＴＢＣ方式やＳＭ方式等の所定のＭＩＭＯプリコーディングを施すことにより、当該送信データを、後述する無線端末ＵＥ２内のアンテナのそれぞれに対応する数のデータストリームに変換する。ここでは、無線端末ＵＥ２内のアンテナの数は２つである。このため、ＭＩＭＯプリコーディング処理部１３５は、ＭＩＭＯプリコーディングを施すことにより、送信データを、２つのデータストリームに変換してウェイト重み付け部１３６へ出力する。ＭＩＭＯプリコーディング処理部１３５によって得られる複数のデータストリームは、同一のデータストリームでもよいし、異なるデータストリームでもよい。

ウェイト重み付け部１３６は、各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄについて、無線端末ＵＥ２に対する下り無線信号の送信時のアンテナウェイト（送信ウェイト）を設定する。

具体的には、ウェイト重み付け部１３６は、記憶部１０３に記憶されている送信ウェイトのベクトルを読み出す。記憶部１０３には、互いに直交する複数の送信ウェイトベクトルが記憶されている。

図３は、送信ウェイトベクトルの一例を示す図である。図３に示す送信ウェイトベクトルＷ_TX1、送信ウェイトベクトルＷ_TX2、送信ウェイトベクトルＷ_TX3、送信ウェイトベクトルＷ_TX4は、互いに直交する。ここで、送信ウェイトベクトルが直交するとは、２つの送信ウェイトベクトルの相互相関の和が０になることを意味する。送信ウェイトベクトルＷ_TX1、送信ウェイトベクトルＷ_TX2、送信ウェイトベクトルＷ_TX3、送信ウェイトベクトルＷ_TX4は、それぞれ４つの成分により構成される。４つの成分のそれぞれは、４つのアレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄに対応する。

ウェイト重み付け部１３６は、読み出した送信ウェイトベクトルのうち、２つの送信ウェイトベクトルを選択する。ここで、ウェイト重み付け部１３６は、２つの送信ウェイトベクトルを、送信の都度（無線端末ＵＥ２に対して割り当てられた下りリソースブロックのタイミングが到来する都度）、循環的に選択する。ここでは、ウェイト重み付け部１３６は、送信ウェイトベクトルＷ_TX1及び送信ウェイトベクトルＷ_TX2、送信ウェイトベクトルＷ_TX2及び送信ウェイトベクトルＷ_TX3、送信ウェイトベクトルＷ_TX3及び送信ウェイトベクトルＷ_TX4、送信ウェイトベクトルＷ_TX4及び送信ウェイトベクトルＷ_TX1の順で、選択する。

更に、ウェイト重み付け部１３６は、２つの送信ウェイトベクトルを選択する毎に、２つのデータストリームに対する重み付け処理及び合成処理を行う。

具体的には、最初の送信タイミングでは、ウェイト重み付け部１３６は、選択した２つの送信ウェイトベクトルＷ_TX1及び送信ウェイトベクトルＷ_TX2のそれぞれにおける、Ｋ番目のアレイアンテナ１０８の成分をＷ_TX1(k)、Ｗ_TX2(k)とし、２つのデータストリームをＸ1、Ｘ2とした場合、Ｋ番目のアレイアンテナ１０８から送信されるべき合成信号Ｗ(k)を、以下の式１により取得する。

・・・（式1）

２番目の送信タイミングでは、ウェイト重み付け部１３６は、選択した２つの送信ウェイトベクトルＷ_TX2及び送信ウェイトベクトルＷ_TX3のそれぞれにおける、Ｋ番目のアレイアンテナ１０８の成分をＷ_TX2(k)、Ｗ_TX3(k)とし、２つのデータストリームをＸ1、Ｘ2とした場合、Ｋ番目のアレイアンテナ１０８から送信されるべき合成信号Ｗ(k)を、以下の式２により取得する。

・・・（式2）

３番目の送信タイミングでは、ウェイト重み付け部１３６は、選択した２つの送信ウェイトベクトルＷ_TX3及び送信ウェイトベクトルＷ_TX4のそれぞれにおける、Ｋ番目のアレイアンテナ１０８の成分をＷ_TX3(k)、Ｗ_TX4(k)とし、２つのデータストリームをＸ1、Ｘ2とした場合、Ｋ番目のアレイアンテナ１０８から送信されるべき合成信号Ｗ(k)を、以下の式３により取得する。

・・・（式3）

４番目の送信タイミングでは、ウェイト重み付け部１３６は、選択した２つの送信ウェイトベクトルＷ_TX4及び送信ウェイトベクトルＷ_TX1のそれぞれにおける、Ｋ番目のアレイアンテナ１０８の成分をＷ_TX4(k)、Ｗ_TX1(k)とし、２つのデータストリームをＸ1、Ｘ2とした場合、Ｋ番目のアレイアンテナ１０８から送信されるべき合成信号Ｗ(k)を、以下の式４により取得する。

