基于FPGA的FSK信號發(fā)生器的設(shè)計

PAGEPAGEIII摘要本文主介紹了基于FPGA的FSK信號發(fā)生器的設(shè)計方法,即EDA技術(shù)開發(fā)平臺QuartusII上設(shè)計了一種FSK信號信號發(fā)生器,利用m序列的隨機性和確定性來產(chǎn)生輸入基帶信號,用分頻器把時鐘信號分頻成兩個不同頻率的信號，并在QuartusII環(huán)境下進行了仿真實驗，得到了對應(yīng)的仿真波形。本設(shè)計采用的是Lattice公司的FPGA芯片，它有效地縮小了系統(tǒng)的體積，降低了成本，且電路簡潔，增加了系統(tǒng)的可靠性。由于所用的器件在信號處理過程中有一定的延遲，所以不可避免的出現(xiàn)信號失真。這在實際應(yīng)用中也是不可避免的。采用更好的調(diào)制解調(diào)方法和改進器件的信號處理速度可以使信號延遲得到改善?！娟P(guān)鍵詞】頻移鍵控可編程邏輯陣列信號發(fā)生器超高速集成電路硬件描述語言

AbstractThemethodofintegratedcircuitsoffixedfunctionwithlineshadbeenadopted,buttherearemanyintegratedunits,cmplicatedlines,largevolumeinthissystem,whichmakeserrorseasily.Toresolvetheproblem,IdesignandachieveanewFSKmodembasedonEDAtechnologydevelopmentplatformsofQuartusII,andusepseu-do-randomsequencetogeneratetheimportationofbase-bandsignal,withcrossoverfrequencyoftheclocksignalintotwodifferentfrequencysignals.ProvideddetailsontheFPGA-basedFSKsignalgeneratordesignandsimulationresultswithVHDLsourcecodeprovidedintheQuartusIIenvironment.Becausethosedevicesusedinthesystemalwaysdelayduringthesignalprocessingprocess,itisinevitablethatthesignalwouldbedistortion.Itisalsoinevitableinthepracticalapplication.Inordertoimprovethesystem,usingbettermodulationmethodsandimprovingthesignalprocessingspeedofthedevicesarehelpful.【Keywords】FSKFPGASignalgeneratorVHDL目錄20954第一章緒論 128509第一節(jié)課題的研究背景及意義 120281第二節(jié)FSK應(yīng)用現(xiàn)狀 231848一、藍牙(Bluetooth)通信設(shè)備 227847二、醫(yī)學(xué)植入微電子器件 322873三、低速信號發(fā)生器 310819五、便攜式消費電子 417558第三節(jié)本文主要工作 47064第二章FSK調(diào)制解調(diào)的基本原理 532016第一節(jié)FSK調(diào)制概述 523517一、FSK簡介 520932二、FSK信號的時域表達 59559第二節(jié)FSK調(diào)制基本原理 61590一、直接調(diào)頻法 77809二、頻率鍵控法 731701第三節(jié)FSK的調(diào)制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 811371第三章開發(fā)工具概述 920328第一節(jié)性能結(jié)構(gòu) 923784第二節(jié)基于EDA工具的FPGA設(shè)計流程 1221234一、EDA技術(shù) 1220329二、基于EDA的FPGA開發(fā)流程 1320402第三節(jié)QuartusII簡述 