CN1285124A - 蜂窝电话系统中的频率规划方案修正 - Google Patents

Abstract

对上行链路中受到强干扰的分配的频率和用于重新分配的对应的候选频率进行了下行链路干扰强度估计(208,210)。然后用这些估计结果来减少考虑用于重新分配(216)的候选的(212)和受到强干扰的频率数(214)。通过让移动台(20)测量(108)分配给选定频率的相邻小区的控制信道频率上的信号强度,对选定频率的下行链路干扰强度进行估计。从这些测量结果,为每一个相邻小区生成(112)一个信号强度直方图,并为每一个小区计算一个百分比(114)值。相邻小区的这些百分比值,减去一选定的德尔塔值(如果需要),再加起来(116)产生选定频率下行链路干扰强度的一个估计值。如果相邻小区的选定频率包括一个业务信道频率,就减去德尔塔值(116d)。

Description

蜂窝电话系统中的频率规划方案修正

发明背景

技术领域

本发明涉及蜂窝电话系统，具体而言，涉及为蜂窝电话系统里的单个小区分配频率的一种方法。

相关技术

蜂窝电话系统将大块的服务区分成叫做“小区”的许多较小的分离的地理区域，小区的直径从大约半公里到大约二十公里。每一个小区都跟至少多个相邻小区接邻和/或重叠，在整个服务区里提供基本上连续的覆盖。每一个小区都有一个基站，基站包括多个收发信机，能够用分配的不同无线电频率独立工作。通过这些收发信机，基站同时跟这一个小区的覆盖区内的多个移动台通信。这些基站还通过数据链路和话音中继线跟一个中心控制站通信，这一个中心控制站通常叫做移动交换中心，它的功能是通过基站有选择地将电话呼叫连接到移动台，并控制这一系统的工作过程。

每一个小区都从蜂窝频带里分配了一组预定频率，用于支持它的控制和话音/数据(业务)信道。这种分配一般都是按照某一频率规划方案进行的。分配给某一小区用于控制信道和业务信道的频率最好在蜂窝频带的频谱上相互隔开。这样做能够最大限度地避免相邻频道干扰的出现和带来副作用。

由于在蜂窝频带里频率的点数有限，分配给一个小区的频率同时还分配(也就是复用)给服务区内远处的其它小区。通常，频率规划方案不会给相邻小区分配同样的频率。此外，任意给定频率上信号的发射功率都是有限的，以防止它在小区以外传播。这些预防措施能够减少在远处的小区复用相同频率所引起的同信道干扰。还注意到仔细地分配功率和距离还能够减少邻信道的干扰。

除了服务提供商在频率复用蜂窝电话系统的频率规划方案中和系统操作规程中采取上述预防措施以外，大家都知道同信道干扰确实会发生。这一干扰会受许多因素影响，包括：地面不规则性；无线电传播特性的变化；衰落；多径传播；分区；反射；人和自然障碍物；每一小区可用收发信机的数目；以及需求的变化。这种干扰常常影响系统的正常工作，例如，使业务信道上的话音质量变差，或者干扰控制信道里控制信号的收发。为此，服务提供商为了使系统能够最好地工作，在频率规划方案方面投入了巨大的力量。

普通的频率规划方案程序利用软件工具为每一频率点预测其它小区同时使用这一频率所导致的干扰。不仅在系统最初建立的时候，还在增加新小区或者设备的时候，服务商都要执行这一程序。频率规划方案软件工具所做的干扰预测依赖于特定的波传播模型和其它理论。常常很难构造合理而又精确的波传播模型，将复杂环境(例如城市)考虑进去，这些环境里会出现地面不规则性、多径传播、分区、反射和存在障碍。因此，在许多情况下，只用用于频率规划的软件工具(也就是没有蜂窝电话系统的支持)其作用极为有限。

人们为蜂窝电话系统的频率规划方案做出了大量的努力。这些努力主要集中在从系统中搜集跟干扰有关的越来越多的信息，供服务提供商进行分析，为最佳语音质量确定频率规划方案。例如，现在的服务提供商经常性地让蜂窝电话系统报告空闲频率上上行链路信号强度的测量结果。收集的上行链路空闲频率的信号强度测量结果说明了上行链路每一频率上的干扰情况，因此这些测量结果提供了有价值的信息，对于找出现有频率规划方案的缺点，给出所需要的重新分配方案非常有用。

