摘要:移動(dòng)通信的發(fā)展與應(yīng)用是一個(gè)不斷演進(jìn)的過(guò)程,每一階段的發(fā)展都是市場(chǎng)的需求,每一階段的發(fā)展都帶來(lái)了通信技術(shù)、信息技術(shù)的極大進(jìn)步與應(yīng)用的變革。從1G到5G,這些進(jìn)步不僅深刻改變了人們的生活方式,使人們能夠在任何時(shí)候任何地方都能進(jìn)行通信、安全獲取信息,也極大豐富、便利了日常生活和工作,當(dāng)今時(shí)代的5G技術(shù)更是推動(dòng)了社會(huì)各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí),改變了社會(huì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),促進(jìn)智能化工業(yè)控制、智能化城市管理,提高了社會(huì)的生產(chǎn)力,從而帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛增長(zhǎng)。本文重點(diǎn)論述了移動(dòng)通信技術(shù)從1G到5G的發(fā)展變化及應(yīng)用,并對(duì)未來(lái)6G進(jìn)行了展望。通過(guò)論述旨在讓人們理解移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)的巨大進(jìn)步,以及這項(xiàng)技術(shù)蓬勃發(fā)展的重大意義。
關(guān)鍵詞:移動(dòng)通信;發(fā)展;應(yīng)用;意義
中圖分類(lèi)號(hào):TB"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A""""" doi:10.19311/j.cnki.16723198.2025.13.077
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步,移動(dòng)通信已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的一部分。從1G到5G,通信技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)不斷發(fā)展融合,移動(dòng)通信從最初的語(yǔ)音通信單一服務(wù)發(fā)展到支持移動(dòng)多媒體通信,再到現(xiàn)如今可支持多行業(yè)超大規(guī)模移動(dòng)終端的智能化信息采集與控制服務(wù),每個(gè)階段都帶來(lái)了顯著的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用變革。
1G讓移動(dòng)通信成為可能,2G利用數(shù)字信號(hào)傳輸,讓手機(jī)通話質(zhì)量變好并增加了短信接發(fā)功能,3G多媒體通信技術(shù)的發(fā)展,讓人們的生活變得豐富多彩,4G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展徹底改變了我們的生活,也為我們現(xiàn)如今大力推廣的5G應(yīng)用奠定了基石。
1 移動(dòng)通信發(fā)展及應(yīng)用
1.1 1G(第一代移動(dòng)通信技術(shù))
20世紀(jì)80年代,是第一代移動(dòng)通信技術(shù)階段。1G是模擬系統(tǒng),傳輸?shù)氖悄M信號(hào),主要以美國(guó)的先進(jìn)移動(dòng)電話服務(wù)AMPS、英國(guó)的全接入通信系統(tǒng)TACS標(biāo)準(zhǔn)為代表。采用頻分多址FDMA技術(shù),使用的無(wú)線頻段主要集中在800MHz和900MHz。其代表設(shè)備手機(jī)“大哥大”是當(dāng)時(shí)人們財(cái)富和地位的象征,聲音通過(guò)未加密的無(wú)線電波傳播,實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)之間的可移動(dòng)無(wú)線通信,標(biāo)志著移動(dòng)通信技術(shù)的初步誕生。但因技術(shù)限制采用的是模擬信號(hào)傳輸,致使通信速率低、系統(tǒng)容量小、信號(hào)不夠穩(wěn)定且設(shè)備復(fù)雜、成本高、不能兼容,僅能處理語(yǔ)音信息,體制混雜不能實(shí)現(xiàn)全球漫游。
1.2 2G(第二代移動(dòng)通信技術(shù))
20世紀(jì)80年代中期至90年代末,隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)用戶(hù)需求的增長(zhǎng),為解決1G在技術(shù)上的不足,滿(mǎn)足系統(tǒng)能容納更多的用戶(hù)及用戶(hù)對(duì)通信的高質(zhì)量、智能化的要求,2G移動(dòng)通信系統(tǒng)改進(jìn)技術(shù)采用數(shù)字信號(hào)傳輸,加入差錯(cuò)控制與加密處理環(huán)節(jié),使信號(hào)的抗干擾能力、保密安全性能大大增強(qiáng)。使用的頻段包括900MHz、1800MHz和1900MHz,采用時(shí)分多址TDMA和碼分多址CDMA技術(shù),有效提高了網(wǎng)絡(luò)容量,并能與綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)互聯(lián),可以支持低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。