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下篇:3萬字告訴你全球6G通信技術(shù)最新進(jìn)展

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文 |錢鴻生

編輯|星船知造

視覺設(shè)計:星船知造

6G網(wǎng)絡(luò)并不是在5G基礎(chǔ)之上的簡單升級,而是利用通過關(guān)鍵技術(shù)的突破,實現(xiàn)跨越式的全面技術(shù)提升。

6G移動通信的技術(shù)發(fā)展將會對半導(dǎo)體工業(yè)、電子設(shè)備制造、高端芯片研制、軟件開發(fā)、智能手機(jī)制造等上下游供應(yīng)鏈和相關(guān)技術(shù)企業(yè)等帶來巨大的提升效應(yīng),助力各行業(yè)加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐。

6G場景化應(yīng)用又將催生出一大批數(shù)字經(jīng)濟(jì)實體,對于我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展包括工業(yè)自動化控制、智能城市、無人駕駛、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)、全息通信、生活娛樂等,都將產(chǎn)生巨大影響。

5G時代已經(jīng)過半。從2019年5G啟航至今,中國扎實推進(jìn)5G助力千行百業(yè)。目前屬于5G的時間還有至少5年

中國數(shù)個萬億級產(chǎn)業(yè)的崛起都在5G技術(shù)的托舉下:從5G向6G邁進(jìn):芯片背后的持久戰(zhàn)

6G標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)的爭奪戰(zhàn)也已打響——今年美國、澳大利亞、加拿大、捷克、芬蘭、法國、日本、韓國、瑞典和英國10個國家發(fā)布聯(lián)合聲明,拉起“6G”聯(lián)盟,準(zhǔn)備來個抱團(tuán)式彎道超車。

一場6G關(guān)鍵技術(shù)的研究、測試工作已經(jīng)全面拉開競爭序幕。

作為星船知造“現(xiàn)代通信與智能網(wǎng)技術(shù)展望”系列欄目的第三輯,我們邀請星船知造資深讀者、通信行業(yè)教授級高級工程師錢鴻生博士為我們撰寫了《第六代移動通信6G關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展前景的研究》。

報告正文共3.1萬字,從移動通信技術(shù)迭代發(fā)展的角度出發(fā),分析第六代移動通信6G發(fā)展的內(nèi)生驅(qū)動力,全面分析6G移動通信的愿景目標(biāo)、系統(tǒng)架構(gòu)、主要性能參數(shù)和關(guān)鍵新技術(shù)突破的內(nèi)涵,分析未來6G移動通信網(wǎng)絡(luò)新的六大場景化應(yīng)用領(lǐng)域,盤點我國科研人員近期在6G關(guān)鍵技術(shù)研究中的一些重大突破案例。

最后就我國部署商用6G移動通信網(wǎng)絡(luò)的時間、6G資本市場的發(fā)展前景以及建立風(fēng)險管控機(jī)制作了簡要的分析與研判。

目錄可左右滑動

上篇《3萬字告訴你全球6G走到哪一步了》。

本篇我們節(jié)選了第一章中的“國際組織6G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)情況”;第二章中“中國工信部定義6G愿景目標(biāo)”、“第六代移動通信6G場景化應(yīng)用展望”;第三章“我國6G移動通信發(fā)展前景研判”中的部分內(nèi)容。

也歡迎您關(guān)注“星船知造”,于后臺領(lǐng)取完整版白皮書。

01 三個重要時間表

1,5G-Advanced標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)計劃時間表

5G-Advanced 不是一個可有可無的技術(shù)過渡,而是移動通信升級迭代的必經(jīng)之路,5G-Advanced的R18已經(jīng)完成,業(yè)界將2024年視為5G-Advanced的商用元年。

后續(xù)的R19、R20 版本包含通過AI優(yōu)化現(xiàn)有通信空口傳輸、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)用戶策略、綠色網(wǎng)絡(luò)與節(jié)能、通感模型等一系列相關(guān)技術(shù)的全新解決方案,這些關(guān)鍵技術(shù)完全可能平滑過渡到6G移動通信系統(tǒng)中去。

因此,我們從現(xiàn)在起就要跟蹤5G-Advanced標(biāo)準(zhǔn)制定的過程,研究如何將我國規(guī)模巨大的5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)融合到未來6G網(wǎng)絡(luò)中去,充分發(fā)揮我們5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資效益。

5G-Advanced的標(biāo)準(zhǔn)化工作將有R18、R19和R20三個版本,持續(xù)對原有5G的功能進(jìn)行升級與完善,計劃到2025年完成5G-Advanced最后一個版本R20的制定工作,詳見下圖

