СИСТЕМА И СПОСОБ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ УСЛУГ СВЯЗИ НА ОБЕИХ СТОРОНАХ КОРИДОРА
SYSTEM AND A METHOD FOR PROVIDING COMMUNICATION SERVICES ON BOTH SIDES OF THE CORRIDOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе связи и к способу предоставления услуг связи множеству отстоящих друг от друга пользовательских станций, таких как дома и/или офисы на застроенной территории.
Уровень техники
«Оптическое волокно до точки X» (FTTX, от англ. Fiber То The X) представляет собой известную технологию для так называемой «последней мили», при которой между точкой распределения и каждой из множества конечных пользовательских станций на застроенной территории предусмотрены волоконно-оптические кабели. Для того чтобы предусмотреть такие кабели на застроенной территории, например, в окрестностях города и т.д., необходимо вырыть траншеи с обеих сторон улицы для размещения главных ветвей волоконно-оптического кабеля в траншеях. У каждой пользовательской станции вдоль длины каждой главной ветви предусмотрены точки подключения, так что пользовательские станции могут быть соединены с главной ветвью в траншее посредством подветвей волоконно-оптического кабеля. Следует понимать, что развертывание такой системы занимает много времени и требует больших трудозатрат, вызывает неудобство для местных жителей, а также является дорогостоящим.
Раскрытие сущности изобретения
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в создании системы и способа предоставления услуг связи пользовательским станциям на застроенной территории, с помощью которых, как предполагает заявитель настоящей заявки, можно по меньшей мере ослабить упомянутые выше недостатки или которые смогут обеспечить эффективную альтернативу известным системам и способам.
Согласно настоящему изобретению предложена система предоставления услуг связи пользовательским станциям, отстоящим друг от друга на каждой из первой стороны и второй противоположной стороны удлиненного коридора, проходящего между передней областью и задней областью, причем система содержит:
- по меньшей мере первый узел коридора и второй узел коридора, отстоящие друг от друга вдоль коридора; причем указанные по меньшей мере первый и второй узлы коридора содержат соответствующие радиотрансиверы, соединенные с сопряженными антенными устройствами, причем соответствующие радиотрансиверы выполнены с возможностью передачи радиосигналов, имеющих соответствующую полосу частот, причем полоса частот радиосигналов, переданных радиотрансивером второго узла коридора по меньшей мере частично совпадает с полосой частот радиосигналов, переданных первым узлом коридора, причем соответствующие антенные устройства имеют соответствующие диаграммы направленности, содержащие по меньшей мере первый, второй, третий и четвертый удлиненные главные лепестки, имеющие соответствующие главные оси;
- причем компоновка такова, что для антенного устройства второго узла коридора: главная ось первого лепестка направлена вперед к первой области вдоль коридора, которая находится на первой стороне коридора для облучения пользовательских станций, сопряженных со вторым узлом коридора между первой областью и вторым узлом коридора; причем главная ось второго лепестка направлена вперед ко второй области вдоль коридора, которая находится на второй стороне коридора для облучения пользовательских станций, сопряженных со вторым узлом коридора между второй областью и вторым узлом коридора; причем главная ось третьего лепестка направлена к третьей области вдоль коридора, которая находится на первой стороне коридора между первым и вторым узлами коридора для облучения пользовательских станций, сопряженных со вторым узлом коридора между третьей областью и вторым узлом коридора; при этом главная ось четвертого лепестка направлена к четвертой области вдоль коридора, которая находится на второй стороне коридора между первым и вторым узлами коридора для облучения пользовательских станций, сопряженных со вторым узлом коридора между четвертой областью и вторым узлом коридора; и
- направленную антенну в каждой пользовательской станции, причем антенна нацелена на сопряженный узел коридора.
Понятие «диаграмма направленности» используется в данном описании для обозначения распределения по направлениям (по углам) интенсивности радиоволн от антенны или другого источника. Диаграмма направленности может быть графически представлена в виде графика с одной из множества взаимосвязанных переменных, включающих в себя: напряженность поля (амплитуда диаграммы направленности или диаграмма поля), мощность на единичный телесный угол (диаграмма направленности по мощности) и коэффициент усиления в заданном направлении.
