KR20120030756A - 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단 하나의 가시광통신 장치로부터 신호가 수신되는 경우에도 단말기의 위치를 계산할 수 있도록 하는 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 복수의 광원을 포함하여 이루어지는 가시광통신 장치가 복수의 광원을 통해 가시광통신 신호를 송출하면, 이를 수신하는 단말기가 각각의 광원으로부터 수신한 가시광통신 신호로부터 통신 채널별 측정치를 수집하고, 단말기에서 수집된 통신 채널별 측정치를 이용하여 위치 계산 모듈에서 각각의 광원에서 단말기까지 거리의 채널간 차분값을 계산한 후, 이를 이용하여 단말기의 위치를 계산하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 단 하나의 가시광통신 장치로부터 신호가 수신되는 경우에도 단말기의 위치를 정확하게 계산할 수 있게 된다.
이를 위해, 본 발명은 복수의 광원을 포함하여 이루어지는 가시광통신 장치가 복수의 광원을 통해 가시광통신 신호를 송출하면, 이를 수신하는 단말기가 각각의 광원으로부터 수신한 가시광통신 신호로부터 통신 채널별 측정치를 수집하고, 단말기에서 수집된 통신 채널별 측정치를 이용하여 위치 계산 모듈에서 각각의 광원에서 단말기까지 거리의 채널간 차분값을 계산한 후, 이를 이용하여 단말기의 위치를 계산하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 단 하나의 가시광통신 장치로부터 신호가 수신되는 경우에도 단말기의 위치를 정확하게 계산할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 단 하나의 가시광통신 장치로부터 신호가 수신되는 경우에도 단말기의 위치를 계산할 수 있도록 하는 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래 위치 확인 시스템은 무선 주파수(radio frequency, RF) 통신 장치를 이용한 시스템이 그 주를 이룬다. 이와 같은 RF 통신 장치를 이용한 시스템으로는 위성 기반, 지상 비콘 기반, 무선랜(Wi-Fi/WLAN/Wireless LAN) 기반, RFID 기반, 액티브 RFID 기반, 이동통신 기반, 블루투스(Bluetooth) 기반, UWB 기반, 지그비(Zigbee) 기반, 와이브로(WiBro/WiMax) 기반, 방송 신호 기반의 시스템 등이 있다.
한편, 최근에 와서는 LED(Light Emitting Diode) 조명 등의 광원을 이용하는 가시광통신 장치를 이용하여 위치를 계산하는 방법이 개발되어 이용되고 있다.
전술한 바와 같이, 가시광통신 장치를 이용하여 위치를 계산하는 방법들 중에는 수신된 신호로부터 송신 장치와 수신 장치 사이의 거리를 측정하여 삼각 측량법에 의해 사용자의 위치를 계산하는 방법이 있으며, 이 방법이 다른 방법들에 비하여 위치 계산 결과가 정밀하여 선호되고 있다. 그러나, 이 방법은 삼각 측량을 위해 적어도 3~4개 이상의 송신 장치가 필요하고, 기하학적인 영향(Dilution Of Precision, DOP)을 고려하여 송신 장치들을 넓게 배치해야 한다. 따라서, 사용자가 3~4개 이상의 송신 장치에 대한 신호를 수신하기 어려운 환경에서는 사용자의 위치를 계산해 낼 수 없을 뿐 아니라, 송신 장치들을 넓게 배치하기 어려운 환경에서의 사용이 용이하지 못하고, 여러 개의 송신 장치를 설치해야 하므로 비용상의 문제를 야기하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 신호 송신을 위한 광원을 복수개 구비하여 이루어지는 가시광통신 장치를 이용함으로써, 단 하나의 가시광통신 장치로부터 신호가 수신되는 경우에도 단말기의 위치를 계산할 수 있도록 하는 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템은, 복수의 광원을 포함하여 이루어지며, 상기 복수의 광원을 통해 가시광통신 신호를 송출하는 가시광통신 장치와; 상기 복수의 광원을 통해 송출하는 가시광통신 신호를 수신하고, 수신한 각각의 가시광통신 신호로부터 통신 채널별 측정치를 수집하는 단말기와; 상기 수집된 통신 채널별 측정치에 의거하여 