KR20170077881A - 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연판정 방식에 따라 복호를 수행함으로써 셀간 간섭을 억제 및 제거할 수 있는 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법에 관한 것이다.

Description

연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법{RECEIVER FOR CONTROLLING INTER-CELL INTERFERENCE USING SOFT DECISION AND METHOD FOR CONTROLLING INTERFERENCE INTER-CELL INTERFERENCE IN THE RECEIVER}

본 발명은 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연판정 방식에 따라 복호를 수행함으로써 셀간 간섭을 억제 및 제거할 수 있는 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법에 관한 것이다.

최근 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 표준단체를 비롯하여 다수의 주요 연구기관에서는 폭증하고 있는 모바일 트래픽을 수용하기 위하여, 다수의 소형셀들을 매크로 셀 내에 배치하는 방안에 관해 중점적으로 고려하고 있다. 하지만, 이러한 방안은 배치되는 소형셀 수에 따라 소형셀 설치 및 운용 비용이 비례적으로 증가하는 문제점이 있다. 특히, 유동인구의 증가로 인해 지역별로 최대 트래픽 량이 시간대별로 변화하는 환경에서는 설치 및 운용 비용 측면에서 고정형 소형셀 설치 방안은 비효율적이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 매크로 기지국과 Gbps급 무선 백홀로 연결 가능하며 사용자들에 의해 이동이 가능한 이동형 소형셀 기술 개발이 필요하다.

하지만, 무선 백홀 기술은 매크로 기지국의 무선 백홀 용량에 의해 네트워크 용량이 제한되기 때문에 Gbps급 무선 백홀 기술만으로는 네트워크 용량을 증대시키는데 한계가 있다. 이러한 이유로, 이동형 소형셀 간 사이드홀이 필요하며 사이드홀을 통해 이동형 소형셀은 주변 소형셀과 통신이 가능하다.

이러한 이동형 소형셀은 주변 소형셀로부터 셀 간 간섭의 영향을 받을 확률이 커지게 되었다. 특히 셀 경계 영역 단말기에 대한 간섭 문제를 해결하려는 연구는 셀 간 협력 처리 기술과 같이 기지국 송신기에서 간섭을 줄이는 전송 방법과 고성능 수신 알고리즘을 적용하여 수신기에서 간섭을 처리하는 방법으로 분류할 수 있다. 그런데 전자의 경우 간섭 처리를 위해 각 단말은 채널 정보를 피드백 해야 한다. 안테나 개수의 증가에 따른 피드백 오버헤드와 피드백 정보의 부정확함을 고려할 때, 피드백을 필요로 하는 송신기 간섭 처리 방법에는 제약이 따른다. 반면 수신기에서 간섭을 처리 하는 방법은 피드백을 필요로 하지 않으므로 최근 3GPP에서 주목을 받고 있다.

간섭 영향을 줄일 수 있는 고성능 수신 알고리즘은 크게 간섭 억제 수신기와 간섭 제거 수신기로 분류할 수 있으며, 이러한 NAICS(Network Assisted Interference Cancellation and Suppression) 연구는 고성능 수신기 알고리즘과 이와 관련된 네트워크 지원 방법으로 분류될 수 있다. 다중 셀 환경에서 간섭제거 및 용량 개선 관점에서 MMSE(Minimum Mean Square Error)에 기반한 수신기 알고리즘들이 활발하게 제시되고 있으며, 3GPP Release-12에서는 NAICS가 SI (Study Item)로 승인되어 네트워크 지원과 관련하여 성능 개선, 지원 정보 종류, 오버헤드 등이 논의되고 있는 중이다.

이에 따라 이웃셀로부터의 간섭을 보다 효과적으로 줄일 수 있는 수신기의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 특히, 사이드링크 시스템에서 수신되는 신호에 대해 SCI(Successive Interference Cancellation) 및 FSC(Full Suppression and Cancellation) 수신기에서 성능을 향상시기키 위한 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연판정 기반 수신기는 신호를 수신하는 신호 수신부; 및 상기 신호 수신부를 통해 수신된 수신 신호에서 송신 신호의 불편 추정값을 제거하고, 상기 불편 추정값이 제거된 수신 신호에서 연판정을 수행하여 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 신호 처리부;를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 신호 처리부는 상기 송신 신호의 불편 추정 값을 하기 <수학식 24>를 통해 산출될 수 있다.

[수학식 24]

여기서 i=0인 경우 서빙 셀의 신호이고,

는 i번째 셀의 가중치 행렬을 의미한다.

이때, 상기 신호 처리부는 상기 수신부가 MMSE 방식인 경우 상기 가중치 행렬은 하기 <수학식 25>를 통해 산출될 수 있다.