1431098第四章基于VHDL的FSK調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計方案 176443第一節(jié)FSK調(diào)制總體思路 1719501第二節(jié)分頻器原理 17340第三節(jié)M系列產(chǎn)生基帶信號原理 1910760第五章基于FPGA的FSK調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn) 2032609第一節(jié)FSK調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計步驟 2022826一、建立工作庫目錄文件夾 209670二、新建一個VHDLFile文件 2115293三、建立工程項目 2210595四、程序編譯 2310494五、新建原理圖文件 242809第二節(jié)基于VHDL語言FSK信號發(fā)生器仿真 2521330一、建立仿真測試波形文件 2515703二、添加仿真信號輸入輸出端口 2619529三、設(shè)置仿真時間區(qū)域 2813792四、設(shè)計信號波形 2832130五、FSK調(diào)制VHDL程序仿真 29604六、FSK調(diào)制電路圖 3026048結(jié)論 325679致謝 339150參考文獻 3421101附錄 3525725一、程序清單 35PAGE11緒論第一節(jié)課題的研究背景及意義隨著時代的發(fā)展，用戶不再滿足于聽到聲音，而且還要看到圖像；通信終端也不局限于單一的電話機，而且還有傳真機和計算機等數(shù)據(jù)終端?，F(xiàn)有的傳輸媒介電纜、微波中繼和衛(wèi)星通信等將更多地采用數(shù)字傳輸。而這些系統(tǒng)都使用到了數(shù)字調(diào)制技術(shù)。而且從電子時代初期開始，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，本地通訊與全球通訊的之間壁壘被打破，從而導(dǎo)致我們世界變得越來越小，人們分享知識和信息也更加容易。貝爾和馬可尼可謂通訊事業(yè)的鼻祖，他們所完成的開拓性工作不僅為現(xiàn)代信息時代奠定了基礎(chǔ)，而且為未來電訊發(fā)展鋪平了道路。而且，通信事業(yè)正蓬勃發(fā)展，有廣闊的情景?？梢?，通信已與我們的生活密不可分。通信傳輸?shù)姆绞接卸喾N多樣。傳統(tǒng)的本地通訊借助于電線傳輸，因為這既省錢又可保證信息可靠傳送。而長途通訊則需要通過無線電波傳送信息。無線電通信在現(xiàn)代通信中占有及其重要的地位，被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、氣象、運輸、民用等領(lǐng)域。例如,藍牙技術(shù),它可在世界上的任何地方實現(xiàn)短距離的無線語音和數(shù)據(jù)通信[2]。無線電以電磁波的形式在空間中傳播的，為了延長傳輸距離，減少噪聲干擾，提高信道利用率以及保護信號接受質(zhì)量，發(fā)射信號采用不同的調(diào)制體制并在不同的信道上傳送。這就不僅在系統(tǒng)硬件設(shè)備方面有所浪費，而且從傳送信息的準確性考慮，由于氣象條件、高大建筑物以及其他各種各樣的電磁干擾，往往所采取的措施并不能保證了信息傳送的確定性。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,目前使用的最為廣泛的是電通信方式,即電信號攜帶所需要傳遞的消息,然后經(jīng)過電信道進行,達到通信的目的。之所以使用電通信方式是因為這種方式能使消息幾乎在任意的通信距離上實現(xiàn)迅速而有準確的傳遞。因此，如今所說的“通信”這一術(shù)本文主要工作1.了解了FSK信號的基本概念后，利用QuartusII軟件中的VHDL語言對FSK頻移鍵控系統(tǒng)就行調(diào)制、解調(diào)的程序設(shè)計。2.程序設(shè)計運行成功后，在利用VHDL語言對FSK頻移鍵控系統(tǒng)進行調(diào)制、解調(diào)的波形仿真。3.最后通過VHDL語言制作出FSK頻移鍵控系統(tǒng)調(diào)制、解調(diào)的電路圖。

