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    重庆时时彩计划软件哪个好: 一种基于查找表的功放非线性模拟方法.pdf

    关 键 词:
    一种 基于 查找 功放 非线性 模拟 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201611053481.8

    申请日:

    2016.11.24

    公开号:

    CN106777533A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20161124|||公开
    IPC分类号: G06F17/50 主分类号: G06F17/50
    申请人: 北京理工大学; 中国人民解放军63999部队
    发明人: 郑哲; 单长胜; 周扬; 黄惠明; 吴嗣亮; 丁华; 王磊; 张晖
    地址: 100081 北京市海淀区中关村南大街5号
    优先权:
    专利代理机构: 北京理工大学专利中心 11120 代理人: 高燕燕;仇蕾安
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611053481.8

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种基于查找表的功放非线性模拟方法,包括如下步骤:据功放的幅度非线性AM??AM特性与幅相转换非线性AM??PM特性建立查找表LUT;接收任意功率的复基带输入信号x(t),在模拟域对其进行可控增益放大,产生初态功率调整后信号xG(t);对xG(t)进行A/D采样,产生其对应的数字域A/D采样信号xG(m),对xG(m)进行模拟域AGC粗调+数字域功率因子微调,得到xF(m),计算得到xF(m)瞬时模值与辅角,然后计算LUT地址;查AM??AM查找表和AM??PM查找表,产生功放非线性模拟输出信号的瞬时模值和瞬时辅角;计算得到以同相与正交分量表示的功放非线性模拟输出数字信号,进行D/A转换,即可产生最终的功放非线性模拟输出信号。本发明具有适用范围广、通用性强、模拟精度高等突出优点。

    权利要求书

    1.一种基于查找表的功放非线性模拟方法,其特征在于,包括如下步骤:
    步骤1:根据功放的幅度非线性AM-AM特性G(r)与幅相转换非线性AM-PM特性ψ(r)建立
    有限字长条件下功放非线性模拟所用查找表LUT,即:

    其中,AN_out(k)与分别为有限字长条件下AM-AM与AM-PM查找表,W为预设的LUT
    地址线宽度,k为LUT地址,Vref为后续步骤3中进行A/D采样时的A/D参考电平,NLUT为预设的
    LUT扩位位数,r(k)为G(r)与ψ(r)函数离散化的输入幅度,即

    其中,r∈[rmin,rmax]为任意AM-AM及AM-PM曲线的输入幅度范围,rmin为最小输入幅度,
    rmax为最大输入幅度,两者单位均为伏特;
    步骤2:接收任意功率的复基带输入信号x(t),在模拟域对其进行可控增益放大,产生
    初态功率调整后信号xG(t),即:xG(t)=G0x(t);其中,G0为模拟域增益,G0对应的对数增益记
    为GdB0;
    步骤3:对初态功率调整后信号xG(t)进行A/D采样,产生其对应的数字域A/D采样信号xG
    (m),即

    其中,xG_t(mTs)表示信号只进行了时间维的采样,xG(m)是在xG_t(mTs)基础上进行了幅
    度维的量化,Vref为A/D参考电平,Nsig为A/D有效位,m为数字域的离散时间变量,Ts为采样周
    期;
    步骤4:对A/D采样后信号xG(m)进行功率统计,即

    其中,PD为xG(m)的数字域功率,Ps为xG(m)对应模拟域信号xG(t)的模拟域功率,Cp为数
    字域与模拟域的功率转换系数,即M为采样周期内离散时间变量个数;
    步骤5:根据步骤4得到的数字域功率PD及设定的自动增益控制门限范围[PDG1,PDG2],通
    过循环控制模拟域增益G0,对功放工作点的进行粗调整,粗调整的结果是:当调整到位后,
    A/D采样信号的数字域功率PD满足:PD∈[PDG1,PDG2];
    步骤6:对步骤5功放工作点已粗调完成的数字信号xG(m),按下式进行功率微调,获得微
    调后复信号
    其中,表示向下取整操作,FN为量化后的功率微调因子,即