根據(jù) 3GPP 官網(wǎng)公布的時間表來看,3GPP于2023 年就已經(jīng)同時開啟了對于6G 的研究,啟動了首個6G 標(biāo)準(zhǔn) R21 版本技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定,大約在2028年上半年到 2030 年將凍結(jié) R23 版本。在此過程中,預(yù)計全球在2028年下半年將會有部分6G標(biāo)準(zhǔn)的移動通信商業(yè)化試驗網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)。

2,中國6G實施時間表

中國IMT-2030(6G)推進(jìn)組在2023年12月的全球6G發(fā)展大會上做了題為《IMT-2030(6G)推進(jìn)組研究進(jìn)展》的報告,代表中國政府提出了我國發(fā)展第六代移動通信的具體時間表,如下圖所示

上述時間表顯示,我國的6G標(biāo)準(zhǔn)制定與網(wǎng)絡(luò)部署分為三個階段

第一階段:2020年到2025年概念形成階段

形成6G愿景需求及概念,突破關(guān)鍵技術(shù),為6G國際標(biāo)準(zhǔn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

第二階段:2025年到2029年國際標(biāo)準(zhǔn)階段

開展國際標(biāo)準(zhǔn)研究,形成全球統(tǒng)一的6G國際標(biāo)準(zhǔn)。

第三階段:2026年到2030年產(chǎn)業(yè)研發(fā)階段

全面推進(jìn)產(chǎn)業(yè)研發(fā),構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)生態(tài),加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)成熟,支持6G商用。

3,中國6G關(guān)鍵技術(shù)試驗三階段實施圖

2022年8月開始,在工信部的指導(dǎo)下,我國IMT-2030(6G)推進(jìn)組正式啟動了6G關(guān)鍵技術(shù)試驗工作,該項工作分為三個階段,如下圖16所示

我國的6G關(guān)鍵技術(shù)試驗工作分為三個階段

第一階段:2022年到2025年關(guān)鍵技術(shù)試驗

第二階段:2024年到2026年技術(shù)方案試驗

第三階段:2027年到2030年系統(tǒng)組網(wǎng)試驗

其中,2023年已經(jīng)或正在試驗的6G關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域包括:太赫茲通信、通信感知一體化、智能超表面、移動算力網(wǎng)絡(luò)、無線人工智能、分布式自治網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)。

在我國廣大工程技術(shù)人員努力拼搏以及開展國際交流合作的基礎(chǔ)上,我國在相關(guān)6G標(biāo)準(zhǔn)建議和關(guān)鍵技術(shù)驗證中取得了突破性的進(jìn)展,為我國的6G發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

02 全球最新6G專利申請排名喜憂參半

截至2023年底,根據(jù)全球6G技術(shù)專利局的研究報告,在全球貢獻(xiàn)的6G專利申請數(shù)量,正在以驚人的速度增長,其中中國加大對6G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化研究和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)力度,中國6G專利申請的內(nèi)容主要涉及無線傳輸、通信技術(shù)、量子技術(shù)和人工智能等9個領(lǐng)域。

目前中國提交的6G專利申請量已經(jīng)高達(dá)8074件,處于全球貢獻(xiàn)6G標(biāo)準(zhǔn)建議的領(lǐng)先地位,占比為6G申請專利總數(shù)的40.3%,排名第二的是美國6G專利申請占比為35.2%。

美國作為曾經(jīng)的通信設(shè)備研發(fā)的重要力量,持續(xù)在6G技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新方面發(fā)力,自2019年以來,美國的6G專利申請數(shù)量持續(xù)增長,年均增長率達(dá)到13.8%。

美國6G專利申請的主體單位已經(jīng)不是傳統(tǒng)的朗訊科技與貝爾實驗室等,而是來自有強(qiáng)大經(jīng)濟(jì)實力和市場優(yōu)勢的新型實業(yè)主體,如高通、蘋果、谷歌、英特爾等。

美國企業(yè)本身在研發(fā)資金、芯片制造、智能手機(jī)、算力算法、人工智能和數(shù)據(jù)處理等方面具有明顯技術(shù)與人才優(yōu)勢,大有先發(fā)制人搶占6G標(biāo)準(zhǔn)與研發(fā)制高點的企圖,美國不愿意在6G領(lǐng)域被中國趕超,不但在國際上抹黑中國制造的通信產(chǎn)品,并試圖通過糾集部分國家組建6G聯(lián)盟,來抗衡中國在6G領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢,因此6G標(biāo)準(zhǔn)化和研發(fā)領(lǐng)域的國際競爭不容小視。

