TWI634754B - 無線通訊系統接收電路及射頻訊號接收方法 - Google Patents
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Abstract
一種無線通訊系統接收電路及射頻訊號接收方法。射頻訊號接收方法係應用於一無線通訊系統接收電路，並基於一類比域增益放大一射頻訊號。該射頻訊號包含一資料訊號及一干擾訊號。該方法包含：以一低雜訊放大器基於一第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號，該第一增益係與一第一偏壓訊號有關；在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號，該控制訊號係為一類比訊號；根據該控制訊號提供該第一偏壓訊號至該低雜訊放大器；降頻該放大後的射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以及濾波該中頻或基頻訊號，以濾除該干擾訊號並得到該資料訊號。
Description
本發明是關於無線通訊，尤其是關於無線通訊系統接收電路及射頻訊號的接收方法。
一個無線通訊系統的接收端常利用低雜訊放大器（Low Noise Amplifier, LNA）來放大所接收到的射頻訊號。低雜訊放大器的增益（gain）關係到系統的雜訊指數（Noise Figure, NF）與線性度（Linearity）。一般來說，較好的雜訊指數代表系統有較好的靈敏度，而較高的線性度代表系統可以更準確地收下射頻訊號。
當提高低雜訊放大器的增益時，系統的雜訊指數會變好，然而線性度則會變差；相反的，當降低低雜訊放大器的增益時，系統的線性度會變好，而雜訊指數則會變差。因此在決定低雜訊放大器的增益時常常必須於兩者之間做取捨。習知技術提出在基頻（baseband）電路中以數位訊號的方式回授控制低雜訊放大器的增益，其缺點是數位的控制訊號無法連續且適應性地控制低雜訊放大器的增益，例如連續兩階的數位控制訊號中，一者會造成系統的線性度過低（可能導致訊號失真），另一者具有可接受的線性度，但卻會造成雜訊指數變差（可能導致靈敏度變低）。如此不連續的增益控制使系統無法達到一個較佳的工作環境。
鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種無線通訊系統接收電路及射頻訊號接收方法，以改善線性度及雜訊指數。
本發明揭露一種無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號且基於一類比域增益放大該射頻訊號，該射頻訊號包含一資料訊號及一干擾訊號，該無線通訊系統接收電路包含：一低雜訊放大器，係根據一第一偏壓訊號產生一第一增益，並以該第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號；一射頻功率偵測電路，耦接該低雜訊放大器的輸出端，用來在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號，該控制訊號係為一類比訊號；一低雜訊放大器偏壓電路，耦接該低雜訊放大器及該射頻功率偵測電路，用來根據該控制訊號提供該第一偏壓訊號至該低雜訊放大器；一混頻器，耦接該低雜訊放大器，用來降頻該放大後的射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以及一濾波電路，耦接該混頻器，用來自該中頻或基頻訊號中濾除該干擾訊號，且輸出該資料訊號。
本發明另揭露一種無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號且基於一類比域增益放大該射頻訊號，該射頻訊號包含一資料訊號及一干擾訊號，該無線通訊系統接收電路包含：一低雜訊放大器，係以一第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號；一射頻功率偵測電路，耦接該低雜訊放大器的輸出端，用來在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號，該控制訊號係為一類比訊號；一混頻器，耦接該低雜訊放大器，用來根據一偏壓訊號產生一第二增益，以及根據一參考時脈將該放大後的射頻訊號降頻成一中頻或基頻訊號，並以該第二增益放大該放大後的射頻訊號或該中頻或基頻訊號；一混頻器偏壓電路，耦接該混頻器及該射頻功率偵測電路，用來根據該控制訊號提供該偏壓訊號至該混頻器；以及一濾波電路，耦接該混頻器，用來自該中頻或基頻訊號中濾除該干擾訊號，且輸出該資料訊號。該類比域增益實質上與該第一增益及該第二增益之乘積成比例。