[수학식 25]

이때, 상기 신호 처리부는 상기 수신부가 IRC 방식인 경우 상기 가중치 행렬은 하기 <수학식 26>을 통해 산출될 수 있다.

[수학식 26]

이때, 상기 신호 처리부는 상기 수신 신호에서 송신 신호의 불편 추정값을 제거한 신호는 하기의 <수학식 27>을 통해 표현될 수 있다.

[수학식 27]

여기서, m은 사전 정보(prior information)로 심볼 s의 평균

로 표현된다.

이때, 상기 사전 정보는 소프트 정보를 통해 업데이트되며, 사전 LLR, 사후 LLR, 외부 LLR을 통해 산출되어 업데이트될 수 있다.

이때, 상기 사전 LLR은 하기 <수학식 28>로 정의될 수 있다.

[수학식 28]

이때, 상기 사후 LLR은 하기 <수학식 29>로 정의될 수 있다.

이때, 상기 외부 LLR은 하기 <수학식 30>로 정의될 수 있다.

[수학식 30]

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법은 안테나를 통해 신호를 수신하는 과정; 상기 수신 신호에서 송신 신호의 불편 추정값을 제거하는 과정; 및 상기 불편 추정값이 제거된 수신 신호를 이용하여 연판정을 수행하여 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 과정을 포함하여 이뤄질 수 있다.

추가로 본 발명은 상술한 바와 같은 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법을 실행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수 있다.

본 발명의 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법에 의하면, 사이드링크 시스템에서 셀간 간섭을 보다 효율적으로 억제 및 제거할 수 있다. 이러한 본 발명의 수신기를 이동통신 시스템에 적용할 경우, 기존 이동통신 시스템에서 사용된 수신기와 비교하여 더 높은 성능 이득을 가져올 수 있다. 이는 사용자들의 QoS(Quality of Servise)의 향상을 보여주는 SINR(Signal-to-Noise-plus-Interference Ratio) 성능 향상을 통하여 최종적으로 전송률(Throughput) 및 스펙트럼 효율(Spectral Efficiency)의 향상을 가져오는 이점이 있다.

또한, 본 발명에서와 같이 사이드링크에서 간섭을 억제 및 제거할 수 있는 수신기를 5G 시스템에 성공적으로 적용한다면 셀룰러 환경 하에서의 선점적인 기술이 될 수 있을 뿐 아니라, 이 기술을 통해 대용량 초고속 데이터 전송으로 스펙트럼 효율 개선, 서비스 지역 확대 및 네트워크 구축비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이 본 발명은 학문적 파급효과와 국가 연구개발에 대한 선행 기술의 확보를 가져다 줄 수 있는 이점이 있다.

도 1 및 2는 사이드링크 시스템 송수신단의 내부 구성을 도시하는 블록도이다. 일
도 3은 SIC 수신기에서의 수신 신호 처리 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 4는 FSC 수신기에서의 수신 신호 처리 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 수신기의 주요 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법의 성능을 예시한 도면이다.

본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하의 설명 및 도면에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다. 다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

아울러, 본 발명의 범위 내의 실시예들은 컴퓨터 실행가능 명령어 또는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 데이터 구조를 가지거나 전달하는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는, 범용 또는 특수 목적의 컴퓨터 시스템에 의해 액세스 가능한 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 예로서, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는 RAM, ROM, EPROM, CD-ROM 또는 기타 광 디스크 저장장치, 자기 디스크 저장장치 또는 기타 자기 저장장치, 또는 컴퓨터 실행가능 명령어, 컴퓨터 판독가능 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 된 소정의 프로그램 코드 수단을 저장하거나 전달하는 데에 이용될 수 있고, 범용 또는 특수 목적 컴퓨터 시스템에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 기타 매체와 같은 물리적 저장 매체를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

이하의 설명 및 특허 청구 범위에서, "네트워크"는 컴퓨터 시스템들 및/또는 모듈들 간의 전자 데이터를 전송할 수 있게 하는 하나 이상의 데이터 링크로서 정의된다. 정보가 네트워크 또는 다른 (유선, 무선, 또는 유선 또는 무선의 조합인) 통신 접속을 통하여 컴퓨터 시스템에 전송되거나 제공될 때, 이 접속은 컴퓨터-판독가능매체로서 이해될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 명령어는, 예를 들면, 범용 컴퓨터 시스템 또는 특수 목적 컴퓨터 시스템이 특정 기능 또는 기능의 그룹을 수행하도록 하는 명령어 및 데이터를 포함한다. 컴퓨터 실행가능 명령어는, 예를 들면, 어셈블리어, 또는 심지어는 소스코드와 같은 이진, 중간 포맷 명령어일 수 있다.