    其中,PdB_obj为模拟域对数目标功率,PD为AGC粗调完成信号xG(m)的数字域功率,Cp为模
    拟域与数字域功率转换系数,NF为功率微调因子的扩位位数,R为输入阻抗;
    步骤7:将xF(m)表示为复信号形式:xF(m)=xF_I(m)+jxF_Q(m);将xF(m)
    其中xF(m)=xF_I(m)+jxF_Q(m)进行直接坐标至极坐标转换,计算得到其瞬时模值|xF(m)
    |与辅角即

    其中,int[]表示四舍五入操作,atan[]为反正切函数,其范围为[-π,π],NLUT为LUT扩
    位位数;
    步骤8:根据步骤7计算得到的瞬时模值|xF(m)|,计算LUT地址

    其中,[AN_min,AN_max]与为量化后AM-AM与AM-PM曲线的输入幅度范围,具体为

    其中,r∈[rmin,rmax]为原始AM-AM及AM-PM曲线的输入幅度范围;
    步骤9:根据步骤8计算的LUT地址k(m)查找步骤1已建立的AM-AM查找表,产生功放非线
    性模拟输出信号y(m)的瞬时模值,即|y(m)|=AN_out(k)k=k(m);
    其中,|y(m)|功放非线性模拟输出信号y(m)的瞬时模值;
    同时,根据步骤8计算的LUT地址查找步骤1已建立的AM-PM查找表,并将其输出与步骤7
    计算的瞬时辅角相加,以计算得到功放非线性模拟输出信号的瞬时辅角即

    其中,放非线性模拟输出信号y(m)的瞬时辅角;
    步骤10:根据步骤8计算得到的瞬时模制|y(m)|与步骤9计算得到的瞬时辅角
    按下式进行极坐标-直角坐标变换,计算得到以同相与正交分量表示的功放非线性模拟输
    出数字信号,即

    其中,yI(m)与yQ(m)分别为y(m)的同相分量与正交分量,Ncos为正弦sin与余弦cos函数
    值的扩位位数;
    步骤11:对步骤10产生的同相分量yI(m)与正交分量yQ(m)进行D/A转换,即可产生最终
    的功放非线性模拟输出信号,即y(t)=yI(t)+yQ(t)。
    2.如权利要求1所述的一种基于查找表的功放非线性模拟方法,其特征在于,所述步骤
    5中设定的自动增益控制门限范围[PDG1,PDG2]的设定方式如下:
    通过测试AD有效位或者实测获得模拟域A/D量化噪声的对数功率为PdB_noise,用户设置
    的功放工作点为PdB_set,则量化噪声影响下的对数目标功率为

    其中,dB下标表示对数功率,即用户设置的功放工作点、量化噪声功率及目标功率均以
    dBm为单位;
    根据对数目标功率PdB_obj,模拟域的对数功率控制门限设置为

    其中,ΔPdB为任意的对数功率控制门限范围;
    根据A/D转换后数字域与模拟域功率的转换关系可知,数字域自动增益控制门限按下
    式计算
    其中,PDG1与PDG2为数字域自动增益控制门限,R为输入阻抗。
    3.如权利要求2所述的一种基于查找表的功放非线性模拟方法,其特征在于,所述对功
    放工作点的进行粗调整的具体过程如下:
    1)若PD<PDG1,令模拟域可控增益放大器的对数增益为GdB0=GdB0+ΔGdB,ΔGdB为预设的
    步进值,并计算出:
    由其控制步骤2的可控增益放大器,直至满足条件:PD∈[PDG1,PDG2];
    2)若PD>PDG2,令模拟域可控增益放大器的对数增益为GdB0=GdB0-ΔGdB并计算出:
    由其控制步骤2的可控增益放大器,直至满足条件:
    PD∈[PDG1,PDG2];
    其中,ΔGdB为可控增益放大器的对数增益调整量。

