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KR100911138B1 - 전력이 조절되는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신시스템 및 그 방법 - Google Patents

전력이 조절되는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR100911138B1
KR100911138B1 KR1020020022703A KR20020022703A KR100911138B1 KR 100911138 B1 KR100911138 B1 KR 100911138B1 KR 1020020022703 A KR1020020022703 A KR 1020020022703A KR 20020022703 A KR20020022703 A KR 20020022703A KR 100911138 B1 KR100911138 B1 KR 100911138B1
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Abstract

본 발명은 전력이 조절되는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전력이 조절되는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템은 소정 변조 및 코딩방식으로 처리되어 수신된 신호에서 신호대잡음비를 추출하는 신호대잡음비 추출부; 추출된 신호대잡음비를 수신된 신호에 대해 요구되는 요구 신호대잡음비와 비교하고, 적어도 비교 결과를 포함하는 조건을 반영하여 변조 및 코딩 방식을 다시 결정하는 변조 및 코딩 방식 결정부; 추출된 신호대잡음비를 결정된 변조 및 코딩 방식의 신호에 대해 요구되는 요구 신호대잡음비와 비교하고, 비교결과에 따라 전력제어값을 결정하는 전력제어값 결정부; 및 송신할 데이터에 결정된 변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드 및 전력제어값에 해당하는 전력제어 명령 필드를 삽입하고, 그 결과를 결정된 변조 및 코딩 방식에 따라 처리하여 송신신호를 생성하는 신호생성부를 포함함을 특징으로한다.

Description

전력이 조절되는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템 및 그 방법{Power controllable wireless mobile communication system of adaptive modulation and coding scheme and its method therefor}
도 1은 AMC 방식을 적용한 이동통신 시스템에서 시간에 따른 요구 SNR의 변화와 기존 방식의 전력 제어에 따른 SNR의 변화를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 방법에 대한 흐름도이다.
도 4는 본 발명과 종래 발명에 따른 SNR의 변화를 비교하여 도시한 것이다.
본 발명은 전력이 조절되는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 적응변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템에서 이동국로부터 기지국으로 진행하는 역방향 신호로부터 추출한 신호대잡음비를 이용하여 이동국의 출력 전력을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선통신 시스템에서 전력제어는 무선채널에서의 신호 감쇄를 보상하여 수신단에서 요구하는 적정한 신호 레벨로 입력되도록하여 궁극적으로 정해진 품질의 통신채널을 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 전력제어는 무선통신이셀룰라망으로 발전하면서 채널공유 간섭(co-channel interference) 또는 다사용자 간섭(multi-user interference) 등으로 인한 시스템의 성능 및 용량에 중요한 요소로 작용하면서 더욱 그 중요성이 인지되고 있다. 특히, CDMA 방식의 이동통신 시스템의 경우, 수신단에서의 신호대잡음비(Signal to Noise Ration, SNR)의 기준으로 시스템의 용량이 정해지는데, 복조단에서 요구하는 일정 수준의 신호레벨인 요구 SNR(SNR_REQ)이 유지되는 한 동시 사용자의 수는 계속 증가할 수 있어, 각 사용자의 전력제어가 잘 조절되어 역방향에서의 근원문제(Near-Far Problem)가 최소화된다면 타 전송방식에 비해서 높은 주파수 효율을 제공할 수 있다.
종래의 이동통신 시스템에서의 전력제어 방식의 예로는 IS(Interim Standard)-95에서 권고하는 FCLPC(Fixed step-size Closed-Loop Power Control)방식이 있다. FCLPC방식에서는 기지국이 이동국(또는 단말기)의 신호세기를 측정한 후 이동국에게 전력제어 명령을 보낸다. 기지국은 신호의 세기가 요구 SNR보다 낮으면 전력제어 명령에 포함된 전력제어 비트를 0으로 설정함으로써, 이동국의 송신신호를 +1dB올리게한다. 신호의 세기가 요구 SNR보다 높으면 전력제어 비트를 1로 설정하여 -1dB 내리게 한다. 즉, 이 방식에서는 이동국의 송신전력이 변동폭이 ±1dB로 고정되어 있다. 따라서 신호의 변동폭이 천천히 조금씩 변하는 경우에는 이 방식이 효과적일 수 있지만, 신호의 변동폭이 큰 경우에는 그 수렴속도의 한계 가 있어서 적절하지 않다.
