CAD Avanzado Para Electronica 1 Trabajo

8/17/2019 CAD Avanzado Para Electronica 1 Trabajo

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ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍAS EINGENIERÍAS

CAD AVANZADO PARA ELECTRONICAActividad 6: Trabajo Colaborativo 1

CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA

TRABAJO COLABORATIVO 1

PRESENTADO POR:

PEDRO ELIAS MUÑOZ SOLARTE.

JOSE GREGORIO CARO

ALEXANDER HENAO GUTIERREZ

FAUSTO ALEJANDRO RODRIGUEZ

JULIAN ANDRES MORENO

PRESENTADO AL TUTOR:

INGENIERO. HECTOR URIEL VILLAMIL.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

CEAD POPAYAN (ZONA CENTRO SUR)

30 DE ABRIL DE 2012


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1. INTRODUCCION

Las herramientas computacionales de diseño asistido por computador CAD, como es elcaso de MATLAB, son fundamentales en la etapa de diseño de los prototipos, estas han

sido de gran apoyo para los ingenieros, ya que permiten hacer la simulación de los

modelos sin la necesidad de un hardware previo, lo que le permite al ingeniero hacer

todas las pruebas necesarias antes de elaborar un primer prototipo en hardware.

Herramientas como MATLAB, además de permitir la simulación de circuitos, también

permite la realización de operaciones complejas en un corto tiempo, logrando de esta

manera que los cálculos matemáticos de cualquier proceso de diseño, se simplifiquen de

manera excepcional.

Una de las principales herramientas que trae incorporado el software de MATLAB son las

conocidas toolbox (Caja de Herramientas), que proporcionan una serie de soluciones

específicas para determinadas áreas de la ingeniería, como son: el procesamiento de

señales, el diseño de sistemas de control, la simulación de sistemas dinámicos, el diseño

de redes neuronales, el toolbox de comunicaciones, entre otros.

Para el desarrollo del presente trabajo utilizaremos algunas de las funciones incluidas en

el toolbox de comunicaciones, incluido en MATLAB, con las cuales haremos el estudio del

proceso de comunicación básico : primeramente realizaremos el proceso de

modulación(en amplitud y en frecuencia) de la señal a transmitir, posteriormente

simularemos la transmisión a través de un canal con ruido, seguidamente realizaremos elfiltrado de la señal y finalmente la demodulación, para así obtener una señal reconstruida

de la señal original al final del proceso de comunicación. Este proceso descrito

anteriormente lo haremos con cuatro tipos de señales: la señal diente de sierra, la señal

cuadrada, la señal senoidal y finalmente la voz humana. Con cada una de estas señales

realizaremos el proceso mencionado anteriormente, considerando primeramente

frecuencias bajas de la señal a transmitir (10Hz) y posteriormente el mismo proceso para

señales a transmitir con una frecuencia más alta (1500Hz).

Al final del presente trabajo elaboraremos una tabla comparativa, donde se podrán

observar las gráficas de cada una de las señales originales a transmitir, así como de lasseñales recuperadas en el proceso de demodulación en amplitud y las señales

recuperadas en el proceso de demodulación en frecuencia.


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2. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Tomar 7 señales así:A: Señal Diente de sierra a frecuencias bajas.

B: Señal Diente de sierra a frecuencias altas.

C: Señal cuadrada a frecuencias bajas.

D: Señal cuadrada a frecuencias altas.

E: Onda senoidal a frecuencias bajas.

F: Onda senoidal a frecuencias altas.

G: La voz humana.

Cada una de estas señales debe ser transmitida a través de un canal ruidoso, luego

recibirla y graficarla y en el caso del audio escucharla desde MATLAB.

CONDICIONES:

Las condiciones y parámetros de esta simulación son los siguientes:

1. El mensaje lo elige el estudiante.

2. A excepción de la voz humana para las demás señales deben elegir la frecuencia baja y

alta con la que se generará cada una de las señales, esto para poder comparar los

resultados obtenidos en su tratamiento.

3. El programa debe aplicar modulación en frecuencia y modulación en amplitud a cada

una de las señales.

4. Generar la señal que queda al pasarla a través de un canal ruidoso (el ruido aplicado

debe ser el mismo para cada señal).5. Filtrar la señal.

