Система сотовой связи
CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM

Настоящее изобретение относится к системе сотовой связи, предназначено для уменьшения плотности электромагнитного излучения антенн сотовых телефонов и может найти применение в области радиоэлектроники при изготовлении телефонных аппаратов сотовой связи с пониженным уровнем воздействия электромагнитного излучения на пользователей, а также при их эксплуатации.
Многочисленные исследования свидетельствуют, что постоянное воздействие электромагнитных радиосигналов, излучаемых антенной сотового телефона, приводит к возникновению целого ряда нежелательных расстройств в организме человека. С учетом этого факта предпочтительно располагать антенны телефонных аппаратов сотовой связи по возможности на максимально удаленном расстоянии от тела человека и, хотя бы во время разговора, держать сотовый телефонный аппарат на некотором расстоянии от тела или, по крайней мере, от головы для уменьшения воздействия вредного излучения.
На текущий момент известен ряд технических решений, направленных на решение проблемы снижения плотности электромагнитного излучения, воздействующего на пользователя сотового телефона, которым при всех конструктивных различиях присущ выраженный недостаток, заключающийся в том, что они обеспечивают пониженный уровень электромагнитного излучения ценой удобства и комфортности использования телефонного аппарата
Известна широко реализуемая модель, находящаяся в производстве, в которой используются удаленные от корпуса телефона наушники и микрофон, соединенные проводом с телефонным аппаратом. Это устройство выпускается в разных формах, от полного комплекта, содержащего наушники и микрофон, которые пользователь носит на голове, до крошечного наушника, который пользователь помещает в ухо. имеющий микрофон или соединенный с наушником, или размещенный на проводе.
Однако известный комплект является объемным; его неудобно надевать и некомфортно носить. Компактный наушник, помещаемый внутрь уха, многим пользователям также доставляет неудобство. Кроме того, наушники часто обеспечивают пользователю звук плохого качества. А в 2000 году 4 апреля были опубликованы результаты исследования, свидетельствующие, что наушники вместе с проводом действуют как антенна, и являются источником микроволнового излучения, вредно воздействующего на человека. Еще одним недостатком вышеупомянутого известного технического решения и родственных с ним является использование проводного соединения микрофона и наушников. Провод часто запутывается при хранении в кармане или пакете, а также во время использования. При значительном удалении сотового телефона от комплекта или наушников провод может отсоединиться, или наушник может выпасть из уха пользователя, в результате чего соединение прервется.
Проблемы, связанные с проводным соединением, решаются за счет использования технологии Bluetooth. Bluetooth - это стандарт беспроводной радиосвязи с микрочипом приемопередатчика короткого радиуса действия в каждом устройстве связи. Чип Bluetooth устанавливают в сотовый телефон и в беспроводной наушник. Пользователь надевает наушник (с микрофоном), который устанавливает связь с сотовым телефоном, который может быть расположен на некотором расстоянии от пользователя, и сотовый телефон сообщается с ближайшей базовой станцией.
Известна (US2003232597, опубл. 2003.12.18) система сотового телефона с пониженным уровнем воздействия микроволнового излучения на мозг пользователя, которая функционирует с поддержкой Bluetooth. Для этого снимают антенну и заменяют маломощным беспроводным устройством связи ближнего радиуса действия, а именно чипом Bluetooth, который устанавливают в сотовый телефон и в беспроводной наушник. Использование Bluetooth требует дополнительных аксессуаров - наушника и микрофона, но не требует соединительных проводов. Для связи с ближайшей базовой станцией компании сотовой связи сотовый телефон сообщается с прокси-устройством, в качестве которого служит преобразователь, передающий информацию на сотовый телефон и отправляющий ее с сотового телефона через другой чип Bluetooth. Помимо этого, прокси-устройство через нормальную сотовую антенну сообщается с ближайшей базовой станцией или станциями обслуживающей компании сотовой связи. Таким образом, путем создания системы сотового телефона, разделенного на два устройства: одного с антенной, а другого - со всеми остальными стандартными функциями сотового телефона удается уменьшить воздействие на пользователя электромагнитного излучения в области радиочастот. Недостатком известной системы является необходимость обеспечения мощного исходящего радиоизлучения для сохранения высокого качества связи передаваемого сообщения.