최근에는 고속의 전송률을 제공하기위하여 주파수 효율이 높은 변조방식을 사용하는데, 채널 상태가 나빠지면 주파수 효율이 높은 변조방식을 사용할 수가 없다. 따라서 채널의 상태에 따라 변조방식과 채널 코딩을 적응적으로 선택할 수 있는 적응 변조 및 채널 코딩 (Adaptive Modulation and Coding, AMC)방식을 사용한다. AMC 방식을 적용하는 시스템의 경우 수신단에서 요구하는 SNR이 계단식으로 급격하게 변하게 된다.
도 1은 AMC 방식을 적용한 이동통신 시스템에서 시간에 따른 요구 SNR의 변화와 기존 방식의 전력 제어에 따른 SNR의 변화를 도시한 것이다. 도시된 바에 따르면, 곡선은 AMC 방식에 따라 변조방식 및 코딩이 64QAM(Quadratic Amplitude Modulation)+ 3/4 에서 QPSK(Quadrature Phase-Shift Keying)+ 3/4 로 변화되었을 때의 요구 SNR을 나타내고 계단형 선은 기존의 전력제어에 따른 SNR을 나타내는데, 기존 방식으로는 요구 SNR을 충족시키지 못함을 알 수 있다.
즉, 기존의 전력제어 방식은 매 패킷 또는 프레임마다 급격하게 변하는 AMC 방식에 대해 고려하지 않기때문에 실시간 제어가 불가능하고 따라서 수신신호의 불안정으로 인한 호(call)의 단절을 야기할 수 있으며 송신전력의 낭비로 인한 동시 사용자 수의 감소와 같은 부작용을 야기시킬 수 있다. 더욱이 한 셀 내에서 또는 망 내에서 모든 이동국들이 도 1에 도시된 바와 같은 결과를 초래한다면 용량 감소 등의 문제도 야기할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기위해 이동국의 속도에 의한 신호 레벨의 변화에 따른 가변 전력제어 방법들이 제시되고 있으나, 모두 동일한 변복조 방식하에서 이동국의 이동속도에 따르는 신호의 가변폭을 고려한 것이어서 AMC와 같이 변복조 방식이 변화되는 경우에는 최적화되어 있지 못하다. 따라서 AMC 방식을 적용한 시스템에 적합한 전력제어 방법이 필요하다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 AMC 방식의 이동통신 시스템에서 변조 및 코딩 방식이 변하는 경우 그에 따라 이동국의 출력전력을 조절하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명에 따른 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템은 소정 변조 및 코딩방식으로 처리되어 수신된 신호에서 신호대잡음비를 추출하는 신호대잡음비 추출부; 추출된 신호대잡음비를 상기 수신된 신호에 대해 요구되는 요구 신호대잡음비와 비교하고, 적어도 상기 비교 결과를 포함하는 조건을 반영하여 변조 및 코딩 방식을 다시 결정하는 변조 및 코딩 방식 결정부; 추출된 신호대잡음비를 결정된 변조 및 코딩 방식의 신호에 대해 요구되는 요구 신호대잡음비와 비교하고, 상기 비교결과에 따라 전력제어값을 결정하는 전력제어값 결정부; 및 송신할 데이터에 상기 결정된 변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드 및 상기 전력제어값에 해당하는 전력제어 명령 필드를 삽입하고, 그 결과를 상기 결정된 변조 및 코딩 방식에 따라 처리하여 송신신호를 생성하는 신호생성부를 포함함을 특징으로한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명에 따른 적응 변조 및 코딩 방식에 따른 이동통신 방법은 소정 변조 및 코딩방식으로 처리되어 수신된 신호에서 신호대잡음비를 추출하는 제1단계; 추출된 신호대잡음비를 상기 수신된 신호에 대해 요구되는 요구 신호대잡음비와 비교하고, 적어도 상기 비교 결과를 포함하는 조건을 반영하여 변조 및 코딩 방식을 다시 결정하는 제2단계; 상기 제2단계에서 결정된 변조 및 코딩 방식이 이전의 변조 및 코딩 방식과 다르다면, 추출된 신호대잡음비를 결정된 변조 및 코딩 방식의 신호에 대해 요구되는 요구 신호대잡음비와 비교하고 상기 비교결과에 따라 전력제어값을 결정하는 제3단계; 및 송신할 데이터에 상기 결정된 변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드 및 상기 전력제어값에 해당하는 전력제어 명령 필드를 삽입하고 그 결과를 상기 결정된 변조 및 코딩 방식에 따라 처리하여 송신할 신호를 생성하는 제4단계를 포함함을 특징으로한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템에 대한 블록도이다. 도 3은 본 발명에 따른 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 방법에 대한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바에 따른 이동통신 시스템은 SNR 추출부(201), 변조 및 코딩 방식 결정부(202), 요구 SNR 저장부(203), 전력제어값 결정부(204), 신호생성부(205)를 포함하는 기지국(200)과 명령어 추출부(211), 처리부(212) 및 증폭부(213)를 포함하는 이동국(210)으로 이루어진다. 각 구성요소의 동작을 도 3의 흐름도를 참조하여 설명하기로 한다.
