Сотовый телефон
MOBILE PHONE

Изобретение относится к мобильным устройствам связи, а именно к сотовым телефонным аппаратам с минимальным уровнем воздействия электромагнитного излучения на пользователя, и может найти применение при их изготовлении и эксплуатации.
Воздействие электромагнитного излучения на организм человека является возможной причиной онкологических, часто неизлечимых, заболеваний, причем у пользователей сотовых телефонов облучению подвергаются, главным образом, мозг, слизистая горла, среднее ухо. По заключению медиков, один из самых надежных способов защиты от этого воздействия заключается в максимально возможном удалении источника излучения от тела человека, теоретически в бесконечность. Однако поскольку сотовый телефон должен все время находиться возле уха и рта пользователя, этот способ здесь неприменим.
Различного рода экранирующие чехлы и накладки на телефон обеспечивают низкий уровень защиты от принимаемых сигналов, проблему защиты от излучения собственных передатчиков они в принципе не решают.
Известно устройство для защиты от электромагнитного излучения трубки сотового телефона (RU 2237376, опубл. 2003.04.03), в котором экраном, защищающим голову пользователя от электромагнитного излучения, служит сам корпус сотового телефона, при изготовлении которого в состав пластической массы введен ферромагнитный порошок. Предполагается, что защита пользователя обеспечивается за счет возникновения в частицах упомянутого порошка токов Фуко и потери энергии на перемагничивание. В месте, где расположена антенна, стенка корпуса (обращенная наружу от головы пользователя) выполнена из обычных материалов, без добавки ферромагнитного порошка для того, чтобы не ослаблять мощность излучения антенны. Недостатком данного технического решения является отсутствие у сотового телефона возможности приема и передачи радиосигналов по направлению, ведущему к пользователю, при этом смена оператора и базовой станции не предусмотрена.
Известен также способ защиты пользователя от воздействия электромагнитного поля, излучаемого сотовым телефоном (RU 2381042, опубл. 06.11.2008.11.06), который осуществляют путем размещения маски фехтовальщика на голове пользователя, говорящего по сотовому телефону. В маске выполняют отверстия для глаз и рта и присоединяют к ней гибкий электрический проводник для соединения с системой заземления в помещениях с электроаппаратурой и электроустановками, откуда осуществляется связь. Недостатком известного способа является очевидное неудобство использования его аппаратурного оформления - громоздкой конструкции, не отвечающей требованиям современных пользователей. Каждый раз при установлении связи конструкцию необходимо активировать, иными словами, привести в готовность, подключить, по окончании связи отключить, разобрать и заскладировать, что трудно сделать без привлечения посторонней помощи. При этом известный способ не обеспечивает 100% защиту, во-первых, по причине широкого диапазона излучаемых длин волн; во-вторых, в результате проникновения излучения через отверстия сетчатой маски, которая, вдобавок, выполнена в форме полусферы является препятствием для электромагнитного излучения не всех действующих направлений.
Другим выходом из этой ситуации является изменение направления собственного электромагнитного излучения телефона путем перехода к обслуживанию другим оператором и смены базовой станции.
Известно мобильное устройство связи, описанное в патенте RU 2199183, опубл. 2002.09.20, содержащее антенну, приемный и передающий блоки, а также блок контроля и управления с постоянной и оперативной памятью, модуль идентификации абонента (SIM-карту), клавиатуру, дисплей и блок питания, соединенные между собой посредством системной шины, содержащей шину данных, адресную шину и шину управления. Известный телефон позволяет избирательно подходить к выбору того или иного поставщика услуг и осуществлять в случае необходимости замену оператора и базовой станции, тем не менее, например, в зонах неуверенного приема для улучшения надежности связи с базовой станцией в нем предусмотрено повышение мощности электромагнитного излучения, несмотря на то, что в том же районе функционируют базовые станции других операторов, обеспечивающие надежную связь при меньшей мощности излучения. Таким образом, известный телефон не только не обеспечивает решение проблемы воздействия на пользователя излучения собственного передающего устройства, но и явно создает повышенную опасность этого облучения.
Известен мобильный телефон, выполненный с возможностью переключения с общедоступной сети на частную (CN 108055682, опубл. 2018.05.18), при этом для него общедоступная и частная сеть могут быть объединены со скоростным 4G Интернетом для совместного использования и максимального снижения стоимости создания новой сети. Когда производительность одной сети снижается, телефон автоматически переключается на другую и обслуживание в процессе переключения не прерывается, при этом пользователь не ощущает переключения сети. Однако при использовании одного идентифицирующего модуля абонента и одного информационного канала переключение известного телефона на другого оператора и другую базовую станцию во время связи является недостаточно оперативным, что не позволяет в полной мере решить проблему надежности доставки информации, а также проблему смены направления электромагнитного излучения собственного передатчика для уменьшения его воздействия на пользователя.