Фундаментальным свойством антенн является то, что принимающая диаграмма (чувствительность в зависимости от направления) антенны, при использовании для приема, идентична диаграмме направленности в дальней зоне антенны при использовании для передачи. Данное свойство является следствием теоремы взаимности в электромагнетизме. Таким образом, в приведенных ниже примерах с диаграммами направленности, антенну можно рассматривать либо как передающую, либо как принимающую, в зависимости от того, что является более удобным.
Система может содержать по меньшей мере первый узел коридора, второй узел коридора и третий узел коридора, последовательно отстоящие друг от друга вдоль коридора, причем первая и вторая области могут находиться между вторым и третьим узлами коридора.
Первый лепесток может облучать пользовательские станции на первой стороне коридора и может иметь такую форму, что коэффициент усиления максимален на главной оси первого лепестка и постепенно уменьшается в первом угловом направлении (например, по часовой стрелке), второй лепесток может облучать пользовательские станции на второй стороне коридора и может иметь такую форму, что коэффициент усиления максимален на главной оси второго лепестка и постепенно уменьшается в противоположном угловом направлении (например, против часовой стрелки), третий лепесток может облучать пользовательские станции на первой стороне коридора и может иметь такую форму, что коэффициент усиления максимален на главной оси третьего лепестка и постепенно уменьшается в противоположном угловом направлении, а четвертый лепесток может облучать пользовательские станции на второй стороне коридора и может иметь такую форму, что коэффициент усиления максимален на главной оси четвертого лепестка и постепенно уменьшается в первом угловом направлении.
По меньшей мере некоторые из лепестков могут быть ассиметричными относительно их соответствующей главной оси.
С первого по четвертый лепестки второго узла коридора могут дополнительно иметь такую форму, что имеется: первый по меньшей мере частичный нулевой провал между первым и вторым лепестками, и второй по меньшей мере частичный нулевой провал между третьим и четвертым лепестками, причем первый по меньшей мере частичный нулевой провал может быть направлен к третьему узлу коридора, а второй по меньшей мере частичный нулевой провал может быть направлен к первому узлу коридора.
Каждый узел коридора может иметь первую часть, содержащую первый радиотрансивер, соединенный с сопряженным антенным устройством, и вторую часть, содержащую второй радиотрансивер, соединенный с сопряженным антенным устройством.
В некоторых вариантах осуществления, первая и вторая части могут быть размещены в общем кожухе, причем первая часть может приводить в действие первый и второй лепестки с помощью сигналов, имеющих соответствующую полосу частот, а вторая часть может приводить в действие третий и четвертый лепестки с помощью сигналов, имеющих такую же полосу частот.
В предпочтительном варианте осуществления, первая часть и вторая часть разделены, причем первая часть установлена на первой стороне коридора и приводит в действие второй и четвертый лепестки, а вторая часть установлена на второй стороне коридора и приводит в действие первый и третий лепестки.