本發明另揭露一種射頻訊號接收方法，應用於一無線通訊系統接收電路，係基於一類比域增益放大一射頻訊號，該射頻訊號包含一資料訊號及一干擾訊號，該方法包含：以一低雜訊放大器基於一第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號，該第一增益係與一第一偏壓訊號有關；在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號，該控制訊號係為一類比訊號；根據該控制訊號提供該第一偏壓訊號至該低雜訊放大器；降頻該放大後的射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以及濾波該中頻或基頻訊號，以濾除該干擾訊號並得到該資料訊號。
本發明另揭露一種射頻訊號接收方法，應用於一無線通訊系統接收端，係基於一類比域增益放大一射頻訊號，該射頻訊號包含一資料訊號及一干擾訊號，該方法包含：以一低雜訊放大器基於一第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號；在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號，該控制訊號係為一類比訊號；降頻該放大後的射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以一第二增益放大該放大後的射頻訊號或該中頻或基頻訊號，該第二增益係與一偏壓訊號有關； 根據該控制訊號產生該偏壓訊號；以及濾波該中頻或基頻訊號，以濾除該干擾訊號並得到該資料訊號。該類比域增益實質上與該第一增益及該第二增益之乘積成比例。
本發明之無線通訊系統接收電路及射頻訊號接收方法能夠適應性且連續性地調整增益。相較於傳統技術，本發明能連續調整增益，因此能更適應當時的操作環境來接收射頻訊號。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。
以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。
本發明之揭露內容包含無線通訊系統接收電路及射頻訊號接收方法。由於本發明之無線通訊系統接收電路所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。此外，本發明之射頻訊號接收方法的部分或全部流程可以是軟體及/或韌體之形式，並且可藉由本發明之無線通訊系統接收電路或其等效裝置來執行，在不影響該方法發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下方法發明之說明將著重於步驟內容而非硬體。
圖1為本發明無線通訊系統接收電路之一實施例的功能方塊圖。低雜訊放大器120透過天線110接收射頻訊號。射頻訊號包含干擾訊號以及載有資料的資料訊號。低雜訊放大器120依據一增益放大射頻訊號，並且產生放大後的射頻訊號。混頻器150依據參考時脈產生電路160所輸出的參考時脈降頻放大後的射頻訊號，並且產生對應的中頻（Intermediate Frequency, IF）或基頻訊號。濾波電路170濾除此中頻或基頻訊號中的干擾訊號後，產生系統所需的資料訊號。此資料訊號經由後級的電路轉換至數位域後進行諸如解調變、解碼等處理。參考時脈產生電路160例如是一個射頻頻率合成器（RF frequency synthesizer）。
射頻功率偵測電路140耦接於低雜訊放大器120的輸出端，其偵測低雜訊放大器120所輸出的射頻訊號的功率，並產生對應該功率大小的類比的控制訊號（例如電壓或電流訊號）。LNA偏壓電路130根據此控制訊號偏壓低雜訊放大器120，以適應性地調整低雜訊放大器120的增益。因為控制LNA偏壓電路130的控制訊號係為一類比訊號，所以本發明實際上能夠依據射頻訊號的功率連續性地調整低雜訊放大器120的增益。LNA偏壓電路130的輸出亦為一類比的電壓或電流訊號。
當射頻功率偵測電路140耦接於混頻器150的輸出端，而非低雜訊放大器120的輸出端時，射頻功率偵測電路140係偵測中頻或基頻訊號的功率，而非射頻訊號的功率。此時所產生的控制訊號仍是類比訊號，所以低雜訊放大器120之增益值的控制仍是連續性的。相較於量測射頻訊號的功率，量測中頻或基頻訊號的功率會因為訊號的頻率相對較低，導致系統調整增益的反應時間（response time）也變得較長。再者，當射頻功率偵測電路140耦接於混頻器150的輸出端時，射頻功率偵測電路140的操作更較易受濾波電路170的寄生電容影響。大的寄生電容同樣會拖累系統調整增益的反應時間，然而若是為了縮短反應時間而加大電流，則會使系統更為耗電。故藉由偵測射頻訊號的功率（而非中頻或基頻訊號的功率），無線通訊系統接收端會有更好的電路表現。混頻器150例如是一個被動式的混頻器，不具有放大訊號的功能。
圖2為射頻功率偵測電路140之一實施例的電路圖。射頻功率偵測電路140包含電流源260及電晶體210~250（例如金氧半場效電晶體MOSFET，但不以此為限）。電晶體220及230的閘極接收射頻訊號V