SNR 추출부(201)는 이동국(210)으로부터 수신한 신호로부터 SNR을 추출한다(301단계). 변조 및 코딩 방식 결정부(202)는 추출 SNR과 요구 SNR의 비교하고, 그 결과를 고려하여 현재의 변조 및 코딩 방식을 변경할 필요가 있는지의 여부와 변경할 경우 어느 방식으로 할 것인지를 결정한다(302단계). 통상적으로 AMC 방식의 이동통신 시스템에서 사용되는 신호의 전력폭은 AMC 방식이 아닌 시스템에서의 전력폭에 비해 상대적으로 크기때문에, 하나의 이동국에 대해 변조 및 코딩 방식을 결정하는 것은 셀 전체에 미치는 영향이 크다고 할 수 있다. 따라서 하나의 이동국의 채널 상태 뿐만 아니라 셀 전체 또는 네트웍 전체의 부하를 고려하면서 변조 및 코딩 방식을 결정하는 것이 보다 안정적인 용량 및 성능을 유지할 수 있다.
요구 SNR 저장부(203)는 신호방식에 따라 요구되는 SNR을 저장한다. 예를 들면, 다음의 표와 같이 신호의 변조 및 코딩 방식에서 각각 요구되는 SNR을 저장한다.
변조방식/코딩방식 a b c
A SNR_Aa SNR_Ab SNR_Ac
B SNR_Ba SNR_Bb SNR_Bc
C SNR_Ca SNR_Cb SNR_Cc
요구 SNR은 이론적으로 정해질 수 있고, 해당 지역 또는 특정 채널환경에서 비트 에러율 또는 프레임 에러율의 변화에 따른 실험치 등을 토대로 시스템이 제공해야하는 비트 에러율 등의 서비스 품질(QoS)에 따라서 작성 또는 갱신될 수도 있다.
전력제어값 결정부(204)는 변조 및 코딩 방식 결정부(202)에서 결정된 변조 및 코딩 방식에 해당하는 요구 SNR을 요구 SNR 저장부(204)로부터 읽어서 추출 SNR과 비교하고, 전력제어값을 어느 정도로 할 것인지를 결정한다(303단계). 전력제어값은 추출된 SNR과 요구 SNR의 차에 따라 결정될 수 있으며, 그 차가 어느 정도되느냐에 따라 전력증감의 정도를 나타내는 인덱스 형태로 표현될 수 있다. 이 경우에는 이동국(210)에 상기 인덱스에 해당하는 전력증감 값을 저장하는 저장부를 더 구비할 수 있다. 만일 변조 및 코딩 방식 결정부(202)의 결정 결과 이전과 동일한 변조 및 코딩 방식을 유지할 경우 전력제어값 결정부(204)는 종래의 FCLPC 방식으로 전력제어값을 결정할 수 있고, 이 때에는 전력제어값 결정에 추출 SNR과 요구 SNR의 비교결과만을 반영할 수도 있다.
신호 생성부(205)는 송신할 데이터에 전력제어값을 나타내는 전력제어 명령 필드, 변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드를 삽입하고, 이를 결정된 변조 및 코딩 방식에 따라 처리하여 신호를 생성하고 이동국(210)으로 전송한다(304단계).
이동국(210)의 명령어 추출부(211)는 수신신호에 포함된 전력제어 명령 필드, 변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드를 추출한다(305단계).
