Academia de Tecnologia                Dezembro-2011                  4G e o LTE        Alberto BoaventuraGerência de Tecno...
Duração da Apresentação:     6 h e 30 min!!!                  Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
O que é o LTE?  3GPP LTE (Long Term Evolution) é um padrão para comunicação sem fio de alta velocidade  de dados para tele...
O que é o LTE?  OFDM           Flexibilidade    Arquitetura                                  Planificada  MIMO           S...
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)                                                                            ...
FlexibilidadeDiferentes larguras de banda                                   Esquemas TDD e FDD                            ...
Arquitetura PlanificadaSAE (System Architecture Evolution)                              HLR/HSS             IMS           ...
MIMO (Multiple Input, Multiple Output)   Multiplexação: Sinais distintos                    Diversidade: Mesmo Sinal      ...
Self Organized NetworkInspirado no forum NGMN (Next Generation Mobile Networks) e definido no 3GPP (TS 32.823) nos release...
EvoluçãoEvolução da tecnologia e expectativa de introdução no mundo                   2010-                       2010    ...
O que se espera do LTE?  Banda Larga Móvel   Novos Serviços      M2M  Serviços Legados    Redução de Custos   A Oi e o LTE...
Banda Larga MóvelA Internet e a banda larga continuam crescendo                                                           ...
Novos ServiçosMainframe-> Mini-> Desktop -> Smartphones/Tablets                                         5 tendências para ...
M2MFases da M2M    1ªFase: Aplicações Verticais             2ªFase: Regulamentação              3ªFase: Internet das Coisa...
Serviços LegadosO LTE não é só dados                                                                                  Núme...
Redução de CustosDilema da Banda Larga: Desacoplamento da Receita e Tráfego                                   Tráfego (Cus...
A Oi e o LTE    248 operadoras em 87 países investem em LTE                                São 197 dispositivos disponívei...
LTE não é 4G!!!Mas não há caminho para o      4G sem o LTE!                   Gerência de Tecnologia e Integração de Servi...
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Lte Alberto 2011 V1.1

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Provided in internal Oi seminar, it intends to introduce to LTE architeture, functionalities and technologies. Also, it provides the main background and motifvation for mobile broadband services.

Lte Alberto 2011 V1.1

  1. 1. Academia de Tecnologia Dezembro-2011 4G e o LTE Alberto BoaventuraGerência de Tecnologia e Integração 031 21 8875 4998
  2. 2. Duração da Apresentação: 6 h e 30 min!!! Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  3. 3. O que é o LTE? 3GPP LTE (Long Term Evolution) é um padrão para comunicação sem fio de alta velocidade de dados para telefones celulares e terminais de dados. É baseado nas redes GSM / EDGE e UMTS / HSPA, totalmente sobre IP, com a capacidade e velocidade aumentados através de novas técnicas de modulação, antenas inteligentes e sistemas de rede auto-organizáveis. IEEE 802.11ac (<6 GHz) IEEE 802.11ad (>60 GHz) 4G ADVANCED ITU-R M.2034 Eficiência Espectral DL 15 bits/Hz UL 6.75 bits/Hz Latência Plano do Usuário < 10 ms Plano de Controle < 100 ms IEEE 802.16m Largura de Banda ITU-R M.2034 40 MHz ITU-R M.1645 100 MHz Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  4. 