中國科學(xué)院多名院士紛紛發(fā)出警告,對美國6G研發(fā)態(tài)勢和星鏈計劃推進(jìn),我國需保持高度警覺,不能放松我國在這些領(lǐng)域的布局和研發(fā)。

全球6G技術(shù)專利申請排名第三是虎視眈眈的日本,占比達(dá)到9.9%,日本6G專利申請數(shù)量持續(xù)快速增長,年均增長率達(dá)到12.4%。

長期以來日本在通信設(shè)備制造、電子設(shè)備生產(chǎn)、芯片制造等領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗,餅在天線設(shè)計和信號處理方面具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。

國際電信聯(lián)盟將在2024年召開專題會議,對各國提交的6G標(biāo)準(zhǔn)建議展開討論,希望中國在6G領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢能在未來的6G標(biāo)準(zhǔn)化制定中發(fā)揮重要引領(lǐng)和主導(dǎo)作用。盡管中國政府已經(jīng)目前表態(tài),希望這次第六代移動通信6G能形成全球統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),但是歐洲、美國、日本等在6G加大投入虎視眈眈,實現(xiàn)6G的全球統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的競爭可能會發(fā)生激烈的對抗,道路會非常曲折。

03 第六代移動通信6G場景化應(yīng)用展望

2023年6月,國際電聯(lián)發(fā)布了《IMT面向2030及未來發(fā)展的框架和總體目標(biāo)建議書》(ITU-R M.2160-0),對6G的使用場景做了定義:

第六代移動通信6G將預(yù)計擴(kuò)展支持各種用戶、應(yīng)用和新技術(shù)發(fā)展趨勢,同時為可持續(xù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供前景。

6G的使用場景設(shè)想將在5G使用場景,即增強(qiáng)型移動寬帶(eMBB)、超可靠和低延遲通信(URLLC)和大規(guī)模機(jī)器類型通信(mMTC)的基礎(chǔ)之上,擴(kuò)展到更廣泛的場景化應(yīng)用。

6G設(shè)想啟用新的使用場景,包括沉浸式通信、超可靠和低延遲通信、超大規(guī)模通信、無處不在的泛在連接、普惠智能與通信、綜合傳感和通信六大應(yīng)用場景。

2.5.1 沉浸式通信與虛實共存

沉浸式通信或沉浸式云XR通信是一種專門技術(shù),它涵蓋了虛擬現(xiàn)實(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(AR)和混合現(xiàn)實(MR)等多種技術(shù),可以讓用戶在視覺、聽覺和直觀交互中具有身臨其境的體驗,構(gòu)建出一個以假亂真、虛實共存的世界。

6G網(wǎng)絡(luò)傳輸速度和極低時延性能,使得極致沉浸式云XR通信實現(xiàn),滿足用戶的極致體驗需求。通過6G沉浸式云化XR通信,特點是將消耗資源的計算機(jī)算力轉(zhuǎn)移到云或邊緣端,并通過6G超寬帶、低延遲網(wǎng)絡(luò)與輕量級客戶端交互。

好處是能極大降低終端的制造成本和性能要求,終端將更輕便、智能,有利于極致沉浸式云XR通信的場景化應(yīng)用,實現(xiàn)物理世界中人與物的高效互聯(lián),實時精確地反映物理世界的真實狀態(tài)。

6G的沉浸式云XR通信將在娛樂、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、元宇宙、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)中有廣泛的應(yīng)用前景,場景化應(yīng)用潛力巨大,將助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)實體與虛擬數(shù)字世界的深度融合和各行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2.5.2 超可靠和低延遲的通信

6G將依靠超可靠和低延遲通信(URLLC)的持續(xù)優(yōu)化,涵蓋對可靠性和延遲有嚴(yán)格要求的特殊應(yīng)用場景。適用于在工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動化操作,在未來人工智能控制下對生產(chǎn)線和自動控制裝置實施遠(yuǎn)程定位和操控。

這種使用場景將支持增強(qiáng)的可靠性和較低的延遲,將重新定義智慧交通與無人駕駛的內(nèi)涵,在6G提供的通信感知和空天一體技術(shù)的支撐下,完成自動駕駛的精確定位和超強(qiáng)感知,實現(xiàn)動態(tài)路線規(guī)劃和全程安全自動駕駛,讓無人駕駛成為常態(tài),甚至在安全操控性能方面遠(yuǎn)超人類的認(rèn)知水平。