    说明书

    一种基于查找表的功放非线性模拟方法

    技术领域

    本发明属于功放特性模拟技术领域,涉及一种基于查找表的功放非线性模拟方
    法。

    背景技术

    功率放大器是卫星通信、测控等系统中最主要的非线性器件之一,主要由晶体管、
    电容及电感等非线性元件构成。通常,为了提高工作效率,实际功放往往工作在饱和点附
    近,其非线性影响严重。功放非线性会不可避免地引起数传信号扭曲,产生码间干扰,导致
    星座图发生翻转,误码率升高。除此之外,还将导致信号频谱扩展,产生邻道干扰,降低频带
    利用率,从而影响系统容量。为逼真模拟信道特性、充分验证并测试卫星通信、测控等系统
    在功放非线性影响下功能与性能,开展功放非线性模拟理论与实现方法的研究工作具有重
    要意义。

    目前,国内外学者对功放非线性特性的研究主要集中在功放非线性建模与功放线
    性化技术这两方面。功放的模型研究是电路与系统仿真分析的一个重要组成部分,目的是
    利用一组数学方程来描述一个实际的功率放大器。根据模型提取数据类型的差异,功率放
    大器的模型主要分为三种:物理模型、等效电路模型和行为模型,其中以行为模型应用最为
    广泛。具有代表性的行为模型主要包括Taylor级数、Saleh、Rapp等无记忆模型及Volterra
    级数、Wiener、Hammertein等有记忆模型。相比而言,功放的线性化技术则是减小功放非线
    性影响最直接的技术手段,主要包括回退法、负反馈法、前馈法、预失真法、包络重构法、谐
    波注入法等,其中预失真技术是国内外学者研究的热点。以上两方面研究内容建立了功放
    非线性特性的描述手段,给出了减小功放非线性失真的有效方法,同时也为功放非线性模
    拟奠定了基础。

    然而,目前国内外有关功放非线性模拟的文章未见报道,同时国外成熟信道模拟
    产品也往往不包含功放非线性模拟功能。

    发明内容

    有鉴于此,本发明提供了一种基于查找表的功放非线性模拟方法,。

    为了达到上述目的,本发明的技术方案为:一种基于查找表的功放非线性模拟方
    法,包括如下步骤:

    步骤1:根据功放的幅度非线性AM-AM特性G(r)与幅相转换非线性AM-PM特性ψ(r)
    建立有限字长条件下功放非线性模拟所用查找表LUT,即:


    其中,AN_out(k)与分别为有限字长条件下AM-AM与AM-PM查找表,W为预设
    的LUT地址线宽度,k为LUT地址,Vref为后续步骤3中进行A/D采样时的A/D参考电平,NLUT为预
    设的LUT扩位位数,r(k)为G(r)与ψ(r)函数离散化的输入幅度,即


    其中,r∈[rmin,rmax]为任意AM-AM及AM-PM曲线的输入幅度范围,rmin为最小输入幅
    度,rmax为最大输入幅度,两者单位均为伏特。

    步骤2:接收任意功率的复基带输入信号x(t),在模拟域对其进行可控增益放大,
    产生初态功率调整后信号xG(t),即:xG(t)=G0x(t);其中,G0为模拟域增益,G0对应的对数增
    益记为GdB0。

    步骤3:对初态功率调整后信号xG(t)进行A/D采样,产生其对应的数字域A/D采样
    信号xG(m),即


    其中,xG_t(mTs)表示信号只进行了时间维的采样,xG(m)是在xG_t(mTs)基础上进行
    了幅度维的量化,Vref为A/D参考电平,Nsig为A/D有效位,m为数字域的离散时间变量,Ts为采
    样周期。

    步骤4:对A/D采样后信号xG(m)进行功率统计,即


    其中,PD为xG(m)的数字域功率,Ps为xG(m)对应模拟域信号xG(t)的模拟域功率,Cp
    为数字域与模拟域的功率转换系数,即M为采样周期内离散时间变量个数。

    步骤5:根据步骤4得到的数字域功率PD及设定的自动增益控制门限范围[PDG1,
    PDG2],通过循环控制模拟域增益G0,对功放工作点的进行粗调整,粗调整的结果是:当调整
    到位后,A/D采样信号的数字域功率PD满足:PD∈[PDG1,PDG2];