此時(shí)的2G系統(tǒng)為數(shù)字系統(tǒng),但仍以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主,用戶(hù)手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信和短信收發(fā)業(yè)務(wù)。同時(shí)2G時(shí)代也迎來(lái)了通信標(biāo)準(zhǔn)的爭(zhēng)奪,主要發(fā)展制式有泛歐的全球移動(dòng)通信GSM標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)的CDMA標(biāo)準(zhǔn),因各國(guó)多種通信標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立存在,較強(qiáng)地制約了移動(dòng)通信全球漫游的發(fā)展。
1.3 3G(第三代移動(dòng)通信技術(shù))
時(shí)代的進(jìn)步來(lái)到21世紀(jì)初,人們已經(jīng)不滿(mǎn)足單一的移動(dòng)語(yǔ)音通信,為尋求豐富多彩的生活,一代代通信人不斷努力,隨著蘋(píng)果手機(jī)的出現(xiàn),3G徹底沖破了2G的通信瓶頸,引入了互聯(lián)網(wǎng)接入,讓通信技術(shù)不僅僅只為打電話服務(wù),高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、智能天線技術(shù)的加持使共享互聯(lián)網(wǎng)多媒體資源成為可能。3G圍繞寬帶的CDMA尋址技術(shù),主要標(biāo)準(zhǔn)有美國(guó)的WCDMA、歐洲的CDMA2000和具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA[1]。運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始使用更高頻率的頻段來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)不斷增長(zhǎng)的需求。使用頻帶增寬,網(wǎng)絡(luò)容量增大、速率更快,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐漸統(tǒng)一,讓全球漫游成為現(xiàn)實(shí)。
這一階段的特點(diǎn)是移動(dòng)通信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)逐步融合,業(yè)務(wù)發(fā)展呈現(xiàn)多元化趨勢(shì),系統(tǒng)雖仍以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主,但向提供中高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展。3G相較2G可以提供更高的速率和帶寬,系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)2Mbps,人們直接可以在電腦或移動(dòng)終端上瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收發(fā)郵件,更快速地下載和上傳數(shù)據(jù),共享互聯(lián)網(wǎng)所帶來(lái)的便利與樂(lè)趣。3G可以承載2G所不能承載的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù),用戶(hù)可以通過(guò)移動(dòng)的終端連接互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻通話、瀏覽新聞、欣賞并下載自己喜歡的音樂(lè)、電視,點(diǎn)播精彩的體育賽事,進(jìn)行在線游戲等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)共享網(wǎng)絡(luò)資源。3G開(kāi)辟了移動(dòng)通信的新時(shí)代,極大地豐富了人們的精神生活。
1.4 4G(第四代移動(dòng)通信技術(shù))
隨著3G移動(dòng)多媒體通信的實(shí)現(xiàn),讓人們對(duì)更高速率移動(dòng)上網(wǎng)與終端設(shè)備智能化的要求越來(lái)越高,期望獲得更加極致的互聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)。2007年第一個(gè)4G通信技術(shù)LTE規(guī)范正式提出,因此有了第四代移動(dòng)通信。4G集3G與無(wú)線局域網(wǎng)WLAN技術(shù)于一體,采用LTE(長(zhǎng)期演進(jìn))和LTE-A(未來(lái)長(zhǎng)期演進(jìn))技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),具有多種業(yè)務(wù)完整融合、移動(dòng)中的高速切換、高度智能化的特點(diǎn)。為滿(mǎn)足提高速率增大容量的需求使用更高頻率的頻段,采用了OFDM正交頻分復(fù)用和MIMO多輸入輸出天線技術(shù),網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬,頻率使用效率更高,系統(tǒng)容量更大,可實(shí)現(xiàn)比3G系統(tǒng)更快的數(shù)據(jù)、音頻、視頻傳輸。