Первая и вторая части могут быть установлены непосредственно напротив друг друга, причем промежуток между первой и второй частями предпочтительно имеет наибольшее практически возможное значение.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ предоставления услуг связи пользовательским станциям, отстоящим друг от друга на каждой из первой стороны и второй противоположной стороны удлиненного коридора, проходящего между передней областью и задней областью, причем способ содержит этапы, на которых:
- используют по меньшей мере первый узел коридора и второй узел коридора, отстоящие друг от друга вдоль коридора, причем указанные по меньшей мере первый и второй узлы коридора содержат соответствующие радиотрансиверы, соединенные с сопряженными антенными устройствами, причем соответствующие радиотрансиверы передают радиосигналы в соответствующей полосе частот, имеющей соответствующую ширину полосы частот, причем полоса частот радиосигналов, передаваемых радиотрансивером второго узла коридора по меньшей мере частично совпадает с полосой частот радиосигналов, передаваемых посредством первого узла коридора, а соответствующие антенные устройства имеют соответствующие диаграммы направленности, содержащие по меньшей мере первый, второй, третий и четвертый удлиненные главные лепестки, имеющие соответствующие главные оси;
- для антенного устройства второго узла коридора направляют: главную ось первого лепестка вперед к первой области вдоль коридора, которая находится на первой стороне коридора для облучения пользовательских станций, сопряженных со вторым узлом коридора между первой областью и вторым узлом коридора; главную ось второго лепестка вперед ко второй области вдоль коридора, которая находится на второй стороне коридора для облучения пользовательских станций, сопряженных со вторым узлом коридора между второй областью и вторым узлом коридора; главную ось третьего лепестка назад к третьей области вдоль коридора, которая находится на первой стороне коридора между первым и вторым узлами коридора для облучения пользовательских станций, сопряженных со вторым узлом коридора между третьей областью и вторым узлом коридора; и главную ось четвертого лепестка назад к четвертой области вдоль коридора, которая находится на второй стороне коридора между первым и вторым узлами коридора для облучения пользовательских станций, сопряженных со вторым узлом коридора между четвертой областью и вторым узлом коридора; и
- в каждой пользовательской станции используют направленную антенну, которая нацелена на сопряженный узел коридора, для осуществления связи с сопряженным узлом коридора.
Краткое описание чертежей
Далее, настоящее изобретение раскрыто более подробно, исключительно в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 показан первый примерный вариант осуществления системы для предоставления услуг связи множеству пользовательских станций вдоль коридора, например в дома вдоль улицы.
На фиг. 2 схематично показан тракт передачи данных между узлом коридора системы и домом.
На фиг. 3 показан второй примерный вариант осуществления системы.
На фиг. 4 показана принципиальная схема, отражающая релевантные оси диаграмм направленности узла коридора и пример их выравнивания относительно домов и соседних узлов коридора.
На фиг. 5 показана принципиальная блок-схема узла коридора, образующего часть системы.
На фиг. 6 показана система и ее подключение к опорной сети посредством транспортной сети.
Осуществление изобретения
Система для предоставления услуг связи пользовательским станциям, отстоящим друг от друга вдоль коридора, в целом, обозначена на фиг. 1 ссылочной позицией 10.
В примерном варианте осуществления, коридор представляет собой улицу 12 в пригороде, а пользовательские станции представляют собой дома 14.1 - 14.n, которые отстоят друг от друга на каждой из первой стороны 16 и второй противоположной стороны 18 улицы. Коридор имеет переднюю область 19 и заднюю область 21 и может представлять собой любой подходящий канал или проход, включая, помимо прочего, тропу, улицу, дорогу, и т.д.
В примерном варианте осуществления, система содержит по меньшей мере первый узел 20 коридора, второй узел 22 коридора и третий узел 24 коридора, последовательно отстоящие друг от друга вдоль улицы. Указанные по меньший мере первый, второй и третий узлы коридора содержат соответствующие радиотрансиверы (например, 54 и/или 56, 62 и/или 64, показанные на фиг. 5), соединенные с сопряженными антеннами устройствами 58, 60, 66 и 68 (также показаны на фиг. 5). Радиотрансиверы передают сигналы, имеющие соответствующую полосу частот, причем такая полоса может быть одинаковой для обоих WiFi и/или для обоих LTE трансиверов.