2.5.3 超大規(guī)模連接助力萬物互聯(lián)

6G超大規(guī)模通信是在5G機(jī)器類型通信(mMTC)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的能力拓展和增強(qiáng)。這個使用場景涉及連接大量的設(shè)備或傳感器的超大規(guī)模連接,對象將包括部署在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的各種終端設(shè)備、智慧城市、智慧交通、智慧生活、智慧農(nóng)業(yè)等場景中海量設(shè)備的互聯(lián)。

6G超大規(guī)模連接的場景特點是聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量比5G有大幅度的增加,并支持處理各種不同速率的終端。

6G網(wǎng)絡(luò)將擁有萬億級以上的超大規(guī)模設(shè)備連接的能力,并滿足亞毫秒級的時延要求,使得數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量和安全性得到極大的提高。

6G超大規(guī)模連接將采用新的技術(shù)手段,如分布式自治與數(shù)字孿生技術(shù)、通信感知一體化技術(shù)、全域覆蓋空天一體技術(shù)和人工智能技術(shù)的綜合運(yùn)用。實現(xiàn)虛實共存、萬物互聯(lián),精確實時地精確感知物理世界的細(xì)微變化,通過數(shù)據(jù)模型和標(biāo)準(zhǔn)接口,輔以自動糾錯和恢復(fù)的能力,在超大規(guī)模的指定連接中,可以根據(jù)使用情況、對不同的數(shù)據(jù)速率、不同的終端功耗和移動性要求,進(jìn)行動態(tài)的調(diào)整與優(yōu)化,使得數(shù)據(jù)傳送的質(zhì)量得到充分保障。

2.5.4 無處不在的泛在網(wǎng)絡(luò)連接

目前全球大多數(shù)人分布在農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū),由于地面通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用昂貴,國外私有企業(yè)在追逐利潤最大化的前提下,難以保障這些邊遠(yuǎn)地區(qū)的通信。有些無人區(qū)、遠(yuǎn)洋考察航行、空中設(shè)備都有移動通信的需求。

隨著6G網(wǎng)絡(luò)的部署,地面移動通信與包括中高軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、高空轉(zhuǎn)接平臺、無人機(jī)在內(nèi)的空間網(wǎng)絡(luò)相互融合,將構(gòu)建起一個覆蓋全球化三維立體的6G通信網(wǎng)絡(luò),為用戶提供無處不在的泛在網(wǎng)絡(luò)連接。

6G網(wǎng)絡(luò)無處不在的泛在網(wǎng)絡(luò)連接,也為廣域物聯(lián)網(wǎng)接入,應(yīng)急保障通信、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)作物監(jiān)控、無人區(qū)監(jiān)控、海上應(yīng)急行動、遠(yuǎn)洋集裝箱服務(wù)等,提供高精度定位,高精度導(dǎo)航、高精度管控等服務(wù)。

6G網(wǎng)絡(luò)的這個使用場景將極大增強(qiáng)連接,彌合數(shù)字鴻溝,增進(jìn)與其他系統(tǒng)廣泛的互聯(lián)互通性。

2.5.5普惠智能與通信融合交互

普惠智能與通信融合交叉是6G典型的應(yīng)用場景之一,將依托6G網(wǎng)絡(luò)具有的高效分布式智能學(xué)習(xí)和邏輯推理的能力,提供人工智能與通信融合交互的通信和AI算力?煞⻊(wù)于特定應(yīng)用場景之中,提高6G網(wǎng)絡(luò)整體的性能和先進(jìn)性。6G的普惠智能與通信場景應(yīng)包括數(shù)字孿生數(shù)據(jù)訓(xùn)練、計算模型推理、圖像識別、多模態(tài)數(shù)據(jù)生成和預(yù)測。

典型的應(yīng)用包括自動識別融合語音、人臉、手勢、物理信號等多種信息,實現(xiàn)智能邏輯判斷與智能反饋機(jī)制,利用超寬帶、低延遲、高可靠性的數(shù)據(jù)處理,實現(xiàn)智能體與人類的實時交互與反饋。

6G的普惠智能將滿足未來智能手機(jī)、智能終端、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備傳感器、無人駕駛車輛、智能機(jī)器人,無人機(jī)集群、腦機(jī)接口等新型終端支持高速數(shù)據(jù)傳輸,以及實現(xiàn)不同類型智能設(shè)備間的協(xié)作和融合交互。實現(xiàn)對物理世界運(yùn)行提供數(shù)據(jù)分析和決策,支撐海量數(shù)據(jù)處理,智能感知邊緣接入,負(fù)載自動調(diào)整與協(xié)調(diào)。