・・・（式4）

５番目の送信タイミングでは、ウェイト重み付け部１３６は、再び選択した２つの送信ウェイトベクトルＷ_TX1及び送信ウェイトベクトルＷ_TX2のそれぞれにおける、Ｋ番目のアレイアンテナ１０８の成分Ｗ_TX1(k)、Ｗ_TX2(k)、２つのデータストリームをＸ1、Ｘ2を用いて、Ｋ番目のアレイアンテナ１０８から送信されるべき合成信号である合成データストリームＷ（ｋ）を、式１により取得する。

ウェイト重み付け部１３６は、各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄから送信されるべき合成データストリームを、ＩＦＦＴ処理部１３８へ出力する。

ＩＦＦＴ処理部１３８は、各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄから送信されるべき合成データストリーム毎に、当該合成データストリームに対して逆高速フーリエ変換を行い、各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄ毎のベースバンド信号を得る。ＣＰ付加部１４０は、入力された、各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄ毎のベースバンド信号にＣＰを付加する。ＣＰ付加部１４０は、ＣＰが付加された各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄ毎のベースバンド信号をＲＦ送信処理部１０７へ出力する。

ＲＦ送信処理部１０７は、図示しないミキサ、パワーアンプを内蔵している。ＲＦ送信処理部１０７は、ＣＰが付加された各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄ毎のベースバンド信号を無線周波数帯の下り無線信号に変換（アップコンバート）する。更に、ＲＦ送信処理部１０７は、無線周波数帯の下り無線信号を増幅し、増幅後の無線周波数帯の下り無線信号（各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄ毎の増幅後の無線周波数帯の下り無線信号）を得る。ここで、増幅率は、各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄの送信電力が、略同一となるように設定される。

次に、ＲＦ送信処理部１０７は、各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄ毎の増幅後の無線周波数帯の下り無線信号のそれぞれを、対応するアレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄを介して送信する。

図４は、ＭＩＭＯプリコーディング処理から合成信号の送信までの処理を説明するための図である。図４に示すように、無線基地局ｅＮＢ１は、ＭＩＭＯプリコーディング処理により、送信データを２つのデータストリームＳ1及びデータストリームＳ2に変換する。次に、無線基地局ｅＮＢ１は、データストリームＳ1に対して、送信ウェイトベクトルＷ_TX1を用いて重み付けを行い、データストリームＳ2に対して、送信ウェイトベクトルＷ_TX2を用いて重み付けを行う。

次に、無線基地局ｅＮＢ１は、各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄ毎に、送信ウェイトベクトルＷ_TX1で重み付けしたデータストリームＳ1と、送信ウェイトベクトルＷ_TX2で重み付けしたデータストリームＳ2とを合成し、各合成データストリームを、対応するアレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄを介して送信する。

（１．３）無線端末の構成
図５は、無線端末ＵＥ２の構成図である。図５に示すように、無線端末ＵＥ２は、制御部２０２、記憶部２０３、無線周波数（ＲＦ）受信処理部２０５、ベースバンド（ＢＢ）処理部２０６、アレイアンテナ２０８Ａ、アレイアンテナ２０８Ｂを含む。

制御部２０２は、例えばＣＰＵによって構成され、無線端末ＵＥ２が具備する各種機能を制御する。記憶部２０３は、例えばメモリによって構成され、無線端末ＵＥ２における制御などに用いられる各種情報を記憶する。

ＲＦ受信処理部２０５は、アレイアンテナ２０８Ａ及びアレイアンテナ２０８Ｂを介して、無線基地局ｅＮＢ１からの無線周波数帯の下り無線信号を受信する。

ＲＦ受信処理部２０５は、図示しないローノイズアンプ（ＬＮＡ）、ミキサを内蔵している。ＲＦ受信処理部２０５は、受信した無線周波数帯の下り無線信号を増幅し、ベースバンド信号に変換（ダウンコンバート）する。更に、ＲＦ受信処理部２０５は、ベースバンド信号をＢＢ処理部２０６へ出力する。

ＢＢ処理部２０６は、ＣＰ除去部２２２、ＦＦＴ処理部２２４、チャネル等化部２２８、復調復号部２３２を有する。

ＣＰ除去部２２２は、入力されたベースバンド信号からＣＰを除去する。ＦＦＴ処理部２２４は、ＣＰが除去されたベースバンド信号に対して、高速フーリエ変換を行い、周波数領域の信号を得る。

チャネル等化部２２８は、ＦＦＴ処理部２２４からの周波数領域の信号のうち、無線端末ＵＥ２に割り当てられた下りリソースブロックの周波数帯に対応する周波数領域の信号に対して、チャネル等化処理を行う。復調復号部２３２は、チャネル等化処理がなされた信号に対して復調及び復号処理を行う。これにより、無線基地局ｅＮＢ１が送信したデータが得られる。データは制御部２０２へ出力される。