    步骤6:对步骤5功放工作点已粗调完成的数字信号xG(m),按下式进行功率微调,
    获得微调后复信号

    其中,表示向下取整操作,FN为量化后的功率微调因子,即


    其中,PdB_obj为模拟域对数目标功率,PD为AGC粗调完成信号xG(m)的数字域功率,Cp
    为模拟域与数字域功率转换系数,NF为功率微调因子的扩位位数,R为输入阻抗;

    步骤7:将xF(m)表示为复信号形式:

    xF(m)=xF_I(m)+jxF_Q(m);将xF(m)xF(m)=xF_I(m)+jxF_Q(m)进行直接坐标至极坐标
    转换,计算得到其瞬时模值|xF(m)|与辅角即


    其中,int[]表示四舍五入操作,atan[]为反正切函数,其范围为[-π,π],NLUT为
    LUT扩位位数;

    步骤8:根据步骤7计算得到的瞬时模值|xF(m)|,计算LUT地址


    其中,[AN_min,AN_max]与为量化后AM-AM与AM-PM曲线的输入幅度范围,具体为


    其中,r∈[rmin,rmax]为原始AM-AM及AM-PM曲线的输入幅度范围。

    步骤9:根据步骤8计算的LUT地址k(m)查找步骤1已建立的AM-AM查找表,产生功放
    非线性模拟输出信号y(m)的瞬时模值,即|y(m)|=AN_out(k)|k=k(m)。

    其中,|y(m)|功放非线性模拟输出信号y(m)的瞬时模值。

    同时,根据步骤8计算的LUT地址查找步骤1已建立的AM-PM查找表,并将其输出与
    步骤7计算的瞬时辅角相加,以计算得到功放非线性模拟输出信号的瞬时辅角

    其中,放非线性模拟输出信号y(m)的瞬时辅角。

    步骤10:根据步骤8计算得到的瞬时模制|y(m)|与步骤9计算得到的瞬时辅角
    按下式进行极坐标-直角坐标变换,计算得到以同相与正交分量表示的功放非线性
    模拟输出数字信号,即


    其中,yI(m)与yQ(m)分别为y(m)的同相分量与正交分量,Ncos为正弦sin与余弦cos
    函数值的扩位位数。

    步骤11:对步骤10产生的同相分量yI(m)与正交分量yQ(m)进行D/A转换,即可产生
    最终的功放非线性模拟输出信号,即y(t)=yI(t)+yQ(t)。

    进一步地,步骤5中设定的自动增益控制门限范围[PDG1,PDG2]的设定方式如下:

    通过测试AD有效位或者实测获得模拟域A/D量化噪声的对数功率为PdB_noise,用户
    设置的功放工作点为PdB_set,则量化噪声影响下的对数目标功率为

    其中,dB下标表示对数功率,即用户设置的功放工作点、量化噪声功率及目标功率
    均以dBm为单位;

    根据对数目标功率PdB_obj,模拟域的对数功率控制门限设置为


    其中,ΔPdB为任意的对数功率控制门限范围;

    根据A/D转换后数字域与模拟域功率的转换关系可知,数字域自动增益控制门限
    按下式计算

    其中,PDG1与PDG2为数字域自动增益控制门限,R为输入阻抗。

    优选地,对功放工作点的进行粗调整的具体过程如下:

    1)若PD<PDG1,令模拟域可控增益放大器的对数增益为GdB0=GdB0+ΔGdB,ΔGdB为预
    设的步进值,并计算出:

    由其控制步骤2的可控增益放大器,直至满足条件:PD∈[PDG1,PDG2];

    2)若PD>PDG2,令模拟域可控增益放大器的对数增益为GdB0=GdB0-ΔGdB并计算出:

    由其控制步骤2的可控增益放大器,直至满足条件:PD∈[PDG1,PDG2];

    其中,ΔGdB为可控增益放大器的对数增益调整量。

    有益效果:

    本发明针对功放非线性模型与功放工作点这个两个影响功放非线性失真的关键
    因素,采用LUT技术建立了任意功放非线性模型或实测AM-AM与AM-PM特性的通用描述手段,
    采用“模拟域AGC粗调+数字域功率因子微调”的两级调整方案实现了任意功率输入信号功
    放工作点的精确调整。因此,本发明所提基于LUT的功放非线性模拟方法具有适用范围广、
    通用性强、模拟精度高等突出优点。除此之外,本发明还充分考虑了工程实现中不可避免引
    入的有限字长效应,推导了有限字长条件下的功放非线性模拟运力。因此,本发明所提方法
    特别适用于FPGA实现,具有工程实现度高的突出优点。