В качестве наиболее близкой к заявляемой выбрана система сотовой связи, уменьшающая воздействие излучения от антенн сотового телефона, описанная в патенте RU2439857, опубл. 2006.08.21. Известная система содержит один или несколько телефонов с коротким радиусом действия, каждый из которых снабжен микрофоном, наушником, дисплеем, клавиатурой, а также включает в свой состав маломощное беспроводное устройство связи короткого радиуса действия, такое как приемопередатчик с поддержкой Bluetooth, и концентратор сотовой связи, выполненный с возможностью установления беспроводной связи короткого радиуса действия с телефонами и канала связи с сотовой базовой станцией. Концентратор содержит модуль идентификации пользователя, память для хранения информации, ценной для пользователя, и интерфейсы ввода/вывода для приема контента от внешних источников. Беспроводное устройство концентратора содержит антенну сотового телефона, схему и соответствующие компоненты программного обеспечения для установления канала связи между концентратором и базовой станцией, а также с приемопередатчиком с поддержкой Bluetooth.
Недостаток известной системы связан с необходимостью обеспечения мощного исходящего радиоизлучения для сохранения качества связи с базовой сотовой станцией, что является препятствием для снижения уровня электромагнитного излучения, воздействующего на пользователя. Проблема заключается в том, что в структуре известной системы единственным источником необходимого мощного сигнала в диапазоне радиочастот является концентратор, формирующий этот сигнал и осуществляющий связь с базовой станцией.
Задачей изобретения является разработка системы сотовой связи, обеспечивающей пониженную плотность электромагнитного излучения в области радиочастот, воздействующего на пользователя, и одновременно требуемое высокое качество передачи информации.
Технический результат предлагаемой системы сотовой связи заключается в уменьшении плотности воздействующего на пользователя электромагнитного излучения за счет совместного действия связанных одним радиоканалом компонентов системы с одновременным расширением их функциональных возможностей, что позволяет создать направленное излучение и увеличить дальность приема без увеличения мощности излучения.
Указанный технический результат достигают системой сотовой связи, содержащей блок интерфейса телефона с коротким радиусом действия, концентратор сотовой связи, выполненный с возможностью установления беспроводной связи короткого радиуса действия с телефонами, снабженный также антенной сотового телефона, управляющей схемой с соответствующим программным обеспечением для установления канала связи с базовой сотовой станцией и оснащенный приемопередатчиком, включающая также модуль идентификации пользователя и интерфейсы ввода/вывода для приема контента от внешних источников, причем, в отличие от известной сотовой системы, блок интерфейса телефона оснащен еще одним приемопередатчиком, снабженным антенной и выполненным с возможностью связи по РЧ-каналу с базовой сотовой станцией, при этом один или несколько блоков интерфейса телефона, а также концентратор сотовой связи оснащены блоками навигационного определения своего местоположения, которые связаны с управляющими схемами, несущими необходимое программное обеспечение, выполненными с возможностью формирования совместного канала связи концентратора сотовой связи и блока интерфейса телефона с базовой сотовой станцией, характеризующегося общей направленностью на прием либо на передачу.
В предпочтительном варианте осуществления предлагаемая система сотовой связи содержит приемопередатчики с поддержкой Bluetooth, представляющие собой маломощные беспроводные устройства связи короткого радиуса действия.
На приведенной блок-схеме представлена структура предлагаемой системы сотовой связи.
Предлагаемая система содержит в своем составе концентратор 1 сотовой связи и один или несколько блоков 2 интерфейса телефона, выполненных в форме сотового телефона, снабженного приемопередатчиком 3 с антенной для обеспечения беспроводной связи с концентратором 1 сотовой связи и содержащего микрофон 4, наушники 5, дисплей 6 и клавиатуру 7, работой которых управляет схема 8 с соответствующим программным обеспечением, которая одновременно обеспечивает установление канала 9 беспроводной связи к упомянутому концентратору 1 сотовой связи. Блок 2 содержит также идентификационную карчу (модуль идентификации) 10, несущую уникальный идентификационный код для подтверждения подлинности пользователя владельца указанного блока 2, при этом элементы 3-7 и карта 10 подключены к управляющей схеме 8 с соответствующим программным обеспечением.
Концентратор 1 сотовой связи содержит приемопередатчик 11 с антенной для установления беспроводной связи с упомянутым блоком 2 интерфейса телефона и второй приемопередатчик 12 с антенной для передачи мощных сигналов РЧ-связи по каналу 13 на базовую сотовую станцию 14 и приема от нее; а также один или несколько интерфейсов 15 ввода/вывода для приема контента от внешних источников 16. Помимо этого в его состав входит вторая управляющая схема 17 с соответствующим программным обеспечением, предназначенная для подержания связи между пользователями 18 блока 2 интерфейса телефона либо между каждым из пользователей 18 упомянутого блока и внешними 16 источниками по каналу 9 беспроводной связи, а также между каждым из упомянутых пользователей 18 блока 2 и базовой сотовой станцией 14 по каналу 13 мощной РЧ-связи.
В состав концентратора 1 входит также модуль 19 идентификации пользователя; выполненный в виде SIM-карты.
Блоки 11, 12, 15 и 19 подключены к управляющей схеме 17.