2.5.6 綜合傳感和通信融合創(chuàng)新

未來的6G網(wǎng)絡(luò)不再是單純的數(shù)據(jù)傳輸,而是集傳感、計算、通信為一體的綜合傳感和通信系統(tǒng)。

現(xiàn)代通信系統(tǒng)對通信感知和計算能力提出極致需求,6G通信網(wǎng)絡(luò)將憑借實時無線傳感、先進(jìn)信號處理技術(shù)以及算力支撐,為準(zhǔn)確檢測、感知分辨率、感知精度、識別、定位成像,包括速度、距離、角度。充分利用毫米波或太赫茲等更高頻段頻譜資源,有助于獲取環(huán)境信息,進(jìn)而提高無線系統(tǒng)的性能,為6G通信系統(tǒng)增加了新的場景化應(yīng)用維度。

6G的綜合傳感和通信不是簡單的對物體的定位服務(wù),而是通過無線信號的反射、試驗、多普勒角度譜信息,將云端多樣的算力通過網(wǎng)絡(luò)的方式連接與協(xié)同,可以進(jìn)行三維立體的追蹤與定位,支持高精度定位和傳感相關(guān)的能力,包括被測對象的距離、速度、角度的感知和成像。并用超高清射頻圖像重建目標(biāo)環(huán)境,實現(xiàn)厘米級或毫米級的定位。

隨著綜合傳感和通信以及人工智能技術(shù)的進(jìn)步,將計算與網(wǎng)絡(luò)的深度融合及協(xié)同感知,以及網(wǎng)絡(luò)的智能化調(diào)度,并解決算力中多方協(xié)作,對象或過程被數(shù)字化復(fù)制。這個功能在未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測、無人智能汽車、多機(jī)器人協(xié)同、航天控制領(lǐng)域等場景中有廣泛的應(yīng)用。

結(jié)束語

當(dāng)前是6G概念形成與關(guān)鍵技術(shù)儲備的關(guān)鍵窗口期。我國已經(jīng)在6G相關(guān)技術(shù)的驗證和工作方面取得了一大批豐碩成果。未來6G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展前景廣闊,但也充滿機(jī)遇和挑戰(zhàn)。要警惕全球6G標(biāo)準(zhǔn)可能發(fā)生多制式分裂的情況,進(jìn)而削弱中國在6G標(biāo)準(zhǔn)和國際產(chǎn)業(yè)鏈方面的話語權(quán)。

對于投資者而言,6G發(fā)展中還存在許多不確定的因素,需要對6G技術(shù)發(fā)展有一個全面的認(rèn)識,具備足夠的風(fēng)險管控意識,同時需要關(guān)注行業(yè)動態(tài)和政策變化,以便及時調(diào)整投資策略和資產(chǎn)配置。

未來6G技術(shù)的發(fā)展與競爭中,我們應(yīng)堅持自主創(chuàng)新與國際開放合作并行推進(jìn)的策略,共同推進(jìn)全球6G技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,中國應(yīng)當(dāng)為人類社會福祉和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步做出積極的貢獻(xiàn)。

主要參考文獻(xiàn):

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[10] 國務(wù)院《十四五數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的通知》(國發(fā)〔2021〕29號).2021年12月12日.

本文基于訪談及公開資料寫作,不構(gòu)成任何投資建議

星船知造原創(chuàng)內(nèi)容

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白皮書領(lǐng)。本文節(jié)選、編輯自星船知造白皮書《第六代移動通信6G關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展前景的研究》。白皮書全文共3.1萬字,由錢鴻生博士撰寫。

歡迎您于后臺領(lǐng)取完整版白皮書:

●關(guān)注星船知造,回復(fù)關(guān)鍵詞“6G技術(shù)”或“6G”。

●就可下載高清完整版《第六代移動通信6G關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展前景的研究》。

●關(guān)注星船知造,回復(fù)關(guān)鍵詞“5G技術(shù)“。

●就可下載高清完整版《基于5G技術(shù)架構(gòu)的場景化應(yīng)用探索與研究》

更多移動通信產(chǎn)業(yè)閱讀:《華為之外,1998—2023:芯片背后的持久戰(zhàn)》 、《從5G向6G邁進(jìn):芯片背后的持久戰(zhàn)》

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