频率规划方案的最新发展方向是或多或少地支持蜂窝通信系统自己进行自动频率规划，尽可能少地需要服务提供商的管理。一般将这种方法叫做自适应频率规划(AFA)。自适应频率规划的基本方法是在所有小区里测量所有频率点上的干扰，然后利用这些测量数据，用迭代方法在这一蜂窝通信系统内重新分配频率，获得最佳语音质量。重新分配决策会将单个小区内的干扰(提供一种“局域化”方法)或者许多小区的干扰(提供一种“集中化”方法)考虑在内。

经常会发生这种情况，用信号强度的测量结果来说明上行链路的干扰会出现误导。例如，由于分了扇区的蜂窝系统中所用天线的方向性特性，给定频率点上上行链路可能基本上没有干扰，而下行链路则受到相邻小区定向广播的严重干扰。因此，进行自适应频率规划的时候，只利用上行链路信号强度的测量结果来做出频率规划决策是不可取的。

最好在分配频率的时候将上行链路和下行链路的干扰同时考虑进去。下行链路干扰信息的收集受到许多因素的制约。最理想也是最方便的方式是用这一蜂窝通信系统里的移动台来测量下行链路的干扰。现行系统规范(例如全球移动通信系统(GSM)规范)只在移动台收到的邻域(BA)表里给出的相邻小区的广播信道(BCCH)频率上测量下行链路的信号强度。这些测量结果给出了这些频率处下行链路的干扰信息。然而，移动台根本不可能在分配给当前服务小区的BCCH频率上进行下行链路的干扰测量，因为移动台无法将它自己的小区发射的信号跟其它小区发射的信号区分开来。因此需要一种机制，用于采集下行链路干扰信息，供频率规划方案使用，特别是供自适应频率规划使用。

发明简述

为了解决这些问题和其它问题，本发明提供了一种方法，用于估计下行链路的干扰强度。选择某一频率(f_sel)。然后找出靠近给定小区的小区中当前分配使用这一选定频率f_sel的所有相邻小区。然后生成一个测量表，其中包括找出的所有相邻小区的广播控制信道(BCCH)频率(f_BCCH)，并发送给这一小区的某一个移动台。然后这一移动台在测量表给出的广播控制信道频率f_BCCH上测量信号强度。然后对这些信号强度测量结果进行处理，为找出的每一个相邻小区生成一个信号强度直方图。然后为每一个直方图计算一个选定的百分比值。从这些百分比值计算一个和，其结果说明了选定频率f_sel的下行链路干扰程度。如果相邻小区里选定频率f_sel包括该小区的广播控制信道频率f_BCCH，就将这一直方图中对应的百分比值加到和上去。如果相邻小区的选定频率f_sel包括业务信道频率f_TCH，就将直方图的百分比值跟一个适当的德尔塔值(Δ)的差加到和上去。

本发明还包括一种自适应信道分配方法。测量上行链路空闲频率的信号强度，由此找出当前频率规划方案中有强干扰的频率，并找出候选频率供重新分配时使用。下一步，针对找出的有强干扰的所有频率，以及所有候选频率，估计下行链路的干扰情况。然后利用这些估计来减少应当考虑用于立即重新分配的候选频率和强干扰频率的数量。最后，系统实施这一重新分配方案。

附图简述

通过阅读以下详细说明并参考附图，会更全面地理解本发明的方法和装置。在这些附图中：

图1是频率复用蜂窝电话系统中的小区示意图；

图2是本发明中估计下行链路干扰程度的程序流程图；

图3给出了执行图2中的程序用于估计下行链路干扰程度的一个实例；和

图4是本发明中自适应信道分配的程序流程图。

附图详述

蜂窝服务区可以覆盖很大的地理区域，许多情况下需要大量的小区。通过将可用频率规划给这些小区，让一个小区为一个用户提供服务，这样做需要的小区数常常超过所能提供的小区数。在这种情况下，蜂窝频带里根本没有足够的频率点唯一地分配给其中的小区。为了在整个服务区里提供足够的呼叫处理容量，通常都将小区分成小区群，按照某种频率规划方案在这些小区群之间重复使用蜂窝频带里的频率点。