Блок 2 интерфейса телефона оснащен вторым приемопередатчиком 20 с антенной, выполненным с возможностью передачи мощных сигналов РЧ-связи по каналу 21 на базовую сотовую станцию 14 и приема сигналов от нее, который связан с управляющей схемой 8. Кроме того, один или несколько блоков 2 интерфейса телефона оснащены блоком 22 навигационного определения своего местоположения (GPS и/или ГЛОНАСС), связанным с управляющей схемы 8.
Концентратор 1 сотовой связи тоже оснащен блоком 23 навигационного определения своего местоположения, связанным с управляющей схемой 17.
Управляющая схема 8, действующая по командам, поступающим по каналу 9 беспроводной связи от управляющей схемы 17, выполнена с возможностью формирования канала 24 общей направленности на прием или передачу путем организации совместного действия канала связи 13 концентратора 1 и канала связи 21 блока 2 интерфейса телефона с базовой сотовой станцией 14. При этом концентратор 1 сотовой связи, используя информацию об относительном расположении одного или нескольких блоков 2 интерфейса телефона и базовой сотовой станции 14 управляет приемо-передатчиками 20 и 12, обеспечивая формирование канала общей направленности 24 на прием или передачу мощных сигналов РЧ-связи с одинаковыми параметрами или управляет бесконфликтным использованием отдельных каналов 13 и 21 для увеличения пропускной способности системы (за счет распараллеливания каналов), что является дополнительным преимуществом заявляемого технического решения, при этом поток электромагнитных излучений распределяется в пространстве, и таким образом осуществляется пространственное разнесение мощности, необходимой для устойчивой связи с сотовой базовой станцией.
Взаимодействие составляющих блоков и компонентов системы, их взаимная ориентация позволяет управляющей схеме 17, снабженной необходимым программным обеспечением, изменять режимы работы, адаптируя их к меняющимся условиям радиосвязи, например, использовать каналы 13 и 21 по отдельности либо формировать с их помощью общий канал 24 (с общей направленностью).
Взаимная ориентация в пространстве компонентов системы и базовой сотовой станции позволяет управлять формированием суммарной характеристики направленности системы для повышения соотношения сигнал/помеха в режиме передачи у антенны базовой станции, а в режиме приема увеличить отношение уровня сигнала, принимаемого разнесенными в пространстве приемниками, по отношению к помехам. В случае недостаточно выраженной направленности антенн компонентов предлагаемой системы на начальном этапе ее реализации направленность может быть увеличена за счет использования увеличенного путем дублирования числа компонентов, двух и более, и управляемых фазовых сдвигов [2]. Общая характеристика направленности еще больше возрастает при использовании компонентов системы с направленными антеннами, что открывает перспективы повышения помехоустойчивости, помехозащищенности и качества связи заявляемой системы.
Предлагаемая система при эксплуатации дает возможность:
- не увеличивая мощности излучаемых сигналов, с помощью направленного излучения обеспечить высокое качество передаваемой на базовую сотовую станцию информации и снизить воздействие электромагнитного излучения на пользователя;
- увеличить дальность приема за счет организации направленности системы при приеме сигналов от сотовой базовой станции;
- снять проблему с эффектом замирания сигнала путем разнесения приема и повысить качество связи;
- увеличить пропускную способность системы связи и распределить поток электромагнитных излучений в пространстве путем распараллеливания трафика по каналам.
Распределение электромагнитного поля по пространству между множествами радиокомпонентов системы снизит уровень вредного влияния на пользователя, уменьшит влияние взаимных помех, распределит трафик по каналам и обеспечит сохранение качества связи на приемлемом для потребителей уровне. Параллельно-последовательное распределение трафика обеспечит увеличение пропускной способности системы и обеспечит снижение требований к уровню необходимого для хорошего качества связи излучения отдельных, пространственно разнесенных компонентов данной системы, что приведет к возможности увеличения их количества для связи различных интернет-вещей, что в перспективе необходимо для управления умными домами и городами.
Список использованных источников
1. Система сотовой связи для уменьшения воздействия излучений от антенн сотового телефона. Патент РФ №2439857 от 21.08.2006, заявка №2008110293/09 от 21.08.2006, автор Села Нисим (IL).
2. Способ формирования характеристики направленности двухэлементной антенны и устройство для его осуществления. Патент РФ №2054692 от 20.02.1996, заявка №93032899/09 от 23.06.1993, автор Павликов С.Н.
3. Сепутин А.П., Николаев А.Д. Мобильная связь на пути к 6G. [Текст] В 2 Т. Том 2./А.Н. Сепутин, А.Д. Николаев. - 2-е изд. - Москва-Вологда: Инфра-Инженерия. 2018. - 420 с.