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2018年5G 产业链重要投资节点分析报告

时间:2018-12-24

导语

5G通信所使用频谱分为中低频和高频,中低频在建设早期易于实现,而高频将是未来的建设趋势。

5G:大通信容量及超低延时,未来多项应用的基础

5G:高工作频率以及频谱带宽带来高通信容量

5G(5thgeneration)是指第五代移动电话通信标准。3GPP(第三代合作伙伴计划,电信标准化机构)将5G标准分为了NSA(非独立组网)和SA(独立组网)两种方式。

其中NSA组网是指使用现有的4G基础设施,进行5G网络的部署,5G仅承载用户数据,而控制信令仍通过4G网络传输,而SA组网是指新建全部的5G网络,包括新基站、回程链路以及核心网,引入全新网元与接口,大规模采用网络虚拟化、软件定义网络等新技术,其技术难度也将高于NSA组网。未来5G网络建设将从NSA开始,并逐步向SA靠拢。

5G工作频率以及频谱带宽高于4G,通信容量将大大提升。

无线通信技术所使用的频谱带宽与工作频率成正相关,4GTD-LTE模式工作在2.6GHz,频谱带宽约40MHz,中国5G通信将采用三种工作频率:2.6GHz,3.5GHz和4.9GHz,频谱带宽为100MHz。

此外,5G未来建设还将采用毫米波信号即24.25GHz至52.6GHz的工作频率,其频谱带宽也有望进一步扩展至400MHz。

随着频谱带宽的增加,5G通信所能容纳的数据容量也将大大提升,通信容量的提升也将允许更多的设备接入网络,同时提供较大的数据流量。

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5G较高的工作频率将导致基站密度大大增加。

根据电磁波的特点,其频率越高,传播过程中的损耗越大,因此5G较高的工作频率也将导致信号传输半径小于4G通信,单基站覆盖面积小于4G通信,因此对于覆盖同一区域,所需的5G基站数量远大于4G通信。

新增的基站需求除了通过宏基站满足以外,还将通过小基站进行补充,实现对人口密集地区的信号全覆盖,例如室内以及城区。

多项技术革新进一步提升通信性能

5G通信不仅仅是工作频率以及带宽的提升,同时将采用多种新技术进一步保证通信性能的提升。

5G通信将采用的新技术包括MassiveMIMO、波束成形以及全双工技术。

其中MassiveMIMO技术将进一步提升移动网络的通信容量,波束成形将提升频谱利用率,全双工技术将保证5G的高吞吐量以及低延时。

MassiveMIMO技术采用大规模天线阵列,大大增加通信网络的承载能力。MIMO(multiple-inputmultiple-output)是指多端输入多端输出,目前这一技术在4G上实现了基础应用,主要为4*4天线。

而5G时代,MassiveMIMO技术有望采用128*128天线矩阵,通过同时采用大量天线进行同步处理,其频谱利用率大大增加,网络承载能力进一步加强。

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波束成形技术保证MassiveMIMO的实现,同时提升频谱利用率。

由于MassiveMIMO技术采用的天线矩阵集成了较多的天线振子,每个天线振子发出的电磁波在空间中可能会彼此干扰。通过波束成形技术,我们可以将每个天线振子发出的信号进行塑形,使其在特定方向上进行传输,从而减少信号干扰,保证传输距离。

此外,我们可以利用波束成形技术同时从多个天线振子发送更多的信息,进一步提升频谱利用率。

全双工技术颠覆2G到4G通信模式,保证了通信的高吞吐量。全双工技术是指信号的发射和接收占用相同的频率资源同时进行工作,在2G到4G时代,往往需要将上行(信号发射)和下行(信号接收)的工作频率分开,因此频谱利用效率较低。