Конструктивно наиболее близким к заявляемому является сотовый телефон (RU 2319322, опубл. 2008.03.10), который содержит антенну, приемный и передающий блоки, блок контроля и управления (ЦПУ) с блоком постоянной и оперативной памяти, блок модулей идентификации абонента, представляющий собой блок SIM-карт, связанный с блоком контроля и управления, клавиатуру, дисплей и блок питания, соединенные между собой посредством системной шины, в состав которой входят шина данных, адресная шина и шина управления. Кроме того, он содержит следующие элементы, необходимые для обеспечения его работоспособности: аналого-цифровой преобразователь (АЦП), кодер и декодер речи, кодер и декодер канала, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), эквалайзер, блок шифрования и дешифрования сообщений, детектор речевой активности, а также корпус и терминальные (внешние) элементы. Известный телефон дает возможность использования для одного телефонного аппарата нескольких телефонных номеров, предназначенных для связи с разными группами абонентов (например, один для использования в качестве рабочего, другой - в качестве домашнего номер, номер для связи с близкими и др.), и при этом обеспечивает выбор оператора и его смену в случае необходимости в соответствии с определенными критериями (качество связи, ее стоимость, наличие дополнительных услуг и т.п.).
Однако в известном телефоне не предусмотрена защита пользователя от электромагнитного излучения собственных передатчиков. Во-первых, в нем не фиксируется положение пользователя, в руках которого находится телефон, по отношению к корпусу телефона, что не позволяет установить направление, в котором электромагнитное излучение собственного передатчика должно блокироваться для исключения его нежелательного воздействия на пользователя; во-вторых, отсутствует возможность оперативного переключения в автоматическом режиме на другую базовую станцию, в направлении которой собственное электромагнитное излучение не будет затрагивать пользователя. Конструктивно заложенная возможность переключения известного телефона во время связи на более продуктивно работающего оператора неэффективна как для защиты пользователя от излучения, так и для обеспечения надежной связи.
Задачей изобретения является разработка мобильного устройства связи, выполненного в виде сотового телефона, обеспечивающего надежную связь при минимальном воздействии на пользователя электромагнитного излучения собственных передатчиков.
Технический результат предлагаемого сотового телефона заключается в эффективном снижении воздействия электромагнитного излучения собственных передатчиков на пользователя путем определения положения его тела относительно корпуса телефона и оперативного переключения связи, с учетом этого положения, на другую базовую станцию, излучение в направлении которой не затрагивает пользователя.
Указанный технический результат достигают конструкцией сотового телефона, который содержит приемное и передающее устройства, блок контроля и управления с постоянной и оперативной памятью, клавиатуру, дисплей, блок питания, блок голосовой связи, детектор голосовой активности, блок шифрования-дешифрования, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, кодер и декодер речи, кодер и декодер канала, эквалайзер и не менее двух объединенных в блок модулей идентификации абонента, а также терминальные элементы, при этом все составные части телефона взаимодействуют между собой посредством системной шины, в состав которой входят шина данных, адресная шина и шина управления; причем блок модулей идентификации абонента соединен с контроллером, с другой стороны, посредством системной шины связанным с блоком контроля и управления, причем телефон снабжен антенной, посредством коммутатора связанной с приемным устройством, которое, в свою очередь, через системную шину соединено с блоком контроля и управления, помещен в корпус, дополненный терминальными элементами, и, в отличие от известного, дополнительно содержит еще одно приемное и одно передающее устройство, по крайней мере, два дополнительных модуля идентификации абонента, объединенных в блок, три антенны, выполненные в виде антенных решеток, и три коммутатора для их связи с другими элементами устройства, при этом блок дополнительных модулей идентификации абонента соединен со вторым контроллером, посредством системной шины связанным с блоком контроля и управления, блок передающего устройства через второй коммутатор соединен с первой антенной решеткой, последовательно подключенные второй блок передающего устройства и третий коммутатор - со второй антенной решеткой, а системная шина через последовательно подключенные второе приемное устройство и четвертый коммутатор соединена с третьей антенной решеткой, при этом телефон еще содержит блок видео-датчиков, блок датчиков температуры и блок акустических датчиков и снабжен блоком контроля излучений и определения текущего положения тела пользователя относительно корпуса телефона, посредством которого три вышеупомянутых блока связаны с системной шиной.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения антенные решетки пространственно разнесены относительно друг друга, например, путем размещения в углах корпуса телефона.