现在参考图1，它说明了用于无线电频率复用蜂窝电话系统的一种示例性小区结构和频率规划方案方案。任意一个地理区域(以后叫做“服务区”)被分成多个接邻的小区10，图中用六边形表示。然后将小区10组合成群12(用粗线圈起来以便识别)。例如，在图1的频率规划方案里，每一群12都有7个小区10(1)～10(7)。当然，随着所选频率规划方案的不同，每一群12都可以包括更多或者更少的小区10。

按照频率规划方案将蜂窝频带里的可用频点分配给群12，这样，蜂窝频带里的无线电频率在不同的群之间重复使用。显然，在这种频率规划方案里，相邻小区一般都不会使用相同的频率。最好使服务区内使用相同频率的小区至少相隔一个小区10，同时限制每一个基站的发射功率使得它的信号只在该小区范围内有效。此外应当指出，没有一个小区10会使用蜂窝频带里的相邻频率。分配相邻频率的小区最好相隔至少一个小区。通过按照图1所示的方式安排群12里的小区10，按照上述方式限制发射功率和分配频率，降低了出现干扰的可能性，同时在整个服务区内都能有效地进行蜂窝通信。

蜂窝电话系统里的每一个小区10，就象图1所示一样，都包括至少一个基站(BS)18，用来支持跟服务区内移动台20的通信。图中的基站18安排在小区10的中心。然而，由于地理或者其它因素的限制，基站18可能会偏离小区10的中心，接近小区边界。在这种情况下，基站18可能用定向天线而不是全向天线跟小区10里的移动台20通信。基站18用通信链路(笼统地用箭头16表示)跟至少一个移动交换中心(MSC)22连接，该移动交换中心22控制系统的工作过程，为移动台20提供蜂窝通信。每一个基站18都有多个收发信机(没有画出)，独立地工作于分配给这一个小区的无线电频率上。对于本领域里的技术人员而言，移动交换中心22和基站18的工作原理已是众所周知，因此这里不予介绍。

尽管采取了预防措施来避免干扰，但是大家都知道蜂窝系统里确实存在干扰。一方面，这种干扰来源于同一群或者其它群12的小区10里的相邻频率通信信号(也就是相邻频道干扰)。另一方面，这一干扰来源于其它群12的小区10里的相同频率通信信号(也就是相同频道干扰)。为了对付这种干扰，蜂窝业务提供商经常性地修正频率规划方案，其中分配给小区10的一个或者多个频率被取消，以便增加蜂窝频带内一个或者更多的其它频率。考虑到这些，当前版本的频率规划方案分配给给定小区的频率组14包括这一小区的“选定”频率，蜂窝频带里的所有其它频率，它们常常是其它小区的所选频率，包括在修正频率规划方案时可以分配给这一小区的“候选”频率。于是，进行的修正就是删除一个或者多个选定的有干扰的频率，分配一个或者多个不受干扰或者干扰较轻的候选频率。

现在参考图2，其中是本发明中估计下行链路干扰大小的程序流程图。在步骤100里，例如，蜂窝系统中的移动交换中心或者其它管理节点选择蜂窝频带里的一个频率(f_sel)。这个选中的频率是认真挑选出来的，要用移动台在其中进行下行链路测量的那一个小区没有分配这一个频率。然后在步骤102里，找出接近这一小区的所有相邻小区中当前已经分配了这一选定频率f_sel的那一些。这里的“接近”指的是，例如，距离该小区一选定门限的径向距离。然后在步骤104里为该移动台生成一个测量表，这个表包括了所有找出的相邻小区的广播控制信道(BCCH)频率(f_BCCH)。然后在步骤106里通过这一小区的基站发送给该移动台。作为响应，该移动台在步骤108里对测量表里指定的相邻小区的广播控制信道频率f_BCCH进行信号强度测量。然后在步骤110里通过基站将这些测量结果报告给移动交换中心(或者管理节点)。然后在步骤112里处理信号强度的测量结果，为每一个找出的相邻小区画出一个信号强度直方图。然后在步骤114里为每一个直方图计算一个选定的百分比值。显然，所有的直方图都采用相同的百分比。在步骤116里，从这些百分比值计算出一个和，它代表了所选频率f_sel处下行链路的干扰程度(也就是一个估计)。这一个和是通过考虑找出的所有相邻小区(循环116a)，判断选定的频率f_sel是包括广播控制信道频率f_BCCH还是业务信道(TCH)频率(f_TCH)(步骤116b)，如果选定的频率f_sel包括广播控制信道频率f_BCCH，就直接加上这一个小区直方图的百分比值(步骤116c)，如果选定的频率f_sel包括业务信道频率f_TCH，就在和上加上这一个小区直方图的百分比值再减去一个适当的德尔塔值(Δ)(步骤116d)。此时，适当的德尔塔值Δ表示的是广播控制信道频率f_BCCH跟业务信道频率f_TCH之间由于发射功率的不同导致的信号强度测量值的差别。虽然没有具体说明，显然在循环116a求和之前包括一个初始化(到零)的步骤，以及每次加法运算完成以后检查是否已经考虑完所有相邻小区的步骤。