而5G采用的全双工技术上行下行采用同个工作频率,极大的提高了频谱利用率,保证了通信网络的高吞吐量。

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大数据容量以及低延时是未来多种应用的基础

三大技术场景:不同场景下技术要求略有不同。

3GPP定义了5G的三大技术场景:eMBB,mMTC和URLLC。

其中eMBB是指3D和高清视频等大流量移动宽带业务,未来的主要应用是VR/AR;mMTC是指大规模物联网业务,未来的主要应用是智能家居、智慧城市;

URLLC是指低延时、高可靠连接业务,未来的主要应用是车联网及智能制造。

5G较大的数据容量将允许更多的设备接入网络。

2G到4G技术目前主要是手机的接入,从单纯满足人们的语音通话需求,逐步发展到满足人们易日增长的数据流量需求。

5G时代提供的超大规模数据容量将使得更多的设备接入网络成为可能,包括:家居产品、汽车、工厂设备,因此也是多项应用的基础,包括:智能家居、智慧城市、车联网、工业互联等。

此外,由于通信速度的提升,我们未来可以将更多数据上传到云端进行计算,其运算速度有望媲美本地计算,因此对于终端设备计算能力的依赖度有望逐渐降低,云计算也有望迎来新增长点。

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5G通信超低延迟的特点是未来多种应用的基础。

5G将通过降低空口传输(即基站和移动电话的通信)时延,以及减少转发节点,缩短源到目的节点的传输距离,从而大大降低整体通信延时。

根据ITU和IMT-2020(5G)推进组提出的要求,5G网络需要达到1ms的端到端实验要求,极低的延时以也将是车联网及智能制造的基础。

以自动驾驶为例,一辆车速为120公里/小时的汽车,前后车在紧急制动情况下的时间差只有15ms,而4G网络的延时为50ms,在4G网络下遇到紧急情况,无法避免事故的发生,而5G网络1ms的延时,基本上等于实时反应。

因此,大数据容量、超低延时的5G通信是未来智能家居、智慧城市、云计算、车联网、自动驾驶的发展基础。

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流量需求暴增,进入4G扩容,5G初期建设阶段

9月,中国移动互联网DOU已突破5GB,增速高达162.5%。

2017年Q1,中国联通4G网络利用率只有15%,为了提高利用率,公司推出了不限流量套餐,对用户的吸引效果明显,随后中国电信和中国移动跟进。无限流量套餐的推出极大的促进了移动互联网流量的增长。

根据工信部数据,2018年9月户均移动互联网接入流量(DOU)达到5.15GB,YoY162.5%,前三季度移动互联网累计流量达到466亿GB,YoY201.9%。

同时固定互联网使用量保持较快增长,前三季度流量同比增长42.5%。

移动流量暴增主要是由于“提速降费”。

移动流量的暴增主要是由于两方面原因:

第一,中国4G的移动带宽逐步提升,2018年Q2下载速率已经达到了20.22Mbps,与固定宽带网络下载速率(21.31Mbps)相差不大,用户体验较好;

另一方面是由于流量价格的降低,国家自2015年初提出“提速降费”。根据中国通信研究院的数据显示,截至2018年6月,移动网络平均资费比2014年底降低了91%,资费的降低极大的刺激了移动网络的发展。

4G网络利用率达到70%后必须进行扩容。对于电信网络的建设,当网络利用率达到60%以上后,需要开始进行网络扩容,70%以上后就必须扩容,否则将极有可能出现网络拥堵。目前高峰时期的消费者体验下降了20%。

根据测算,现有4G网络基站数量理论能承载的DOU为11GB。因此,中国移动2018年中报发布会上,宣布下半年加大4G网络的扩容力度。

4G网络存在上限,5G网络势在必行。我们需要注意到,4G网络的容量极限存在上限,单纯依靠4G网络的扩容是无法满足移动网络流量的增长的。

而根据香农极限,通信系统的带宽与工作频谱的带宽以及信道的信噪比有关,此外对于MIMO通信系统,传输极限还与MIMO的自由度有关。

相比于4G网络,5G通信网络工作在较高的频段,甚至是毫米波频段,可以支撑更高的频谱带宽。

4G频谱带宽为20MHz而5G的C-band频谱带宽将达到100MHz,毫米波段的频谱带宽将达到400MHz。此外5G网络也将采用更高自由度的MassiveMIMO技术,5G网络的通信容量将远大于4G网络。