4G系統(tǒng)最高可以達(dá)到100M bps的傳輸速率,是3G速率的50倍。4G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬高速率傳輸使用戶(hù)可以更加流暢地觀看高清視頻內(nèi)容和進(jìn)行高質(zhì)量的視頻通話,低延遲特性使得在線游戲成為一種流行的娛樂(lè)方式,并支持遠(yuǎn)程教育和在線學(xué)習(xí);4G網(wǎng)絡(luò)支持可穿戴設(shè)備,如智能手表、健康監(jiān)測(cè)等設(shè)備實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)與接收指令,用戶(hù)可以隨時(shí)查看健康數(shù)據(jù)、接收通知;4G網(wǎng)絡(luò)具有更高的安全性能,使用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)直接進(jìn)行網(wǎng)上購(gòu)物、轉(zhuǎn)賬、支付、理財(cái)?shù)炔僮?,使得移?dòng)支付和金融服務(wù)更加便捷;4G網(wǎng)絡(luò)可以提供實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸,幫助救援人員快速響應(yīng)和處理緊急情況,提高救援效率和安全性。
4G手機(jī)已不再是只能完成語(yǔ)音、資料的傳輸,其多功能與智能化已屬于小型電腦范疇,實(shí)現(xiàn)了多媒體的移動(dòng)通信,4G通信徹底改變了我們?nèi)祟?lèi)的生活方式。
1.5 5G(第五代移動(dòng)通信技術(shù))
改變生活不是移動(dòng)通信的終極目標(biāo)。5G通信構(gòu)想,除了滿(mǎn)足人們物質(zhì)情感的通信需求外,是否也可通過(guò)對(duì)人、物、環(huán)境、過(guò)程等對(duì)象實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián),對(duì)互聯(lián)的萬(wàn)物由需求進(jìn)行數(shù)字化處理產(chǎn)生數(shù)據(jù),利用網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值流動(dòng),從而以數(shù)據(jù)為生產(chǎn)要素,以智能化為手段為各行各業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。當(dāng)今,全球已經(jīng)掀起了行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮,智慧城市、無(wú)人駕駛、人工智能、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對(duì)通信技術(shù)提出了更高的要求,4G移動(dòng)通信技術(shù)已難以滿(mǎn)足移動(dòng)數(shù)據(jù)流量呈爆炸式增長(zhǎng)的需求。由此,5G技術(shù)蓬勃發(fā)展。
數(shù)字化是基礎(chǔ),網(wǎng)絡(luò)化是支撐,智能化是目標(biāo)。2018年6月,國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP(第三代合作伙伴計(jì)劃)正式發(fā)布了第一個(gè)完整的國(guó)際統(tǒng)一5G標(biāo)準(zhǔn),全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)相繼啟動(dòng)了5G商用服務(wù)。
5G要實(shí)現(xiàn)特定環(huán)境的復(fù)雜信息交換,大視頻、大數(shù)據(jù)、萬(wàn)物互聯(lián)等業(yè)務(wù)需要采用更高頻段,Sub6G和毫米波段能提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度與更大的網(wǎng)絡(luò)容量,系統(tǒng)采用先進(jìn)的大規(guī)模MIMO技術(shù)、毫米波技術(shù)、高效空口多址技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)、同時(shí)同頻全雙工技術(shù)、新型編碼調(diào)制技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)為用戶(hù)提供更加極致的應(yīng)用體驗(yàn)。用戶(hù)體驗(yàn)速率可達(dá)1Gbps,峰值速率可達(dá)數(shù)十Gbps,是4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的幾百倍,可實(shí)現(xiàn)最小1ms的超高可靠低時(shí)延,以及支持每平方公里數(shù)百萬(wàn)的大規(guī)模設(shè)備連接。針對(duì)社會(huì)高速信息化的極致體驗(yàn),以及萬(wàn)物互聯(lián)的愿景,5G將應(yīng)用分為3大類(lèi)型:
(1)增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMBB)。