FSK調(diào)制解調(diào)的基本原理第一節(jié)FSK調(diào)制概述一、FSK簡介信息的傳輸是通信領(lǐng)域不可缺少的研究內(nèi)容，由于頻率資源的有限性,限制了我們無法用開路信道傳輸信息；其次，通信的最終目的是遠距離傳遞信息。由于傳輸失真、傳輸損耗以及無法保證帶內(nèi)特性的原因,基帶信號是無法在無線信道或光纖信道上進行長距離傳輸?shù)摹榱嗽谛诺乐羞M行長途傳輸,必須對數(shù)字信號進行載波調(diào)制，將信號頻譜搬移到高頻處就是所謂的調(diào)制。數(shù)字頻移鍵控（FSK）是一種對正弦波載波進行數(shù)字非線性調(diào)制解調(diào)技術(shù)。它是繼ASK之后出現(xiàn)較早的一種調(diào)制解調(diào)技術(shù)方式，由于它抗噪聲、抗衰落性能較好，設(shè)備不算復(fù)雜，實現(xiàn)容易，所以在很多場合獲得應(yīng)用。二進制頻移鍵控是用兩個不同頻率的載波來代表數(shù)字信號的兩種電平。接受端受到不同的載波信號再進行逆變換成為數(shù)字信號，完成信息傳輸過程。由于數(shù)字信號只有“0”和“1”兩種狀態(tài),所以數(shù)字調(diào)制完全可以理解為像報務(wù)員用開關(guān)電鍵控制載波的過程。二、FSK信號的時域表達2FSK信號的典型事件波形如下圖所示：111 110002FSK信號圖2.1圖2F圖SK時域時間波形圖2.12FSK信號的典型事件波形第二節(jié)FSK調(diào)制基本原理通常2FSK信號可以由兩種電路實現(xiàn)。直接調(diào)頻法和頻率鍵控法，下面具體介紹兩種方法的基本原理。一、直接調(diào)頻法用二進制基帶矩形脈沖信號去調(diào)制一個調(diào)頻器，使其輸出兩個不同頻率的碼元。一般采用的控制方法是：當基帶信號為正時（相當于“1”碼），改變振蕩器諧振回路的參數(shù)（電容或者電感數(shù)值），使振蕩器的振蕩頻率提高（設(shè)為f1）；當基帶信號為負時（相當于“0”碼），改變振蕩器諧振回路的參數(shù)（電容或者電感數(shù)值），使振蕩器的振蕩頻率降低（設(shè)為f2）；從而實現(xiàn)了調(diào)頻。這種方法產(chǎn)生的調(diào)頻信號是相位連續(xù)的，雖然實現(xiàn)方法簡單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時頻率轉(zhuǎn)換速度不能做得太快，但是其優(yōu)點是由調(diào)頻器所產(chǎn)生的FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，直接調(diào)頻法的示意圖如圖2.2所示。圖2.2直接調(diào)頻法原理框圖頻率鍵控法頻率鍵控法也稱頻率選擇法。它有兩個獨立的振蕩器，數(shù)字基帶信號控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，選擇不同頻率的高頻振蕩信號實現(xiàn)FSK調(diào)制，頻率鍵控法的示意圖如圖2.3所示。五、FSK調(diào)制VHDL程序仿真所有設(shè)置完成后，即可啟動仿真器Processing︱StartSimulation直到出現(xiàn)Simulationwassuccessful，仿真結(jié)束。編譯結(jié)果如圖5.16所示，仿真波形輸出文件fskcodecSimulationReport將自動彈出如圖5.17所示。圖5.16編譯結(jié)果圖5.17FSK調(diào)制VHDL程序仿真波形圖FSK調(diào)制電路圖QuartusII可實現(xiàn)硬件描述語言或網(wǎng)表文件（VHDL、Verilog、BDF、TDF、EDIF、VQM）對應(yīng)的RTL電路圖的生成。其方法為：選擇Tools︱RTLViewer，可以打開FSK工程個層次的RTL電路圖，雙擊圖形中有關(guān)模塊，或選擇左側(cè)各項，可了解個層次的電路結(jié)構(gòu)，如圖5.18所示。圖5.18FSK調(diào)制電路圖結(jié)論本次設(shè)計，由于數(shù)字調(diào)制技術(shù)與FPGA的結(jié)合，使得通信系統(tǒng)的性能得到了迅速的提高。通過FSK系統(tǒng)調(diào)制系統(tǒng)建模，以QuartusII8.0軟件為平臺，基于VHDL語言，達到了預(yù)期的仿真結(jié)果。通過本次設(shè)計，了解了頻移鍵控數(shù)字通信系統(tǒng)的用途及工作原理，熟悉了FSK基于VHDL語言的設(shè)計步驟，提高了繪圖能力，鍛煉了設(shè)計實踐和語言組織能力，培養(yǎng)了自己獨立設(shè)計能力。但由于個人的能力有限，設(shè)計還存在不足。本次畢業(yè)設(shè)計是對專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。