5G网络有望于2019年下半年在核心区域大规模建设,并于2020年实现大规模商用。当然,5G网络的建设不会在一开始就在全国推广,否则整体建设成本过高。

考虑到网络流量需求的增长,2019年下半年,4G网络在核心区域面临很大的流量压力,届时,在核心区域5G网络的大规模建设是必然的。此外根据三大运营商的时间表,5G网络2020年有望实现大规模商用。

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政策导向决定建设节奏

工信部

工信部推动下,5G技术研发第三阶段试验有序推进中,2019年有望预商用。

2016年1月,工信部正式启动5G技术研发试验,明确了5G技术的研发分三个阶段进行推进:关键技术验证、技术方案验证和系统方案验证。

其中第一阶段试验于2016年9月完成,第二阶段试验于2017年9月完成,截至2018年9月,华为已经完成了基于3GPPR15国际标准的5G非独立组网(NSA)测试和独立组网(SA)功能测试,第三阶段测试处于有序推进中,目前试验进程已过大半,2019年有望实现预商用。

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发改委

发改委进一步明确5G建设规模,并对5G频率占用费用实行“头三年减免,后三年逐步到位”的优惠政策。

2017年11月,国家发改委印发《关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知》,重点支持5G规模组网建设以及应用示范工程。

此外2018年4月,发改委印发《关于降低无线电频率占用费标准等有关问题的通知》,对5G频率占用费用实行“头三年减免,后三年逐步到位”的优惠政策,即自5G公众通信系统频率使用许可证发放之日起,第一年至第三年免收无线电频率占用费;

第四年至第六年分别按照国家规定收费标准的25%、50%、75%收取无线电频率占用费,第七年及以后按照国家规定收费标准的100%收取无线电频率占用费。

这一优惠政策可能为运营商部署5G网络节省超过千亿的网络建设成本。

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地方政府

地方政府积极参与,共同推进5G的商用进程。

2017年11月,湖北省政府正式部署5G基站规划建设工作,明确到2023年基本实现湖北省城乡5G网络全覆盖;2018年7月,海南省政府表示为了推进5G网络试点建设,计划在2年内投资120亿元以上,建成高质量、高水平的通信网络;

2018年9月,北京市政府与冬奥组委会共同研究2022年冬奥会各场馆的5G覆盖方案;2018年11月,上海市政府表示2020年底,上海将率先完成“双千兆宽带城市”建设,5G率先开展商用。

运营商

中国移动将在今年年底推出首批符合需求的5G芯片。

2017年6月,中国移动和中兴通讯在广州开通了全国首个5G预商用测试基站;11月,联合高通和中兴通讯成功实现了全球首个基于3GPPR15标准的端到端5G新空口系统互通。

在2018年MWC大会上,中国移动发布了5G商用产品样机及测试结果。

目前中国移动公布了2018年5G规模试验计划——将在杭州、上海、苏州、广州、武汉5个城市开展外场测试,每个城市将建设超过100个5G基站,并在其他12个城市进行5G业务和应用示范。

此外,中国移动联合全球20家终端产业合作伙伴共同启动“5G终端先行者计划”。中国移动还表示将在2018年底前推出首批符合需求的5G芯片,2019年上半年发布首批5G预商用终端。

根据中国移动的5G建设计划,2018年完成5G的系统验证,于2019年底前完成规模试验以及预商用网络的建设。

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中国联通已经完成联合华为、中兴、诺基亚完成部分外场性能验证。