각각의 광원으로부터 단말기까지 거리의 채널간 차분값을 계산하고, 계산된 각각의 광원으로부터 단말기까지 거리의 채널간 차분값을 이용하여 상기 단말기의 위치를 계산하는 위치 계산 모듈을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 방법은, 복수의 광원을 포함하는 가시광통신 장치에서 상기 복수의 광원을 통해 가시광통신 신호를 송출하는 과정과; 상기 가시광통신 신호를 수신한 단말기에서 상기 가시광통신 신호를 수신한 시간을 모델링하여 통신 채널별로 측정치를 수집하는 과정과; 상기 통신 채널별로 수집한 측정치를 이용하여 각각의 광원에서 단말기까지의 거리의 채널간 차분값을 계산하는 과정과; 상기 각각의 광원에서 단말기까지의 거리의 채널간 차분값을 이용하여 단말기의 위치를 계산하는 과정과; 상기 단말기의 위치와 상기 가시광통신 장치의 위치 정보를 이용하여 상기 단말기의 현재 위치를 추정하는 과정을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템 및 방법에 따르면, 단 하나의 가시광통신 장치로부터 신호가 수신되는 경우에도 단말기의 위치를 정확하게 계산할 수 있게 된다. 이에 따라, 저비용으로 위치 확인 시스템을 구현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 2는 본 발명에 적용되는 가시광통신 장치의 두 광원으로부터 송출된 두 채널의 가시광통신 신호가 단말기까지 도달하는 데 걸리는 시간의 차이를 계산하는 방법을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명에 따라 복수의 광원을 포함하는 가시광통신 장치에서 광원의 배치 상태를 예시적으로 보인 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 방법을 설명하기 위한 처리도.
도 2는 본 발명에 적용되는 가시광통신 장치의 두 광원으로부터 송출된 두 채널의 가시광통신 신호가 단말기까지 도달하는 데 걸리는 시간의 차이를 계산하는 방법을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명에 따라 복수의 광원을 포함하는 가시광통신 장치에서 광원의 배치 상태를 예시적으로 보인 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 방법을 설명하기 위한 처리도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도이다.
도 1에서, 가시광통신 장치(100)는 LED, LD(Laser Diode), SLD(Super Luminescent Diode) 등의 반도체 발광소자를 이용하여 가시광통신 신호를 생성하여 송출하는 복수의 광원(102)을 포함하여 이루어진다.
전술한, 복수의 광원(102)을 통해 각각 송출되는 가시광통신 신호는 통신 채널별로 구분이 가능하고, 시각이 서로 동기되어 있는 신호인 것이 바람직하다.
또한, 가시광통신 장치(100)는 단말기(200)의 위치를 계산하는 위치 계산 모듈(300)이 가시광통신 장치(100)의 위치를 이용하여 단말기(200)의 현재 위치를 추정할 수 있도록, 단말기(200)로 송출하는 가시광통신 신호에 자신의 식별 정보를 포함시켜 송출한다.
이에 따라, 위치 계산 모듈(300)이 단말기(200)의 현재 위치를 추정할 때, 가시광통신 장치(100)로부터 수신한 식별 정보에 의거하여, 해당 식별 정보에 매핑 저장되어 있는 가시광통신 장치(100)의 위치 정보를 확인한 후, 확인된 가시광통신 장치(100)의 위치 정보와 단말기(200)의 위치를 이용하여 단말기(200)의 현재 위치를 추정할 수 있게 된다. 한편, 위치 계산 모듈(300)에 각각의 가시광통신 장치(300)의 위치 정보가 저장되어 있지 않은 경우에는 가시광통신 장치(100)가 단말기(200)로 송출하는 가시광통신 신호에 자신의 식별 정보와 함께 위치 정보를 함께 포함시켜 송출하는 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 가시광통신 장치(100)는 복수의 광원(102)을 포함하여 이루어지며, 복수의 광원(102)을 통해 통신 채널별로 구분이 가능하고, 시각이 서로 동기되어 있는 가시광통신 신호를 송출한다.
