características del medio inalámbrico
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8/17/2019 Características Del Medio Inalámbrico
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CARACTERÍSTICAS DEL
MEDIO INALÁMBRICO
Dr. Boris Ramos
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8/17/2019 Características Del Medio Inalámbrico
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Alámbrico vs. Inalámbrico
El medio Alámbrico es de tipo guiado. La señal que viaja por un cable también irradia
energa !uera del cable" lo que puede ocasionarinter!erencia a otros sistemas alámbricos oinalámbricos.
El medio inalámbrico se caracteri#a por$
%er poco con!iable&ener poco anc'o de banda%oportar movilidad
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Alámbrico vs. Inalámbrico
A medida que la !recuencia de operaci(n ,la velocidad de transmisi(n seincrementan" los costos del 'ard-are seincrementan también" , la 'abilidad depenetrar las paredes se reduce.
ara !recuencias de 'asta unos pocos /0#
)123 /0#+ la señal es capa# de penetrar lasparedes dentro de un edi!icio con unain!raestructura inalámbrica mnima.
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Alámbrico vs. Inalámbrico
Metáfora #1: La inter!erencia en lascomunicaciones inalámbricas se puede visuali#ar
como el 'umo que se genera en una parrilla oasador )transmisor+ , sale de la propiedad.
Metáfora #2: El espectro total asignado a unoperador )o usuario+" se puede visuali#ar como la
propiedad )patio o parque+ en la que seencuentra el asador.
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Alámbrico vs. Inalámbrico
Metáfora #3: El tamaño de la parrillarepresenta el anc'o de banda de
transmisi(n.
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Alámbrico vs. Inalámbrico
ara incrementar la capacidad en un medioalámbrico se requiere instalar más cables4
ara incrementar la capacidad en un medioinalámbrico e5isten varios métodos" el mássimple , comparable con el caso alámbrico"es el concepto celular.
En el concepto celular para incrementar lacapacidad se deben instalar más celdas4
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Alámbrico vs. Inalámbrico
Ejercicio$%uponga que intenta instalar un servicio
de Internet inalámbrico en el tec'o deuna casa , distribuirlo dentro de lamisma usando otras alternativas
di!erentes a cable coa5ial" !ibra (ptica" opar tren#ado. 6ué debera 'acer*Dibuje el esquemático del sistema.
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Alámbrico vs. Inalámbrico
Planta Eterna Alá!"r$a
A$$e%o Inalá!"r$o: Cel&lar '(rele%% Lo$al Loo) *(LL+
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Alámbrico vs. Inalámbrico
Planta Eterna Alá!"r$a 7omponente más grande de la Red 7osto mu, sensitivo a la distancia del cable 7osto en áreas rurales e5tremadamente alto
A$$e%o Inalá!"r$o 8enos sensitivo a la distancia o ubicaci(n 7ostos e5tras en #onas remotas. 7elulares con di!erente demanda que
convencionales
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orqué reali#ar estudios de la
ropagaci(n* La caracteri#aci(n precisa del canal de
radio a través de sus parámetros
relevantes , de un modelo matemático" esimportante para predecir lo siguiente$
La cobertura de la señalLas velocidades de datos alcan#ables
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orqué reali#ar estudios de la
ropagaci(n*La velocidad de 9luctuaci(n del
7analEl análisis de la inter!erenciaDeterminar los mejores esquemas de
recepci(n , señali#aci(n.Encontrar la ubicaci(n (ptima de las
Estaciones Bases
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orqué reali#ar estudios de
ropagaci(n* La cobertura de la señal está determinada
por el gradiente distancia2potencia" o de
pérdida de paso. La velocidad de transmisi(n de datos está
limitada por la estructura de multipaso del
canal" , por las caractersticas dedebilitamiento de los componentes
multipaso.
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orqué reali#ar estudios de
ropagaci(n* La velocidad de !luctuaci(n del canal tiene
que ver con elementos del diseño del
receptor" tales como$El reloj
La sincroni#aci(n de la portadora
La recuperaci(n de la !ase.
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orqué reali#ar estudios de
ropagaci(n* ara los sistemas de banda angosta tales
como$ telé!onos inalámbricos" telé!onos
celulares :/21/ , sistemas detransmisi(n de datos de baja velocidad"
tenemos que la cobertura de la señal , el
debilitamiento lento )slo- !ading+" sonlos parámetros más importantes.