4. O que é o LTE? OFDM Flexibilidade Arquitetura Planificada MIMO Self Organized Evolução Network Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  5. 5. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)  Bastante semelhante ao FDMA no que concerne a divisão em freqüências para Capacidade do Canal transferência de informação;  Utiliza o processo de codificação modulação em sub-bandas com portadoras ortogonais;  As sub-bandas são faixas de freqüência extremamente pequenas;Bps/Hz Bps/Hz  Utilizado em diversos esquemas para transmissão de dados faixa larga: Wireless LAN; ADSL; DVB; WiMAX; Docsis; LTE  Foi usado pela primeira vez em 1957 para modem em HF; Freqüência(Hz) Freqüência(Hz)  Em 1966; Chang do Bell Labs patenteou e escreveu o primeiro paper sobre Transmissão convencional: OFDM; OFDM: Diversas sub-bandas Uma única portadora/banda  Somente na década de 90 que surgiram diversas aplicações; Subportadoras Modulação e Bits por Símbolo 16-QAM /4-QPSK Qk Ik/Qk Ik/Qk BPSK Qk 0010 0011 0001 0000 10 01 DMS Codif. IFFT DA 0 0110 0111 0101 0100 1 Duração do f 1110 1111 1101 1100 Ik Ik t Símbolo 11 00 1010 1011 1001 1000 20 MHz Modulação Bits/Símb. FEC 64QAM 100 RBs QPSK 2 1/3 9,6 Mbps 16QAM QPSK 2 1/2 14,4 Mbps Taxa QPSK 2 2/3 19,2 Mbps QPSK 16QAM 4 1/2 28,8 Mbps 16QAM 4 2/3 38,4 Mbps Distância 16QAM 4 4/5 46,1 Mbps 64QAM 6 1/2 43,2 Mbps 64QAM 6 2/3 57,6 Mbps Esquema de Modulação e 64 QAM 6 1 86,4 Mbps Codificação em Função da distância Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  6. 6. FlexibilidadeDiferentes larguras de banda Esquemas TDD e FDD Diversas Faixas Suportadas1,4 MHz TDD DL UL 3 MHz 5 MHz Tempo10 MHz FDD UL DL No Release 10, o 3GPP definiu15 MHz 43 Bandas para o LTE20 MHz FreqüênciaFaixas no Mundo: Uso racional de faixas: Banda 3GPP (LTE) Status 700 MHz Bandas 12, 13 & 14 EUA, Colômbia e Peru 800 MHz Banda 20 (DD) Europa DD, Alemanha, Inglaterra, Suécia 850 MHz Banda 5 Korea 1800 MHz Banda 2 Europa Capacidade: >2 GHz AWS Banda 4 EUA Cobertura ou Capacidade: > 1 GHz & <2 GHz 2100 MHz Banda 1 Japão 2300 MHz Banda 40 Ásia 2600 MHz Banda 7 Europa Cobertura: < 1 GHzFaixas disponíveis no Brasil: Banda UL DL Largura WRC 3GPP (LTE) Anatel Status Uso combiando para o LTE Advanced700 MHz 37 MHz 2007 Bandas 12, DD 2016 13 & 14 Taxa Média do eNB vs distância850 MHz 824 - 849 869 - 894 24 MHz 2000 Banda 5 Res 454/2006 Banda A, B 400 Mbps 700 MHz900 MHz 898,5 - 901; 907,5 - 915; 10 MHz 2000 Banda 8 Res 454/2006 SMP 300 Mbps 1800 MHz (5 MHz) 943,5 - 946 952,5 - 960 1800 MHz (10 MHz)1800 MHz 1.710-1785 1805-1880 150 MHz 1992/ Banda 2 Res 454/2006 SMP 2000 Lelião sobras 200 Mbps 2.600 MHz dez/20112100 MHz 1920-1975 2110-2165 110 MHz 2000 Banda 1 Res 454/2006 SMP 100 Mbps2300 MHz 2300-2400 (TDD) 100 MHz 2007 Banda 40 MMDS 0 Mbps2600 MHz 2500-2570 2620-2690 140 MHz 2007 Banda 7 Res 544/2010 Leilão em 2012 0,0 km 2,0 km 4,0 km 6,0 km 8,0 km 10,0 km3500 MHz 3400-3600 (TDD) 200 MHz 2007 Banda 43 Res 537/2010 Leilão em 2013 Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  7. 