增強(qiáng)移動(dòng)寬帶側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、高速率。主要面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸式的增長(zhǎng),這一增長(zhǎng)需要高速的數(shù)據(jù)傳輸與低延遲功能為用戶(hù)提供更加高質(zhì)量的多媒體應(yīng)用體驗(yàn)。應(yīng)用場(chǎng)景支持人們從互聯(lián)網(wǎng)下載超高清視頻流暢播放;支持人們將虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界相互融合,滿(mǎn)足人們?cè)谔摂M環(huán)境與虛擬角色進(jìn)行云游戲,并且?guī)椭t(yī)生利用模擬場(chǎng)景進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練等,為用戶(hù)提供沉浸式的觀看和交互體驗(yàn)。
(2)超高可靠低時(shí)延通信(uRLLC)。
超高可靠低時(shí)延通信主要面向工業(yè)控制、自動(dòng)駕駛、交通控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等對(duì)時(shí)延和可靠性具有極高要求的行業(yè)[2]。5G通信時(shí)延可低至1ms,滿(mǎn)足高可靠性要求。通過(guò)遙感、遙測(cè)、遙控技術(shù),5G網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)工廠設(shè)備進(jìn)行更快速、更精準(zhǔn)的信息采集、傳輸與設(shè)備控制,實(shí)現(xiàn)安全智能的自動(dòng)化生產(chǎn),提高生產(chǎn)效率與效益;5G技術(shù)可以讓自動(dòng)駕駛車(chē)輛利用攝像頭、傳感器、雷達(dá)對(duì)周?chē)伺c物實(shí)時(shí)感知,并將接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)快速處理產(chǎn)生精準(zhǔn)控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)車(chē)輛定位、智能規(guī)劃路徑、避障的安全無(wú)人駕駛[3];5G技術(shù)可以利用交通攝像頭提供的大數(shù)據(jù)、通過(guò)云計(jì)算,產(chǎn)生超高可靠低時(shí)延的智能交通信號(hào)控制信息,如潮汐車(chē)道提高城市交通的通行效率和安全性;在醫(yī)療條件較差的邊遠(yuǎn)地區(qū),醫(yī)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程為患者進(jìn)行診斷和治療,患者也可以隨時(shí)隨地進(jìn)行健康管理和咨詢(xún),充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源的最大化利用,滿(mǎn)足群眾醫(yī)療保健的需求。
(3)機(jī)器類(lèi)通信(mMTC)。
機(jī)器類(lèi)通信主要面向智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用需求[4]。這一場(chǎng)景對(duì)連接密度要求較高,支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò),交通管理系統(tǒng)、智能停車(chē)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸控制,提高城市管理的效率和智能化程度;智能家居系統(tǒng)可以加快發(fā)展,提升智能家居設(shè)備之間的通信速度,實(shí)現(xiàn)更加智能化的家居生活;環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備可以通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸,為環(huán)境保護(hù)提供有力支持。如城市的智能抄表,智能電網(wǎng)、智能水利、共享單車(chē)等業(yè)務(wù),將大規(guī)模的水表、電表、單車(chē)、攝像頭、路燈等終端設(shè)備置入芯片智能化、網(wǎng)絡(luò)化,即可實(shí)現(xiàn)高效的智能化網(wǎng)絡(luò)管理。
1.6 6G(第六代移動(dòng)通信技術(shù))展望
目前5G正處于各國(guó)大力發(fā)展推廣商用階段,雖然還未普及,但還是沒(méi)能阻止人們對(duì)6G技術(shù)的探索與研究。未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)地面無(wú)線網(wǎng)與衛(wèi)星通信集成的全連接世界,通過(guò)將衛(wèi)星通信整合到6G移動(dòng)通信,可實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫覆蓋[5]。能幫助人類(lèi)預(yù)測(cè)天氣、快速應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等,促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展,實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的“終極目標(biāo)”。