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orqué reali#ar estudios de
ropagaci(n* ara los sistemas de banda anc'a de alta
velocidad" tales como$ los celulares ;/"
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orqué reali#ar estudios de
ropagaci(n* Las propiedades del canal de radio también
son importantes para$
Determinar el 7onsumo de la BateraEl diseño de los protocolos de la capa 8A7
El diseño de antenas inteligentes , adaptativas
)%istemas @/+El diseño de protocolos inalámbricos )'ando!!"
control de potencia" entre otros+
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8ecanismos de ropagaci(n
de Radio
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&ransmisi(n , Re!le5i(n
n ra,o se re!leja o transmite cuando la longitud
de onda de las señales que viajan son más
pequeñas que los objetos sobre los que impacta.
En la re!le5i(n , la transmisi(n la señal se atenapor !actores que dependen de la !recuencia" el
ángulo de incidencia" , la naturale#a del objeto
que se impacta.
Estos mecanismos dominan la propagación deradio en ambientes interiores.
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&ransmisi(n , Re!le5i(n en
Ambientes Interiores
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Re!le5i(n en ropagaci(n de
Ambientes E5teriores
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%cattering )Dispersi(n+
Este mecanismo de propagaci(n ocurre en
paredes con super!icies rugosas" ve'culos" ,
en la vegetaci(n. Esto ocurre cuando los objetos sobre los que
incide la señal que se enva son mas pequeños
que la longitud de onda de la señal.
Este mecanismo domina la propagación de
señales Infrarrojas (IR)
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Di!ra5i(n
Los ra,os que inciden en los !ilos de edi!icios"
paredes" , otros objetos grandes" pueden ser
considerados como energi#adores de los !ilos" de
tal manera que estos actan como una segunda!uente de envo de la señal.
La pérdida de la señal ocasionada por su di!ra5i(n
es ma,or que el caso de la transmisi(n , re!le5i(n.
Este mecanismo es importante en la propagaciónde ambientes microcelulares exteriores.
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Di!ra5i(n en ropagaci(n de
Ambientes E5teriores
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T,$n$a% -e Mo-ela!ento -e la P,r--a-e Pa%o ' Co"ert&ra -e la Se.al
1/ Mo-elo 0Ra' Tra$n *E%)e$f$o -el L&ar+: 8uc'a Demanda 7omputacional sado para predicciones de cobertura en ambientes
interiores , en ambientes urbano2microcelulares.
2/ Mo-elo% E%ta-%t$o%: 7omputacionalmente simples Apropiado para ambientes macro2celulares 9ácil de usar para el análisis del desempeño en
e5perimentos de laboratorio.
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El 7oncepto de 8odelamiento
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6ué se debe modelar*
@. 8odelar las propiedades de la correlaci(n en el dominiodel tiempo" para la simulaci(n de la !luctuaci(n del canal
)Espectro Doppler+.
4%an-o la E%tr&$t&ra M<)a%o
:. 8odelo del Retraso , de la otencia de los asos quearrivan para determinar las velocidades de datosalcan#ables.
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@ 8odelos que usan la otencia
de la %eñal Recibida
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érdida de aso en
ropagaci(n de Espacio Libre
t$ otencia &ransmitida
r $ otencia Recibida
/t , /r $ /anacias de las antenas
transmisoras , receptoras
d$ distancia entre el transmisor , receptor
λ C c!" longitud de onda de la portadora
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roblema
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8odelo dependiente de las
articiones de un %itio 8odelo dependiente de las particiones$
Donde mtype es el nmero de particiones
de un tipo? en particular" , w type es la
pérdida de potencia asociada a dic'o
tipo de partici(n.
Lo es la pérdida de paso )o de la señal+
a una distancia de : m.
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8odelo dependiente de las
articiones de un %itioAten&a$5n -e &na Se.al -e 2/6 789 -B
Fentana en una pared de ladrillos 1
ared de Fidrio" con bordes metálicos G
ared de H!icina G
uerta metálica en una pared de o!icina G
ared 'ec'a con 7eni#a volcánica @
uerta metálica en una pared de ladrillos :1.@
ared de ladrillos junto a la puerta metálica ;
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8edici(n del α ,
Debilitamiento de %ombra
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7ra-ente D%tan$aPoten$a
La otencia recibida , la érdida de
aso se relacionan a la distancia entre el
transmisor , receptor a través del α" dela siguiente manera$
1. P r = P o d -
2.