致謝畢業(yè)設(shè)計完成了，在這個過程中我學(xué)到了很多東西。首先我要感謝我的導(dǎo)師周圍老師，他在我完成論文的過程中，給予了我很大的幫助。在論文開始的初期，我對于論文的結(jié)構(gòu)以及文獻選取等方面都有很多問題，經(jīng)過老師的耐心指導(dǎo)，我找到了查找資料的方法，遇到問題和請教老師，經(jīng)過幾個月的奮斗，順利完成了設(shè)計，在此對周圍老師

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附錄一、程序清單

中國企業(yè)物流運作現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略探討摘要：自從2001年中國加入WTO之后，市場競爭就更加激烈。每個企業(yè)為了提高自身的競爭力，努力提高物流水平，降低物流成本。本文將中國物流現(xiàn)狀與發(fā)達的國家和地區(qū)的企業(yè)物流運作模式進行對比，提出了中國的企業(yè)物流發(fā)展戰(zhàn)略關(guān)鍵詞：企業(yè)物流現(xiàn)狀；運行模式；發(fā)展戰(zhàn)略一、中國企業(yè)物流的運作現(xiàn)狀及弊端

物流戰(zhàn)略是很多企業(yè)總體戰(zhàn)略中必須考慮到的一個重要因素。為了在市場中提升自我競爭了，企業(yè)不斷在降低物流成本和提高物流水平上下功夫。無論是在國內(nèi)還是國際市場上，都能夠最大程度上的降低成本，同時又不減低服務(wù)水平，獲得競爭優(yōu)勢。企業(yè)物流的管理整體上來說還是處于不完善的階段，大多停留在紙幣時代。比較先進的企業(yè)已經(jīng)配備了電腦，但是依舊沒有形成系統(tǒng)的體系和網(wǎng)絡(luò)。EDL、個人電腦、人工智能、專家系統(tǒng)、通信和掃描等先進的信息技術(shù)還未在物流運作中廣泛地運用。但是物流是一種新型的管理技術(shù)，涉及領(lǐng)域?qū)拸V。因此物流管理人員要熟悉掌握企業(yè)內(nèi)物流和因此延伸的整條供應(yīng)鏈的管理知識，掌握整個工藝流程，精通物流管理技術(shù)。而我國現(xiàn)在十分缺乏具備綜合物流知識的管理和技術(shù)人才，難以滿足企業(yè)物流現(xiàn)代化的需求。二、中國企業(yè)物流的發(fā)展戰(zhàn)略1990年以來，在國外，物流已經(jīng)成為了該國一個重要的經(jīng)濟增長點。但是在中國，物流才剛剛起步。企業(yè)之間生產(chǎn)經(jīng)營，市場運行的各個方面展開競爭。具體體現(xiàn)在技術(shù)、人才上包括了物流和供應(yīng)鏈。在競爭如此激烈的背景之下，企業(yè)進入了一個微利時代，產(chǎn)品的成本和利潤變得十分透明。而這用競爭還會不斷加深，變得更加激烈，三、發(fā)展物流為當務(wù)之急

社會的經(jīng)濟環(huán)境在不斷地發(fā)展變化之中，這就要求中小企業(yè)從戰(zhàn)略發(fā)展的高度出發(fā)去思考物流的發(fā)展問題。在大企業(yè)實時物流戰(zhàn)略的同時，作為靈活的反應(yīng)者，中小企業(yè)在市場中，也積極采取了行動。希望通過積極的物流戰(zhàn)略提升自身的競爭力。信息技術(shù)的發(fā)展前景大好，經(jīng)濟貿(mào)易的高速發(fā)展，物流業(yè)已經(jīng)顯示出了蓬勃的活力和蘊藏的無限商機，物流服務(wù)正逐漸成為中國企業(yè)之中最為經(jīng)濟合理的綜合服務(wù)模式。中國進入WTO的時間還不算長，我國的中小企業(yè)應(yīng)該及時把握住這一機會，在物流市場競爭比較不激烈時加入物流領(lǐng)域，迅速地占領(lǐng)一定的市場份額。但是如果中小企業(yè)不作為，等時間再長久一些，將會失去發(fā)展物流的優(yōu)勢。