Также со ссылкой на фиг. 1 следует отметить, что соответствующие антенные устройства имеют диаграммы направленности, содержащие по меньшей мере первый 30, второй 32, третий 34 и четвертый 36 удлиненные главные лепестки, имеющие соответствующие главные оси 38, 40, 42 и 44. Компоновка такова, что для антенного устройства второго узла коридора главная ось 38 первого лепестка 30 ориентирована вперед в первом общем направлении А вдоль улицы к первой области 14.27, которая находится на первой стороне 16 улицы между вторым узлом 22 коридора и третьим узлом 24 коридора; главная ось 40 второго лепестка 32 ориентирована вперед в первом направлении А вдоль улицы ко второй области 14.46, которая находится на второй стороне 18 улицы между вторым узлом 22 коридора и третьим узлом 24 коридора; главная ось 42 третьего лепестка 34 ориентирована назад в противоположном общем направлении В вдоль улицы к третьей области 14.10, которая находится на первой стороне 16 улицы между первым узлом 20 коридора и вторым узлом 22 коридора; главная ось 44 четвертого лепестка 36 ориентирована назад в противоположном направлении В вдоль улицы к четвертой области 14.63, которая находится на второй стороне 18 улицы между первым узлом 20 коридора и вторым узлом 22 коридора.
Таким образом, каждый из узлов 20, 22, 24 коридора обеспечивает два направленных лепестка в каждом из общего первого направления А и противоположного направления В вдоль улицы 12. Компоновка предпочтительно такова, что дома вдоль улицы облучаются приблизительно равномерно, за счет того, что наибольший коэффициент усиления (на главной оси лепестка) обеспечивается в направлении дома, находящегося дальше всего от узла коридора, а наименьший коэффициент усиления - в направлении домов, находящихся ближе к узлу коридора. Как пример, со ссылкой на фиг. 1 и 2, лепесток 30, сопряженный с узлом 22 коридора, имеет главную ось 38. Главная ось 38 направлена к дому 14.27 на первой стороне 16 улицы, находящемуся дальше всех от узла 22 коридора. Дома 14.26 - 14.19, которые постепенно становятся ближе к узлу 22 коридора на первой стороне 16 улицы, облучаются с постепенным уменьшением коэффициента усиления. Таким образом, лепестки имеют такую форму, что коэффициент усиления имеет высокое значение в направлении наиболее удаленного дома и постепенно уменьшается в направлении ближайших домов. Уменьшение может быть увязано с расстоянием от коридора узла, так что в каждом из домов 14.19 - 14.27, облучаемых или обслуживаемых указанным лепестком, принимается по существу одинаковый или равный уровень сигнала.
В дополнение к тому, что лепестки имеют раскрытую выше форму, диаграммы направленности также имеют форму, которая позволит обеспечить низкий коэффициент усиления в направлении смежных или соседних узлов 20 и 24 коридора системы 10. В данном контексте, низкий коэффициент усиления означает значения коэффициента усиления, которые не приведут к снижению рабочих характеристик смежных узлов 20 и 24 коридора из-за помех для смежной станции. В примерном варианте осуществления с фиг. 1, имеется первый по меньшей мере частичный нулевой провал 33 между первым лепестком 30 и вторым лепестком 32, второй по меньшей мере частичный нулевой провал 35 между третьим лепестком 34 и четвертым лепестком 36 и третий по меньшей мере частичный нулевой провал 37 между вторым лепестком 32 и четвертым лепестком 36. Первый нулевой провал 33 направлен к третьему узлу 24 коридора, а второй нулевой провал 35 направлен к первому узлу 20 коридора.
Узлы 22 - 24 коридора могут иметь одинаковую конфигурацию. Со ссылкой на фиг. 2, в первом примерном варианте осуществления, узел 22 коридора содержит кожух 50, установленный на столбе 52 наружного освещения на первой стороне 16 улицы 12. Со ссылкой на фиг. 5, кожух 50 вмещает в себя локальный блок 53 питания, в том числе перезаряжаемую батарею, причем указанный блок питания может быть выполнен с возможностью аккумулирования солнечной энергии известным образом. Узел 22 коридора дополнительно содержит первую часть 22.1 и вторую часть 22.2, которые, в данном примерном варианте осуществления, установлены вплотную. Первая часть 22.1 содержит по меньшей мере один из первого Wi-Fi трансивера 54 и первого LTE трансивера 56, которые соединены с Wi-Fi антенной 58 и LTE антенной 60, соответственно, для создания, в данном примерном варианте осуществления, как показано на фиг. 1, первого лепестка 30 и второго лепестка 32. Вторая часть 22.2 содержит по меньшей мере один из второго Wi-Fi трансивера 62 и второго LTE трансивера 64, которые соединены с Wi-Fi антенной 66 и LTE антенной 68, соответственно, для создания третьего лепестка 34 и четвертого лепестка 36. Узел коридора дополнительно содержит части СВЧ-линии связи, содержащие СВЧ-трансивер 70 и СВЧ-антенны 72 и 74, которые будут более подробно раскрыты далее.