10 log (P r ) = 10 log (P o ) - 10 log(d)3. L p = Lo 10 log(d)
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Co"ert&ra -e &na E%ta$5n Ba%e
' el ra-ente 7uál es la cobertura de una Estaci(n
Base que transmite una señal de 1 -
dado que la sensibilidad del receptor esde 2:JJ dBm" la pérdida de paso en el
primer metro es de ;1 dB" , el gradiente
de pérdida de paso α C @*
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8odelo de Interiores
K!emtocelulares )'asta apro5. 1J
metros+ en 1.@ , 3 /0#
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De"lta!ento -e So!"ra
Dependiendo del ambiente , del entorno" , de
la ubicaci(n de los objetos" la potencia de la
señal recibida para la misma distancia desdeel transmisor será di!erente$
Lp C Lo M :J α log)d+ M 9σ
9σ C 8argen de Debilitamiento con una
distribuci(n /aussiana en dB con media J
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De"lta!ento -e So!"ra
n sistema m(vil desea proveer unacomunicaci(n e5itosa en el N3O de los
casos en las #onas lmites a través del usode un margen de debilitamiento correctorque corrija un debilitamiento de sombra quetiene una media cero , una desviaci(n
estándar de P dB con una distribuci(ngaussiana. 7uál es el margen dedebilitamiento requerido*
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De"lta!ento -e So!"ra
Problema
a+ Determine la cobertura para sistemas IEEE
PJ1.:: b o g en áreas de o!icina que operana 1.@ /0#" cu,as ganancias de antenas
transmisoras , receptoras son iguales a :" el
coe!iciente de pérdida de paso es igual a ;"
la potencia de transmisi(n es :JJ m< , lasensibilidad del receptor es de 2NJ dBm.
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De"lta!ento -e So!"ra
"+ Determine la cobertura para el sistema descrito en a+inclu,endo a'ora el margen de debilitamiento.7onsiderando que en el sistema descrito en a+ lascomunicaciones en el lmite de la cobertura sone5itosas en el 3JO de los casos , que la desviaci(nestándar del debilitamiento de sombra es de P dB"encuentre lo siguiente$
I El margen de debilitamiento corrector 9σ para que lascomunicaciones en el lmite de la cobertura sean e5itosas en
el N3O de los casos.II La nueva cobertura considerando el margen de
debilitamiento encontrado en I" para el mismo sistemadescrito en a+.
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8odelo de Interiores Q&7 para
7% Ltotal ; ! < L *n+ < " lo*-+
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8odelo de Interiores Q&7 para
7% ):.P /0#+
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8odelo de Interiores Q&7 para
7%Problema
En el problema de particiones 0ltimo use
el modelo 12 para ambientes interioresde oficina para calcular la p#rdida de
paso.
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8odelo articionado ara
Edi!icios de Aerberg )7%+
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8odelo articionado ara Edi!icios
de Aerberg )7%+Problema
3tilice el 4odelo de -5erberg para estimar
la cobertura del sistema IEEE 67'.++b y gdescrito en la sección de 8ebilitamiento
de 9ombra.
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8odelo Humura20ata
)8acrocelulares+)'asta decenas dems+
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8odelo Humura20ata
Problema
8etermine la p#rdida de paso de un sistema
celular :ue opera a ;77 4&! en una ciudadgrande para una Estación %ase con una altura
de +77 metros y una Estación 4óil instalada en
un e
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8odelos 8icrocelulares )0asta
Apro5. d C : m+
d en Km, h en m, y f en GHz (0.9 a 2), d bk =4h bhm/1000λ
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8odelos 8icrocelulares )0asta
Apro5. d C : m+Problema$
%etermine la p&rdida de paso entre la Estaci'n"ase la Estaci'n M'il de un sistema P*+ ,ue
opera a 1. / dentro de una ona urbana deediicios altos. La Estaci'n M'il est ubicada enuna calle perpendicular a la calle de la Estaci'n"ase. Las distancias desde la Estaci'n "ase M'il a la es,uina donde se cruan las calles sonde 20 30 metros respectiamente. La altura de la
Estaci'n "ase es de 20 metros.
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8odelos 8icrocelulares )0asta
Apro5. d C : m+Problema$
*onsideremos un ambiente microcelular en la ciudadde uaa,uil con una combinaci'n de ediicios altos ba4os.
a) u*l deber=a ser el radio de una celda cubierta por unaestación base (altura +$ m) :ue opera a la frecuencia de+.; /&! y :ue transmite a una potencia de +7 m@utili!ando una antena direccional con una ganancia de $
d%iA El debilitamiento de sombra es B.$ d% y la sensibilidaddel receptor móil es C ++7 d%m -suma :ue
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8ultipaso , Doppler
La amplitud de la señal !lucta rápidamentedebido a dos e!ectos$
1. %ebilitamiento Multipaso$ La adici(n deseñales que llegan por di!erentes caminos o
pasos.2. Eecto %oppler$ 8ovimiento del transmisor"
receptor" ,o objetos alrededor. La !luctuaci(n rápida de la señal se la conoce
como debilitamiento de 5pe,ue6a escala7 (astading)" la misma que produce tasas mu, altas deerror.
