УСТРОЙСТВО УДАЛЁННОГО ПОДКЛЮЧЕНИЯ SIM-КАРТ
DEVICE FOR REMOTE CONNECTION OF SIM-CARDS

Изобретение относится к области беспроводной связи и телекоммуникаций и предназначено для работы в области мобильной связи, преимущественно в сетях 3G, 4G/LTE для получения беспроводного доступа к сети Интернет через операторов сотовой связи.
Качество связи и скорость передачи данных в беспроводных 3G и 4G/LTE сетях в значительной степени зависит от уровня сигнала переданного с абонентских антенн на вход модема.
Классическим вариантом подключения, является подключение антенны, расположенной над землей вне помещения к модему через высокочастотный кабель снижения (статья на сайте компании Kroks «Как подключить внешнюю антенну к 3G модему» https://kroks.ru/useful-articles/stati/how-to-connect-an-external-antenna-with-the-3g-modem/). Данный способ подключения применяется при невозможности разместить модем в непосредственной близости от антенны, например, по причине экстремально высоких или низких температур, или необходимости частой замены SIM-карт. Такой способ подключения имеет существенный недостаток - затухание сигнала в кабеле, приводящее к значительному снижению скорости передачи данных. Для модемов и антенн, поддерживающих технологию MIMO (Multiple Input Multiple Output), необходимо подключать несколько высокочастотных кабелей снижения.
В зонах с низким уровнем сигнала базовой станции, для уменьшения затухания сигнала при его передаче от приемной антенны к модему, модем стараются размещать вместе с SIM-картой в непосредственной близости от антенны в герметичном боксе. Так, известно антенное устройство для USB-модемов (патент на полезную модель RU 130177 U1, опубликован 10.07.2013), в котором SIM-карта установлена в USB-модем, размещенный в держателе USB-модема, являющегося неотъемлемой частью конструкции направленной антенны. К основным недостаткам данного решения относятся: жесткие требования по эксплуатационным температурам SIM-карты при размещении антенны вне помещения; сложность замены SIM-карты при размещении антенны вне помещения; невозможность использования модемов других типов, отличных от USB модемов; отсутствие возможности переключения SIM-карт. Антенну при этом необходимо расположить вне помещения как можно выше, чтобы обеспечить прямую видимость с базовой станцией оператора сотовой связи и исключить влияние на сигнал рельефа местности и препятствий.
Прототипом является проводной удлинитель SIM-карт (патент US 2008/0099559 А1, опубликован 01.05.2008), который представляет собой устройство, состоящее из адаптера SIM-карты вставленного в слот SIM-карты мобильного телефона и внешнего держателя SIM-карты соединенного с адаптером кабелем (шлейфом). Таким образом, при помощи кабеля выносится считывающее устройство SIM-карты во внешний держатель, так как для замены SIM-карты в мобильном телефоне требуется частичная разборка аппарата и демонтаж аккумулятора с последующим восстановлением всех настроек телефона. В случае неисправности SIM-карты или необходимости ее замены, данный удлинитель позволяет производить быструю замену SIM-карты расположенной во внешнем держателе. Недостатками данного решения является невозможность переключения между несколькими SIM-картами (только их замена), что увеличивает время отсутствия сигнала (доступа в сеть Интернет) в случае неисправности SIM-карты и незначительная длина пассивного удлинителя, (не превышающая 30 сантиметров) не позволяющая отнести SIM-карту на значительное расстояние от аппарата. Прототип использует модем и антенну, встроенные в мобильный телефон, а считывающее устройство для SIM-карт расположено на пассивном удлинителе, длина которого ограничена потерями в кабеле. На компоненты прототипа накладываются особые требования к рабочему температурному режиму, что делает недопустимым использование прототипа вне помещения при любых климатических условиях.
Техническим результатом заявленного устройства являются повышение уровня сигнала (RSSI) при размещении модема вне помещения в зонах с низким уровнем сигнала базовой станции, обусловленным территориальными особенностями, а также возможностью оперативной замены SIM-карты в случае неисправности. Территориальные особенности включают в себя особенности рельефа и температурного режима.
