6G通感算智融合技術體系白皮書

目 錄1、6G的驅(qū)動力 1新務和場景的動 1超帶寬新頻需求 1通算智術融趨勢 25G網(wǎng)面問題挑戰(zhàn) 32、典型場景與需求 56G愿與需求 5國共識 5國共識 5典型場景 6技術需求 63、行業(yè)技術掃描 8國際6G技研發(fā)況 8國內(nèi)6G技研發(fā)況 94、6G的整體定位和宏觀認識 11設目標 11技特征 12設原則 13架構(gòu)設計原則 13空口設計原則 15技框架 16使能關鍵技術 16技術選擇過程 195、重點布局方向 20網(wǎng)架構(gòu)域 20新型網(wǎng)絡架構(gòu) 20內(nèi)生安全 29空天地一體 31網(wǎng)絡數(shù)字孿生 33無組網(wǎng)域 35多維異構(gòu)組網(wǎng) 35網(wǎng)絡協(xié)作通感 38無通信域 39智能空口 39E-MIMO 40智能超表面 41新型物聯(lián)與多址 416、總結(jié)及展望 43單位簡稱對應表 44參考文獻 451、6G的驅(qū)動力新業(yè)務和新場景的驅(qū)動[1,2]：AI如上可以看出，新業(yè)務與新場景需求是5G及演進網(wǎng)絡無法全部滿足的，因此需要6G網(wǎng)絡進行變革性的設計，支持按需服務、內(nèi)生AI、內(nèi)生安全、全域覆蓋及極致性能[3-6]。ITU-R6G5G6G超大帶寬與新頻譜需求面向未來網(wǎng)絡，業(yè)務量的增長及極致用戶體驗需要超大帶寬資源。為支持6G沉浸GbpsGbps2-3Gbps1率可達Tbps量級，空口時延小于亞ms級等。IMT-2030結(jié)合新業(yè)務和6G1.87GHz；7-86GHz19.65GHz36.37GHz[8]。2/3/4G225MHz全部重耕，仍無法滿足新為兼顧廣覆蓋與大容量需求，可考慮使用能提供400MHz及以上連續(xù)帶寬的6GHz目前息化部發(fā)布的新版《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》已將6GHz的上半段5G6G系5G[9]。6G可面向更高頻段開辟新頻譜以獲取超大帶寬（包含可見光、紅外）等。0.1~10THz（30～3000μm）的電磁波，有10THz380~790THz（380～790nm）400THz750nm-3000nm的電磁波。太赫茲和光譜都[10Sub-7GHz通感算智技術融合趨勢6G是通信、感知、計算、AI、大數(shù)據(jù)、安全等技術深度融合，空天地一體全域覆蓋的新一代移動通信網(wǎng)絡，呈現(xiàn)出極強的跨學科、跨領域發(fā)展特征。6G網(wǎng)絡除傳統(tǒng)通信能力之外的一項全新能力，6G基站能夠?qū)Ω采w區(qū)6G2AI6G6G網(wǎng)絡適配更多應用場景。因此，AI6GAI6G成為數(shù)字化的基座，與行業(yè)深度融合，對安全可信提出了更高的5G為解決碎片化場景問題，5G已經(jīng)開始嘗試拓展網(wǎng)絡能力，例如,為不同行業(yè)客戶單AI5G業(yè)務適應能力差網(wǎng)絡定義了eMBB、uRLLC、mMTC三類應用場景，同時引入了移動邊緣計算和網(wǎng)絡切片等新特5G2C5G2B資源利用率低5G5G70203顯著差異，20%的基站是重載的，而80%的基站是輕載的，導致網(wǎng)絡資源利用率低。網(wǎng)絡功耗高能耗是網(wǎng)絡設計需要關注的重點。5G引入了大帶寬（2.6GHz5G部署帶寬為5G5GAI155G運維復雜低效5G5G4G/3G5G4GAI5GAIAI技術AIAI服務化設計不夠徹底（SBA：Service-basedArchitecture）5G5G呈現(xiàn)2G-4G42、典型場景與需求6G2019年5月，在國際電子與電氣工程師協(xié)會（IEEE）舉辦的國際通信大會（ICC）4.0首次提出6G2019112030[1]，是全球首個6G6G“數(shù)字孿生，智慧泛在”6G6G中定義新的能力維度AI202096G[3]6G6G2020112030+愿[2]2019“6G6G國內(nèi)共識202166G[5]，6G20227IMT-2030（6G）需6G[66GAI國際共識20236（ITU-R）IMT20306G6G5標體系，是6G領域的重要里程碑，標志著6G研究進入標準化前的關鍵階段。