7. Arquitetura PlanificadaSAE (System Architecture Evolution) HLR/HSS IMS  Arquitetura, protocolos, interfaces totalmente Sh sobre IP S6a Rx Ro/Rf  Não existe mais o elemento controlador da rede Sp de acesso (BSC/RNC), com funções de gerência OCS/ MME PCRF mobilidade realizadas pelo eNB. OFCS S1-AP Sy  Não existe mais o domínio CS (Circuit Switched) e X2 S11 Gx Gy/Gz o serviços legados serão emulados pelo IMS (SMS e Voz) Internet S-GW P-GW  Perfeita integração com acessos não 3GPP (ex.: S1-U S5 SGi Wi-Fi/WLAN) E-UTRAN Evolved Packet Core Máquina de Estado do 3G Máquina de Estado do LTE Latência em Diversos Sistemas (3GPP TS 25.331) (3GPP TS 36.331) E-UTRA Cell_PCH Idle Idle Cell_DCH Mode Cell_FACH E-UTRA Connected Cell_PCH Fonte: 4G Americas Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  8. 8. MIMO (Multiple Input, Multiple Output) Multiplexação: Sinais distintos Diversidade: Mesmo Sinal Beamforming BER Capacidade SINR min(NTx , NRx) Antenas SNR Tempo TM Transmission scheme of PDSCH CQI mode Mode 1 Single-antenna port CQI Closed loop, codebook precoding Open loop, non-codebook precoding Mode 2 Transmit diversity CQI MCS, PMI, RI MCS Mode 3 Open-loop spatial multiplexing CQI Mode 4 Closed-loop spatial multiplexing CQI, RI, PMI CRS CRS, DRS Mode 5 Multi-user MIMO CQI, PMI CQI, PMI, RI CQI Mode 6 Closed-loop Rank=1 precoding CQI, PMI Mode 7 Beamforming Single-antenna port; port CQI Mode 8 Dual layer beamforming CQI, RI, PMI Mode 9 Switching SU & MU-MIMO till 8 CQI, RI Intra-cell CoMP Inter-cell CoMPMIMO + SON = Coordenation Multi-Point (CoMP) Controle para eficaz para interferência entre céulas (inter-cell inerference)  Ferramenta fundamental para aumento de Smallcells Heterogeneous Network cobertura e capacidade  Dois modos: X2  Coordinated scheduling & Beamforming  Joint processing/transmission Quando o terminal se encontra na borda pode receber o sinal de múltiplas estações de maneira coordenada Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  9. 9. Self Organized NetworkInspirado no forum NGMN (Next Generation Mobile Networks) e definido no 3GPP (TS 32.823) nos releases 8, 9 e 10. Estabelece um conjunto de funcionalidades para automatização inteligente da rede para: configuração, otimização, recuperação de falhas e planejamento; objetivando a melhora de performance e custos de operação. Self-Planning & Dynamic Re-planning Self-Configuration Self-Optimization Self-healing Plug and Play Auto Ajuste Auto Reparo Configuração e setup automáticos Otimização da rede em tempo real Mitigação de falhas de maneira rápida e automática Automatic Inventory Mobility Load Balancing Automatic Neighbor Relations RACH Optimization Arquiteura Centralizada Distribuída X2 Híbrida Release 8 Release 9 Release 10 Automatic Inventory Coverage & Capacity Optimization Coverage & Capacity Optimization Automatic Software Download Mobility optimization Enhanced Inter-Cell Interference Automatic Neighbor Relations RACH optimization Coordination Automatic PCI Assignment Load balancing optimization Cell Outage Detection and Compensation Inter-Cell Interference Coordination Funções Seff Healing Minimizatioon o Drive Testing EnergySavings Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  10. 