i（圖中以差動訊號對V
in及V
ip表示，但非用以限制本發明，本發明的射頻功率偵測電路140亦可以應用於非差動訊號）。較大的V
i使電晶體220及230的導通電流增大，因此流經電晶體210（此處作為電阻使用）的電流也隨之增大，進而導致節點N
b的電壓下降，使電晶體240的導通電流增加。當流經電晶體250（此處作為電阻使用）的電流增加時，射頻功率偵測電路140所輸出的控制訊號V
c的電壓也跟著變大。
圖3為LNA偏壓電路130之一實施例的電路圖。LNA偏壓電路130包含電流源310及電晶體320、330。當控制訊號V
c的電壓增大，流經電晶體320的電流隨之增加，導致流經電晶體330（此處作為電阻使用）的電流減少，因此LNA偏壓電路130輸出的偏壓V
b便隨之下降。
圖4為低雜訊放大器120之一實施例的電路圖。電晶體420、430串接後再分別經由電感410、440連接至系統的高電位VDD及低電位（例如接地）。電晶體420的閘極耦接偏壓電壓VBC。射頻訊號經由電容470及電感450耦接至電晶體430的閘極。LNA偏壓電路130的輸出（即偏壓V
b）透過電阻460及電感450耦接至電晶體430的閘極。當電晶體430的閘極-源極偏壓（本實施例中受偏壓V
b控制）下降時，電晶體430的互導（Transconductance）gm變小，使低雜訊放大器120的增益下降。然而當偏壓V
b增大時，電晶體430的互導變大，使低雜訊放大器120的增益上升。
圖5為本發明無線通訊系統接收電路之另一實施例的功能方塊圖。混頻器510可以是主動式混頻器，或是被動式混頻器與轉阻放大器（transimpedance amplifier, TIA）的組合，且可以依據增益放大訊號。被動式混頻器與轉阻放大器的組合係由轉阻放大器提供增益。詳言之，混頻器510的主要功能仍是降頻低雜訊放大器120所輸出的射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號，但混頻器510也具有放大訊號的功能，可以放大該射頻訊號或該中頻或基頻訊號。混頻器510的增益由混頻器偏壓電路180控制。混頻器偏壓電路180的其中一種實作方式如圖3所示，同樣根據射頻功率偵測電路140輸出的控制訊號V
c調整偏壓V
b的大小，進而改變混頻器510的增益。與圖1的實施例相較，根據射頻訊號的功率大小調整混頻器510的增益同樣可以使射頻前端（RF front-end）在類比域的等效增益（下稱類比域增益）獲得適應性且連續性地調整。類比域增益與低雜訊放大器120的增益及混頻器510的增益的乘積成比例。本實施例中，低雜訊放大器120的增益為不可調，或是雖為可調但不隨著射頻訊號的功率大小做適應性且連續性地調整。
圖6為本發明無線通訊系統接收電路之另一實施例的功能方塊圖。在本實施例中，低雜訊放大器120的增益及混頻器510的增益皆隨著射頻訊號的功率大小做適應性且連續性地調整，因此無線通訊系統的線性度及雜訊指數可以得到進一步的改善。
除前述的無線通訊系統接收電路之外，本發明亦相對應地揭露了一種射頻訊號接收方法，應用於無線通訊系統的接收端，能適應性且連續性地調整增益。本方法由前揭無線通訊系統接收電路或其等效裝置執行。此射頻訊號接收方法係基於一類比域增益在類比域放大該射頻訊號，以及在類比域連續性地且適應性地調整該類比域增益。該射頻訊號包含一資料訊號及一干擾訊號。圖7為本方法其中一實施例的流程圖，包含下列步驟： 步驟S710：利用一低雜訊放大器基於一第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號。第一增益係由一第一偏壓訊號控制； 步驟S720：在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號。此步驟係直接偵測低雜訊放大器的輸出訊號的功率，而非偵測降頻後的訊號，所以此步驟係操作在射頻頻段，而非操作在較低頻的中頻或基頻頻段。相較於在中頻或基頻頻段偵測訊號的功率，此步驟可以得到更即時的功率偵測結果。而且控制訊號係為一類比訊號； 步驟S730：根據該控制訊號提供該第一偏壓訊號至該低雜訊放大器。前述的第一偏壓訊號係根據該控制訊號產生，例如第一偏壓訊號可以間接地與放大後的射頻訊號的功率成正比或反比關係。第一偏壓訊號亦為一類比訊號； 步驟S740：降頻該放大後的射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號。本步驟可以例如基於混頻器的動作原理來進行降頻操作； 步驟S750：以一第二增益放大該放大後的射頻訊號或該中頻或基頻訊號。除了於前述的低雜訊放大器放大射頻訊號之外，本發明亦可選擇性地在類比電路中的其他地方再次放大該射頻訊號。該第二增益係由一第二偏壓訊號控制； 步驟S760：根據該控制訊號產生該第二偏壓訊號。第二偏壓訊號係根據該控制訊號產生，例如第二偏壓訊號可以間接地與放大後的射頻訊號的功率成正比或反比關係。第二偏壓訊號亦為一類比訊號；以及 步驟S770：濾波該中頻或基頻訊號，以濾除該干擾訊號並得到該資料訊號。