Повышение скорости передачи данных между модемом и базовой станцией достигается за счет улучшения качества приема. Улучшение качества приема достигается, размещением роутера и модема максимально близко к антенне (затухание сигнала в кабеле на трассе от антенны к модему практически отсутствует). Передача питания вместе с данными от роутера к устройству удаленного подключения SIM-карт осуществляется по технологии РоЕ (Power over Ethernet) через один UTP кабель. Применение технологии РоЕ позволяет расположить устройство для удаленного подключения SIM-карт на значительном расстоянии от роутера. Дальность передачи сигнала по UTP кабелю ограничено сегментом сети Ethernet и может достигать расстояния до 100 метров. Таким образом, антенна с модемом и роутером может быть расположена вне помещения, а устройство удаленного подключения SIM-карт может быть расположено внутри помещения, в связи с чем, особенности рельефа и температурного режима вне помещения не будут влиять на работу SIM-карты и, соответственно, заявляемого устройства.
Уменьшение времени отсутствия сигнала (доступа в сеть Интернет) в случае неисправности SIM-карты обеспечивается простотой замены SIM-карты и возможностью переключения между несколькими SIM-картами (как локальными, так и удаленно расположенными) без физического извлечения SIM-карт.
Технический результат достигается тем, что заявляемое устройство включает в себя: микропроцессорный модуль обмена данными с модемом и осуществляющий эмуляцию SIM-карты, блок передачи данных по проводному интерфейсу дальностью до 100 метров, блок приема данных и микропроцессорный модуль осуществляющий обмен данными с SIM-картой, размещенной в устройстве удаленного подключения.
Подключение устройства происходит через UTP кабель, по которому передаются данные SIM-карты, данные сети Интернет и питающее напряжение роутера и модема.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами и описанием работы.
На Фиг. 1 изображена блок-схема устройства удаленного подключения SIM-карты к модему, где: 1 - антенна; 2 - модем; 3 - микропроцессорный модуль эмуляции SIM-карты; 4 - блок передачи данных; 5 - UTP кабель; 6 - блок приема данных; 7 - микропроцессорный модуль осуществляющий обмен данными с SIM-картой; 8 - SIM-карта, размещенная в устройстве удаленного подключения.
На Фиг. 2 изображено взаимное расположение элементов одного из вариантов исполнения заявляемого устройства, где: 1 - направленная панельная MIMO антенна; 2 - 3G/4G MIMO модем; 3 - плата роутера с интегрированным согласующим устройством; 4 - UTP кабель соединяющий модем и устройство удаленного подключения SIM-карты; 5 - UTP кабель для подключения пользовательского устройства (персональный компьютер, ноутбук, Wi-Fi роутер и т.п.); 6 - кабель питания; 7 - SIM-карта; 8 - устройство для удаленного подключения SIM-карты.
Сигнал поступает на направленную антенну 1 (см. Фиг. 1), затем поступает на антенные входы модема 2, к модему подключен микропроцессорный модуль эмуляции SIM-карты 3, который осуществляет обмен данными с SIM-картой 8 по кабелю 5 с помощью модулей 4, 6, 7. Для передачи данных от SIM-карты 8 в общем проводном канале 5 используются модули 4, 6, осуществляющие инжекцию данных SIM-карты в канал 5. При этом заявляемое устройство работает в дуплексном режиме для двустороннего обмена данными с SIM-картой.
В герметичном корпусе направленной панельной MIMO антенны 1 (см. Фиг. 2) расположен 3G/4G MIMO модем 2 размещенный на печатной плате роутера 3, в которую интегрированы микропроцессорный модуль эмуляции SIM-карты и блок передачи данных. Высокочастотные разъемы панельной MIMO антенны 1 подключены к высокочастотным антенным разъемам 3G/4G MIMO модема 2. Устройство удаленного подключения SIM-карты 8, включающее микропроцессорный модуль обмена данными с SIM-картой и блок приема данных, соединено с роутером 3 через UTP кабель 4, по которому производится передача данных и питания для роутера и модема. Устройство удаленного подключения SIM-карты 8 соединено с устройством пользователя UTP кабелем 5. Питание устройства удаленного подключения SIM-карты 8 и модема 2 с роутером 3 осуществляется от блока питания по кабелю 6
Применение устройства удаленного подключения SIM-карт, максимально облегчает замену SIM-карт. Устройство удаленного подключения SIM-карт расположено внутри помещения (обычно рядом с пользовательскими устройствами - ПК, ноутбук, Wi-Fi роутер), слоты для SIM-карт расположены на передней панели устройства, в то время как модем и роутер находятся вне помещения в герметичном боксе возле антенны. Помимо замены SIM-карт, появляется возможность переключения SIM-карт, установленных как в роутере, так и в устройстве удаленного подключения (локальных и удаленных) без физического извлечения SIM-карт.