Каждый дом, например, дом 14.19 на фиг. 2, может быть оснащен подходящей направленной антенной 76 для взаимодействия с узлом 22 коридора. Антенна соединена известным образом с роутером 78 и другим известным электронным оборудованием в доме, для содействия обмену данными между оборудованием и узлом коридора известным способом. Направленные антенны в пользовательских станциях могут играть важную роль в безотказной работе системы, поскольку их диаграммы направленности обеспечивают высокие уровни сигналов в узлах коридора, с которыми они связаны, и одновременно с этим сводят к минимуму мешающее излучение для в других пользовательских станций, обслуживаемых одинаковыми или разными узлами коридора, а также сводят к минимуму помехи для смежных узлов коридора и пользовательских станций, даже когда все они работают в пределах одной и той же полосы частот. Например, наиболее удаленная пользовательская станция 14.46, обслуживаемая узлом 22 коридора, находится близко к наиболее удаленной пользовательской станции 14.45, обслуживаемой смежным узлом 24 коридора, но поскольку пользовательская станция 14.46 имеет лепесток, обращенный к узлу 22 коридора, а пользовательская станция 14.45 имеет лепесток, обращенный почти в противоположном направлении, сигнал из узла 24 коридора, или из пользовательской станции 14.45, должен оказывать минимальное воздействие на сигнал, принятый пользовательской станцией 14.46, и наоборот.
Со ссылкой на фиг. 6, узлы 22, 24 и 26 коридора подключены известным образом к опорной сети 80 посредством транспортной сети 82, для того, чтобы обмениваться данными с опорной сетью в двустороннем порядке. Транспортная сеть 82 может содержать любую подходящую инфраструктуру, например, волоконно-оптические кабели, беспроводные линии связи, в том числе СВЧ-линии связи, часть которой могут составлять упомянутый выше трансивер 70 (показан на фиг. 5) узла 22 коридора и СВЧ-антенны 72 и 74 (также показанные на фиг. 5).
На фиг. 3 показана часть второго предпочтительного варианта осуществления системы 10 для предоставления услуг связи множеству пользовательских станций вдоль коридора или улицы 12. Хотя, для более полной ясности, на фиг. 3 показан только узел 22 коридора, вариант осуществления с фиг. 3 по существу аналогичен варианту осуществления с фиг. 1, за исключением того, что часть 22.1 узла коридора расположена на первой стороне 16 улицы 12, а вторая часть 22.2 - на противоположной стороне 18 улицы. В данном примерном варианте осуществления, первая и вторая части установлены непосредственно напротив друг друга.
В данном примерном варианте осуществления, первая часть 22.1 создает второй лепесток 32, имеющий главную ось 40, ориентированную в первом направлении А вдоль улицы к области 14.46 на второй стороне 18 улицы между вторым узлом 22 коридора и третьим узлом 24 коридора, и четвертый лепесток 36, имеющий главную ось 44, ориентированную в противоположном направлении В вдоль улицы к области 14.63 на второй стороне 18 улицы между первым узлом 20 коридора и вторым узлом 22 коридора. Вторая часть 22.2 создает первый лепесток 30, имеющий главную ось 38, ориентированную в первом направлении А вдоль улицы к области 14.27 на первой стороне 16 улицы между вторым узлом 22 коридора и третьим узлом 24 коридора, и третий лепесток 34, имеющий главную ось 42, ориентированную в противоположном направлении В вдоль улицы к области 14.10 на первой стороне 16 улицы между первым узлом 20 коридора и вторым узлом 22 коридора.