通过参考图3，可以更好地理解前面估计下行链路干扰的程序。移动台20当前位于某一小区10(1)。首先，移动交换中心(或者其它管理节点)22选择一个频率(f_sel)(步骤100)，这一个小区10(1)没有分配这一个频率。然后找出(步骤102)在距离该小区10(1)选定径向距离门限内(也就是“接近”)的所有相邻小区10(2)～10(n)，这些小区的广播控制信道频率f_BCCH或者业务信道频率f_TCH分配了选定频率f_sel。然后生成一个测量表(ML)50(步骤104)并通过提供服务的基站18发送(步骤106)给移动台20。这一个测量表50包括了找出来的所有相邻小区10(2)～10(n)的广播控制信道(BCCH)频率(f_BCCH)。作为响应，移动台20对测量表50中指定的广播控制信道频率f_BCCH进行信号强度测量(步骤108)。然后将这些测量结果报告(步骤110)给移动交换中心(管理节点)22。然后分别为每一个找出的相邻小区10(2)～10(n)处理报告的信号强度测量结果，生成信号强度直方图(H)52(2)～52(n)。然后(步骤114)为每一个直方图52(2)～52(n)计算选定的百分比值(PV)54(2)～54(n)。然后用这些百分比值54(2)～54(n)计算出一个和(步骤116)，它代表了所选频率f_sel处下行链路的干扰程度(估计)。在计算这个和的时候，如果选定的频率f_sel包括某一小区的广播控制信道频率f_BCCH，该小区直方图H的百分比值PV就直接加到和上去。这用小区10(2)、10(4)和10(5)来说明。另一方面，如果选定频率f_sel包括某一小区的业务信道频率f_TCH，就将这一个小区直方图H的百分比值PV跟一个适当德尔塔值(Δ)的差加到和上去。这用小区10(3)和10(n)来说明。计算完以后，业务提供商可以用多种方式利用估计选定频率f_sel上的下行链路干扰的和，包括用于频率规划。

下面参考图4，其中给出了本发明中自适应信道分配的程序流程图。在步骤200里，请求基站测量上行链路空闲频率的信号强度。在步骤202里进行这些测量，在步骤204里将测量结果报告给移动交换中心。然后在步骤206里对这些上行链路空闲频率的信号强度测量结果进行处理，找出当前频率规划方案中受到强干扰的频率以及找出用于重新分配的候选频率。处理步骤206可以按照任意一种熟知的程序进行。接下来，针对每一个强干扰频率，在步骤208里估计这一频率处下行链路的干扰情况。此外，在步骤210里对每一个候选频率的下行链路干扰进行估计。步骤208和210里的估计步骤可以用图2所示的程序或者其它任何程序进行。然后将步骤210的估计结果用于步骤212，以减少重新分配以替代受到强干扰的频率要考虑的候选频率个数。因此步骤212对步骤210的估计结果的使用，目的在于找出和去掉前面发现上行链路干扰不大但下行链路干扰无法接受的那些候选频率。然后在步骤214里，利用步骤208的估计结果和减少了数目的候选频率表，以减少要立即重新分配的频率中受到强干扰的频率的个数。因此在步骤214里利用步骤208的估计结果和减少了数目的候选频率，其目的在于为干扰问题无法很好地解决但不会同时导致系统内出现其它干扰问题的那些小区，找出和去掉受到强干扰的频率。这样选择强干扰频率，会在重新分配会给该小区带来最佳效果，而同时对系统造成的损害又最小之间取得一种平衡。如何定义步骤214中是否带来明显的改善或带来问题可以由用户(例如服务提供商)来选择。最后，在步骤216里实施步骤214里找出的最佳重新分配方案。