전술한 바와 같이, 복수의 광원(102)에서 각각 송출하는 가시광통신 신호는 단말기(200)가 수신하게 되는 데, 각각의 광원(102)과 단말기(200)까지의 실제 거리는 서로 다르기 때문에, 각 광원(102)에서 송출된 가시광통신 신호는 실제 거리 차이에 따라 단말기(200)에서 수신하는 시간에 차이가 발생하게 된다. 따라서, 각 신호의 수신 시간 차이를 측정할 수 있게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 복수의 광원(102)에서 송출되는 가시광통신 신호를 단말기(200)가 수신한 시간으로 모델링할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 복수의 광원(102)에서 송출되는 가시광통신 신호의 시각이 서로 동기되어 있는 경우에는, i번, j번 광원(102a, 102b)에서 같은 가시광통신 신호를 동시에 송출하는 것이 가능하므로, 이 경우 단말기(200)는 복수의 광원(102) 중에서 i번, j번 광원(102a, 102b)을 통해 송출된 가시광통신 신호를 수신한 시간을 수학식 1과 같이 모델링하여 측정치를 수집할 수 있다.
수학식 1에서, ti, tj는 도 2에 도시하는 바와 같이 i, j번째 광원(, )으로부터 단말기(200)까지 신호가 도달하는 데 걸리는 시간이고, B는 단말기(200)의 시계 오차이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 가시광통신 신호의 수신 시간을 측정치로 사용하는 방법을 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나, 측정치는 가시광통신 장치(100)와 단말기(200)가 펄스 신호, 코드, 반송파, 부반송파를 포함하는 신호 군으로부터 어떤 신호를 선택하여 통신을 수행하느냐에 따라 달라질 수 있음을 밝힌다. 예를 들어, 반송파를 사용하는 경우 광원 간의 간격을 반송파의 반파장 미만의 거리 내에 배치함으로써, 반송파의 미지정수를 제거하고 난 후에 반송파 위상을 측정치로 사용하여, 광원(102)으로부터 단말기(200)까지의 거리에 대한 수학식으로 측정치를 모델링할 수 있다.
여기서, 단말기(200)는 GSM(Global System for Mobile) 폰, W-CDMA(Wideband CDMA) 폰, CDMA-2000 폰, MBS(Mobile Broad and System) 폰, 스마트 폰, PDA(Personal Digi), 태블릿 PC 등과 같이 이동이 가능한 단말기나 PC 등과 같이 어느 한 장소에 고정설치된 단말기 등으로 구현될 수 있다.
한편, 위치 계산 모듈(300)은 단말기(200)에서 수집된 통신 채널별 측정치에 의거하여 각각의 광원(102)으로부터 단말기(200)까지의 거리의 채널간 차분값을 계산하고, 계산된 각각의 광원(102)으로부터 단말기(200)까지의 거리의 채널간 차분값을 이용하여 단말기(200)의 위치를 계산한다.
전술한 바와 같이, 위치 계산 모듈(300)은 단말기(200)에서 수집된 통신 채널별 측정치에 의거하여 각각의 광원(102)으로부터 단말기(200)까지 거리의 채널간 차분값을 계산하는 데, 수학식 1을 통해 얻은 i번, j번 광원(102a, 102b)으로부터 수신한 가시광통신 신호에 대한 측정치를 i번째 광원(102a)과 j번째 광원(102b)에 대해 차분하면 수학식 2와 같은 결과를 얻을 수 있게 된다.
수학식 2를 통해 알 수 있듯이, 차분을 통해 단말기(200)의 시계 오차가 제거되었으며, 차분된 측정치에 광속(C)을 곱하면 단말기(200)에서 얻은 측정치의 차분값으로부터 단말기(200)로부터 광원(102a, 102b)까지의 실제 거리의 차분값을 얻을 수 있다.
여기서, 수학식 2를 단말기(200)의 위치와 i번, j번 광원(102a, 102b)의 위치에 대해 다시 정리하면 수학식 3과 같다.
수학식 3에서, (xi, yi, zi)는 가시광통신 장치(100)의 i번째 광원(102a)의 위치이고, (xj, yj, zj)는 가시광통신 장치(100)의 j번째 광원(102b)의 위치이며, (x, y, z)는 단말기(200)의 실제 위치(2차원 위치해이므로, z는 알고 있는 값)이다.
총 3개의 광원을 갖는 경우를 가정하면, 수학식 3과 같은 수학식을 하나 더 얻을 수 있으며, 미지수가 x, y로 2개이고, 측정식이 2개이므로, 이 방정식을 풀어 위치해인 x, y를 얻을 수 있게 된다.