我國IMT-2030（6G）推進組建議的5個6G典型場景、14個關鍵能力等被納入該建議書。典型場景6G將5G三大典型場景（eMBB：增強移動寬帶,uRLLC：超可靠低時延通信,mMTC：海量機器類通信）的基礎上進一步增強和拓展為六大場景，包括三類：性能沉浸化：要素融合化：AI覆蓋全域化：圖2-16G六大典型場景技術需求6G5G5G峰值速率、用戶體驗速率、頻譜效率、區(qū)域流量密度、隱私/6GAI62-26G6GIMT20306G6GITU6GMIMOMIMO6G[42-3圖2-36G最小性能指標需求7AI面6G6G6G技術研發(fā)、標準定義、產(chǎn)品研）。3、行業(yè)技術掃描6G6G6G6G我國自20186G5G，5G6G另一方面6G國際行業(yè)組織6G6G20237（ITU-R）IMT20306G6G615202396G6G6G206G美國成立NextG6G，NextGAI6GXR//6G8196G202310(GlobalCoalitiononTelecommunications，簡稱26G256G6G（SNSJU）3.86G6G2020”6GHexa-XHexa-XII，6GHexa-X(100-300GHzHexa-X6G韓國20286G12.56G5GForum6G6G（XDD）、毫米波全雙工、基于AI日本20306G4.56G6G（IOWN），O-RANNTTDoCoMo6G（例如非地面網(wǎng)絡）、無線傳輸技術（如超奈奎斯特和虛擬化大規(guī)模MIMO）、增強uRLLC、移動網(wǎng)絡中的多功能化和人工智能、太赫茲通信和軌道角動量等。6G20186G6GAI集電子科大路制造等長期薄弱。9科技部6G6G國資委6G工信部6G6G20226G6G我國企業(yè)、高校和科研機構(gòu)積極6G6G6G3-1技術分類關鍵技術技術分類關鍵技術企業(yè)高校/科研機構(gòu)無線接入分布式MIMO中信科移動、中國移動、諾基亞、中興東南超奈奎斯特傳輸vivo、移動、諾基亞北郵語義通信中國移動、中興、泛聯(lián)院清華、北郵、浙大新型多址中信科移動、中國移動、中興上交大變換域波形信通院、中國移動、中興北郵、北理工、西南交大多維組網(wǎng)智能超表面中國移動、南方電網(wǎng)、中國電信、聯(lián)通、vivo、聯(lián)想、華為中興、中信科移動清華、北交大、北理工、北大可見光通信中國移動、中國聯(lián)通、華為、中興太赫茲通信聯(lián)通、vivo、中國移動、華為中興、OPPO、諾基亞東南、電子科大、浙大空天地一體星網(wǎng)、中信科移動、中國電信中國聯(lián)通、電科院、中國移動南方電網(wǎng)、中興、愛立信、諾基亞、紫光展銳、中國中車清華、北郵、中科院網(wǎng)絡架構(gòu)分布式自治網(wǎng)絡中國移動、中國電信、中國聯(lián)通、華為、中興、中信科移動亞信、南方電網(wǎng)、中國中車北郵、清華數(shù)據(jù)面中國移動、華為北郵、北理工計算面中國移動、中國電信、中國聯(lián)通、華為、中興、諾基亞、愛立信、vivo清華、北郵、西電服務化RAN中國移動、中國電信、中國聯(lián)通、中信科移動、中興、諾基中科院、北郵、西電、、、、、、、、、、10、、、亞、泛聯(lián)院通用基帶平臺泛聯(lián)院、中信科移動、中國移動、、亞、泛聯(lián)院通用基帶平臺泛聯(lián)院、中信科移動、中國移動北郵、電子科大能力融合通信感知一體小米、vivo、中國移動、南方電網(wǎng)、華為、中信科移動、中興、諾基亞、新華三、泛聯(lián)院中國中車、中國通號北郵、電子科大、南京大學空口AIvivo小米、華為、中興、OPPO院內(nèi)生AI諾基亞中科院、東南大學、西安交大華中科大、之江實驗室網(wǎng)絡運營數(shù)字孿生網(wǎng)絡中國移動、亞信、思特奇、中國電信、中國聯(lián)通、華為、中興可信安全內(nèi)生安全中國移動、華為、中興、中信科移動、南方電網(wǎng)、諾基亞、中國通號大學、西電、中科大綠色節(jié)能新節(jié)能中國移動、中國電信、中國聯(lián)通、華為、中興清華、華科、上大、、、、4、6G的整體定位和宏觀認識設計目標6GAI、①覆蓋全域化：面向一切泛在帶來的打破地理限制、擴展覆蓋維度的新需求，6G持多制式空口傳輸技術，支持廣域微域協(xié)同融合組網(wǎng)。