6. Demodular la señal.

7. Reproducirla.

En cada una de las etapas grafique la señal que se obtiene. Al final debe hacer un cuadro

comparativo de los resultados de las señales demoduladas frente al ruido y determinar

cómo afecta este en función de la frecuencia.

Para el desarrollo de esta actividad tomaremos como frecuencia baja fo=10 Hz y comofrecuencia alta tomaremos fo=1500 Hz. Para el literal G. Utilizaremos el mensaje

propuesto por nuestro compañero José Gregorio el cual es: “Ingeniería Electrónica”.


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I. SEÑALES AMPLITUD MODULADA

A. SEÑAL DIENTE DE SIERRA A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)Fs=8000; % Tasa de muestreo 8000 Hz.

Fc=300; % frecuencia de la portadora

fo = 10 % Frecuencia de transmisión

T = 0.2; paso=1000; % Periodo, Numero de pasos

A=1; % Amplitud Grafica Base.

wo=2*pi*fo % frecuencia angular de la señal moduladora con frecuencia fo.

p=0; % Desfase de la señal.

t = 0:T/paso:T; % Vector de Tiempo. (valor inicial:paso:valor final)

x = A*sawtooth(wo*t+p); % Generación señal diente de sierra.

y = ammod(x,Fc,Fs); % Modulación de x para producir y

yruidoso = awgn(y,15,'measured'); % Trans. a través de un canal ruidoso

[num,den] = butter(10,Fc*2/Fs); % Definición del filtro pasabajas

z = amdemod(yruidoso,Fc,Fs,0,0,num,den); % Demodulación.

subplot(2,2,1); plot(t,x); % Dibuja la señal de entrada(Superior).

y_Low = filter(num, den, yruidoso); % Aplicación del filtro

title('Señal Diente de Sierra a Frecuencia Baja'); % Señal de Entrada de Frecuencia Baja.

axis([0 T -2 2]) % Estableciendo límites.

xlabel('Tiempo (s)') % Etiqueta del eje X

ylabel('Amplitud (V)') % Etiqueta del eje Y

subplot(2,2,2); plot(t,y) % Dibuja la señal modulada y transmitida(Medio).

title('Señal Modulada en Amplitud y Transmitida por un Canal Ruidoso');axis([0 T -2 2]) % Estableciendo límites para los ejes.



subplot(2,2,3); plot(t,y_Low); % Dibuja la señal Filtrada.

title('Señal Filtrada'); % Señal Filtrada.

axis([0 T -2 2]) % Estableciendo límites para los ejes



subplot(2,2,4); plot(t,z); % Dibuja la señal demodulada(Inferior).

title('Señal Demodulada'); % Señal Recuperada.axis([0 T -2 2]) % Estableciendo límites para los ejes.



wavwrite(x,Fs,'audio1'); % Grabar la señal de entrada a un archivo

wavplay(x,Fs); pause(2); % Reproducir la señal de entrada. Pausa.

wavwrite(z,Fs,'audio2'); % Grabar la señal de salida a un archivo

wavplay(z,Fs); % Reproducir la señal de salida.


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GRAFICAS SEÑAL DIENTE DE SIERRA A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)


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B. SEÑAL DIENTE DE SIERRA A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1500 Hz)Fs=8000; % Tasa de muestreo 8000 Hz.

Fc=300; % frecuencia de la portadorafo = 1500 % Frecuencia de transmisión






x = A*sawtooth(wo*t+p); % Generación señal diente de sierra.






y_Low = filtfilt(num, den, yruidoso); % Aplicación del filtro

title('Señal Diente de Sierra a Frecuencia Alta'); % Señal de Entrada.





title('Señal Modulada en Amplitud y Transmitida por un Canal Ruidoso');

axis([0 T -2 2]) % Estableciendo límites para los ejes.

xlabel('Tiempo (s)') % Etiqueta del eje Xylabel('Amplitud (V)') % Etiqueta del eje Y







title('Señal Demodulada'); % Señal Recuperada.