虽然介绍本发明的方法和装置的时候利用了前面的详述并参考了附图，但很显然，本发明并不局限于这些实施方案，而是可以有各种各样的再规划、修改和替换，而不会偏离本发明以下权利要求说明的实质。

Claims (24)

1．估计在选定频率f_sel处下行链路干扰程度的一种方法，包括以下步骤：

找出接近某一小区当前分配了这一选定频率f_sel的相邻小区；

让这一小区里的一个移动台对找出来的相邻小区的每一个广播控制信道频率f_BCCH进行下行链路信号强度测量；

为每一个找出来的相邻小区处理信号强度的测量结果，生成一个信号强度直方图；

用数学方法从产生的每一个信号强度直方图获得中值；和

将这每一个相邻小区的直方图中值加起来，计算选定频率f_sel处下行链路的干扰强度估计。

2．权利要求1的方法，其中用数学方法获得中值的步骤包括从产生的每一个信号强度直方图中选出一百分比值，获得中值的步骤。

3．权利要求1的方法，其中的求和步骤包括以下步骤：

如果这一给定小区里的选定频率f_sel包括这一小区的广播控制信道频率f_BCCH，就将获得的给定相邻小区直方图的中值直接加到和上去；和

如果给定相邻小区的选定频率f_sel包括这一小区的业务信道频率f_TCH，就将获得的这一给定小区直方图的中值加到和上去，同时减去一个适当的德尔塔值Δ。

4．权利要求1的方法，其中让的步骤包括发送一个测量表给移动台的步骤，其中的测量表给出了要对其上的下行链路信号强度进行测量的每一个找出来的相邻小区的广播控制信道频率f_BCCH。