②性能沉浸化：不單單是為沉浸化業(yè)務提供極致性能，還指網(wǎng)絡要感知業(yè)務對性③要素融合化：全過程服務需要包括通、感、算、AI、安全可信等多維度能力，通過內(nèi)生設計，實現(xiàn)能力要素的高性能擴展。④網(wǎng)絡平臺服務化：平臺化網(wǎng)絡的設計思想是必由之路，通過構(gòu)建基于通用、開6G5G5G基礎上進一步深化拓展平臺化、服務化。通過平臺化的機制技術特征MIMOAI6G6G的應用，還需構(gòu)建按需服務的網(wǎng)絡，提供6G網(wǎng)絡，為用戶提供無感知無差異化的一致性服6G含統(tǒng)一空口協(xié)議和組網(wǎng)協(xié)議的服務化網(wǎng)絡架構(gòu)，滿足不同部署場景和多樣化的業(yè)務需求。12③網(wǎng)絡分布至簡（2）至簡統(tǒng)一的協(xié)議體系：移動網(wǎng)絡內(nèi)部基礎接口協(xié)議統(tǒng)一，移動網(wǎng)絡和IP網(wǎng)絡的控制協(xié)議統(tǒng)一。（3）端到端服務化的系統(tǒng)設計：通過按需功能組合與編排，提供精簡高④智慧內(nèi)生泛在。6G網(wǎng)絡架構(gòu)將支持泛在AI能力并按需提供，這種AI能力可以是AIAIAI⑤安全內(nèi)生可信。網(wǎng)絡將實時監(jiān)控安全狀態(tài)，將攻擊防御與風險預測相結(jié)合，實AI⑥運營孿生自治。通過對各個網(wǎng)絡實體和功能的數(shù)據(jù)采集、處理和參數(shù)化建模，⑦生態(tài)綠色低碳。為滿足指數(shù)級持續(xù)增長的流量需求，6G的網(wǎng)絡覆蓋廣泛，業(yè)務設計原則架構(gòu)設計原則16G網(wǎng)絡設計時初步考慮如下設計原則：統(tǒng)一融合1132一體智簡2移動網(wǎng)絡四代共生(2/3/4/5G)、核心網(wǎng)多域并存帶來的網(wǎng)絡復雜度指數(shù)的增長。同時，SDN/NFV、邊緣計算、網(wǎng)絡切片等技術的應用在增強網(wǎng)絡能力的同時，也讓這張網(wǎng)絡3內(nèi)生式320306G6G6G網(wǎng)絡6G4前后兼容46G5G5G網(wǎng)絡平滑發(fā)展演進為6G網(wǎng)絡，實現(xiàn)全類型業(yè)務連續(xù)性。6G網(wǎng)絡架構(gòu)需要具備前向兼容能6G5集中+分布協(xié)同56服務設計原則6以面向資源的一組“服務調(diào)用”替代傳統(tǒng)面向流程的“信令交互”，即把若干種交14空口設計原則16G空口設計時初步考慮如下設計原則：性能量級提升106G6G網(wǎng)5G/5G-A（）5G-AITU-R定2統(tǒng)一靈活26G6G3多要素融合35G-A6G6G15多站點協(xié)同：面向空天地一體組網(wǎng)的不同類型站點（含宏站/微站不同功率站4綠色低碳46G6G系統(tǒng)的設計之初就需要全面引入6G技術框架6GAI4-1AI圖4-16G網(wǎng)絡總體技術框架使能關鍵技術6GAI5G（16低時延、大連接）進一步增強，滿足各類先進的空口技術指標需求，另一方面，6G將從通感、通算、通智、通安及空天地一體五個維度構(gòu)建融合的能力體系。