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GRAFICAS SEÑAL DIENTE DE SIERRA A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1500 Hz)


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C. SEÑAL CUADRADA A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)Fs=8000; % Tasa de muestreo 8000 Hz.







x = A* square(wo*t+p); % Generación señal diente de sierra.







title('Señal Cuadrada a Frecuencia Baja'); % Señal de Entrada de Frecuencia Baja.






















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D. SEÑAL CUADRADA A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1500 Hz)Fs=8000; % Tasa de muestreo 8000 Hz.







x = A* square(wo*t+p); % Generación señal diente de sierra.







title('Señal Cuadrada a Frecuencia Alta'); % Señal de Entrada.






















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GRAFICAS SEÑAL CUADRADA A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1500 Hz)


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E. SEÑAL SENOIDAL A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)Fs = 8000; % Tasa de muestreo 8000 muestras por segundo.

fo = 10; % % Frecuencia de la señal moduladora o señal a Tx.Fc = 300 % Frecuencia de Corte.

wo= 2*pi*fo % wo = frecuencia angular

T = 0.2 % Estableciendo el tiempo de muestreo de la señal.

% Para escuchar las señales se le puede dar más t

t = [0:T*Fs]'/Fs; % Tiempos de muestreo para T segundos

A=1; % Amplitud de la señal senoidal

x = A*sin(wo*t); % Representación de la señal


yruidoso = awgn(y,15,'measured'); %Transmisión a través de un canal ruidoso

[num,den] = butter(10,Fc/(Fs/2)); % Definición del filtro

y_Low = filtfilt(num, den, yruidoso);



title('Señal Senoidal de Entrada'); % Señal de Entrada.

axis([0 T -2 2]) % Estableciendo límites para los ejes X(0,0.1) y Y(-2,2).



subplot(2,2,2); plot(t,yruidoso) % Dibuja la señal modulada y transmitida(Medio).

title('Señal Modulada en Amplitud'); % Señal Modulada en Amplitud.













wavplay(x,Fs); % Reproducir la señal de entrada. pause(2);


wavplay(z,Fs); % Reproducir la señal de salida. %grid; %figure; % Agregar cuadricula a la gráfica. Una figura nueva c/v


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GRAFICAS SEÑAL SENOIDAL A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)


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F. SEÑAL SENOIDAL A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1000 Hz)Fs = 8000; % Tasa de muestreo 8000 muestras por segundo.

fo = 1000; % 1KHz % Frecuencia de la señal moduladora o señal a Tx.Fc = 1500 % Frecuencia de Corte.



% Para escuchar las señales se le puede dar más t







y_Low = filtfilt(num, den, yruidoso);







subplot(2,2,2); plot(t,yruidoso) % Dibuja la señal modulada y transmitida(Medio).
















wavplay(z,Fs); % Reproducir la señal de salida. %grid; %figure; % Agregar cuadricula a la gráfica. Una figura nueva c/v


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GRAFICAS SEÑAL SENOIDAL A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1000 Hz)


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G. VOZ HUMANA.

Fs = 16000; % Tasa de muestreo 16000 muestras por segundo.Fc = 3500 % Frecuencia de Corte, que deje pasar los armónicos.

x= wavread ('mensaje') % Asignar Mensaje a la variable x.




y_Low = filter(num, den, yruidoso);


subplot(2,2,1); plot(x); % Dibuja la señal de entrada(Superior).

grid; % Agregar cuadricula a la gráfica.

title('Señal Voz Humana'); % Señal de Entrada.


subplot(2,2,2); plot(yruidoso) % Dibuja la señal modulada y transmitida(Medio).




subplot(2,2,3); plot(y_Low); % Dibuja la señal Filtrada.




subplot(2,2,4); plot(z); % Dibuja la señal demodulada(Inferior).

title('Señal Demodulada'); % Señal Recuperada.ylabel('Amplitud (V)') % Etiqueta del eje Y



wavplay(z,Fs); % Reproducir la señal de salida. grid; % Agregar cuadricula a la gráfica.


