JP2009273102A - 周波数変換回路とこれを用いた高周波受信部 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な受信感度を有する高周波受信部を実現する。
【解決手段】高周波信号が入力される入力端子１４１ａと、この入力端子１４１ａが一方の入力に接続される混合器１１３と、この混合器１１３からの周波数変換された出力信号が供給される出力端子１４１ｂと、混合器１１３の他方の入力に供給される発振器１１７と、この発振器１１７を制御するＰＬＬ回路１１９と、このＰＬＬ回路１１９を制御信号により制御する制御回路１３９と、この制御回路１３９に制御データが入力される制御端子１４１ｃを備え、ＰＬＬ回路１１９に接続されるとともに複数の異なる発振周波数を出力することができる基準発振回路１３１を設け、基準発振回路１３１から出力される高調波信号に起因して発生するスプリアス信号を出力信号の帯域外の周波数とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、周波数変換回路を用いる高周波受信部に関するものである。

以下、従来のテレビ放送信号を受信できる高周波受信部１について図４を用いて説明する。図４において、高周波受信部１には、テレビ放送信号等の高周波信号がアンテナ３から入力される入力端子５と、周波数変換された信号が出力される出力端子７と、制御データが入力される制御端子９と、この制御端子９を介して入力される制御データに基づいて制御信号を出力する制御回路１０が設けられている。

また、入力端子５から出力端子７に向かって順に増幅器１１、増幅器１１の出力が一方の入力に接続されている混合器１３、妨害信号を抑圧することが可能なフィルタ１５が接続されている。また、混合器１３の他方の入力には、発振器１７が接続されている。この発振器１７の発振周波数は、ＰＬＬ（フェイズロックドループ）回路１９により制御されている。

このように構成された高周波受信部１について、その動作を説明する。アンテナ３からの例えばＵＨＦ帯のテレビ放送信号は、増幅器１１により増幅され、混合器１３および発振器１７により周波数変換される。

この周波数変換された出力信号は、フィルタ１５により妨害信号が抑圧されて出力端子７から出力される。

この出力信号の周波数を決定する発振器１７の発振周波数は、制御データに基づいてＰＬＬ回路１９により決定される。このＰＬＬ回路１９では、基準発振器２１の発振信号が分周器２３により分周されて位相比較器２５の一方の入力に供給され、位相比較器２５の他方の入力には発振器１７の発振信号がプログラマブルデバイダ２７により分周された信号が供給される。

この位相比較器２５は、プログラマブルデバイダ２７からの分周信号と分周器２３からの分周信号が位相比較され、位相比較された出力信号がチャージポンプ２９、ローパスフィルタ３１を介して発振器１７の周波数を制御する端子に供給される。これにより、発振器１７の発振周波数が決定される。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−７０２７号公報

このような従来の高周波受信部１は、今後ますます多機能化、小型化された高周波受信機器に搭載されており、このため小型化サイズの要求が厳しくなっている。

このように小型化サイズとなったため、基準発振器２１の例えば２５ＭＨｚの高調波成分が、アンテナ３から混合器１３までの入力部に飛び込んでしまう。

この入力部に飛び込んだ高調波成分がＵＨＦ帯のテレビ放送信号の帯域内の場合には、この高調波成分は混合器１３においてテレビ受信信号とともに周波数変換される。このため、フィルタ１５では除去できない。この結果、弱電界における受信感度が劣化した。

また、発振器１７の発振周波数とほぼ同じ周波数を有する基準発振器２１の高調波成分が発振器１７に飛び込むと、発振器１７の発振信号のＣ／Ｎが劣化する。この結果、受信品質の劣化が発生した。

さらに、デジタル放送信号の受信感度は、アナログ放送信号の受信感度に比較して、より小さな弱電界においても受信できる。これは、デジタル放送による特徴であり、基準発振器２１の高調波成分による影響を小さくすることがさらに要求される。