아울러, 본 발명은 퍼스널 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 핸드헬드 장치, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서-기반 또는 프로그램 가능한 가전제품(programmable consumer electronics), 네트워크 PC, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 모바일 전화, PDA, 페이저(pager) 등을 포함하는 다양한 유형의 컴퓨터 시스템 구성을 가지는 네트워크 컴퓨팅 환경에서 실시될 수 있다. 본 발명은 또한 네트워크를 통해 유선 데이터 링크, 무선 데이터 링크, 또는 유선 및 무선 데이터 링크의 조합으로 링크된 로컬 및 원격 컴퓨터 시스템 모두가 태스크를 수행하는 분산형 시스템 환경에서 실행될 수 있다. 분산형 시스템 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치에 위치될 수 있다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 이때, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 수신기에 대하여 설명하기에 앞서, 먼저 일반적인 실시 예에 따른 사이드링크 시스템에 대해 먼저 설명하도록 한다.

도 1 및 2는 사이드링크 시스템 송수신단의 내부 구성을 도시하는 블록도이다. 일반적인 실시 예에 따른 사이드링크 시스템의 송수신단의 구조는 3GPP LTE-Advanced를 기반으로 구성되는 예를 도시하도록 한다.

먼저, 도 1을 참조하여 사이드링크 시스템 송신단의 구조에 대하여 살펴보도록 한다.

도 1을 참조하면, 일반적인 실시예에 따른 사이드링크 시스템의 송신부(100)의 구성을 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 송신부(100)는 스크램블링부(10-1, 10-2), 변조부(11-1, 11-2), 레이어 매핑부(12), 시공간 블록 부호화기(13-1, 13-2), 프리코딩부(14), 기준 신호 발생기(15), 리소스 엘리먼트 맵핑부(16-1, 16-2), 신호 발생기(17-1, 17-2)를 포함하여 구성된다.

입력 신호는 스크램블링부(10-1, 10-2)를 통해 스크림블링된 후 변조부(11-1, 11-2)를 거쳐 변조된다. 이후, 변조된 입력 신호는 레이어 매핑부(12)를 통해 맵핑된 후 시공간 블록 부호화기(13-1, 13-2) 및 프리코딩부(14)를 거쳐 리소스 엘리먼트 맵핑부(16-1, 16-2)로 입력된다. 리소스 엘리먼트 맵핑부(16-1, 16-2)는 기준 신호 발생기(15)를 이용하여 입력된 신호에 대해 맵핑 동작을 수행한다. 이후, 신호 발생기(17-1)를 거친 후에 각 안테나로 전송된다.

이와 같이 구성되는 사이드링크 시스템의 송신단은 SC-FDMA 기술을 기반으로 송신 신호를 생성한다. 이러한, SC-FDMA 기술은 송신단 변조과정에서 IFFT 입력 전에 레이어(layer)별로 M-point FFT 처리과정을 수행하고, 수신단 복조과정에서 FFT 출력신호를 N-point IFFT 처리한다.

또한, 사이드홀의 자원 할당 최소 단위는 리소스 블록(RB: Resource Block)이며, 리소스 블록은 주파수 상으로 12개의 부반송파(180kHz), 시간상으로 한 슬롯(slot)에 해당한다. 한 SC-FDMA 심볼 내 한 개의 부반송파는 리소스 앨리먼트(RE: Resource Element)라고 한다. 이때, 한 슬롯(slot)은 7개의 SC-FDMA 심볼로 이루어지며, 하나의 슬롯은 0.5ms의 시간 길이를 가지며 두 개의 슬롯(slot)이 1ms 길이의 서브프레임을 구성한다. 그리고 10개의 서브 프레임이 모여 10ms 라디오(radio) 프레임을 구성한다.

사이드홀 데이터 전송 시 PSSCH(Physical Sidehaul Shared CHannel)을 사용하고, PSSCH 데이터 검출에 사용되는 채널 추정값을 획득하기 위한 기준 신호(reference signal)로 DMRS(Demodulation Reference Signal)가 사용된다.

이와 같이 구성되는 사이드링크 시스템의 송신단에서 사이드홀 물리 채널(physical channel)의 기저대역 신호(baseband signal)는 하기와 같은 단계로 구성된다.

1. 물리적 채널(Physical channel)에서 전송되는 각각의 코드 워드는 채널 코딩을 통과한 후, 비트 단위로 스크램블링(scrambling)한다.