5．权利要求1的方法，其中的找出步骤包括选择相邻小区的步骤，如果分配了选定频率f_sel或者跟选定频率f_sel接近的频率，这些小区会出现严重的干扰。

6．估计选定频率f_sel处下行链路干扰程度的一种系统，包括：

一给定小区里的一个移动台，这个移动台用于对收到的测量表指定的多个相邻小区中的每一个的广播控制信道频率f_BCCH，测量并报告下行链路信号强度；和

一种管理节点，用于：

产生上述测量表，给出接近给定小区当前分配了选定频率f_sel的多个相邻小区的广播控制信道频率f_BCCH；

处理报告的信号强度测量结果，为每一个找出的相邻小区产生一个信号强度直方图；

从每一个产生的信号强度直方图获得一个数学中值；和

将获得的每一个相邻小区直方图的中值加起来，计算选定频率f_sel处下行链路干扰的估计。

7．权利要求6的系统，其中管理节点计算数学中值的操作用于从每一个产生的信号强度直方图中选择一个百分比值作为中值。

8．权利要求6的系统，其中的管理节点包括一个移动交换中心。

9．权利要求6的系统，其中管理节点的产生操作还包括将距离给定小区一选定门限径向距离的相邻小区的广播控制信道频率f_BCCH选出来，放进测量表里。

10．权利要求6的系统，其中管理节点的求和操作还包括：

如果这一给定相邻小区里的选定频率f_sel包括这一小区的广播控制信道频率f_BCCH，就将给定相邻小区直方图的中值直接加到和上去；和

如果给定小区里的选定频率f_sel包括这一小区的业务信道频率f_TCH，就将给定相邻小区直方图的中值加到和上去，再减去一适当的德尔塔值Δ。

11．一种自适应频率规划(AFA)方法，包括以下步骤：

测量上行链路空闲频率的信号强度；

处理上行链路空闲频率信号强度的测量结果，找出当前频率规划方案里受到强干扰的频率，并找出用于重新分配的候选频率；

估计找出的受到强干扰的每一个频率以及候选频率处下行链路的干扰强度；

根据估计的下行链路干扰强度，缩小应当考虑用于立即重新分配的候选频率和受到强干扰频率的个数，用于获得最佳的重新分配；和

实施确定的最佳重新分配方案。

12．权利要求11的方法，其中估计下行链路干扰的步骤包括以下步骤：

找出接近某一小区分配了选定的受到强干扰的频率或者候选频率f_sel的相邻小区；

让这一小区里的一个移动台对找出来的每一个相邻小区的广播控制信道频率f_BCCH进行下行链路信号强度测量；

为每一个找出来的相邻小区处理信号强度的测量结果，生成一个信号强度直方图；

用数学方法从产生的每一个信号强度直方图获得中值；和

将每一个相邻小区的直方图中值加起来，计算选定频率f_sel处下行链路的干扰强度估计。

13．权利要求12的方法，其中用数学方法获得中值的步骤包括从产生的信号强度直方图中选出一个百分比值获得中值的步骤。

14．权利要求12的方法，其中的求和步骤包括以下步骤：

如果这一给定小区里的选定频率f_sel包括这一小区的广播控制信道频率f_BCCH，就将获得的给定相邻小区的直方图的中值直接加到和上去；和

如果给定相邻小区的选定频率f_sel包括这一小区的业务信道频率f_TCH，就将获得的这一给定小区直方图的中值加到和上去，同时减去一个适当的德尔塔值Δ。

15．权利要求12的方法，其中让的步骤包括发送一个测量表给移动台的步骤，该测量表指明了要对其上的下行链路信号强度进行测量的每一个找出来的相邻小区的广播控制信道频率f_BCCH。

16．权利要求12的方法，其中的找出步骤包括选择相邻小区的步骤，如果分配了选定频率f_sel或者跟选定频率f_sel接近的频率，这些小区会出现严重的干扰。

17．权利要求11的方法，其中的减少步骤包括以下步骤：

找出并去掉上行链路干扰测量结果可以接受但下行链路干扰估计无法接受的候选频率；和

找出并去掉有干扰问题但不能得到明显改善，同时不会导致间接干扰问题的小区中受到强干扰的频率。

18．一种自适应频率规划(AFA)系统，包括：

用于测量并报告上行链路空闲频率信号强度的基站；和

一种管理节点，用于：

处理报告的上行链路空闲频率信号强度的测量结果，找出现行频率规划方案中受到强干扰的频率，并为重新分配找出候选频率；

估计找出的所有受到强干扰的频率和每一个候选频率处下行链路的干扰强度；

根据估计的下行链路干扰强度，缩小应当立即用于重新分配的候选频率和受到强干扰的频率的个数，以实现最佳的重新分配；和

实施最佳的重新分配方案。

19．权利要求18的系统，还包括：

一给定小区里的一个移动台，这个移动台用于对收到的测量表指定的多个相邻小区中的每一个的广播控制信道频率f_BCCH，测量并报告下行链路信号强度；和

其中的管理节点还用于：

产生上述测量表，指出接近给定小区当前分配了选定的受到强干扰的频率或者候选频率f_sel的多个相邻小区的广播控制信道频率f_BCCH；

处理报告的信号强度测量结果，为每一个找出的相邻小区产生一个信号强度直方图；

用数学方法从每一个产生的信号强度直方图获得一个中值；和

将获得的每一个相邻小区直方图的中值加起来，计算选定频率f_sel处下行链路干扰的估计。

20．权利要求19的系统，其中管理节点计算数学中值的操作用于从每一个产生的信号强度直方图中选择一个百分比值作为中值。

21．权利要求19的系统，其中的管理节点包括一个移动交换中心。

22．权利要求19的系统，其中管理节点的产生操作还包括选择如果分配了相同频率或者相近频率，会导致严重干扰的相邻小区的广播控制信道频率f_BCCH，放进测量表里的步骤。

23．权利要求19的系统，其中管理节点的求和操作还包括：

如果这一给定相邻小区里的选定频率f_sel包括这一小区的广播控制信道频率f_BCCH，就将给定相邻小区直方图的中值直接加到和上去；和

如果给定小区里的选定频率f_sel包括这一小区的业务信道频率f_TCH，就将给定相邻小区直方图的中值加到和上去，再减去一适当的德尔塔值Δ。

24．权利要求18的系统，其中管理节点的减少操作包括：

找出并去掉上行链路干扰测量结果可以接受但下行链路干扰估计无法接受的候选频率；和

找出并去掉有干扰问题但不能得到明显改善，同时不会导致间接干扰问题的小区中受到强干扰的频率。

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