1傳統(tǒng)通信增強技術1Sub-7GHz體驗速率：500Mbps-1Gbps源，以及新型MIMOCell-free頻譜效率：MIMO、新型編碼調(diào)制、智能空口（AI），以及多種5G2-310-100/m20.03-10Gbps/m2定位精度：5G6G可將控制面時延降至1ms以下；用戶面時延：6G0.5ms幾十ms6Gms），進一步降低空口時延對于端到端可靠性：5G-AuRLLC696G9結(jié)合多維異構(gòu)組網(wǎng)技術、6G系統(tǒng)參數(shù)和幀結(jié)構(gòu)設計等，可支持>1000km/h網(wǎng)絡能效：2多要素能力融合技術2176GAI6G網(wǎng)絡多要素能力融合主要體現(xiàn)在五個方面：6G6G6G通信與計算融合。通信與智能融合。計算能力的提升，帶來網(wǎng)絡AI內(nèi)生的能力,6G網(wǎng)絡需要充分AIAIAI三（AI6G6G6G4G5G70%以上的人口、206%的地表面積。5GNTN將衛(wèi)星作為6G18技術選擇過程66G506G標志圖4-26G技術方向逐步聚焦收斂2023AI6G6G310MIMO6G6G網(wǎng)絡的高性能需求，又能面向差異化、碎片化場景6G眾創(chuàng)6G圖4-3“3+10+1”技術體系布局195、重點布局方向網(wǎng)絡架構(gòu)領域6G6G6G新型網(wǎng)絡架構(gòu)6G[7]6GAI5G5GeMMB（AI6G12]6GAIAI成AI6G20能，實現(xiàn)以AI為基礎的全新智能通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。6G5G（SBA）6G全服務化架構(gòu)（HSBA）6G新型信息服務。池化的資源基礎。提供池化的網(wǎng)絡、計算、存儲資源，為上層邏輯提供可擴IP基于服務構(gòu)建、面向服務設計。以服務構(gòu)建、以服務定義功能和接口。從終62API（）網(wǎng)絡即平臺?？蓴U展的池化資源、可共享的資源服務和能力、可按需調(diào)用的平臺化服務網(wǎng)絡的“服務”由服務的定義、服務的組織、服務的交互刻畫。服務的定義：服務是網(wǎng)絡的基本單元，一個“原子服務”提供某種特定邏輯服務的組織：以構(gòu)成整個網(wǎng)絡為目標，對服務進行編排、管理，讓分解后的API[606G5-121圖5-1“三體四層五面”6G總體架構(gòu)其中，“體”是架構(gòu)的空間視圖，立體地描述了網(wǎng)絡的構(gòu)成。61]。5G以NRFSCP供基礎，兼具ITCT體化、算網(wǎng)一體化。3GPP網(wǎng)中的多樣化算力資源度量、廣域移動下用戶體驗一致性和服務連續(xù)性、端邊226GUPF6G節(jié)能等能力的支持；增強已有NF、增加新場景控制NF制。6G6G5GSA6G6G6G6G13]。6G5G6G5G6G5G6G6G5G全服務化6G架構(gòu)將在核心網(wǎng)服務化的基礎上，進一步實現(xiàn)全域服務化和服務化技術演進，充分延續(xù)5G5G6G網(wǎng)絡[62]。23服務化RAN[14-15]，6GRAN5G6G服務化用戶面功能6GPDU會話隧道管理服務實現(xiàn)數(shù)分布式自治6G24多場景、按需接入的需求。CloudUnit）6GDAN(DistributedAutonomousNetwork)[23]SCUSCUSCUSCUSCU圖5-2分布式自治網(wǎng)絡基于上述“中心+分布式”的組網(wǎng)架構(gòu)，6G網(wǎng)絡能夠靈活、按需設計以提供服務，并具備如下能力：2G5G移動網(wǎng)6G新能模塊設計：引入可靈活部署、即插即用、資源自足的分布式微云單元SCU。SCU包含以下技術特征：HSBA25SCU協(xié)議設計：引入通用傳輸協(xié)議，支持連接自動化，支持多SCU間靈活連接、按需互通。SCU2030智慧內(nèi)生20306GAI而AI，方式引入AI6G由于AI5GAI6GAI6G[24]。