2. 복소수 지수(Complex-valued) 심볼을 생성하기 위해 스크램블된 비트들(scrambled bits)를 변조(modulation)한다.

3. 적어도 하나의 송신 레이어(layer)에 복소수 지수 변조(complex-valued modulation) 심볼을 매핑한다.

4. 복소수 지수(complex-valued) 심볼에 대해 선행 부호화 변환(transform precoding)을 수행한다.

5. 안테나 포트를 통하여 전송하기 위해 각 레이어(layer)의 심볼을 선행 부호화(precoding)한다.

6. 심볼을 각 안테나 포트의 리소스 요소에 매핑한다.

7. 각 안테나 포트에 복소수 지수(complex-valued) 시간 도메인 SC-FDMA 신호를 생성한다.

그러면, 이제 도 2를 참조하여 사이드링크 시스템의 수신단의 구조에 대하여 살펴보도록 한다.

도 2는 일반적인 실시예에 따른 사이드링크 시스템의 수신단 구조를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 수신부(200)는 복조기(22-1, 22-2), 채널 추정부(20), 수신기(21), 리소스 엘리먼트 디맵핑부(23-1, 23-2), 디프리코딩부(24), 시공간 블록 복호화기(25-1, 25-2), 디레이어 매핑부(26), 변조부(27-1, 27-2), 디스크램블링부(28-1, 28-2)를 포함하여 구성된다.

수신단에서는 SC-FDMA 복조 후 수신 신호는 채널에 의하여 크기와 위상이 왜곡되어 있으므로 참조 신호(reference signal)를 사용하여 채널 추정 후 등화기를 거쳐 채널 보상이 이루어진다.

이러한 SC-FDMA 기술은 송신단 변조과정에서 IFFT 입력 전에 레이어(layer) 별로 M-point FFT 처리과정을 수행하고, 수신단 복조과정에서 FFT 출력신호를 N-point IFFT 처리함으로써 송신단에서 발생할 수 있는 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 최소화한다.

이렇게 함으로써 단말의 전력소모를 줄이기 때문에 사이드홀 무선 접속 기술로 SC-FDMA를 사용한다. 여기서 N-point FFT의 부반송파 간격은 15kHz이다.

이러한 일반적인 실시 예에 따른 사이드링크 시스템에 있어서, 수신단에서 수신한 수신 신호를 처리하기 위한 수신기는 SIC, FSC 및 ML(Maximum Likelihood)이 들 수 있다.

이하에서는 일반적인 수신기인 SIC, FSC 및 ML에 대해 먼저 기술하도록 한다.

이때, 사이드링크 시스템의 RE에서 수신 신호는 하기의 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다.

여기서

와

는 각각 단말(UE; User Equipment)가 서빙셀에서 전달하는 신호와 해당 전파 채널을 의미한다.

와

는 각각 q번째 간섭 신호와 해당 전파 채널이고, N은 잡음을 의미한다.

이하에서는 각각의 일반적인 수신기에서의 잡음 제거 방법에 대해 설명하도록 한다.

먼저, SIC 수신기에서의 잡음 제거 방법을 설명하도록 한다.

SIC(Successive Interference Cancellation) 수신기는 간섭 신호에 대한 변조 차수 및 간섭을 일으키는 채널 행렬에 대한 정보가 요구된다. 이러한 SIC 수신기는 하기 <수학식 2>과 같이 나타낼 수 있다.

이때,

는 간섭 신호

에 대한 양자화된 추정값이다.

이러한 SIC 수신기에 대한 수신 신호 처리 흐름은 도 3과 같이 나타낼 수 있다.

도 3은 SIC 수신기에서의 수신 신호 처리 흐름을 도시한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, SIC 수신기는 먼저, 수신된 신호에 대하여 오더링 및 널링(Ordering 및 Nulling)이 이루어진다(S400, S402).

이후, 경판정 기반의 심볼 레벨 SIC 적용하여 슬라이싱(Slicing)이 이루어진다(S404).

이를 통해 SIC 수신기는 간섭 신호에 대한 추정값을 얻음으로써, 수신 신호와의 상쇄(Canceling) 과정을 통해 원하는 신호를 계산하는 작업이 이루어진다(S406).

이상적인 채널 추정에서 간섭 신호

의 양자화 추정은 하기의 <수학식 3>와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 q번째 셀의 간섭 신호 전력을 나타내고,

과

은 자기신호와 잡음의 전력을 말한다. 그리고

은 q번째 셀의 전송 스트림의 개수를 의미하고,

는 q번째 셀과 단말(UE) 사이의 이상적인 채널 행렬을 나타낸다.