10. EvoluçãoEvolução da tecnologia e expectativa de introdução no mundo 2010- 2010 2011 2012 2013 2013+ EDGE (Rel 7) E-EDGE (Rel 8) Release 11 DL:474 kbps DL:1,89 Mbps Release 10 UL:474 kbps UL: 947 kbps Release 9 Release 8 HSPA+ (Rel 7) HSPA+ (Rel 8) HSPA+ (Rel 9) HSPA+ (Rel 10) 2007 2008 2009 2010 2011 2012 DL: 28 Mbps DL: 42 Mbps DL: 84 Mbps DL: 168 Mbps 4G UL: 11,5 Mbps UL: 11,5 Mbps UL: 23 Mbps UL: 23 Mbps BW: 5 MHz BW: 5 MHz BW: 10 MHz BW: 20/10 MHz LTE (Rel 8) LTE (Rel 9) LTE (Rel 10) LTE (Rel 11) DL: 300 Mbps Otimização dos DL: 1.2 Gbps UL: 45 Mbps Recursos de UL: 568 Mbps DL:> 1.2 Gbps BW: 20 MHz da Rede BW: 40 MHz BW: 100 MHz Coordenation Multi-Point (CoMP) Self Organized Network Carrier Aggregation (até 100 MHz)e Inter-Cell Interference Coordination (ICIC) Intra-cell CoMP Inter-cell CoMP Banda (1) Banda (2) X2 Banda (3) Capacidade Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  11. 11. O que se espera do LTE? Banda Larga Móvel Novos Serviços M2M Serviços Legados Redução de Custos A Oi e o LTE Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  12. 12. Banda Larga MóvelA Internet e a banda larga continuam crescendo A Banda larga , o bem estar das pessoas e o progresso 1.8 B Usuários Internet & Crescimento de +13% ano-a-ano McKinsey estima que um aumento de 10% na penetração da banda larga proporciona um acréscimo para o PIB de 0,1 a 1,4 %. 18.8T Minutos & Crescimento de +21% ano-a-ano Booz estima que a penetração de banda larga de 10% maior em um ano está500 MM 35,00% relacionado a 1,5% de crescimento da produtividade do trabalho ao longo dos 29% próximos cinco anos. 384 30,00%400 MM 23% Quando uma pessoa é conectada, a sua vida muda! 25,00%300 MM 238 20,00% 14% 13%200 MM 15,00% 130 10,00%100 MM 67 4% 39 5,00% 0 MM 0,00% China India Brasil Russia USA Banda Larga Fixos e Móvel (Milhões) Acessos Fixos e Móveis (Milhões) Os dispositivos móveis Fixed telephone linesSubstituição ou Convergência? são preferenciais nas 1000 Mobile cellular subscriptions 200 gerações mais jovens para estabelecimento de Fixed broadband subscriptions80,0% 18 a 24 serviços de Mobile broadband subscriptions 25 a 34 telecomunicações.60,0% 500 10040,0% 35 a 44 45 a 54 Na América Latina,20,0% espera-se que o número0,0% 55 a 64 de acessos banda larga Local LD móvel supere ao da fixa 0 0 65 ~ em 2012. 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Fonte: FemtoforumCrescimento da Banda Larga Móvel Fonte: ITU/ICT/MIS Com novos dispositivos América Latina 2000 Gbps (smartphones, tablets) e 6 Mbps M2M o número de 5 Mbps America do Norte 1500 Gbps acessos a banda larga 4 Mbps Europa Ocidental móvel vai decolar 1000 Gbps Brazil 3 Mbps 500 Gbps Ao mesmo tempo, espera- 2 Mbps se que a taxa média cresça 1 Mbps 0 Gbps exponencialmente. No 0 Mbps 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Brasil, o crescimento é de 82% ano-a-ano até 2015 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 HSPA LTE segundo a Cisco Fonte: Cisco VNI 2010 Fonte: Demanda Mkt Oi 2011 Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  13. 13. Novos ServiçosMainframe-> Mini-> Desktop -> Smartphones/Tablets 5 tendências para convergência: MBB + Redes Internet Sociais + Vídeo + VoIP + usabilidade em Móvel dispositivos diferenciados Internet A expressiva projeção para o crescimento da Internet móvel é justificada pela integração de Desktop funcionalidades (de uso pessoal) num único Mini dispositivo, tornando-se, em alguns anos, o Mainframe 10 B+ principal dispositivo contra os desktops. Estima-se que a demanda de Tablet pode 1 B+ superar a 100 milhões shipments até 2012 Os Smartphones e Tablets, em especial, catalisam a demanda para o mercado 100 MM+ empresarial, permitindo um casamento com o 1 MM+ 10 MM+ mundo de TI através da Cloud Computing 1960 1970 1980 1990 2020+Redes Sociais, Conteúdo, Tablets e Cloud Fonte: Morgan Stanley 2010 Tablet/Smartphone => O Novo PC Mimetizam as funções do PCs & desktop Música Vídeo Internet PC => O Servidor (DVD / CD Collection, TV, Address Book…) Aplicações PCs (junto com a Cloud) estão se tornando a home media servers: armazendando, realziando backup e provendo conteúdo a tablets e smatphones. Clouds => Novo Datacenter Fotos Armazena, processa os dados em ambientes que são acessados pelos smartphones e tablets. Provê a infra-estrutura básica para a nova geração de aplicações móveis Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  14. 14. M2MFases da M2M 1ªFase: Aplicações Verticais 2ªFase: Regulamentação 3ªFase: Internet das CoisasAplicações: Aplicações: Aplicações: POS  POS  POS Gerenciamento de Frota  Gerenciamento de Frota  Gerenciamento de Frota Rastreio  Rastreio  Rastreio 50 Bilhões de Telecom+ Transporte + Utilities + Saúde + Payment Mobile Payment  Mobile Payment  Mobile Governo = dispositivos Cidades de Monitoração  Câmeras Inteligentes Câmeras de Monitoração conectados em  Medidores de Energia  Medidores de Energia 2020  Pedágio  Pedágio  eCall  Manutenção Remota  Sincronização de Mídia  Health Monitoring 2010 2015 2020Desafios para o M2M Utilização dos Recursos de Rede 100% Outros 80% Hoje a praticamente todas as Redes eMail Para as comunicações M2M a utilização Móveis são projetadas para a 60% dos recursos de sinalização aumenta comunicação H2H. POS 40% significativamente quando comparado Para M2M outros recursos são mais M2M ao tráfego de dados. utilizados, como a sinalização. 20% WAP 0% MMS Volume Air time Sinalização Fonte: Dados de tráfego Oi Ago-2010 Diferenciação entre Baixo custo de rede para aplicações: Proteção contra sobrecarga e Preparação dos endereços de refletir o baixo ARPU congestionamento na rede rede para o grande número Aplicações diferentes  de sinalização de terminais Diferentes SLAs Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  15. 15. Serviços LegadosO LTE não é só dados Número de usuários ativos vs tecnologia 100 80 Apesar da conslidação do MBB, Porém, o LTE não é só dados, e para os serviços de voz o LTE 60 serviços de voz e legados ainda apresenta uma eficência representam a parte mais 40 importante de receitas... espectrial 10 vezes superior 20 ao GSM. 0 HSPA (5.9 UMTS (5.9 GSM EFR GSM AMR LTE (5.9 kbps) kbps) kbps)CSFB (Circuit Switch Fall Back)  Definido em 3GPP TS 23,272, representa uma solução de curto prazo HLR para a voz eo legado serviços de apoio na rede LTE. HSS  Consiste em redirecionar a partir da rede LTE qualquer serviço Gr/S6a C baseado em domínio CS (de voz ou SMS) para a rede 2G/3G SGSN MSS PSTN SGs requer ativação de interface para terminar serviços MME/ MGCF (Transp. IP) GW MGW S1 SGs Nb/E Pontos Fortes Pontos Fracos Não precisa de investimento em Os dados podem ser BSC A/Iu-CS IMS interrompidos (requer DTM) RNC É suportado no caso de roaming O tempo de estabelecimento > 3 s AbisVoLTE (VoIP Over LTE)  VoLTE é uma iniciativa conjunto GSMA e 3GPP, apoiado no 3GPP IMS recomendação quadro, qual a arquitetura é definida com base em HLR IR.92 3GPP TS 23,002 e 23,228 TS. HSS  A continuidade de serviço e entrega são garantidos pela SR-VCC Sh (Single Radio Voice Call Continuity), definida em 3GPP TS 23,216, Gr/S6a utilizando uma interface especial entre MME e MSS, Sv, para achoring SGSN chamada. MME/ IMS PSTN GW Gi/SGi (Transp. IP) S1 Nb/E Pontos Fortes Pontos Fracos C I2/I3/Mg Sv Não precisa de investimento em Requer investimento no IMS MSS CS BSC MGCF E RNC MGW Voz e dados na mesma rede Abis A/Iu-CS Uso da eficiência espectral do LTE Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  16. 