처리부(212)는 추출된 전력제어 명령 필드의 명령값에 따른 전력크기를 계산하고, 변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드에 따른 변조 및 코딩 방식에 따라 송신할 데이터를 처리하여 신호를 생성한다(306단계). 증폭부(213)는 처리부(212)에서 계산된 전력크기에 따라 처리부(212)에서 생성된 신호를 증폭하여 기지국(200)으로 전송한다(307단계).
도 4는 본 발명과 종래 발명에 따른 SNR의 변화를 비교하여 도시한 것이다. 도시된 바에 따르면, 곡선은 AMC 방식에 따라 변조방식 및 코딩이 64QAM+ 3/4 에서 QPSK+ 3/4 로 변화되었을 때의 요구 SNR을 나타내고, 계단형 실선은 본 발명에 의한 전력제어에 따른 SNR을 나타낸다. 계단형 점선은 종래 발명에 의한 전력제어에 따른 SNR을 도시한 것이다. 비교해보면, 본 발명에 따른 SNR이 요구 SNR에 잘 부합되며, 인용발명의 경우 요구 SNR을 충족시키지 못함을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 요구 SNR에 수렴하는 속도가 빠르므로 이동국의 송신전력에 대한 실시간 전력제어가 가능하고 송신전력 낭비를 최소화할 수 있으며, 이로 인하여 셀의 동시 사용자 수를 증가시킬 수 있고 배터리의 소모를 최소화할 수 있다. 또한, 송신전력의 부족으로 인한 호의 단절을 최소화함으로써 서비스 품질을 높힐 수도 있다.
또한, 셀 및 망의 부하를 고려하여 변조 및 코딩 방식을 결정하고 호의 허가를 제어(Call Admission Control)하므로 망 전체에 대해 안정적인 서비스를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 제1변조 및 코딩 방식의 신호를 수신하고, 수신된 신호에서 신호대잡음비를 추출하는 신호대잡음비 추출부;
    추출된 신호대잡음비를 제1목표 신호대잡음비와 비교하고, 그 비교 결과를 반영하여 제2변조 및 코딩 방식을 결정하는 변조 및 코딩 방식 결정부;
    상기 추출된 신호대잡음비를 상기 제2변조 및 코딩 방식의 신호에 대해 요구되는 제2목표 신호대잡음비와 비교하여 전력제어값을 결정하는 전력제어값 결정부; 및
    송신할 데이터에 상기 제2변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드 및 상기 전력제어값에 해당하는 전력제어 명령 필드를 삽입하고, 그 결과 데이터를 상기 제2변조 및 코딩 방식에 따라 처리하여 송신신호를 생성하는 신호생성부를 포함함을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변조 및 코딩 방식 결정부 또는 상기 전력제어값 결정부는
    상기 제1 및 제2목표 신호대잡음비를 저장하는 신호대잡음비 저장부를 더 구비함을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호생성부로부터 수신된 신호에서 상기 전력제어 명령 필드, 변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드를 추출하는 명령어 추출부;
    상기 전력제어 명령 필드를 참조하여 전력크기를 계산하고, 상기 제2변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드에 따라 전송할 데이터를 처리하여 상기 신호대잡음비 추출부로 송신할 신호를 생성하는 처리부; 및
    상기 전력크기에 따라 상기 처리부에서 생성된 신호를 증폭하는 증폭부를 더 구비함을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템.
  4. 제1변조 및 코딩방식의 신호를 수신하여, 수신된 신호에서 신호대잡음비를 추출하는 신호대잡음비 추출부;
    추출된 신호대잡음비를 제1목표 신호대잡음비와 비교하고, 그 비교 결과를 반영하여 제2변조 및 코딩 방식을 결정하는 변조 및 코딩 방식 결정부;
    상기 추출된 신호대잡음비를 제2변조 및 코딩 방식의 신호에 대해 요구되는 제2신호대잡음비와 비교하여 전력제어값을 결정하는 전력제어값 결정부;
    송신할 데이터에 상기 제2변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드 및 상기 전력제어값에 해당하는 전력제어 명령 필드를 삽입하고, 그 결과 데이터를 상기 제2변조 및 코딩 방식에 따라 처리하여 송신신호를 생성하는 신호생성부;
    상기 신호생성부로부터 수신된 신호로부터 상기 전력제어 명령 필드, 변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드를 추출하는 명령어 추출부;
    상기 전력제어 명령 필드를 참조하여 전력크기를 계산하고, 상기 제2변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드에 따라 전송할 데이터를 처리하여 상기 신호대잡음비 추출부로 송신할 신호를 생성하는 처리부; 및
    상기 전력크기에 따라 상기 처리부에서 생성된 신호를 증폭하는 증폭부를 포함함을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 변조 및 코딩 방식 결정부 또는 상기 전력제어값 결정부는
    상기 제1 및 제2목표 신호대잡음비를 저장하는 신호대잡음비 저장부를 더 구비함을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 시스템.