    附图说明

    图1为本发明的系统框图。

    具体实施方式

    下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。

    对于(无记忆是指非线性特性和输入无关)无记忆功率放大器,通常用一个复函数
    来描述它的复增益,即

    f(r)=G(r)exp[jψ(r)] (1)

    其中,r为输入信号的幅度,G(r)和ψ(r)为实函数,两者分别描述了功放的幅度非
    线性(AM-AM变换)和相位非线性(AM-PM变换)。

    若将功放输入信号等效至复基带,且假设其为x(t),根据功放非线性对信号的影
    响作用机理,功放输出信号y(t)可表示为

    y(t)=G{|x(t)|}exp{j[arg[x(t)]+ψ{|x(t)|}]} (2)

    且存在:


    其中,|x(t)|与arg{x(t)}分别表示功放输入复信号x(t)的瞬时模值与辅角,|y
    (t)|与arg{y(t)}功放输出复信号y(t)的瞬时模值与辅角。

    本发明所提方法就是要接收复基带输入信号x(t),根据功放AM-AM(幅度非线性)
    特性G(r)、AM-PM(幅相转换特性)特性ψ(r)及用户设置的功放工作点PdB_set,精确产生对应
    功放输出的模拟输出信号y(t)。(现有技术可能会采用FPGA通过建模的方式,基于AM-AM
    AM-PM函数的真实特性建立函数模型来实现上述两种特性,但是这种做法工程实现量非常
    大)

    本发明方法是通过下述技术方案实现的:

    一种基于LUT技术的数字功放非线性模拟方法,其基本实施过程如下:

    步骤1:根据功放AM-AM特性G(r)与AM-PM特性ψ(r)建立有限字长条件下功放非线
    性模拟所用LUT,即


    其中,AN_out(k)与分别为有限字长条件下AM-AM与AM-PM查找表,W为LUT地
    址线宽度(预设值,与模拟精度有关,实际实施时可以选择12),k为LUT地址,Vref为A/D参考
    电平,NLUT为LUT扩位位数,r(k)为G(r)与ψ(r)函数离散化的输入幅度,即


    其中,r∈[rmin,rmax]为设任意AM-AM及AM-PM曲线的输入幅度范围,rmin为最小输入
    幅度,rmax为最大输入幅度,两者单位均为伏特。

    步骤2:接收任意功率的复基带输入信号x(t),在模拟域对其进行可控增益放大
    (可由固定增益与数控衰减进行实现),产生信号xG(t),即

    xG(t)=G0x(t) (6)

    其中,G0为模拟域增益,其对应的对数增益记为GdB0。

    步骤3:对初态功率调整后信号xG(t)进行A/D采样,产生其对应的数字域A/D采样
    信号xG(m),即


    其中,xG_t(mTs)表示信号只进行了时间维的采样,xG(m)是在其基础上进行了幅度
    维的量化,Vref为A/D参考电平,Nsig为A/D有效位,m为数字域的离散时间变量,Ts为采样周
    期。

    步骤4:对A/D采样后信号xG(m)进行功率统计,即


    其中,PD为xG(m)的数字域功率,Ps为xG(m)对应模拟域信号xG(t)的模拟域功率,M为
    采样周期内离散时间变量个数。Cp为数字域与模拟域的功率转换系数,即


    步骤5:根据步骤4功率统计结果PD及自动增益控制(AGC)门限范围[PDG1,PDG2],通
    过循环控制模拟域的可控增益放大器(即控制增益G0),以实现功放工作点的粗调整过程。
    当调整到位后,A/D采样信号的数字域功率将满足:PD∈[PDG1,PDG2]。

    该步骤原理如下:

    若假设模拟域A/D量化噪声的对数功率为PdB_noise(通过测试AD有效位或者实测获
    得),用户设置的功放工作点为PdB_set,则量化噪声影响下的目标功率可按下式计算