이상적인 채널 추정 기법이 적용된 경우, SIC의 가중치 행렬은 하기의 <수학식 4>과 같다.

여기서,

와 각 서빙셀(q=0)의 심볼당 전송 신호 전력을 나타내고,

은 잡음을 의미한다.

그리고, 복원된 신호는 하기의 <수학식 5>와 같다.

SIC의 이상적인 출력 SINR 값은 하기의 <수학식 6>을 통해 계산된다.

이때, 셀 내 간섭 공분산과 셀 간 간섭 공분산은 하기의 <수학식 7>과 같다.

여기서, e는

이고,

는 검출 신호의 에러 확률을 의미하는 것으로, 하기의 <수학식 8>과 같다.

반면, FSC(Full Suppression and Cancellation)는 IRC와 SIC 수신기를 결합한 수신기로, FSC에서의 동작에 대해 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.

도 4는 FSC 수신기에서의 수신 신호 처리 흐름을 도시한 흐름도이다.

도 4를 참조하면, FSC 수신기는 수신된 신호의 SIR(Signal to Interference Ratio)를 계산한다(S500, S502). 이후, 계산된 SIR 값이 0보다 큰 값인지 여부를 검사한다(S504). S504 단계 검사 결과, 수신된 신호의 SIR 값이 ‘0’ 이하이면, 즉 간섭 신호의 크기가 클 경우 IRC를 통해 간섭 신호를 검출한다(S512).

이때, IRC를 통해 간섭 신호를 검출하는 과정은 하기 <수학식 9>와 같이 나타낼 수 있다.

여기서

는 자기신호 및 잡음의 공분산 행렬을 의미한다. 이때의

는 하기의 <수학식 10>과 같이 계산되고,

는 q번째 셀의 DMRS(Demodulatin Reference Signal) 시퀀스를 의미한다.

최종적으로 FSC 수신기는 SIC를 통해 자기 신호를 검출하며 하기의 <수학식 11>과 같이 표현된다.

여기서,

은 잡음의 공분산 행렬이다.

반면, S504 단계 검사결과 만약, 수신된 신호의 SIR 값이 0보다 클 경우, 다시 말해 자기 신호의 크기가 클 경우, FSC 수신기는 다음의 두 단계를 걸쳐 자기 신호를 검출하게 된다.

먼저, FSC 수신기는 IRC를 통해 하기의 <수학식 12>에 따라 자기 신호를 검출한다(S506).

여기서,

은 잔섭 신호 및 잡음의 공분산 행렬을 의미한다. 그 후, FSC 수신기는 SIC를 통해 간섭 신호를 검출하며(S508), 이때 간섭 신호 검출은 하기의 <수학식 13>과 같이 나타낼 수 있다.

검출된 간섭 신호를 수신 신호에서 제거하기 위하여 FSC 수신기는 최종적으로 SIC를 통해 자기 신호를 검출한다(S510). 이때 검출 식은 상기 <수학식 11>과 같이 나타낼 수 있다.

이러한 FSC 수신기에 있어서, 이상적인 채널 추정 기법이 적용된 경우, FSC 수신기의 weight matrix는 하기의 <수학식 14>와 같다.

FSC 수신기의 이상적인 출력 SINR 값은 하기의 <수학식 15>을 통해 계산된다.

이때, 셀 내 간섭 공분산과 셀 간 간섭 공분산은 하기의 <수학식 16>을 통해 계산된다.

마지막으로, ML 수신기는 ML 기법을 사용하는 수신기로, ML 기법은 가장 이상적인 성능을 보이나 복잡도가 가장 높은 단점을 갖고 있다.

이러한 ML 수신기는 하기의 <수학식 17>과 같이 나타낼 수 있다.

이때,

는 원하는 신호와 간섭 신호에 사용되는 변조 방식의 콘스텔레이션 포인트 셋(constellation points set)을 나타낸다.

ML의 출력 SINR 값은 PIC(Perfect Interference Cancellation)의 SINR과 MMSE의 SINR 계산을 통해 계산된다. 여기서, PIC의 출력 SINR은 하기의 <수학식 18>와 같다.

그리고, MMSE의 출력 SINR은 하기의 <수학식 19>와 같다.

이를 이용한 ML의 이상적인 출력 SINR 값은 하기의 <수학식 20>을 통해 계산된다.

여기서,

와

는 하기의 <수학식 21>을 통해 계산된다.

이때, MIMO 개구간 용량은 하기의 <수학식 22>를 통해 계산할 수 있다.