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8ultipaso
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8ultipaso
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8ultipaso , Doppler
Los errores producidos por el debilitamiento depequeña escala? )!ast !ading+ pueden ser mitigadospor$
1. *'digos de control de error con interleaing(entrelaamiento)
2. Es,uemas de %iersidad1. Ecualiadores Ra8e Receier (%iersidad del 9iempo)
2. :re,uenc /opping ;:%M (%i. de :recuencia)3. !ntenas %ireccionales !daptatias (%iersidad Espacial)
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E t D l )I t i
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Espectro Doppler )Interiores2
random+
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Espectro Doppler )Interiores2
random+ En la f&ra anteror $En el literal a+ todo es estacionario , nada se
mueve alrededor.En el literal b+ el transmisor se mueve
aleatoriamente. %e puede apreciar que el espectro de la señal se
e5pande a G 0#" lo que re!leja la velocidad)espectro+ de las !luctuaciones de la señal recibida.
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Espectro Doppler )8(vil+
Esta fórm!a def"ne e! es#e$tr% &%##!er de n $ana! 'ay!e"h. &%nde f m =
vm / λ , y vm es !a e!%$"dad de! mó"!
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Espectro Doppler
El valor R8% del Esparcimiento Doppler nospermite encontrar lo siguiente$La velocidad o !recuencia de la !luctuaci(n.La duraci(n del debilitamiento )!ade+ en el
dominio del tiempo.
La velocidad , duraci(n de los debilitamientos
son mu, importantes para el diseño dereceptores con esquemas de control deerrores e interleaving.
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Esparcimiento de Retrasos de
8ultipason pulso transmitido llega por
mltiples caminos o pasos con
di!erente potencia" !ase , retrasosde llegada.
En el dominio de la !recuencia la
respuesta no es constante , su!rede pro!undos debilitamientos de!recuencia de un modo selectivo.
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Esparcimiento de Retrasos de
8ultipaso%i el esparcimiento de retrasos de
multipaso es más grande que laduraci(n del smbolo transmitido" laseñal recibida se esparce?" !iltra" ointer!iere sobre smbolos vecinosproduciendo Inter!erenciaIntersimb(lica? )I%I+.
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Esparcimiento de Retrasos de
8ultipaso
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Esparcimiento de Retrasos de
8ultipaso na regla general es que se pueden soportar
velocidades de transmisi(n in!eriores al anc'o
de banda co'erente )co'erence band-idt'+. El anc'o de banda co'erente es
apro5imadamente$ :)3τrms+
El anc'o de banda co'erente es el rango de
!recuencias que pueden pasar por el canal sin
distorsi(n.
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Esparcimiento de Retrasos de
8ultipaso Los retrasos de esparcimiento R8% varan
dependiendo del tipo de ambiente. En ambientes interiores residenciales puede
llegar a ser tan pequeño como ;J ns. En ambientes urbanos macrocelulares está en
el orden de unos pocos microsegundos.
or lo que la má5ima velocidad soportada enambientes interiores es de G.S 8bps );J ns+ ,en ambientes e5teriores 3J bps )@ µs+.
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Esparcimiento de Retrasos de
8ultipaso ara combatir la inter!erencia intersimb(lica)I%I+ , soportar ma,ores velocidades detransmisi(n tenemos entre algunos
mecanismos de mitigaci(n los siguientes$1. Ecualiaci'n (%iersidad de 9iempo)
:. &rata de cancelar el e!ecto del esparcimiento de retrasomultipaso en el receptor.
2. !ntenas %ireccionales (%iersidad Espacial)
:. Reduce el nmero de componentes multipaso3. ;:%M (%iersidad de :recuencia)
:. sa mltiples sub2portadoras que transmiten a bajasvelocidades reduciendo I%I.
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8ultipaso , Doppler
El espectro Doppler produce undespla#amiento en la !recuencia de la señaltransmitida.
El despla#amiento de !recuencia se traducecomo un cambio en la !ase de la señal recibida.
Las di!erentes componentes multipaso
entonces llegarán con di!erente !ase" lo quea!ecta la amplitud de la señal recibida.
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8ultipaso , Doppler
La %istribuci'n Raleig
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roblema de Retrasos
8ultipaso Problema$ Con%-ere el %&ente
$anal -e "an-a an$@a &e %e -e%$r"e
en la ta"la !o%tra-a a $ontn&a$5n:
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roblema de Retrasos
8ultipasoa+ 7raf&e el e%)e$tro -e retra%o% -e )oten$a-el $anal/
"+ En$&entre el e%)ar$!ento -e retra%o% en
e$e%o/ $+ Cal$&le el retra%o )ro!e-o -+ Cal$&le el retra%o RMS
e+ Cal$&le el An$@o -e Ban-a Co@erente f+ S el %%te!a tran%!te a 12 ")%> e%te$anal )o-rá %er &tl9a-o Por&,
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