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GRAFICAS VOZ HUMANA


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II. SEÑALES FRECUENCIA MODULADA

A. SEÑAL DIENTE DE SIERRA A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)Fs=8000; % Tasa de muestreo 8000 Hz.

Fc=300; % frecuencia de la portadora

fo = 10 % Frecuencia de transmisión






x = A*sawtooth(wo*t+p);% Generación señal diente de sierra.

dev = 50; % Desviación de la frecuencia de la señal modulada

y = fmmod (x, Fc, Fs, dev);% Modulación de x para producir y



y = filter( num , den ,yruidoso ); % Señal Filtrada

z = fmdemod (y, Fc, Fs, dev); % Demodulación.


title('Señal Diente de Sierra a Frecuencia Baja'); % Señal de Entrada




subplot(3,1,2); plot(t,yruidoso) % Dibuja la señal modulada y transmitidatitle('Señal Modulada en Frecuencia y transmitida por un Canal Ruidoso');





title('Señal Filtrada y Demodulada'); % Señal Recuperada.




wavwrite(x,Fs,'audio1'); % Grabar la señal de entrada a un archivowavplay(x,Fs); pause(2); % Reproducir la señal de entrada. Pausa.




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GRAFICAS SEÑAL DIENTE DE SIERRA A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)


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B. SEÑAL DIENTE DE SIERRA A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1500 Hz)Fs=8000; % Tasa de muestreo 8000 Hz.

Fc=300 ; % frecuencia de la portadorafo = 1500 % Frecuencia de transmisión






x = A*sawtooth(wo*t+p);% Generación señal diente de sierra.








title('Señal Diente de Sierra a Frecuencia Alta'); % Señal de Entrada




subplot(3,1,2); plot(t,yruidoso) % Dibuja la señal modulada y transmitida

title('Señal Modulada en Frecuencia y transmitida por un Canal Ruidoso');

axis([0 T -2 2]) % Estableciendo límites para los ejes.xlabel('Tiempo (s)') % Etiqueta del eje X









wavwrite(z,Fs,'audio2'); % Grabar la señal de salida a un archivowavplay(z,Fs); % Reproducir la señal de salida.


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GRAFICAS SEÑAL DIENTE DE SIERRA A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1500 Hz)


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C. SEÑAL CUADRADA A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)Fs=8000; % Tasa de muestreo 8000 Hz.







x = A* square(wo*t+p); % Generación señal cuadrada








title('Señal Cuadrada a Frecuencia Baja'); % Señal de Entrada

















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GRAFICAS SEÑAL CUADRADA A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)


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D. SEÑAL CUADRADA A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1500 Hz)Fs=8000; % Tasa de muestreo 8000 Hz.







x = A* square(wo*t+p); % Generación señal cuadrada








title('Señal Cuadrada a Frecuencia Alta'); % Señal de Entrada

















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GRAFICAS SEÑAL CUADRADA A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1500 Hz)


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E. SEÑAL SENOIDAL A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)Fs = 8000; % Tasa de muestreo 8000 muestras por segundo.

fo = 10; % Frecuencia de la señal moduladora o señal a Tx.Fc = 300 % Frecuencia de Corte.







y = fmmod (x, Fc, Fs, dev); % Modulación de x para producir y










subplot(3,1,2); plot(t,yruidoso) % Dibuja la señal modulada y transmitida.

title('Señal Modulada en Frecuencia y transmitida por canal ruidoso');










wavwrite(z,Fs,'audio2'); % Grabar la señal de salida a un archivowavplay(z,Fs); % Reproducir la señal de salida. %grid; %figure; % Agregar cuadricula a la gráfica. Una figura nueva c/v


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GRAFICAS SEÑAL SENOIDAL A FRECUENCIAS BAJAS. (fo=10 Hz)


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F. SEÑAL SENOIDAL A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1000 Hz)Fs = 8000; % Tasa de muestreo 8000 muestras por segundo.

fo = 1000; % 1KHz % Frecuencia de la señal moduladora o señal a Tx.Fc = 1500 % Frecuencia de Corte.

















subplot(3,1,2); plot(t,yruidoso) % Dibuja la señal modulada y transmitida.

title('Señal Modulada en Frecuencia y transmitida por canal ruidoso');










wavwrite(z,Fs,'audio2'); % Grabar la señal de salida a un archivowavplay(z,Fs); % Reproducir la señal de salida. %grid; %figure; % Agregar cuadricula a la gráfica. Una figura nueva c/v