2018年1月,中国联通向工信部递交了申请,计划在北京、天津、上海、深圳、杭州、南京、雄安7个城市进行5G试验。

之后在3月9号,中国联通发布了5G计划时间表,将于2018年进行5G组网试验,2019年预商用,2020年正式商用。

此外中国联通网络建设部副总经理马红兵透露,已经在上海和深圳完成了外场建设工作,华为、中兴和诺基亚的5G样机实验室验证以及部分外场性能验证也已经完成。

根据中国联通5G的建设计划,在2018年在16个城市进行5G规模实验以及业务验证,并在2019年完成预商用。

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中国电信已在六个试点城市开展5G无线组网能力和方案验证。

2017年8月,中国电信宣布在雄安新区启动5G创新示范网建设,同时发布了《中国电信5G创新示范网白皮书》,并表示将以5G创新示范网建设为契机,2019年实现5G试商用,2020年实现重点城市的规模商用。

随后,中国电信相继在雄安、深圳、上海、苏州、成都、兰州六个城市开通5G试点,主要进行3.5GHz频段的无线组网能力和方案验证。

根据中国电信的5G建设计划,2018年在6个城市,每个城市建设6-8站5G基站,并完成5G在3.5GHz频段的无线组网能力和方案验证,在2019年扩大到17个城市,并完成预商用试验,在2020年完成商用,并覆盖重点城市。

可以看出,在政策推动下,三大运营商5G的时间线较为一致,都是在2019年预商用,2020年实现重点城市的正式商用。

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设备商

华为推出基于毫米波的5GCPE芯片-Balong5G01,并完成了5G毫米波的首次商用。

今年年初,华为推出了首个基于3GPP毫米波的5GCPE芯片-Balong5G01,并率先推出了业内首个毫米波5GCPE。

此外10月,华为实现了基于3GPP的5G毫米波首次商用,也标志着基于3GPP的5G毫米波网络与相关产业链已经成熟,全球5G毫米波的应用开始正式启航。(来源:C114中国通信网)

爱立信成功拨通第一个5G制式电话,并获得7个5G商用合同。

今年10月,爱立信与高通宣布成功拨通第一个5G制式电话。此外爱立信目前已经获得了7个5G商用合同,并与全球领先的运营商签署了40项5G网络测试的合作谅解备忘录,并与全球22家行业合作伙伴、45所大学和研究机构在5G领域全面展开合作。

中兴已完成首个5G外场端对端全业务通讯。

今年7月,中兴通讯顺利完成了3GPPR15NSA模式3.5GHz室内基站和5G核心网测试,随后在10月,中兴通讯携手中国电信在雄安新区实现了首个5G外场端到端全业务通讯,基于3GPPR15标准,采用3.5GHz频段,SA组网架构,标志着5G网络正式商用又进一步。(来源:C114中国通信网)

诺基亚贝尔已完成端对端5G新口数据通话测试。

今年6月,诺基亚贝尔宣布成功完成端到端5G新空口(5GNR)数据通话测试,该测试属于我国工业与信息化部(MIIT)所开展5G技术研发试验的一部分。

本次双网络数据通话测试符合3GPP标准,利用3.5GHz频段5GNR系统无线网络和2.1GHz频段LTE网络,以及PRISMA通信测试公司(PRISMATelecomTesting)提供的5G用户设备模拟器完成。

通过将5GNR与已连接至现有云化分组核心网的4G无线电设备相连接,便可实现双网络连接,这能够帮助当前的4G运营商快速实现5G覆盖并推出5G服务。

5GNR数据通话测试将大大促进5G技术在sub-6GHz频段的验证,从而实现广域覆盖和大规模IoT连接,并推动中国在2020年完成5G商用部署。

各大设备商已经完成5G的部分测试,5G正式商用在即。

目前中兴和华为已经完成了NSA组网的全部测试,华为、中国信科、爱立信、中兴完成了SA核心网测试,华为完成了SA基站功能测试,中国信科、爱立信、中兴基本完成基站功能测试。