마찬가지 방법으로 총 2개의 광원을 갖는 경우라면 1차원 위치(방위각), 4개 이상의 광원을 갖는 경우라면 3차원 위치(x, y, z)의 계산이 가능하다.
본 발명의 실시예에서는 3개의 광원으로부터 얻은 측정치를 사용하여 2차원 위치(x, y)를 계산하는 방법을 예로 들어 설명하기로 한다.
전술한 수학식 3과 같은 방정식을 푸는 방법은 다양하나, 본 발명에서는 연립하고 근의 공식을 이용하는 방법을 사용한다.
가시광통신 장치(100)의 복수의 광원(102)이 도 3에 도시하는 바와 같이 배치되어 있다고 할 때, 위치해는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 4에서,
전술한 바와 같이, 얻어진 위치해 x, y를 이용하여 위치 계산 모듈(300)은 단말기(200)의 위치를 구할 수 있게 된다.
이와 같이, 위치 계산 모듈(300)은 수학식 4를 통해 한 쌍의 해를 얻게 되는 데, 도출된 해를 원래의 식인 수학식 3에 대입했을 때, 참값이 아닌 경우, 해당 식을 만족하지 못하기 때문에, 원하는 해를 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 단말기(200)의 위치를 구한 위치 계산 모듈(300)은 단말기(200)의 위치와 가시광통신 장치(100)로부터 수신한 가시광통신 신호에 포함되어 있는 식별 정보에 매핑되어 있는 가시광통신 장치(100)의 위치 정보에 의거하여 단말기(200)의 현재 위치를 추정한다.
전술한, 위치 계산 모듈(300)은 도 1에 도시하는 바와 같이, 단말기(200) 내에 포함되어 구현될 수도 있고, 단말기(200)와 별도로 구현되어 단말기(200)와 양방향 통신을 수행할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 방법을 설명하기 위한 처리도이다.
우선, 복수의 광원(102)을 포함하여 이루어지는 가시광통신 장치(100)는 복수의 광원(102)을 통해 주기적으로 가시광통신 신호를 송출한다.
여기서, 가시광통신 장치(100)는 복수의 광원(102)을 통해 통신 채널별로 구분이 가능하고, 시각이 서로 동기되어 있는 가시광통신 신호를 송출하는 것이 바람직하다.
또한, 가시광통신 장치(100)는 복수의 광원(102)을 통해 송출하는 가시광통신 신호에 자신의 식별 정보를 포함시켜 송출한다.
전술한 바와 같이, 가시광통신 장치(100)가 복수의 광원(102)을 통해 송출하는 가시광통신 신호는 단말기(200)가 수신하게 되는 데(S10), 가시광통신 장치(100)가 송출하는 가시광통신 신호를 수신한 단말기(200)는 가시광통신 신호를 수신한 시간을 수학식 1과 같이 모델링하여 통신 채널별로 측정치를 수집한다(S12).
이후, 위치 계산 모듈(300)은 상기한 과정 S12를 통해 단말기(200)에서 각 통신 채널별로 수집한 측정치에 의거하여 각 채널에 해당하는 광원(102)에서 단말기(200)까지의 거리의 채널간 차분값을 계산한다(S14).
상기한 과정 S14에서 위치 계산 모듈(300)은 수학식 1을 통해 수집한 통신 채널별 측정치를 서로 차분하여 수학식 2와 같은 결과를 얻을 수 있게 된다.
수학식 2를 통해 단말기(200)에서 각 통신 채널별로 수집한 측정치를 서로 차분한 값으로부터 복수의 광원(102)에서 단말기(200)까지의 실제 거리의 차분 값을 얻을 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 수학식 2를 통해 복수의 광원(102)에서 단말기(200)까지의 실제 거리의 차분 값을 얻는 위치 계산 모듈(300)은 이를 단말기(200)의 위치와 각 광원(102)의 위치에 대해 다시 정리하여 수학식3과 같은 측정식을 얻는다.
이후, 위치 계산 모듈(300)은 상기한 과정 S14를 통해 얻은 각각의 광원(102)에서 단말기(200)까지의 거리의 채널간 차분 값을 이용하여 단말기(200)의 위치를 계산한다(S16).