  6. 제1변조 및 코딩방식으로 처리되어 수신된 신호에서 신호대잡음비를 추출하는 단계;
    추출된 신호대잡음비를 제1목표 신호대잡음비와 비교하고, 그 비교 결과를 반영하여 제2변조 및 코딩 방식을 결정하는 단계;
    상기 제2변조 및 코딩 방식이 상기 제1변조 및 코딩 방식과 다르다면, 상기 추출된 신호대잡음비를 상기 제2변조 및 코딩 방식의 신호에 대해 요구되는 제2목표 신호대잡음비와 비교하고, 그 결과에 따라 전력제어값을 결정하는 단계; 및
    송신할 데이터에 상기 제2변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드 및 상기 전력제어값에 해당하는 전력제어 명령 필드를 삽입하고 그 결과 데이터를 상기 제2변조 및 코딩 방식에 따라 처리하여 송신할 제1신호를 생성하는 단계를 포함함을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 또는 제2목표 신호대잡음비는
    상기 변조 방식과 코딩 방식의 각 경우에 대해 이론적으로 계산되거나 또는 실험으로 얻어진 신호대잡음비가 테이블 형태로 저장됨을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 전력제어값을 결정하는 단계는
    상기 제2변조 및 코딩 방식이 상기 제1변조 및 코딩 방식과 동일하다면, 상기 전력제어값은 종래의 FCLPC 방식에 따른 변동폭만큼 전력이 조절되도록 결정함을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1신호를 생성하는 단계에서 생성되어 전송된 신호로부터 상기 전력제어 명령 필드, 상기 제2변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드를 추출하는 단계;
    상기 전력제어 명령 필드를 참조하여 전력크기를 계산하고, 상기 제2변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드에 따라 전송할 데이터를 처리하여 송신할 제2신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제2신호를 상기 전력크기만큼 증폭하여 송신하는 단계를 포함함을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 방법.
  10. 제1변조 및 코딩방식으로 처리되어 수신된 신호에서 신호대잡음비를 추출하는 단계;
    추출된 신호대잡음비를 제1목표 신호대잡음비와 비교하고, 상기 비교 결과를 반영하여 제2변조 및 코딩 방식을 결정하는 단계;
    상기 제2변조 및 코딩 방식이 상기 제1변조 및 코딩 방식과 다르다면, 상기 추출된 신호대잡음비를 상기 제2변조 및 코딩 방식의 신호에 대해 요구되는 제2목표 신호대잡음비와 비교하여 전력제어값을 결정하는 단계;
    송신할 데이터에 상기 제2변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드 및 상기 전력제어값에 해당하는 전력제어 명령 필드를 삽입하고 그 결과 데이터를 상기 제2변조 및 코딩 방식에 따라 처리하여 송신할 제1신호를 생성하는 단계;
    상기 제1신호를 생성하는 단계에서 생성되어 전송된 신호로부터 상기 전력제어 명령 필드, 변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드를 추출하는 단계;
    상기 전력제어 명령 필드를 참조하여 전력크기를 계산하고, 상기 제2변조 및 코딩 방식을 나타내는 필드의 내용에 따라 전송할 데이터를 처리하여 송신할 제2신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제2신호를 상기 전력크기만큼 증폭하여 송신하는 단계를 포함함을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 또는 제2목표 신호대잡음비는
    상기 변조 방식과 코딩 방식의 각 경우에 대해 이론적으로 계산되거나 또는 실험으로 얻어진 신호대잡음비가 테이블 형태로 저장됨을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 전력제어값을 결정하는 단계는
    상기 제2변조 및 코딩 방식이 상기 제1변조 및 코딩 방식과 동일하다면, 상기 전력제어값은 종래의 FCLPC 방식의 변동폭만큼 전력이 조절되도록 결정함을 특징으로하는 적응 변조 및 코딩 방식의 이동통신 방법.
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