6GAI5-3，“AIAI實現(xiàn)AIAI26圖5-36G內(nèi)生AI架構(gòu)6GAI高效、質(zhì)量可保障的AIaaSAIQoAIS[26[27,28]，可實現(xiàn)以AI對AI[29,30]，6G5-4AI圖5-46G內(nèi)生AI架構(gòu)設想27AIAI移動網(wǎng)絡內(nèi)部數(shù)據(jù)生命周期管理AIAIAIAI6GUE-RAN、UE-CN、RANentity-RANentity、RAN-CNCNNF-CNNF為了簡化協(xié)議復雜度和降低終端能耗，引入一種UE和網(wǎng)絡之間的空口數(shù)據(jù)面協(xié)議AI（DataserviceapplicationprotocolDSAP）和28控制節(jié)點與業(yè)務節(jié)點分離6G內(nèi)生安全6G6G6G網(wǎng)絡并與網(wǎng)絡共生，解決當前網(wǎng)絡中安全能6G6G6G2G5G，安全設計通常滯后并受限于通信網(wǎng)設計，采用外掛式、6G296G基于適度安全原則。將安全與信任融合，是對CTIT造網(wǎng)絡“點（網(wǎng)元）＋線（網(wǎng)絡流程）＋面（網(wǎng)絡架構(gòu)）”內(nèi)生的安全防護體系，實現(xiàn)以安護網(wǎng)、以網(wǎng)強安、網(wǎng)安一體的目標。6G6G[31]（5-5）。圖5-56G可信內(nèi)生安全架構(gòu)30/安全面可從安全能力、安全編排和安全決策三個層次構(gòu)建：6G6G6G空天地一體（Space-Air-GroundIntegratedNetwork，SAGIN）316G6G5G以NRF、SCP圖5-6空天地一體網(wǎng)絡控制面：面向6G空天地一體廣域覆蓋新場景新需求，網(wǎng)絡需要增加對天基計算、存儲、安全，以及天地一體感知、節(jié)能等能力的支持。增強已有NF、增加天基控制NF、增加各面頂層控制NF，實現(xiàn)更強的移動性管理等傳統(tǒng)控制，并提供新型控制能力，以及對新增各面的總體控制。用戶面：繼續(xù)深化傳統(tǒng)UPF服務化水平，并針對空天地一體分布式節(jié)點，提供策略AI32安全面：6G網(wǎng)絡數(shù)字孿生[35核心網(wǎng)數(shù)字孿生6G6G[3633AI接入網(wǎng)數(shù)字孿生6GAI[376G90%[39]20%[4034無線組網(wǎng)領域6G6G多維異構(gòu)組網(wǎng)MIMO5GMIMO因此，無蜂窩組網(wǎng)技術（cell-free）應運而生，通過通感算融合對網(wǎng)絡軟硬件算RAN節(jié)點協(xié)作為基礎，融合多頻段，在特定場景、較大地理范35cell-free64freeMIMO48200bps/Hz。多頻融合組網(wǎng)6GHz(CA，carrieraggregation）、(DC，Dual-connectivity（SUL，supplementaryuplink）等，一種新型的頻譜聚合技術通過多個載波的上下行完全解耦，實現(xiàn)終端的多載波快速接入，更快進入滿足QoS需求的連UE6G[41]。廣域微域融合組網(wǎng)廣域指由運營（如車或微小區(qū)域范圍內(nèi)部署形成的小型無線網(wǎng)絡42]6G36如WiFi6G多樣化業(yè)務的差異化69（us）43]?？仗斓匾惑w組網(wǎng)6G6G37場景的Sub-6GHz頻率資源緊張、頻譜資源利用率較低，而為低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡分配獨立網(wǎng)絡協(xié)作通感6G新技術、新業(yè)務驅(qū)動傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡向新一代移動信息網(wǎng)絡加速轉(zhuǎn)型,感知與通信44]為解決上述關鍵難題，提出系列創(chuàng)新方案：1）在點協(xié)同方面，提出統(tǒng)一資源分配與調(diào)度機制以及自適應低復雜度、超分辨感知算法，實現(xiàn)通感資源最佳折中；2）在簇38針對AA收10%時實現(xiàn)500米小型無人機亞米級感知精度、車輛與行人多目標高分辨率探測。無線通信領域5G-A6G5G的演進和增5G106G5G-A（面向沉浸式通信，4G/5G時代大規(guī)模天線（MassiveMIMO）技術的廣泛運用，極大6GMIMOMIMOAI6G5G-A（uRLLC）6G智能空口智能空口（空口AI）5G-A6G更復雜場景和需求的關鍵技術方向。