四、從戰(zhàn)略角度做物流

現(xiàn)下，我國的許多中小企業(yè)還未意識到物流戰(zhàn)略以及控制物流成本的重要性。中小企業(yè)應(yīng)當認識到物流戰(zhàn)略是提升競爭力的重要手段，并且重視自身物流系統(tǒng)地建設(shè)，將物流系統(tǒng)的建設(shè)上升到戰(zhàn)略高度。事實上，企業(yè)物流成本是除了原材料成本之外的最大成本項目。在國外發(fā)達國家，它們的物流成本一般控制在10％左右。而我國的現(xiàn)狀就不太樂觀。我國物流成本一般占總成本30％－40％，鮮活產(chǎn)品占60％左右甚至更多。我們應(yīng)該看到的是系統(tǒng)完善的物流管理可以節(jié)省15％－30％物流成本，很大程度上減少庫存和運輸成本，對于中小企業(yè)來說，技術(shù)上和產(chǎn)品質(zhì)量都比不上大企業(yè)。但不得不承認的是，中小企業(yè)產(chǎn)品價格更加受消費者青睞，市場需求反應(yīng)更加靈活迅速。一旦中小企業(yè)將物流上升到戰(zhàn)略高度，利用先進的物流管理模式，就可以大大的節(jié)省產(chǎn)品成本，進一步發(fā)揮自身的優(yōu)勢。想要在變幻莫測的市場中屹立不倒。謀求更加長遠的發(fā)展，中小企業(yè)就要把物流放到企業(yè)經(jīng)營管理的戰(zhàn)略高度上進行思考。除了考慮要怎樣解決倉儲運輸和商品配送這些物流的基本問題，還要思考怎樣把采購、生產(chǎn)和銷售過程中的物流活動的有機結(jié)合。做到以業(yè)務(wù)流程為基礎(chǔ)，使得物流的一體化。最終達到加強企業(yè)的在瞬息萬變的市場當中的競爭能力。

我國的中小企業(yè)只有突破地域限制、行業(yè)的局限，放眼于國內(nèi)外，才能說真正意義上做好了戰(zhàn)略制定，最大限度地把握住了機遇，有效規(guī)避風(fēng)險。具體來的說，就是首先著眼于當前的地域市場的開拓，在獲得了本地競爭的優(yōu)勢之后，輻射全國，放眼于全球。

五、重視物流系統(tǒng)的全面改造

發(fā)展物流并不是一蹴而就的，它需要一步步地前進。因此中小企業(yè)要注重制定詳細的物流重組的長期實施計劃和發(fā)展策略。物流重組需要從物流業(yè)務(wù)流程、組織機構(gòu)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)等方面展開，這樣一來才有可能慢慢實現(xiàn)企業(yè)物流向供應(yīng)鏈管理的“橫向一體化”。達到降低生產(chǎn)、庫存、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的成本，最終給客戶帶來更大的效益，給消費者帶去更大的實惠。與此同時，企業(yè)的經(jīng)營者應(yīng)該打破傳統(tǒng)的觀念，不再只是局限于投入產(chǎn)出管理問題，如流程再造、壓縮成本、加強培訓(xùn)以及有限資源的合理配置問題。企業(yè)的經(jīng)營者應(yīng)當認識到物流是企業(yè)市場營銷的基礎(chǔ)，從戰(zhàn)略高度去思考物流運營成本與市場拓展需要、物流顧客服務(wù)的特殊要求之間的動態(tài)平衡，做到將物流系統(tǒng)與營銷戰(zhàn)略有機結(jié)合?，F(xiàn)代化的物流在國際上又被稱為一體化物流、供應(yīng)鏈管理、銷售鏈管理等等。不同于傳統(tǒng)的物流，現(xiàn)代物流包括了運輸、儲存、裝卸、搬運、包裝、流通加工、配送、信息處理、回收等功能。對我國的中小企業(yè)來說，發(fā)展物流必須重視物流系統(tǒng)的全面改造。以物流供應(yīng)鏈思想作為指導(dǎo)，注意對物流管理的強化，積極運用有效策略，全新打造物流的運作與管理體系。