상기한 과정 S16에서 위치 계산 모듈(300)은 상기한 과정 S14를 통해 얻은 측정식을 풀어 위치해(3개의 광원을 이용하는 경우: x, y)를 얻는다.
이후에는 상기한 과정 S16을 통해 획득한 단말기(200)의 위치와 가시광통신 장치(100)의 위치 정보에 의거하여 단말기(200)의 현재 위치를 추정한다(S18).
상기한 과정 S18에서 위치 계산 모듈(300)은 가시광통신 장치(100)로부터 수신한 가시광통신 신호에 포함되어 있는 식별 정보에 의거하여, 해당 식별 정보에 매핑되어 있는 가시광통신 장치(100)의 위치 정보를 확인한 후, 확인된 가시광통신 장치(100)의 위치 정보와 상기한 과정 S16에서 획득한 단말기(200)의 위치를 이용하여 단말기(200)의 현재 위치를 추정한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 복수의 광원(102)을 포함하는 가시광통신 장치(100)가 복수의 광원(102)을 통해 통신 채널별로 구분이 가능하고, 시각이 서로 동기되어 있는 가시광통신 신호를 송출함에 따라, 본 발명은 도 1에 도시하는 바와 같이 일정한 공간에서 복수의 단말기(200)가 하나의 가시광통신 장치(100)로부터 가시광통신 신호가 수신되는 경우에도 단말기 자신의 위치를 확인하게 된다. 즉, 단 하나의 가시광통신 장치(100)를 이용하여 복수의 단말기(200)가 실내에서 비교적 정확한 위치를 계산할 수 있게 된다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
100. 가시광통신 장치, 102. 광원,
102a. 가시광통신 장치가 포함하는 광원들 중에서 임의로 선택된 i번 광원,
102b. 가시광통신 장치가 포함하는 광원들 중에서 임의로 선택된 j번 광원,
200. 단말기, 300. 위치 계산 모듈
102a. 가시광통신 장치가 포함하는 광원들 중에서 임의로 선택된 i번 광원,
102b. 가시광통신 장치가 포함하는 광원들 중에서 임의로 선택된 j번 광원,
200. 단말기, 300. 위치 계산 모듈
Claims (11)
- 복수의 광원을 포함하여 이루어지며, 상기 복수의 광원을 통해 가시광통신 신호를 송출하는 가시광통신 장치와;
상기 복수의 광원을 통해 송출하는 가시광통신 신호를 수신하고, 수신한 각각의 가시광통신 신호로부터 통신 채널별 측정치를 수집하는 단말기와;
상기 수집된 통신 채널별 측정치에 의거하여 각각의 광원으로부터 단말기까지 거리의 채널간 차분값을 계산하고, 계산된 각각의 광원으로부터 단말기까지 거리의 채널간 차분값을 이용하여 상기 단말기의 위치를 계산하는 위치 계산 모듈을 포함하여 이루어지는 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 복수의 광원은,
반도체 발광소자로 구현되는 것을 특징으로 하는 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 복수의 광원을 통해 송출되는 각각의 가시광통신 신호는,
통신 채널별로 구분이 가능하고, 서로 시각이 동기되어 있는 신호인 것을 특징으로 하는 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 통신 채널별 측정치는,
상기 단말기가 상기 가시광통신 장치로부터 상기 가시광통신 신호를 수신한 시간을 모델링한 값인 것을 특징으로 하는 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 시스템.
- 복수의 광원을 포함하는 가시광통신 장치에서 상기 복수의 광원을 통해 가시광통신 신호를 송출하는 과정과;
상기 가시광통신 신호를 수신한 단말기에서 상기 가시광통신 신호를 수신한 시간을 모델링하여 통신 채널별로 측정치를 수집하는 과정과;
상기 통신 채널별로 수집한 측정치를 이용하여 각각의 광원에서 단말기까지의 거리의 채널간 차분값을 계산하는 과정과;
상기 각각의 광원에서 단말기까지의 거리의 채널간 차분값을 이용하여 단말기의 위치를 계산하는 과정과;
상기 단말기의 위치와 상기 가시광통신 장치의 위치 정보를 이용하여 상기 단말기의 현재 위치를 추정하는 과정을 포함하여 이루어지는 복수의 광원을 포함하는 단일 가시광통신 장치 기반 위치 확인 방법.
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