そこで本発明は、このような問題を解決したもので、良好な受信感度を有する高周波受信部を実現するための周波数変換回路を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために本発明の周波数変換回路において、高周波信号が入力される入力端子と、この入力端子が一方の入力に接続される混合器と、この混合器からの周波数変換された出力信号が供給される出力端子と、前記混合器の他方の入力に供給される発振器と、この発振器を制御するＰＬＬ回路と、このＰＬＬ回路を制御信号により制御する制御回路と、この制御回路に制御データが入力される制御端子を備え、前記ＰＬＬ回路に接続されるとともに複数の異なる発振周波数を出力することができる基準発振回路を設け、前記基準発振回路から出力される高調波信号に起因して発生するスプリアス信号を前記出力信号の帯域外の周波数とする。

これにより、良好な受信感度を有する周波数変換回路を実現することができる。

以上のように、本発明の周波数変換回路では、高周波信号が入力される入力端子と、この入力端子が一方の入力に接続される混合器と、この混合器からの周波数変換された出力信号が供給される出力端子と、前記混合器の他方の入力に供給される発振器と、この発振器を制御するＰＬＬ回路と、このＰＬＬ回路を制御信号により制御する制御回路と、この制御回路に制御データが入力される制御端子を備え、前記ＰＬＬ回路に接続されるとともに複数の異なる発振周波数を出力することができる基準発振回路を設け、前記基準発振回路から出力される高調波信号に起因して発生するスプリアス信号を前記出力信号の帯域外の周波数とする。

これにより、基準発振器の高調波信号が入力端子に飛び込んだとしても、これによるスプリアス信号を受信帯域外の信号とできる。

従って、受信感度の優れた周波数変換回路を提供することができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＵＨＦ帯（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）を用いたデジタル放送信号を受信する高周波受信部１０１のブロック図である。この高周波受信部１０１には、テレビ放送信号等の高周波信号がアンテナ１０３から入力される入力端子１０５と、周波数変換された信号が出力される出力端子１０７と、制御データが入力される制御端子１０９が設けられている。

この入力端子１０５から出力端子１０７に向かって順に、増幅器１１１、増幅器１１１の出力が一方の入力に接続される混合器１１３、妨害信号が抑圧されるフィルタ１１５が接続されている。また、混合器１１３の他方の入力には、発振器１１７の一方の出力１１７ａからの発振信号が接続されている。

この発振器１１７の発振周波数は、発振器１１７の発振周波数を制御するＰＬＬ（フェイズロックドループ）回路１１９により制御されている。このＰＬＬ回路１１９は、発振器１１７の他方の出力１１７ｂが一方の入力１２１ａに接続されるプログラマブルデバイダ１２１と、このプログラマブルデバイダ１２１の出力が一方の入力１２３ａに入力される位相比較器１２３と、この位相比較器１２３の出力が接続されるとともに充放電電流を決定するチャージポンプ１２５と、このチャージポンプ１２５からの出力が接続されるとともに妨害信号が抑圧されるローパスフィルタ１２７が設けられている。

また、分周器１２９の一方の入力１２９ａには、基準発振回路１３１の出力が接続されている。この基準発振回路１３１は、基準発振器１３３と、基準発振器１３５と、これら基準発振器１３３、１３５の出力がスイッチ端子１３７ａ、１３７ｂにそれぞれ接続されるとともに共通端子１３７ｃが分周器１２９の一方の入力１２９ａに接続されるスイッチ１３７を有している。

これらプログラマブルデバイダ１２１、分周器１２９、基準発振回路１３１を制御できる制御回路１３９が接続されている。この制御回路１３９の一方の入力１３９ａには制御端子１０９からの制御データを供給することができる。

また、周波数変換回路１４１は、混合器１１３と、発振器１１７と、ＰＬＬ回路１１９と、基準発振回路１３１と、制御回路１３９と、混合器１１３の一方の入力に接続される入力端子１４１ａと、混合器１１３の出力が接続される出力端子１４１ｂと、制御データが入力される制御端子１４１ｃを有している。

さらに、高周波受信部１０１の出力端子１０７は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ１５１に接続され、このＡＤコンバータ１５１からの出力信号は、デジタル信号を復調する復調部１５３に入力される。この復調部１５３からの復調信号は、信号の誤り訂正を行う誤り訂正部１５５に入力され、ＴＳ（トランスポートストリーム）信号が出力端子１５７から出力される。