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GRAFICAS SEÑAL SENOIDAL A FRECUENCIAS ALTAS. (fo=1000 Hz)


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G. VOZ HUMANA. (Con el mismo nivel de ruido la señal no es audible)













subplot(3,1,2); plot(yruidoso) % Dibuja la señal modulada y transmitida.


title('Señal Modulada en Frecuencia'); % Señal Modulada en Amplitud.



title('Señal Filtrada y Demodulada');% Señal Recuperada.


wavplay(x,Fs); % Reproducir la señal de entrada.

pause(2);wavwrite(z,Fs,'audio2'); % Grabar la señal de salida a un archivo



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GRAFICAS VOZ HUMANA(No Recuperada)


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VOZ HUMANA. (Disminuyendo el nivel de ruido la señal se puede recuperar)













subplot(3,1,2); plot(yruidoso) % Dibuja la señal modulada y transmitida.


title('Señal Modulada en Frecuencia'); % Señal Modulada en Amplitud.



axis([0 30000 -1 1]) % Estableciendo límites.

title('Señal Filtrada y Demodulada');% Señal Recuperada.






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GRAFICAS VOZ HUMANA(Recuperada)


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CUADRO COMPARATIVO DE LAS SEÑALES DEMODULADAS

TIPO DE SEÑAL SEÑALORIGINAL

SEÑAL FILTRADA YDEMODULADAEN AMPLITUD

SEÑAL FILTRADA YDEMODULADAEN FRECUENCIA

DIENTE DESIERRA BAJAFRECUENCIA

CUADRADABAJA

FRECUENCIA

SENOIDALBAJA

FRECUENCIA

DIENTE DESIERRA ALTAFRECUENCIA

CUADRADAALTA

FRECUENCIA

SENOIDALALTA

FRECUENCIA

VOZHUMANA NORECUPERADA

EN FMVOZ

HUMANARECUPERADA

EN FM


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3. CONCLUSIONES

En el desarrollo del presente trabajo obtuvimos los siguientes resultados:

Observamos la simulación del proceso básico de transmisión de una señal a través de

un canal de comunicación, desde el proceso de modulación, tanto en amplitud como

en frecuencia, pasando por el proceso de transmisión de la señal a través de un canal

con ruido, para luego introducir la señal en un proceso de filtrado y finalmente por un

proceso de demodulación en frecuencia o en amplitud, según el caso, para al final

obtener la simulación de la señal recuperada a la salida.

Aprendimos a utilizar los comandos básicos para la realización de cada uno de los

procesos mencionados anteriormente, como fueron los comandos:

sawtooth: utilizado para generar una señal diente de sierra.

square: utilizado para generar una señal de onda cuadrada.

sin: utilizado para generar un señal de onda senoidal.

ammod: utilizado para el proceso de modulación en amplitud.

fmmod: utilizado para el proceso de modulación en frecuencia.

awgn: utilizado para simular el proceso de ruido dentro de un canal de transmisión.

butter: utilizado para diseñar el filtro de la señal.(Filtro pasa bajo).

filter: utilizado para aplicar el filtro a la señal.

amdemod: utilizado para realizar el proceso de demodulación en amplitud.

fmdemod: utilizado para realizar el proceso de demodulación en frecuencia.

Analizamos que aprendiendo todas las herramientas que trae el toolbox de

comunicaciones de MATLAB, podemos simular cualquier proceso de transmisión de

señales, pudiendo estudiar el cambio que ocurre con cada una de estas señales,

durante cada uno de las etapas que hacen parte de la transmisión.

Después de elaborar la tabla comparativa pudimos observar que con la señal de ruido

que le aplicamos a cada una de las señales, se afectaron de manera pronunciada las

señales demoduladas en frecuencia, mientras que las señales moduladas en amplitud

se pudieron recuperar casi completamente, sobre todo para las señales con

frecuencias de transmisión bajas, donde el ruido se pudo casi eliminar por completo

en la etapa de filtrado.


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4. REFERENCIAS

Monroy, J. O. (2009). Protocolo Curso CAD para Electrónica. Sogamoso. Colombia:Unad.

Monroy, J. O. (2009). CAD para Electrónica. Sogamoso. Colombia:Unad.

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