Устройство схематично показано на чертеже, где представлена блок-схема предлагаемого сотового телефона, в состав которого входят следующие структурные элементы: приемное 1 и передающее 2 устройства, блок контроля и управления 3 в виде цифрового сигнального процессора (ЦПУ) с постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), в которое заложена программа, координирующая работу процессора, и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), предназначенным для временного хранения данных и результатов логических или математических операций, которые производятся вышеупомянутым процессором. Кроме того, телефон содержит клавиатуру 4, дисплей 5, блок питания 6, блок голосовой связи 7, детектор голосовой активности 8, блок шифрования-дешифрования 9, аналого-цифровой 10 и цифро-аналоговый 11 преобразователи, кодер и декодер речи 12, кодер и декодер канала 13, эквалайзер 14 и терминальные (внешние) элементы 15. Все составляющие части телефона взаимодействуют между собой посредством системной шины 16, в состав которой входят шина данных, адресная шина и шина управления (на схеме фиг. 1 не показаны). Предлагаемый телефон содержит также два блока 17 и 18 модулей идентификации абонента, представляющих собой SIM-карты, через контроллеры, соответственно, 19 и 20, связанные с системной шиной 16, посредством которой установлена связь упомянутых блоков 17 и 18 с блоком контроля и управления 3.
Сотовый телефон снабжен антенной 21 (аналогичной той, что используется в известном телефоне) и укомплектован тремя разнонаправленными антенными решетками 22, 23, 24, размещенными в корпусе 25 с возможностью приема или передачи электромагнитных волн и пространственно разнесенными относительно друг друга, например, путем размещения в углах корпуса. Антенна 21, которая служит для приема радиосигналов, через коммутатор 26 соединена с приемным устройством 1, которое через системную шину 16 связано с блоком контроля и управления 3.
В известном телефоне блок модулей идентификации абонента подключен к одному контроллеру, который не обеспечивает единовременной работы нескольких модулей. Его модули идентификации абонента имеют возможность работать только поочередно: сначала один - SIM-карта с номером одного оператора, например, МТС, затем другой - SIM-карта с номером другого оператора, например, Теле-2, и могут поочередно меняться.
В предлагаемом устройстве, в отличие от известного, при наличии двух контроллеров, 19 и 20, одновременно могут работать два модуля идентификации абонента - две SIM-карты. Например, посредством первого контроллера 19 связь осуществляется через сотового оператора МТС или Теле-2, а второго - через Билайн или Мегафон. Таким образом, из четырех SIM-карт (по два модуля идентификации абонента в каждом блоке) в предлагаемом телефоне работают одновременно две, обеспечивая связь по двум каналам, из которых один используется, например, для звуковой связи, другой для обмена данными, для загрузки файлов или продолжения игры и т.п.
Передающее устройство 2 соединено через второй коммутатор 27 с первой антенной решеткой 22, а последовательно подключенные второй блок 28 передающего устройства и третий коммутатор 29 - со второй антенной решеткой 23, при этом системная шина 16 через последовательно подключенные второй блок 30 приемного устройства и четвертый коммутатор 31 соединена с третьей антенной решеткой 24.
Кроме того, телефон содержит блок видео-датчиков 32, блок датчиков температуры 33 и блок акустических датчиков 34, которые связаны с системной шиной 16 через блок 35 контроля излучений и определения текущего положения тела пользователя относительно корпуса 25 сотового телефона.
Предлагаемый телефон действует следующим образом.
В общих чертах его работа в целом и функционирование отдельных элементов осуществляются как обычно, аналогично работе обычных сотовых телефона, в том числе известных устройств, например, сотового телефона, выбранного в качестве прототипа.
Действием всех узлов сотового телефона управляет блок контроля и управления 3, представляющий собой цифровой сигнальный процессор (ЦПУ) с постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), в который заложена программа, координирующая работу процессора, снабженный оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), предназначенным для временного хранения данных и результатов логических или математических операций, которые производятся вышеупомянутым процессором.
Контроллеры 19 и 20 обеспечивают одновременное взаимодействие блока контроля и управления 3 через общую системную шину 16 с каждым из блоков 17 и 18 модулей идентификации абонента, что расширяет возможности устройства, поскольку дает возможность выбора в качестве базовой станции одного либо одновременно двух сотовых операторов из доступных с соблюдением при этом условия: направление передачи электромагнитного сигнала на выбранную базовую станцию не должно совпадать с направлением на сектор, в котором находится пользователь данного телефона.