また、復調部１５３から出力されるＣ／Ｎは、Ｃ／Ｎ検出器１５９により検出された後予め定められた基準値と比較・判定され、この判定信号は制御回路１３９の他方の入力１３９ｂに供給される。

同様に、誤り訂正部１５５から出力されるＢＥＲ（ビットエラーレート）は、ＢＥＲ検出器１６１により検出された後、予め定められた基準値と比較・判定され、この判定信号は制御回路１３９の他方の入力１３９ｃに供給される。

なお、Ｃ／Ｎ検出器１５９、ＢＥＲ検出器１６１では基準値と比較判定も行うが、検出のみ行い他の回路で基準値と比較判定を行っても良い。

このように構成された高周波受信部１０１の動作について図１を用いて以下説明する。

テレビ放送信号等の高周波信号がアンテナ１０３から増幅器１１１により増幅されたのち、混合器１１３に入力される。この混合器１１３の他方の入力には発振器１１７からの出力信号が供給されている。これにより、混合器１１３からは周波数変換された出力信号がフィルタ１１５により妨害信号が抑圧されたのち、出力端子１０７から出力される。

また、発振器１１７の発振周波数は、制御端子１０９からの制御データに基づいてＰＬＬ回路１１９により制御される。また、このＰＬＬ回路１１９への基準信号は、基準発振回路１３１から供給されている。

この基準発振回路１３１は、異なる発振周波数を有する基準発振器１３３、１３５を有している。制御回路１３９からの制御信号により、基準発振器１３３、１３５のどちらか一方が動作状態とされ、基準発振器１３３、１３５の動作状態とされたどちらか一方の発振信号がスイッチ１３７により選択され、分周器１２９の一方の入力１２９ａに供給される。

また、ＰＬＬ回路１１９では、制御回路１３９からの制御信号により、プログラマブルデバイダ１２１の分周比Ａと分周器１２９の分周比Ｂが決定される。これにより、基準発振回路１３１からの基準発振信号は、分周器１２９により分周比Ｂで分周され、この分周された周波数が位相比較器１２３の他方の入力１２３ｂに入力される。

さらに、位相比較器１２３の一方の入力１２３ａには、発振器１１７の発振信号がプログラマブルデバイダ１２１の分周比Ａで分周された信号が供給される。

このようにして、位相比較器１２３は、プログラマブルデバイダ１２１からの信号と分周器１２９からの基準となる信号とを位相比較し、この位相比較したのちの信号をチャージポンプ１２５に供給する。

このチャージポンプ１２５から出力される充放電電流は、ローパスフィルタ１２７に供給される。このローパスフィルタ１２７からの出力電圧により発振器１１７の発振周波数が決定され、これを繰り返すことにより発振器１１７は所定の発振周波数となる。

表１は、異なる発振周波数を有する基準発振器１３３、１３５の高調波信号によってテレビ受信時に妨害となる周波数を表している。

表１において、左から順に、受信ｃｈ、この受信ｃｈに対応した周波数幅、中間周波数を４．０６３ＭＨｚとしたときの発振器１１７の発振周波数、基準発振器１３３の発振周波数２５ＭＨｚの高調波成分が受信ｃｈの周波数幅と合致する場合における基準発振器１３３の高調波信号の次数と周波数、基準発振器１３５の発振周波数４０ＭＨｚの高調波成分が受信ｃｈの周波数幅と合致する場合における基準発振器１３５の高調波信号の次数と周波数を表している。

例えば、１３ｃｈの周波数幅は、２５ＭＨｚの基準発振器１３３の１９倍の高調波成分と合致する。この場合、１３ｃｈ受信時において、２５ＭＨｚの基準発振器１３３の１９倍の高調波成分が、アンテナ１０３から混合器１１３の入力部に飛び込んで１３ｃｈの受信信号に混入する。

この混入した信号は、受信ｃｈの信号と同じ周波数に変換されて出力端子１０７からスプリアス信号として出力される。これにより、特に弱電界で問題となる受信感度が劣化してしまう。

あるいは、例えば、１７ｃｈの周波数幅は、２５ＭＨｚの基準発振器１３３の２０倍の高調波成分と合致する。この高調波成分はアンテナ１０３から混合器１１３の入力部に飛び込んで１７ｃｈの受信信号に混入する。これにより、特に弱電界において受信感度が劣化してしまう。