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重要投资节点

5G频谱划分正式确定,网络规划开始,初期建设开始

5G通信所使用频谱分为中低频和高频,中低频在建设早期易于实现,而高频将是未来的建设趋势。

频谱是指运营商采用的移动网络传输频率范围,5G通信所使用的频谱主要分为中低频(450MHz至6GHz)和高频(即毫米波,24.25GHz至52.6GHz),其中中低频由于与之前2G到4G时代所用工作频率相差不大,技术上较容易实现,而对于高频信号,工作在这一频率范围的元器件需要采用新技术以及设计,因此价格昂贵。

但是由于可以使用的频谱带宽与工作频率成正比,越高的工作频率意味着可以使用越大的频谱范围,高频信号(毫米波)可以提供更高的数据速率,使用毫米波也将成为5G未来的发展趋势。

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5G频谱划分决定运营商设备采购标准。

在不同频率,运营商所采用的设备设计以及元器件选择略有不同,比如天线设计中的滤波器以及其他集成电路元件。

大部分国家的5G建设将从中低频信号开始。美国由于之前在2G到4G时代已经将绝大部分中低频的频谱划分给了运营商,因此5G建设以高频信号(24GHz和28GHz)为主。

中国的5G频谱范围包括2.6GHz、3.5GHz,4.9-5.0GHz,中低频段设备较毫米波较为成熟,设备成本较低,因此中国在5G的初期建设以及推广阶段具有一定优势。

5G频谱划分的正式确定重要性大于牌照发放,频谱划分后网络规划将正式开始。

5G频谱划分是真正移动运营商5G网络建设开始的标志,频谱划分后,移动运营商才可以根据分配频率进行网络规划,并开始着手进行相应设备的采购计划。

根据工信部批复的三大运营商5G试验频率:中国移动获得2515MHz-2675MHz和4800MHz-4900MHz的频率资源,中国联通获得3500MHz-3600MHz的频率资源,中国电信获得3400MHz-3500MHz附近的资源。

跟据这一分配,中国移动将获得初期的建设优势,主要是由于这一频段中国移动积累了大量4GTD-LTE设备,初期建设较其他两家有优势。

此外由于2.6GHz的频段相比于3.5GHz的覆盖成本低,覆盖效果好,中国移动也将获得一定优势。

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设备集采开始,产业链订单正式落地,5G建设正式铺开

第二个重要的时间节点是5G设备集采开始,标志5G建设正式铺开。

5G频谱划分以及相应网络规划完成后,设备采购的正式开始则标志着5G带来的业绩正式兑现。

移动运营商将沿着如下的顺序来进行建设:先铺设光纤光缆,然后进行基站建设,接着进行天线架设,最后才是通信设备覆盖。5G产业链上的光纤光缆、小基站、宏基站、基站天线、基站滤波器及功放、光模块、核心网络设备也将依次受益。

设备招标先于通信牌照发放,招标完成后,通信设备行业营收增速开始上升。

根据之前3G和4G建设的节奏,在牌照正式发放前的半年到一年,移动运营商将进行通信设备的招标。

根据通信行业各板块营业收入的变化,我们可以看到在设备招标开始后整体通信设备行业的增速开始上升,业绩逐步兑现。

核心城市网络大规模铺设,5G建设快速增长

第三个重要的时间节点是5G网络在核心城市的大规模铺设,标志着5G正式进入高速增长阶段。鉴于5G较高的建设成本,5G的建设不会立即在全国全面铺开,运营商将倾向于在核心城市以及数据需求量较高的地区先进行大规模铺设,以满足人们暴增的流量需求。

5G网络的大规模铺设也将带动产业链订单进入高速增长期。

5G和4G网络共存可能会成为较长期的情况,核心区域实现5G网络覆盖,农村及偏远地区以4G网络为主。

考虑到4G网络的发展已经较为完善,目前已经逐步渗透到多个农村和乡镇,而5G网络基站覆盖范围较小,要求基站密度较高,难以实现对偏远地区的全覆盖,并且4G网络资本开支较高,运营商尚未收回成本,4G网络仍将存在一段时间,尤其是对于流量需求较低的偏远地区。