16. Redução de CustosDilema da Banda Larga: Desacoplamento da Receita e Tráfego Tráfego (Custo) Serviço Taxa & Preço € Custo/ Preço / Preço O preço relativo por Volume MByte MByte Relativo Mbyte quando SMS 160 Bytes €0.15/ €X € 1.000 400.000 comparado com a mensagem banda larga é: Receita Voz 10 kbps 0.05 a € 0.5 €Y € 0.7 - € 7 300 - 3000  400.000 vezes maior o minuto para o SMS e Domínio de Voz Domínio de Dados Dados (3 3 GBytes €20 / mês € Y/5 € 0.007 3  300 a 3000 vezes GBytes) maior para o serviço Mobile TV 50 horas @ €5 / mês € Y/5 € 0.0023 1 de voz. Unicast (50 hrs) 100 kbps Fonte: Agilent (LTE Woorld Summit 2010)CapEx Custos por Estação: LTE vs 3G Gráficos das densidades: estações (eNB/km2 ) vs Usuários (users/km2)$$$ 0,2000 3,0000 Baixa densidade Alta densidade$$$ 0,1500 2,0000$$$ 3a. Portadora 0,1000$$$ 2a. Portadora 0,0500 1,0000$$$ NodeB 0,0000 0,0000$$$ LTE (X) 0 20 40 60 0 500 1000$$$ 1800 MHz (10) 2600 MHz (20) 1800 MHz (10) 2600 MHz (20) 3G (1) 3G (2) 3G (3) 3G (4) HSPA+ HSPA+ (DC) HSPA+ HSPA+ (DC) Fonte: Planejamento/2011OpEx Fonte: GTEC/2011 Self Organized Network Self-Planning & Dynamic Re-planning Self-Configuration Estima-se uma economia de OpEx da ordem de 40% Self-Optimization segundo “Heavy Reading: 4G/LTE Insider 2010” Self-healing Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  17. 17. A Oi e o LTE 248 operadoras em 87 países investem em LTE São 197 dispositivos disponíveis em diversas freqüências 35 redes comerciais em 21 países. Módulos LTE FDD 63 trials em 21 países em andamento com lançamento 11 Tablets 700 MHz 106 47 30 planejandos para os próximos anos 10 800 MHz 42 Notebooks Compromissios para lançamento de 185 novas redes 27 1800 MHz 41 70 2 PC Cards comerciais em 66 países 2600 MHz 52 Países com redes comerciais Smartphones 800/1800/2600 MHz 36 Países com redes planejadas AWS 35 Routers Países com trial Fonte: GSA Outubro/2011 Fonte: GSA Novembro/2011O Trial de LTE Arquiteura Genérica do Trial Objetivo HLR/HSS IMS Programa para realização de testes sistêmicos, de conformidade e Sh performance para: S6a Rx Ro/Rf Internalização da tecnologia Sp Avaliação da tecnologia, arquitetura, serviços fim-a-fim OCS/ MME PCRF Antecipação e avaliação dos potenciais problemas na implementação futura OFCS S1-AP Sy Avaliação dos fornecedores Gx GyGz X2 S11 Fase 0 Fase 1 Fase 2 Internet S-GW P-GW S1-U S5 SGi Testes de  Testes de  Testes de conformidade funcionalidades Performance Testes sistêmicos especiais OutdoorParticipantes do Trial Araruama Cabo Frio Itaguaí Macaé Teresópolis (Huawei) (ALU) (NSN) (ZTE) (Ericsson) Ao todo são 9 empresas envolvidas com mais de 100 profissionais, para realização do planejamento, instalação, configuração e execução de mais de 50 testes nas redes de acesso, núcleo e IMS. Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  18. 18. LTE não é 4G!!!Mas não há caminho para o 4G sem o LTE! Gerência de Tecnologia e Integração de Serviços
  19. 19. Obrigado!

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