さらに、ｃｈ２２の周波数幅と２５ＭＨｚの基準発振器１３３の２１倍の高調波成分が合致し、あるいはｃｈ５９の周波数幅と２５ＭＨｚの基準発振器１３３の３０倍の高調波成分についても合致する。同様に、弱電界において受信感度が劣化することになる。

これを改善するために、基準発振器１３３の発振周波数を２５ＭＨｚとし、基準発振器１３５の発振周波数を４０ＭＨｚとし、これら基準発振器１３３、１３５の動作をどちらか一方とし、この動作状態とした基準発振器の発振信号を分周器１２９の一方の入力１２９ａに供給する。

例えば、１４ｃｈの周波数幅は、４０ＭＨｚの基準発振器１３５の１２倍の高調波成分と合致するが、１３ｃｈの周波数幅は、４０ＭＨｚの基準発振器１３５の高調波成分と合致しない。

従って、１３ｃｈ受信時には、４０ＭＨｚの基準発振器１３５を動作させて用い、１４ｃｈ受信時には、２５ＭＨｚの基準発振器１３３を動作させて用いればよい。これにより、弱電界における受信感度の劣化が発生することがない。

あるいは、例えば、１７ｃｈ受信時には、２５ＭＨｚの基準発振器１３３の２０倍の高調波成分が合致するが、４０ＭＨｚの基準発振器１３５の高調波成分は合致しない。従って、１７ｃｈ受信時には、４０ＭＨｚの基準発振器１３５を動作させて用いればよい。

同様に、２１ｃｈ受信時には、２５ＭＨｚの基準発振器１３３を動作させて用いればよい。

つまり、予め用意したテーブル表に基づいて、受信ｃｈに応じて基準発振器１３３と基準発振器１３５を選択し、基準発振回路１３１からの発振周波数を選択すればよい。これにより、妨害信号とならないように設定することができる。

なお、互いに合致する受信ｃｈが存在する場合には、この基準発振器１３３、１３５の他にさらに基準発振器１３６（図示せず）を設け、これら基準発振器１３３、１３５、１３６の複数の基準発振器の動作を制御し、さらに動作させた基準発振器からの発振信号をスイッチ１３８（図示せず）により選択すればよい。

この場合には、発振器１１７の発振周波数を所定の値とするために、制御データによりプログラマブルデバイダ１２１、分周器１２９の分周比を設定すればよい。

このように、基準発振回路１３１の高調波成分が入力部に飛び込みＵＨＦ帯のテレビ放送信号の帯域内となる場合には、基準発振器１３３、１３５を切り替えて用いることにより、受信感度の劣化を防止できる。

同様に、基準発振器１３３の高調波成分が、発振器１１７の基本の発振周波数とほぼ同じ周波数を有する場合においても、発振器１１７の発振信号のＣ／Ｎが劣化し、受信感度が悪くなる。この場合においても、基準発振器１３３、１３５を切り替えて用いることにより、受信感度の劣化を防止できる。

図２（ａ）は、基準発振器１３３の高調波成分と発振器１１７の発振周波数により妨害信号が発生した場合の出力端子１０７からの出力信号を表す図である。

図２（ａ）において、周波数２０１に対する信号レベル２０３を表しており、４．０６３ＭＨｚの中間周波数２０５ａ、６ＭＨｚの帯域幅２０５ｂのテレビ信号２０５に対して、この帯域内に基準発振器１３３の高調波成分によるスプリアス信号２０７が存在している。

図２（ｂ）は、基準発振器１３３の代わりに例えば基準発振器１３５を用い、この基準発振器１３５の高調波成分と発振器１１７の発振周波数により発生するスプリアス信号２０９を帯域外とした場合における出力端子１０７からの出力信号を表す図である。

このようにして、スプリアス信号２０９をテレビ信号２０５の帯域外とすることができるので、妨害が発生することがない。

なお、基準発振器１３５の高調波成分と同じ周波数の妨害信号が入力端子１０５から入力された場合においても、同様に妨害が発生する。この場合においても、基準発振器１３３、１３５の発振周波数を選ぶことにより受信感度の劣化を防止することができる。