    其中,“dB”下标表示对数功率,即用户设置的功放工作点、量化噪声功率及目标功
    率均以dBm为单位。

    根据对数目标功率PdB_obj,模拟域的对数功率控制门限可设置为


    其中,ΔPdB为任意的对数功率控制门限范围(实际实施时,可取值在1~2dB之间)。

    根据A/D转换后数字域与模拟域功率的转换关系可知,数字域自动增益控制门限
    可按下式计算


    其中,PDG1与PDG2为数字域自动增益控制门限,R为输入阻抗。

    根据功率统计结果PD及数字域AGC门限范围[PDG1,PDG2],功放工作点的粗调整过程
    如下:

    1)若PD<PDG1,令模拟域可控增益放大器的对数增益为GdB0=GdB0+ΔGdB(步进),并
    计算出:

    由其控制步骤2的可控增益放大器,直至满足条件:PD∈[PDG1,PDG2];

    2)若PD>PDG2,令模拟域可控增益放大器的对数增益为GdB0=GdB0-ΔGdB并计算出:

    由其控制步骤2的可控增益放大器,直至满足条件:PD∈[PDG1,PDG2]。

    其中,ΔGdB为可控增益放大器的对数增益调整量。

    步骤6:对步骤5功放工作点已粗调完成的数字信号xG(m)(其功率满足PD∈[PDG1,
    PDG2])按下式进行功率微调,即


    其中,表示向下取整操作,FN为量化后的功率微调因子,即


    其中,PdB_obj为模拟域对数目标功率(单位:dBm),PD为AGC粗调完成信号xG(m)的数
    字域功率,Cp为模拟域与数字域功率转换系数,NF为功率微调因子的扩位位数,R=50Ω的输
    入阻抗。

    步骤7:对功率微调后复信号xF(m)=xF_I(m)+jxF_Q(m)进行直接坐标至极坐标转
    换,计算得到其瞬时模值|xF(m)|与辅角即


    其中,int[]表示四舍五入操作,atan[]为反正切函数,其范围为[-π,π],NLUT为
    LUT扩位位数。即是说,按LUT扩位位数NLUT进行扩位处理。

    步骤8:根据步骤7计算得到的瞬时模制|xF(m)|,计算LUT地址


    其中,[AN_min,AN_max]与为量化后AM-AM与AM-PM曲线的输入幅度范围,具体为


    其中,r∈[rmin,rmax]为原始AM-AM及AM-PM曲线的输入幅度范围。

    步骤9:根据步骤8计算的LUT地址k(m)查找步骤1已建立的AM-AM查找表,产生功放
    非线性模拟输出信号y(m)的瞬时模值,即

    |y(m)|=AN_out(k)|k=k(m) (18)

    其中,|y(m)|功放非线性模拟输出信号y(m)的瞬时模值。

    同时,根据步骤8计算的LUT地址查找步骤1已建立的AM-PM查找表,并将其输出与
    步骤7计算的瞬时辅角相加,以计算得到功放非线性模拟输出信号的瞬时辅角


    其中,放非线性模拟输出信号y(m)的瞬时辅角。

    步骤10:根据步骤8计算得到的瞬时模制|y(m)|与步骤9计算得到的瞬时辅角
    按下式进行极坐标-直角坐标变换,计算得到以同相与正交分量表示的功放非线性
    模拟输出数字信号,即


    其中,yI(m)与yQ(m)分别为y(m)的同相分量与正交分量,Ncos为正弦sin与余弦cos
    函数值的扩位位数。

    步骤11:对步骤10产生的同相分量yI(m)与正交分量yQ(m)进行D/A转换,即可产生
    最终的功放非线性模拟输出信号,即

    y(t)=yI(t)+yQ(t) (21)

    经过步骤1至步骤12,本发明根据任意的功放非线性模型与功放工作点设置,实现
    了对任意功率复基带输入信号x(t)的功放非线性模拟,精确产生了功放非线性模拟输出信
    号y(t)。

    综上,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的?;し段?。凡在
    本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的?;?br />范围之内。

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    本文标题:一种基于查找表的功放非线性模拟方法.pdf
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