2 移動(dòng)通信發(fā)展的意義
綜上所述,移動(dòng)通信從1G到6G的發(fā)展過(guò)程中,隨著新技術(shù)的不斷進(jìn)步,通信網(wǎng)絡(luò)朝著更安全、更可靠、更高速、更大容量和智能化方向發(fā)展,每一階段的演進(jìn)都是社會(huì)進(jìn)步和國(guó)力增強(qiáng)的結(jié)果。
移動(dòng)通信的發(fā)展給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了以下重大意義:
(1)滿(mǎn)足了人們移動(dòng)通信需求,使得人們可以隨時(shí)隨地與他人進(jìn)行實(shí)時(shí)通信和快速獲取信息。
(2)促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展,改變了人們的生活。3G與4G的技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)多媒體應(yīng)用,為人們提供了高品質(zhì)移動(dòng)通信和網(wǎng)絡(luò)娛樂(lè)服務(wù)。網(wǎng)上購(gòu)物、網(wǎng)上銀行、移動(dòng)支付、在線教育、智慧醫(yī)療等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,極大地豐富便捷了人們的生活和工作,推動(dòng)了社會(huì)公共服務(wù)的發(fā)展,提升了社會(huì)服務(wù)水平。
(3)5G技術(shù)推動(dòng)社會(huì)各行各業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型,提高生產(chǎn)效率,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。5G通信以其廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)鍵技術(shù),為各行各業(yè)帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn),也為各行各業(yè)提供了更多的商機(jī)和可能性。從增強(qiáng)移動(dòng)寬帶到超高可靠低時(shí)延通信,再到機(jī)器類(lèi)通信[2],支持更多的智能終端設(shè)備連接,為物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智慧城市等數(shù)字化領(lǐng)域的發(fā)展提供技術(shù)支撐。網(wǎng)絡(luò)商城等互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)新興產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了新的動(dòng)力,也為社會(huì)創(chuàng)造了大量的就業(yè)機(jī)會(huì);人工智能、智慧城市等技術(shù)的應(yīng)用讓設(shè)備控制變得智能化,大大解放了生產(chǎn)力,提高城市管理效率,5G技術(shù)正在深刻改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞健?/p>
(4)增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。技術(shù)創(chuàng)新是移動(dòng)通信發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力,移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)之一。4G時(shí)代以前,通信標(biāo)準(zhǔn)主要以歐美發(fā)達(dá)國(guó)家研發(fā)為主,隨著我國(guó)國(guó)力增強(qiáng),在移動(dòng)通信領(lǐng)域不斷加大技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新力度,積極引進(jìn)和消化先進(jìn)技術(shù),在5G標(biāo)準(zhǔn)制定中取得專(zhuān)利數(shù)目已超過(guò)美國(guó)成為世界第一,增強(qiáng)了我國(guó)在全球移動(dòng)通信市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力,中國(guó)企業(yè)也正在走向世界前列。
3 結(jié)論
當(dāng)前,5G技術(shù)正在大力推廣運(yùn)用,隨著5G通信技術(shù)與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)不斷融合,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新型應(yīng)用空間不斷拓展,未來(lái)6G將為人類(lèi)帶來(lái)更加智能、便捷、綠色的生活方式,也為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供更強(qiáng)有力技術(shù)支撐,推動(dòng)社會(huì)全面進(jìn)入一個(gè)數(shù)字化、智能化的萬(wàn)物智聯(lián)新時(shí)代。
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