さらに、ＡＤコンバータ１５１のサンプリング周波数ｆｓの高調波信号と基準発振器１３３、１３５の基本信号あるいは高調波信号により発生するスプリアス信号についても同様である。

すなわち、ＡＤコンバータ１５１のサンプリング周波数ｆｓは、ＡＤコンバータへの入力周波数のＮ（Ｎは２以上の整数）倍の周波数として用いられる。このＮ倍の周波数に対して略中間周波数だけ離れた周波数域に対して、例えば基準発振器１３３、１３５の基本信号、あるいは高調波信号が存在する場合には、中間周波信号の帯域内にスプリアス信号が発生する。これを、ＡＤの折り返し現象と呼ぶ。この場合においても、基準発振器１３３、１３５の発振周波数を選ぶことによりスプリアス信号を帯域外とでき、受信感度の劣化を防止することができる。

以上のように、異なる発振周波数を有する基準発振器１３３、１３５からの発振信号を選択できる基準発振回路１３１を設ける。この基準発振回路１３１に対して、制御端子１０９からの制御データに基づいて、受信ｃｈに応じて基準発振器１３３、１３５の一方を動作させ、この動作させた基準発振器からの発振信号を分周器１２９の一方の入力１２９ａに供給する。

これにより、基準発振回路１３１から発生する高調波成分に起因するスプリアス信号を中間周波信号の帯域外の周波数とできるので、希望信号が弱い電界条件において問題となる受信感度の劣化を防止することができる。

さらに、基準発振器１３３、１３５には、ＭＥＭＳ(Micro Electronic Mechanical System)を使用した発振器を用いることができる。このＭＥＭＳ発振器は、従来の水晶発振器に対して小型サイズとなるので、高周波受信部１０１の小型化を実現できる。

また、このＭＥＭＳ発振器は、従来の水晶発振器に対して発振周波数を高くでき、ＵＨＦ帯におけるスプリアスの高調波の次数が小さくなる。このため、スプリアス信号は大きくなるが、基準発振回路１３１の発振周波数を選択することにより、このスプリアス信号を高周波受信部１０１の出力信号の帯域外とできる。さらに、Ｃ／Ｎ検出器、ＢＥＲ検出器を備えているため所定の値よりＣ／ＮあるいはＢＥＲが悪い場合にのみ基準発振回路から発生する信号を帯域外とすることができる。そのため例えば弱電界などでなく良好な受信条件においては基準発振回路の制御がなくて良く、例えばチャンネル切り替えの時間などを短くすることも可能である。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における高周波受信部３０１のブロック図である。実施の形態１の高周波受信部１０１では、基準発振回路１３１を基準発振器１３３、１３５としてスイッチ１３７により切り替えているのに対して、実施の形態２では、基準発振回路３３１として、発振用増幅器３３３と、この発振用増幅器３３３に接続するとともに発振周波数を可変あるいは選択することができる基準発振回路３３１を用いている点で異なる。

なお、図３で使用した部品について、図１と同じものについては同一の番号を付して説明を簡略化している。

図３において、高周波受信部３０１には、周波数を変換する周波数変換回路３４１が設けられている。

この周波数変換回路３４１には、混合器１１３と、この混合器１１３の他方の入力に発振信号を供給する発振器１１７と、この発振器１１７の発振周波数を制御するＰＬＬ回路１１９と、このＰＬＬ回路１１９を構成する分周器１２９に基準発振信号を供給する基準発振回路３３１が設けられている。

この基準発振回路３３１には、発振用増幅器３３３と、発振周波数を決定する発振子３３５と、発振周波数を制御する制御端子３３７が設けられている。

この発振子３３５には、インダクタとコンデンサから構成される共振回路を設け、このインダクタ、コンデンサのどちらか一方の素子を制御端子３３７からの制御データによりインダクタンス、あるいはキャパシタンスを変化させて発振周波数を可変することができる。

また、インダクタとコンデンサから構成される共振回路を複数設け、この複数の共振回路を制御端子３３７からの制御データにより選択してもよい。

なお、発振子３３５として、例えばシリコンを用いて発振子を形成した複数のＭＥＭＳ発振子を設け、このＭＥＭＳ発振子を選択して発振周波数を選択してもよい。

以上のように、基準発振回路３３１として、発振用増幅器３３３に対して発振子３３５を設け、この発振子３３５を構成するインダクタ、あるいはコンデンサを制御端子３３７からの制御データにより可変することができる。