而对于核心区域,居民数据流量需求增速较快,未来可能出现的新型设备及应用也将进一步刺激流量需求的增加,核心区域将率先实现5G网络的覆盖。因此,我们预计未来将形成5G和4G网络共存的局面。

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中性预测下:2019-22年移动运营商5G移动网络资本开支将为4G高速建设时期的1.3倍。移动运营商每年的Capex主要分为移动网络建设和固网建设。

基于中性预测,我们认为在5G建设带动下,移动运营商移动网络建设的Capex增长速度为40%/50%/70%,其他Capex保持5%的增速,则2019-22年移动运营商的Capex为3414/4229/5836亿元人民币,其中5G移动网络建设为4G高速建设时期(2014-16年)的1.3倍。

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基于悲观预测,我们假设移动网络建设的Capex增速为30%/40%/50%,其他Capex保持5%的增速,2019-22年移动运营商的Capex为3312/3943/5163亿元人民币,其中5G移动网络建设为4G高速建设时期的1.1倍。

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基于乐观预测,我们假设移动网络建设的Capex增速为50%/60%/80%,其他Capex保持5%的增速,则2019-22年移动运营商的Capex为3517/4536/6603亿元人民币,其中5G移动网络建设为4G高速建设时期的1.5倍。

5G光纤消耗量是4G的4-5倍,光纤光缆行业将逐步受益。

根据运营商研究院测算,5G时代光纤光缆消耗量应当是4G的4-5倍。运营商的光纤光缆需求主要通过公开招标的方式进行采购,一般是提前半年到一年确定需求并进行公开集采。

2019年5G来临前光缆价格承压,总量保持低速增长,2020年起将逐步受益。

光纤光缆的需求主要包括移动网络、固网以及骨干网城域网的建设及维护,其中移动网络包括5G和4G网络。2019年年底有望开始进行5G光纤光缆的铺设,但是初始建设规模较小。

我们预计2019年中国市场所需光纤光缆芯公里数将保持低单位数增长,其需求主要是4G扩容以及固网的建设,5G建设带来的增量需求较小。

随着5G建设的逐步推行,2020年起有望在核心区域进行规模建设,整体光纤光缆的需求也将相应增长,增速有望进一步加快。

此外,由于2016-18年中国光纤光缆价格上涨明显,2017年涨幅约11%,2018年涨幅约5%,运营商有可能在2019年下调光缆价格,导致整体市场规模下滑,但是2020年之后光缆价格有望重回增长,整体市场规模也将逐步增长。

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基站建设将带动设备厂商受益

基站建设将随后跟进,基站建设及通信设备厂商将受益。

由于5G工作频率相对4G较高,因此信号覆盖范围小于4G网络,基站建设密度大于4G网络,因此随着5G网络的发展,基站建设的建设也将逐步推进,在其带动下设备厂商将逐步受益。

我们预计5G建设时期中国宏基站设备市场规模将达到8960亿元人民币。我们预计新增5G基站数量将达到400万站,并假设原有4G基站设备更新为5G设备的比例为40%(中性预测),则5G宏基站设备总共需要约560万站。

目前4G宏基站设备平均单站价格为8万元人民币,预计5G建设初期设备价格较高,后期将逐步降低,我们预计5G宏站设备平均价格为4G设备的2倍,为16万元人民币。

根据以上假设,我们预计5G宏基站建设整体市场规模将达到8960亿元人民币,假设建设周期为7年,则每年的市场规模将达到1280亿元人民币。

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5G建设也将拉动小基站业务的增长,我们预计整体市场规模将达到240-360亿元人民币。在5G时代,由于宏基站难以完全满足信号覆盖需求,小基站将成为实现人口密集地区信号覆盖的重要设备。

预计5G将新增小基站800-1200万站,假设5G小基站的平均单价为3000元人民币,则整体市场规模将达到240到360亿元人民币,假设建设周期为4到7年,则每年平均市场规模为34到90亿元人民币。


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