上述的步驟S750及S760為選擇性的步驟。亦即射頻訊號經低雜訊放大器放大後至濾波完成，可以只經過一次放大（即略過步驟S750及S760），或是經過兩次放大（即執行步驟S750及S760）。在一次放大的情形下，射頻訊號所經歷的類比域增益與第一增益成比例；在兩次放大的情形下，類比域增益與第一增益及第二增益的乘積成比例。也就是說類比域增益係根據射頻訊號的功率做連續性且適應性地調整，因此可以到更符合當時之操作環境的增益，以在線性度及雜訊指數取得更好的平衡。
圖8為本發明之射頻訊號接收方法的另一實施例的流程圖，包含下列步驟： 步驟S810：利用一低雜訊放大器基於一第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號。該第一增益不對應射頻訊號的功率大小做調整，例如可以是一定值； 步驟S820：在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號。此步驟與步驟S720相似，而且同樣的，控制訊號係為一類比訊號； 步驟S830：降頻該放大後的射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號。此步驟與步驟S740相似，故不再贅述； 步驟S840：以一第二增益放大該放大後的射頻訊號或該中頻或基頻訊號，該第二增益係由一偏壓訊號控制，該偏壓訊號亦為一類比訊號； 步驟S850：根據該控制訊號產生該偏壓訊號。例如偏壓訊號可以間接地與放大後的射頻訊號的功率成正比或反比關係。偏壓訊號亦為一類比訊號；以及 步驟S860：濾波該中頻或基頻訊號，以濾除該干擾訊號並得到該資料訊號。
圖8所揭露的方法雖不在低雜訊放大器根據射頻訊號的功率調整增益，但仍可在其他操作階段根據射頻訊號的功率調整增益（例如在降頻之後），所以整體的類比域增益仍根據射頻訊號的功率做調整。且控制訊號及偏壓訊號皆為類比訊號，使增益的調整為連續性且適應性。類比域增益實質上與第一增益及第二增益的乘積成比例。
本發明可以應用於無線網路（包含但不限於WiFi）、藍牙、全球定位系統（GPS）、調頻（Frequency modulation, FM）、行動通訊（例如GSM、3G、LTE）等系統的接收端，但不以此為限。
由於本技術領域具有通常知識者可藉由圖1至圖6之裝置發明的揭露內容來瞭解圖7及圖8之方法發明的實施細節與變化，因此，為避免贅文，在不影響該方法發明之揭露要求及可實施性的前提下，重複之說明在此予以節略。請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸、比例以及步驟之順序等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。
雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
110‧‧‧天線
120‧‧‧低雜訊放大器
130‧‧‧LNA偏壓電路
140‧‧‧射頻功率偵測電路
150‧‧‧混頻器
160‧‧‧參考時脈產生電路
170‧‧‧濾波電路
180‧‧‧混頻器偏壓電路
210~250、320~330、420~430‧‧‧電晶體
260、310‧‧‧電流源
410、440、450‧‧‧電感
460‧‧‧電阻
470‧‧‧電容
510‧‧‧主動式混頻器
S710～S770、S810～S860‧‧‧步驟
120‧‧‧低雜訊放大器
130‧‧‧LNA偏壓電路
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170‧‧‧濾波電路
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510‧‧‧主動式混頻器
S710～S770、S810～S860‧‧‧步驟
［圖1］為本發明無線通訊系統接收電路之一實施例的功能方塊圖； ［圖2］為射頻功率偵測電路140之一實施例的電路圖； ［圖3］為LNA偏壓電路130之一實施例的電路圖； ［圖4］為低雜訊放大器120之一實施例的電路圖； ［圖5］為本發明無線通訊系統接收電路之另一實施例的功能方塊圖； ［圖6］為本發明無線通訊系統接收電路之另一實施例的功能方塊圖； ［圖7］為本發明之射頻訊號接收方法的其中一實施例的流程圖；以及 ［圖8］為本發明之射頻訊號接收方法的另一實施例的流程圖。
Claims (8)