當39AI為了解決上述效率低和能力弱的問題，業(yè)界開展多方面研究：提出“能力（網(wǎng)絡容量等KPI）-效率（資源效率、代價開銷等）-質(zhì)量（實時45（）基于均衡優(yōu)化方法，提出AI與通信深度融合的大規(guī)模MIMO信道獲取系列方法[4647MIMO3GPPeTypeII70%，（4dB）。AIAIAIAIAIE-MIMO在e,O6GMIMO通過設計新型天線形態(tài)架構(gòu)、材料工藝和信號處理方式，采用集中式/分布式超大MIMO40針對MIMOMIMO技術，攻關MIMO30%，48200bps/HzMIMOPseudoMIMO儀nsMIMO性智能超表面[49]。通過網(wǎng)絡側(cè)到智能超表面控制接口的標準化、智能超表面輔助端到端傳輸方案設55]。新型物聯(lián)與多址新型無源物聯(lián)6G6G6G41免維護等能力；三是對近零功耗下的多傳感融合感知能力提出更高要求[56]?！癆I6G2015230新型編碼多址，3GPPR19（AmbientIoT）0.25-1.5/m20.001-0.01/m2已經(jīng)確立了8/km242（NOMA：Non-OrthgonalMultipleAccess）106、總結(jié)及展望6G6G6G6G6G43單位簡稱對應表單位簡稱單位全稱愛立信愛立信（中國）通信有限公司OPPOOPPO廣東移動通信有限公司vivo維沃移動通信有限公司北大北京大學北交大北京交通大學北理工北京理工大學北郵北京郵電大學電子科大電子科技大學東南東南大學泛聯(lián)院中關村泛聯(lián)移動通信技術創(chuàng)新應用研究院復旦復旦大學華為華為技術有限公司華中科大華中科技大學聯(lián)想聯(lián)想集團有限公司南大南京大學南方電網(wǎng)中國南方電網(wǎng)有限責任公司諾基亞諾基亞公司清華清華大學上大上海大學上交大上海交通大學思特奇北京思特奇信息技術股份有限公司西安交大西安交通大學西電西安電子科技大學西南交大西南交通大學小米小米科技有限責任公司新華三新華三技術有限公司信通院中國信息通信研究院信息工程大學中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學星網(wǎng)中國衛(wèi)星網(wǎng)絡集團有限公司亞信亞信科技控股有限公司浙大浙江大學中國電信中國電信集團有限公司中國聯(lián)通中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信集團有限公司中國通號中國鐵路通信信號集團有限公司中國移動中國移動通信集團有限公司中國中車中國中車股份有限公司中科大中國科學技術大學中科院中國科學院中信科移動中信科移動通信技術股份有限公司中興中興通訊股份有限公司紫光展銳紫光展銳（上海）科技有限公司44參考文獻[1]中國移動,《2030+愿景與需求》,2019.2030+愿景與需求》第二版,2020.LiuG,HuangY,LiN,etal.,Vision,RequirementsandNetworkArchitectureof6GMobileNetworkBeyond2030,ChinaCommunications,vol.17,no.9,pp.92-104,2020.HuangY,JinJ,LouM,etal.,6GMobileNetworkRequirementsandTechnicalFeasibilityStudy,ChinaCommunications,vol.19,no.6,pp.123-136,June2022.IMT-2030（6G）6G2021.IMT-2030（6G）6G2022.ITU-RR-REC-M.2160,FrameworkandOverallObjectivesoftheFutureDevelopmentofIMTfor2030andBey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