그리고, MMSE, PIC 및 ML의 용량은 하기의 <수학식 23>을 통해 계산할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 수신기의 성능을 보다 효과적으로 비교하기 위하여 일반적인 수신기에 대해 먼저 설명하였다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 수신기는 도 2를 통해 설명한 일반적인 수신단에서 디프리코딩부(24), 레이어 맵핑부(26) 및 디스크램블링부(28-1, 28-2)를 생략하고 SIC 및 FSC의 기능을 결합한다.

즉, 본 발명의 연판정 기반 수신기(250)는 SIC의 weight matrix는 MMSE를 이용하여 계산하고, FSC의 weight matrix는 IRC를 이용함으로써, 서빙 및 간섭 신호 검출 시 연판정 기반으로 동작할 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 연판정 기반 수신기(250)는 기능 상의 관점에서 도 5에 도시된 바와 같이 수신기(251, Receiver), 복조부(252, Modulation Demapper), 디인터리버(253, Deinterleaver), 인터리버(254, Interleaver), 채널 디코더(255, Channel Decoder)를 포함하여 구성될 수 있으며, 송신단에서의 수행된 과정에 대한 역과정을 진행한 후 채널 디코딩에서의 출력 값을 이용하여 연판정을 수행하게 된다.

이러한, 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 수신기는 도 6의 흐름에 따라 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하게 된다.

이에 대해 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법의 성능을 예시한 도면이다.

먼저, 본 발명의 연판정 기반 수신기는 신호를 수신한다(S610). 그리고 본 발명의 연판정 기반 수신기는 수신 신호에서 송신 신호(간섭 신호)의 불편 추정값(unbiased estimate)을 제거한다(S630). 여기서, 불편 추정값은 MMSE 및 IRC 적용한 후 추정된 송신 신호를 의미한다. 그리고 본 발명의 연판정 기반 수신기는 연판정 과정을 수행하게 된다(S650). 다시 말해, 상기 송신 신호의 불편 추정값은 추정된 간섭을 의미하며, 본 발명은 여기에 더하여 연판정 과정을 수행함으로써, 추정된 간섭을 보다 더 정확하게 추정하여 제거할 수 있게 된다.

이러한 과정에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

수신 신호

는 MMSE 또는 IRC 수신기를 통해 i번째 셀에서 송신 신호

의 불편 추정 값을 하기의 <수학식 24>를 통해 계산한다.

여기서 i=0인 경우 서빙 셀의 신호이고,

는 i번째 셀의 가중치 행렬이며, MMSE와 IRC 수신기의 가중치 행렬은 하기의 <수학식 25> 및 <수학식 26>과 같다.

여기서,

은 간섭 및 잡음의 파워,

은 간섭 및 잡음의 공분산 행렬이다. 신호 추정 후 수신 신호

에서

를 제거하면 하기의 <수학식 27>과 같이 표현된다.

여기서, m은 사전 정보(prior information)로 심볼 s의 평균

로 표현된다. 시작 단계에서는 사전 정보가 존재하지 않기 때문에 m=0이다. 사전 정보는 MMSE 또는 IRC 등화기를 거친 후 추정 신호의 소프트 정보를 통해 업데이트할 수 있다. 즉, 채널 디코딩으로부터 나온 출력 값을 소프트 정보라고 하며, 소프트 정보가 다시 수신단으로 피드백되어 사전 정보를 업데이트하게 된다.

아울러, 소프트 정보는 LLR(Log-Likelihood Ration)로 표현되며, 사전 LLR, 사후 LLR, 외부 LLR은 각각 하기의 <수학식 28>, <수학식 29>, <수학식 30>과 같으며 사전 LLR, 사후 LLR, 외부 LLR 모두 이용하여 연판정 과정을 수행하게 된다.

여기서, j, j' = 1, 2이고,

이다. 사전 LLR은 MMSE 또는 IRC 수신기 전에서, 사후 LLR은 수신기 후 계산된다. 외부 LLR은 변조 방식에 따라 달라진다. 또한,

는 PDF(Probability Density Function)이며, 하기 <수학식 31>과 같이 가우시안 근사를 이용한다.

여기서, 평균은

이고, 분산은

이며, 하기의 <수학식 32>와 같이 계산된다.

이를 이용하여 상기 <수학식 30>을 간략히 표현하면 하기의 <수학식 33>과 같다.

여기서

는 변조 방식에 따라 달라지면 QPSK의 경우

, 16QAM의 경우

, 64QAM의 경우

상수 값을 갖는다.

마지막으로, 외부 LLR

는 채널 디코더로 입력된 후 새로운 외부 LLR

를 생성한다.