В предпочтительном варианте осуществления, каждая из части 22.1 и части 22.2 может содержать отдельный трансивер, соединенный для приведения в действие соответствующих двух лепестков, сопряженных с ними, причем трансиверы работают в одной и той же полосе частот и одновременно ограничивают взаимные помехи за счет использования лепестков диаграммы и направленных антенн пользовательских станций. Каждая из части 22.1 и части 22.2 может также содержать два трансивера, причем каждый трансивер соединен с входом, создающим один из двух лепестков для дальнейшего увеличения емкости в пределах данного узла на одной и той же частоте или разных частотах к другим трансиверам узла.
Как показано на фиг. 4, и используя в качестве примера первую часть 22.1 узла 22 коридора, коэффициент усиления лепестка 32 максимален на главной оси 40 и постепенно уменьшается в направлении против часовой стрелки на угол 9, так что интенсивность сигнала в доме 14.46, находящемся дальше всего от части 22.1, по существу равна интенсивности сигнала в доме 14.54, наиболее близком к первой части 22.1, и во всех других домах на противоположной стороне 18 улицы, обслуживаемых лепестком 32. Как указано выше, лепесток 32 может быть ассиметричным относительно главной оси 40. Угол 9 между главной осью 40 и линией 41 между первой частью 22.1 на первой стороне 16 улицы и второй частью 24.2 узла 24 коридора на другой стороне 18 улицы 12 будет рассмотрен ниже.
Следовательно, как показано на фиг. 3 и 4, части узла коридора могут быть установлены на противоположных сторонах коридора и сообщаются друг с другом. В случае со вторым узлом 22 коридора, первая часть 22.1 расположена на первой стороне 16, а вторая часть 22.2 расположена на другой стороне 18 улицы. Первая часть 22.1 создает второй лепесток 32 и четвертый лепесток 36, которые имеют такую форму, как раскрыто выше, для покрытия или обслуживания домов на противоположной стороне 18. Вторая часть 22.2 создает первый лепесток 30 и третий лепесток 34, которые имеют такую форму, как раскрыто выше, для покрытия или обслуживания домов на первой стороне 16 улицы. Если рассматривать диаграммы направленности разделенных узлов коридора совместно, то снова можно видеть общую диаграмму направленности с четырьмя лепестками. Однако, угол 9 между главной осью 40 и линией 41 между первой частью 22.1 узла 22 коридора и второй частью 24.2 узла 24 коридора через улицу 12 увеличен до максимума. Увеличение до максимума данного угла может оказаться необходимым, поскольку коэффициент усиления должен иметь максимальное значение в направлении наиболее удаленного здания и далее уменьшаться или обнуляться в направлении соседней части, а этого можно легко добиться, если 9 является большим. Благодаря тому, что две части расположены так далеко друг от друга, как это практически возможно, через коридор, и при этом каждая из них обеспечивает покрытие домов или зданий напротив коридора от него самого, удается получить улучшенное угловое разделение между главными осями и линией к смежной части узла коридора. Разделенные части, обеспечивающие покрытие домов на противоположной стороне, также гарантируют, что радиоволны проходят максимальное расстояние через коридор, и поскольку коридоры по существу не имеют препятствий (деревьев, стен, и т.д.), волны будут сталкиваться с меньшим количеством препятствий.
Альтернативная конфигурация, более подходящая для частей узла коридора, которые размещаются в общем кожухе, состоит в обеспечении одного узлового трансивера, который будет приводить в действие оба лепестка диаграммы направленности в направлении А, и еще одного узлового трансивера для приведения в действие обоих лепестков в направлении В, так что трансивер каждой части узла покрывает пользовательские станции на обеих сторонах, в отличие от упомянутого выше варианта осуществления, в котором каждый трансивер покрывает одну сторону коридора.