六、從服務(wù)角度做物流

在國外，廣泛認為物流業(yè)歸屬于服務(wù)業(yè)。但是現(xiàn)代物流在中國還是新興產(chǎn)業(yè)。它的發(fā)展也就緊密伴隨著企業(yè)經(jīng)營管理理念而在發(fā)展。當代企業(yè)政府對物流管理的認識也逐漸提高到了企業(yè)和地區(qū)的戰(zhàn)略理論的高度。當代企業(yè)經(jīng)營管理理念的核心正在從產(chǎn)品制造轉(zhuǎn)向產(chǎn)品銷售再轉(zhuǎn)向現(xiàn)代營銷和客戶服務(wù)。并且提出了“一切為客戶創(chuàng)造價值”的現(xiàn)代經(jīng)營理念。人們對于物流的認識早已經(jīng)從企業(yè)自身的“功能性活動”上升為“以滿足客戶需求為目的”、“努力為客戶創(chuàng)造價值，盡力增加顧客讓渡價值”的“從供應(yīng)到消費的運動、儲存和配送的計劃、執(zhí)行和控制”的管理過程。消費者的需求不僅僅是商品。以企業(yè)的經(jīng)營和發(fā)展的角度來看，物流就等同于服務(wù)。服務(wù)也是物流的物品之一。它是企業(yè)所提供的服務(wù)，“服務(wù)的實質(zhì)上也是一種商品”，但是這一點卻常常被人們所忽視。七、引進專業(yè)物流管理咨詢公司中小企業(yè)自身的專業(yè)力量不足，因此要懂得借助相關(guān)的管理顧問公司以及相關(guān)研究機構(gòu)來科學(xué)規(guī)劃企業(yè)的物流戰(zhàn)略、實施戰(zhàn)略和管理體系。要去了解先進物流企業(yè)的作以及這樣運作的原因所在。在這一過程之中，它們的物流服務(wù)理念是如何變化的，怎樣做到滿足客戶需求和市場競爭，企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略相銜接。這有這樣，我國的中小企業(yè)才有可能成功地進入一個新的市場領(lǐng)域，在現(xiàn)有的市場基礎(chǔ)上進一步地替身自身的服務(wù)水平，拓展市場份額。許多的企業(yè)在管理咨詢方面下了許多的功夫，用以探索新管理方式和學(xué)習(xí)物流技術(shù)的運用。中小企想要全面提升企業(yè)的物流運作以及管理的水平，更加迅速地構(gòu)建起一個先進的物流系統(tǒng)以及管理平臺，就應(yīng)當充分利用專業(yè)管理顧問公司的優(yōu)勢能力。結(jié)語：戰(zhàn)略性的規(guī)劃、投資以及技術(shù)開發(fā)是最近幾年促進物流現(xiàn)代化發(fā)展的重要因素。企業(yè)亟需解決的不僅僅是倉促運輸以及商品配送等最為基本的物流問題，最重要是為了解決怎么樣才能在在變化莫測的市場競爭之中謀求生存與發(fā)展這一問題。因此企業(yè)必須做到將物流放在企業(yè)經(jīng)營管理這一戰(zhàn)略高度上去考慮怎樣將采購、生產(chǎn)和銷售則一系列過程與物流相結(jié)合。從而形成以業(yè)務(wù)流程為基礎(chǔ)，形成物流一體化，達到增強企業(yè)市場競爭力的目的。物流已然是企業(yè)市場營銷的基礎(chǔ)。作業(yè)企業(yè)的經(jīng)理，在物流決策方面應(yīng)當從戰(zhàn)略高度去考慮物流運營成本和市場拓展需要、物流顧客服務(wù)的特殊要求之間的動態(tài)平衡，仔細思考怎樣才能把物流系統(tǒng)與營銷戰(zhàn)略以及企業(yè)的總體戰(zhàn)略靈活結(jié)合。不再像傳統(tǒng)上，只注重如何解決流程再造、壓縮成本等投入產(chǎn)出的管理問題以及有限資源的合理配置問題。參考文獻【1】孟祥茹

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我國企業(yè)物流運作現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略探討\o"《交通企業(yè)管理》"《交通企業(yè)管理》

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