- 一種無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號且基於一類比域增益放大該射頻訊號，該射頻訊號包含一資料訊號及一干擾訊號，該無線通訊系統接收電路包含： 一低雜訊放大器，係根據一第一偏壓訊號產生一第一增益，並以該第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號； 一射頻功率偵測電路，耦接該低雜訊放大器的輸出端，用來在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號，該控制訊號係為一類比訊號； 一低雜訊放大器偏壓電路，耦接該低雜訊放大器及該射頻功率偵測電路，用來根據該控制訊號提供該第一偏壓訊號至該低雜訊放大器； 一混頻器，耦接該低雜訊放大器，用來降頻該放大後的射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以及 一濾波電路，耦接該混頻器，用來自該中頻或基頻訊號中濾除該干擾訊號，且輸出該資料訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統接收電路，其中該混頻器係根據一第二偏壓訊號產生一第二增益，並以該第二增益放大該放大後的射頻訊號或該中頻或基頻訊號，該無線通訊系統接收電路更包含： 一混頻器偏壓電路，耦接該混頻器及該射頻功率偵測電路，用來根據該控制訊號提供該第二偏壓訊號至該混頻器； 其中，該類比域增益實質上與該第一增益及該第二增益之乘積成比例。
- 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統接收電路，其中該混頻器係不具有放大功能之一被動式混頻器，且該類比域增益實質上與該第一增益成比例。
- 一種無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號且基於一類比域增益放大該射頻訊號，該射頻訊號包含一資料訊號及一干擾訊號，該無線通訊系統接收電路包含： 一低雜訊放大器，係以一第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號； 一射頻功率偵測電路，耦接該低雜訊放大器的輸出端，用來在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號，該控制訊號係為一類比訊號； 一混頻器，耦接該低雜訊放大器，用來根據一偏壓訊號產生一第二增益，以及根據一參考時脈將該放大後的射頻訊號降頻成一中頻或基頻訊號，並以該第二增益放大該放大後的射頻訊號或該中頻或基頻訊號； 一混頻器偏壓電路，耦接該混頻器及該射頻功率偵測電路，用來根據該控制訊號提供該偏壓訊號至該混頻器；以及 一濾波電路，耦接該混頻器，用來自該中頻或基頻訊號中濾除該干擾訊號，且輸出該資料訊號； 其中，該類比域增益實質上與該第一增益及該第二增益之乘積成比例。
- 一種射頻訊號接收方法，應用於一無線通訊系統接收電路，係基於一類比域增益放大一射頻訊號，該射頻訊號包含一資料訊號及一干擾訊號，該方法包含： 以一低雜訊放大器基於一第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號，該第一增益係與一第一偏壓訊號有關； 在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號，該控制訊號係為一類比訊號； 根據該控制訊號提供該第一偏壓訊號至該低雜訊放大器； 降頻該放大後的射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以及 濾波該中頻或基頻訊號，以濾除該干擾訊號並得到該資料訊號。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，更包含： 以一第二增益放大該放大後的射頻訊號或該中頻或基頻訊號，該第二增益係與一第二偏壓訊號有關；以及 根據該控制訊號產生該第二偏壓訊號； 其中該類比域增益實質上與該第一增益及該第二增益之乘積成比例。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該類比域增益實質上與該第一增益成比例。
- 一種射頻訊號接收方法，應用於一無線通訊系統接收端，係基於一類比域增益放大一射頻訊號，該射頻訊號包含一資料訊號及一干擾訊號，該方法包含： 以一低雜訊放大器基於一第一增益放大該射頻訊號以產生一放大後的射頻訊號； 在射頻頻段偵測該放大後的射頻訊號以產生對應該放大後的射頻訊號之功率的一控制訊號，該控制訊號係為一類比訊號； 降頻該放大後的射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號； 以一第二增益放大該放大後的射頻訊號或該中頻或基頻訊號，該第二增益係與一偏壓訊號有關； 根據該控制訊號產生該偏壓訊號；以及 濾波該中頻或基頻訊號，以濾除該干擾訊號並得到該資料訊號； 其中，該類比域增益實質上與該第一增益及該第二增益之乘積成比例。
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