これにより、基準発振回路３３１から発生する高調波成分によるスプリアス信号を高周波受信部３０１の出力信号の帯域外の周波数とできるので、弱電界における受信感度の劣化を防止することができる。

さらに、発振用増幅器３３３を共用しているので、小型サイズの基準発振回路３３１を実現することができる。

また本発明では基準発振器を２つ具備しているため基準発振器の一方が故障した場合にも他方にて動作可能であり、信頼性にも貢献することも可能である。

なお、周波数変換回路を２つ以上もつ例えばダイバーシティ受信機構成で本発明を使用することも可能である。

本発明の高周波受信部は、基準発振器の高調波信号により発生するスプリアス信号の周波数を高周波受信部からの出力信号の帯域外の周波数とできるので、小型化サイズとした高周波受信機器等に適用することができる。

本発明の実施の形態１における高周波受信部のブロック図 （ａ）従来例における高周波受信部からの出力信号を示す図、（ｂ）本発明の実施の形態１における高周波受信部からの出力信号を示す図 本発明の実施の形態２における高周波受信部のブロック図 従来例における高周波受信部のブロック図

符号の説明

１１３ 混合器
１１７ 発振器
１１９ ＰＬＬ回路
１３１ 基準発振回路
１３９ 制御回路
１４１ 周波数変換回路
１４１ａ 入力端子
１４１ｂ 出力端子
１４１ｃ 制御端子

Claims (8)

1. 高周波信号が入力される入力端子と、この入力端子が一方の入力に接続される混合器と、この混合器からの周波数変換された出力信号が供給される出力端子と、前記混合器の他方の入力に供給される発振器と、この発振器を制御するＰＬＬ回路と、このＰＬＬ回路を制御信号により制御する制御回路と、この制御回路に制御データが入力される制御端子を備え、前記ＰＬＬ回路に接続されるとともに発振周波数を変えることができる基準発振回路を設け、前記基準発振回路の発振周波数を変えることにより前記基準発振回路から出力される高調波信号に起因して発生するスプリアス信号を前記出力信号の帯域外の周波数とする周波数変換回路。
2. 前記基準発振回路は、複数の基準発振器と、前記複数の基準発振器のうちのひとつの基準発振器からの発振信号を出力することができる請求項１に記載の周波数変換回路。
3. 前記基準発振回路には、発振周波数を可変することができる基準発振器を用いた請求項１に記載の周波数変換回路。
4. 前記基準発振器の発振子には、ＭＥＭＳ発振子を用いた請求項２あるいは請求項３に記載の周波数変換回路。
5. 前記ＰＬＬ回路は、前記基準発振回路からの出力が接続される分周器と、この分周器からの分周信号が一方の入力に供給される位相比較器と、この位相比較器の出力が接続されるとともに充放電電流を制御するチャージポンプ回路と、このチャージポンプ回路からの出力が入力に供給されるとともに出力される制御電圧により前記発振器の発振周波数を制御するローパスフィルタと、前記発振器の発振周波数を分周するとともに出力信号が前記位相比較器の他方の入力に供給される前記プログラマブルデバイダを備え、前記分周器の分周比、前記プログラマブルデバイダの分周比の少なくとも１つを選択された前記基準発振器に応じて設定する請求項２あるいは請求項３に記載の周波数変換回路。
6. 予め用意したテーブル表に基づいて、受信ｃｈに応じて基準発振回路の発振周波数を選択する請求項１に記載の周波数変換回路。
7. ＢＥＲ検出器、あるいはＣ／Ｎ検出器からの検出信号に基づいて、前記基準発振回路の発振周波数を切り替える請求項１に記載の周波数変換回路。
8. 請求項１に記載の周波数変換回路の入力に出力が接続される増幅器と、この増幅器の入力に接続されるとともに高周波信号が入力される入力端子と、前記周波数変換回路の出力信号が供給されるとともに妨害信号を抑圧するフィルタと、このフィルタの出力が接続される出力端子を有する高周波受信部。

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