Коммутаторы 27 и 29, соединяющие передатчики 2 и 28 с соответствующими антенными решетками 22 и 23, позволяют реализовать одновременную работу нескольких информационных каналов таким образом, чтобы направления излучения указанных антенных решеток, т.е. собственного электромагнитного излучения, при осуществлении связи не совпадали с направлениями действия внешнего электромагнитного излучения, воспринимаемого приемными устройствами 1 (по цепочке последовательно соединенных элементов 21-26-1) и 30 (по цепочке 24-31-30).
Блок видео-датчиков 32, блок датчиков температуры 33 и блок акустических датчиков 34, связанные с системной шиной 16 через блок 35 контроля излучений и рпределения текущего положения тела пользователя относительно корпуса 25, обеспечивают определение сектора, в котором излучение собственных антенн 22 и 23 и соответствующих передатчиков 2 и 28 сотового телефона запрещено (во избежание воздействия электромагнитного излучения на сектор, в направлении которого находится пользователь); информация в виде сигналов, сформированных в блоке контроля и управления 3, через коммутаторы 27 и 29 поступает в передающие устройства 2 и 28.
Одновременное применение нескольких датчиков, 32, 33 и 34, действие которых основано на различных принципах, повышает достоверность определения сектора, в котором находится пользователь, и, соответственно, направления, запрещенного для собственного излучения сотового телефона.
Возможно дальнейшее повышение точности и достоверности определения вышеупомянутого сектора, в направлении которого блокируется работа передатчиков, за счет установки в телефоне дополнительных блоков, действие которых основано на изменении емкости, фиксации движения и других физических принципах, что обеспечит более высокую степень безопасности пользователя.
Наличие нескольких разнонаправленных антенн, выполненных в виде антенных решеток, позволяет усилить направленные свойства передаваемого и получаемого сигналов и уменьшить уровень помех, поступающих с других направлений. Кроме того, антенные решетки позволяют, с разделением во времени, формировать несколько направлений (излучения или приема) для распараллеливания, т.е. для разделения, информационных каналов по пространству. Антенные решетки 22, 23 и 24, управляемые блоком контроля и управления 3 (через коммутаторы 27, 29, 31 и системную шину 16), позволяют сформировать характеристики направленности на базовые станции, обеспечивающие более высокую помехоустойчивость каналов для полезных сигналов в сравнении с сигналами с других направлений, и повысить тем самым устойчивость связи.
Узконаправленные характеристики, необходимые для устойчивой связи с базовой станцией, требуют меньшей мощности при излучении, что косвенно снижает требования к передатчикам сотового телефона за счет снижения доли отражений сигналов от «местных предметов».
Предлагаемый телефон в совокупности своих существенных признаков позволяет контролировать уровни излучения антенн базовых станций в конкретной местности и выбирать те базовые станции, направление на которые в режиме его собственных передач не затрагивает пользователя сотового телефона.
При этом базовых станций одного сотового оператора может оказаться недостаточно для выбора, безопасного для пользователя. Примером является случай, когда сотовый телефон пользователя может вести передачи в направлении только двух базовых станций, в то время как принимать их разрешено с четырех базовых станций, которые принадлежат разным сотовым операторам.
Наличие в предлагаемом устройстве двух контроллеров, каждый из которых связан со своим блоком модулей идентификаторов абонента, позволяет с помощью блока контроля и управления 3 одновременно вести обмен информацией с двумя абонентами, «от имени» двух SIM-карт, и делать выбор «собеседника» в зависимости от помехосигнальной обстановки и пространственного размещения антенн базовых станций.
Таким образом, за счет возможности выбора соответствующей базовой станции и свободного для собственного электромагнитного излучения направления, которое не затрагивает пользователя (за исключением его руки, держащей телефон), предлагаемый сотовый телефон обеспечивает снижение риска воздействия упомянутого излучения на пользователя при одновременном сохранении непрерывной связи, что свидетельствует о достижении заявленного технического результата.
Кроме того, выполнение антенн в виде антенных решеток дает дополнительный вклад в достижение этого результата: улучшается селекция сигналов по направлению и увеличивается отношение сигнал/помеха, что способствует повышению надежности и устойчивости связи (уменьшается вероятность ошибок, не требуется повторных передач, повышается пропускная способность канала связи и телефона в составе системы сотовой связи). В результате не возникает необходимости передачи сигнала в запрещенном направлении и снижается вероятность воздействия на пользователя собственного электромагнитного излучения сотового телефона.
К дополнительным преимуществам предлагаемого телефона следует отнести возможность формирования нескольких пространственных каналов (характеристик направленности), что позволяет контролировать уровни сигналов от базовых станций и обеспечивает наилучший выбор.