이와 같이 본 발은 연판정 과정을 수행함으로써 기존 경판정에서는 신호의 경우의 수가 -1 또는 1 값만을 가지는 반면, 연판정은 -1 또는 1일 확률을 포함하여 사이 값을 가질 수 있으므로 보다 정확한 LLR 계산이 가능하며, 이러한 연판정 과정을 통해 보다 정확한 간섭을 제거할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 따른 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법에 대해 설명하였다.

이하, 서빙 셀 이외의 인접 셀이 존재하는 간섭 시나리오에서 상기와 같은 과정을 수행하는 수신기의 성능을 분석한 결과에 대하여 살펴보도록 한다.

본 발명의 수신기의 성능을 분석하기 위해 모의실험을 수행하였으며, 모의실험은 LTE-A 표준에 따라 사이드링크에서 시스템 레벨 모의실험이 이루어졌다. 사이드링크 시스템 레벨 시뮬레이션에서 사용된 파라미터는 <표 1>과 같다.

성능 분석 시 할당된 RB(Resource Block), 모듈레이션, 코드율 및 TB(Transport Block) 사이즈를 기반으로 전송률 및 스펙트럼 효율을 계산한다.

하기의 <표 2>는 본 발명의 수신기에 따른 성능을 비교한 것이다.

Advanced Receiver	SIC-HD	FSC-HD	SIC-SD	FSC-SD	ML
Average Cell Throughput (Mbps)	50.600	54.416	57.953	61.720	70.056
Average Cell Spectral Efficiency (bps/Hz)	3.105	3.340	3.558	3.790	4.299
Average UE Throughput (Mbps/User)	2.024	2.2177	2.318	2.469	2.802
Average UE Spectral Efficiency (bps/Hz/User)	0.124	0.134	0.142	0.152	0.172

본 발명의 수신기(SIC-SD, FSC-SD)의 성능이 일반적인 수신기에 비해 우수한 것을 확인할 수 있다.

아울러, 그림 7은 본 발명의 수신기에 따른 평균 UE SINR을 도시한 것으로, 일반적인 수신기에 비해 성능이 향상된 것을 볼 수 있다. SINR 계산 과정에서 파라미터

값으로 SINR이 높을수록 평균 UE SINR 성능 향상이 커지게 된다.

그림 8은 본 발명의 수신기에 따른 평균 UE 전송률을 도시한 것으로, 일반적인 수신기에 비해 그 성능이 향상된 것을 확인할 수 있다. 이때, SINR 계산 과정에서 파라미터

값으로 SINR이 향상되어 SINR이 증가할 수록 평균 UE 전송률 성능 향상이 커지게 된다.

그림 9은 본 발명의 수신기에 따른 평균 UE 스펙트럼 효율을 도시한 것으로, 일반적인 수신기에 비해 그 성능이 향상된 것을 확인할 수 있다. 이때, SINR 계산 과정에서 파라미터

값으로 SINR이 향상되어 SINR이 증가할 수록 평균 UE 스펙트럼 효율 성능 향상이 커지게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 따른 연판정 기반 수신기 및 그 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법에 설명하였다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법은 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터로 판독 가능한 매체의 형태로 제공될 수도 있다.

이때, 기록매체에 기록된 프로그램은 컴퓨터에서 읽히어 설치되고 실행됨으로써 전술한 기능들을 실행할 수 있다.

여기서, 컴퓨터가 기록매체에 기록된 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 기능들을 실행시키기 위하여, 전술한 프로그램은 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 컴퓨터의 장치 인터페이스(Interface)를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다.

이러한 코드는 전술한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Function Code)를 포함할 수 있고, 전술한 기능들을 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수도 있다. 또한, 이러한 코드는 전술한 기능들을 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조 되어야 하는지에 대한 메모리 참조 관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터의 프로세서가 전술한 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 컴퓨터의 프로세서가 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야만 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수도 있다.

이러한, 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터로 판독 가능한 매체는, 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)과 같은 반도체 메모리를 포함한다. 프로세서와 메모리는 특수 목적의 논리 회로에 의해 보충되거나, 그것에 통합될 수 있다.

또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램과 이와 관련된 코드 및 코드 세그먼트 등은, 기록매체를 읽어서 프로그램을 실행시키는 컴퓨터의 시스템 환경 등을 고려하여, 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론되거나 변경될 수도 있다.