（２）無線基地局の動作
図６は、無線基地局ｅＮＢ１の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、無線基地局ｅＮＢ１は、無線端末ＵＥ２に対する信号の送信タイミングが到来したか否かを判定する。

送信タイミングが到来した場合、ステップＳ１０２において、無線基地局ｅＮＢ１は、２つの送信ウェイトベクトルを循環的に選択する。

ステップＳ１０３において、無線基地局ｅＮＢ１は、アレイアンテナ１０８毎に、データストリームに対する重み付け及び合成を行い、合成信号を得る。

ステップＳ１０４において、無線基地局ｅＮＢ１は、合成信号を、対応するアレイアンテナ１０８を介して送信する。

（３）作用・効果
以上説明したように、本実施形態によれば、無線基地局ｅＮＢ１は、複数のアレイアンテナ１０８Ａ、アレイアンテナ１０８Ｂ、アレイアンテナ１０８Ｃ、アレイアンテナ１０８Ｄを有しており、無線端末ＵＥ２のアレイアンテナ２０８Ａ及びアレイアンテナ２０８Ｂの数に応じた２つのデータストリーム毎に、互いに直交する送信ウェイトのベクトルで重み付けを行う。更に、無線基地局ｅＮＢ１は、送信ウェイトのベクトルによる重み付けが行われたデータストリームを、アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄ毎に合成した合成データストリームを送信する。

従って、無線基地局ｅＮＢ１は、送信ウェイトベクトルにより重み付けが行われた複数のデータストリームを、複数のアレイアンテナ毎に合成して送信することにより、アレイアンテナの数に応じて、無線端末ＵＥ２における受信特性の高い送信を行うことができる。

特に、無線基地局ｅＮＢ１から無線端末ＵＥ２に向かう無線チャネルの伝搬路特性が不明である場合には、２つのデータストリームに対して、互いに直交する送信ウェイトベクトルで重み付けが行われることにより、伝搬路において、データストリームが混合されることが防止される。

また、無線基地局ｅＮＢ１は、送信ウェイトベクトルを循環的に選択する。これにより、アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄの指向性パターンを、周期的に変えることができ、移動する無線端末ＵＥ２における受信可能性を向上させることができる。

また、無線基地局ｅＮＢ１において、各アレイアンテナ１０８Ａ乃至アレイアンテナ１０８Ｄの送信電力は、略同一である。このため、合成データストリームによらず、実効放射電力（ＥＩＲＰ： Equivalent Isotropic Radiated Power）を大きくできる。

（４）その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

上述した実施形態では、無線基地局ｅＮＢ１と無線端末ＵＥ２との間でＭＩＭＯによる無線通信が行われる場合について説明した。しかし、他の無線通信装置同士でＭＩＭＯによる無線通信が行われる場合においても、同様に本発明を適用できる。

上述した実施形態では、ＴＤＤ−ＬＴＥの無線通信システムについて説明したが、無線端末に割り当てられる上り無線信号の周波数帯と、下り無線信号の周波数帯とが異なる、上下非対称通信が採用される無線通信システムであれば、同様に本発明を適用できる。

このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

ｅＮＢ１…無線基地局、ＵＥ２…無線端末、３…セル、１０…無線通信システム、１０２…制御部、１０３…記憶部、１０４…Ｉ／Ｆ部、１０６…ＢＢ処理部、１０７…ＲＦ送信処理部、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄ…アレイアンテナ、１３２…復調復号部、１３４…符号化変調部、１３５…ＭＩＭＯプリコーディング処理部、１３６…ウェイト重み付け部、１３８…ＩＦＦＴ処理部、１４０…ＣＰ付加部、２０２…制御部、２０３…記憶部、２０５…ＲＦ受信処理部、２２２…ＣＰ除去部、２２４…ＦＦＴ処理部、２２８…チャネル等化部、２３２…復調復号部

Claims (5)

1. 複数のアンテナ素子を有する無線送信装置であって、
   複数の送信対象の信号系列毎に、互いに直交するウェイトで重み付けを行い、前記ウェイトによる重み付けが行われた前記送信対象の信号系列を、前記アンテナ素子毎に合成した合成信号を送信する送信部を備える無線送信装置。
2. 前記送信対象の信号系列は、伝搬路特性が不明である無線チャネルを送信される信号である請求項１に記載の無線送信装置。
3. 前記複数のアンテナ素子の送信電力は、略等しい請求項１に記載の無線送信装置。
4. 前記送信部は、１の送信対象の信号系列に対して、複数の前記ウェイトを循環的に用いて重み付けを行う請求項１に記載の無線送信装置。
5. 複数のアンテナ素子を有する無線送信装置における送信制御方法であって、
   複数の送信対象の信号系列毎に、互いに直交するウェイトで重み付けを行い、前記ウェイトによる重み付けが行われた前記送信対象の信号系列を、前記アンテナ素子毎に合成した合成信号を送信するステップを含む送信制御方法。

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