이러한 본 발명의 실시예들에 따른 각 단계는, 컴퓨터로 실행 가능한 명령어로 구현되어 컴퓨팅 시스템에 의해 실행될 수 있다. 여기서, "컴퓨팅 시스템"은 전자 데이터 상의 동작의 수행과 함께 동작하는 하나 이상의 소프트웨어 모듈, 하나 이상의 하드웨어 모듈, 또는 그 조합으로서 정의된다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템의 정의는 퍼스널 컴퓨터의 오퍼레이팅 시스템과 같은 소프트웨어 모듈 및 퍼스널 컴퓨터의 하드웨어 컴포넌트를 포함한다. 모듈의 물리적인 레이아웃(layout)은 중요하지 않다. 컴퓨터 시스템은 네트워크를 통하여 연결된 하나 이상의 컴퓨터를 포함할 수 있다.

마찬가지로, 컴퓨팅 시스템은 메모리 및 프로세서와 같은 내부 모듈이 전자 데이터 상의 동작의 수행과 함께 동작하는 하나의 물리적 장치로 구현될 수 있다.

또한, 이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.

본 명세서에서 설명한 주제의 특정한 실시형태를 설명하였다. 기타의 실시형태들은 이하의 청구항의 범위 내에 속한다. 예컨대, 청구항에서 인용된 동작들은 상이한 순서로 수행되면서도 여전히 바람직한 결과를 성취할 수 있다. 일 예로서, 첨부도면에 도시한 프로세스는 바람직한 결과를 얻기 위하여 반드시 그 특정한 도시된 순서나 순차적인 순서를 요구하지 않는다. 특정한 구현예에서, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.

본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

100: 송신부 200: 수신부
10-1, 10-2:스크램블링부 11-1, 11-2: 변조부
12: 레이어 매핑부 13-1, 13-2:시공간 블록 부호화기
14: 프리시딩부 15: 기준 신호 발생기
16-1, 16-2: 리소스 엘리먼트 맵핑부 17-1: 신호 발생기
22-1, 22-2: 복조기 20:채널 추정부
21: 수신기 23-1, 23-2: 리소스 엘리먼트 리맵핑부
24: 디프리코딩부 25-1, 25-2:시공간 블록 복호화기
26: 디레이어 매핑부 27-1, 27-2: 변조부
28-1, 28-2: 디스크램블링부
251: 수신기 252: 복조부
253: 디인터리버 254: 인터리버
255: 채널 디코더

Claims (11)

1. 신호를 수신하는 신호 수신부; 및
   상기 신호 수신부를 통해 수신된 수신 신호에서 송신 신호의 불편 추정값을 제거하고, 상기 불편 추정값이 제거된 수신 신호에서 연판정을 수행하여 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 신호 처리부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 연판정 기반 수신기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 신호 처리부는
   상기 송신 신호의 불편 추정 값을 하기 <수학식 24>를 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 연판정 기반 수신기.
   [수학식 24]
   

   

   
   여기서 i=0인 경우 서빙 셀의 신호이고,

   

   는 i번째 셀의 가중치 행렬을 의미한다.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 신호 처리부는
   상기 수신부가 MMSE 방식인 경우 상기 가중치 행렬은 하기 <수학식 25>를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 연판정 기반 수신기.
   [수학식 25]
   

   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 신호 처리부는
   상기 수신부가 IRC 방식인 경우 상기 가중치 행렬은 하기 <수학식 26>을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 연판정 기반 수신기.
   [수학식 26]
   

   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 신호 처리부는
   상기 수신 신호에서 송신 신호의 불편 추정값을 제거한 신호는 하기의 <수학식 27>을 통해 표현되는 것을 특징으로 하는 연판정 기반 수신기.
   [수학식 27]
   

   

   
   여기서, m은 사전 정보(prior information)로 심볼 s의 평균

   

   로 표현된다.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 사전 정보는 소프트 정보를 통해 업데이트되며, 사전 LLR, 사후 LLR, 외부 LLR을 통해 산출되어 업데이트되는 것을 특징으로 하는 연판정 기반 수신기.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 사전 LLR은 하기 <수학식 28>로 정의되는 것을 특징으로 하는 연판정 기반 수신기.
   [수학식 28]
   

   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 사후 LLR은 하기 <수학식 29>로 정의되는 것을 특징으로 하는 연판정 기반 수신기.
   [수학식 29]
   

   
9. 제 6항에 있어서,
   상기 외부 LLR은 하기 <수학식 30>로 정의되는 것을 특징으로 하는 연판정 기반 수신기.
   [수학식 30]
   

   
10. 안테나를 통해 신호를 수신하는 과정;
    상기 수신 신호에서 송신 신호의 불편 추정값을 제거하는 과정; 및
    상기 불편 추정값이 제거된 수신 신호를 이용하여 연판정을 수행하여 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법.
11. 제9항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 기재된 수신기에서의 연판정 기반 셀간 간섭을 억제 및 제거하는 방법을 실행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
    
    
    
    

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