СИСТЕМА РЕГИОНАЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 1999 года по МПК H04B7/185 

Предлагаемая система (устройство) относится к области техники, охватывающей средства радиосвязи, предназначенные для работы в ограниченных областях, сферах, отраслях, регионах.

Они выполняют как ограниченную роль в узких сферах, например в нефтяной, газовой промышленности, крупных стройках, на сельскохозяйственных предприятиях, так и "групповую", в масштабе региона, например, как типовая "сотовая" структура.

В настоящее время известно несколько устройств и систем радиосвязи. В основе их заложено требование по соответствующему использованию радиочастотного спектра от кГц до ГГц и различная степень сложности радиоустройств.

Весь спектр электромагнитных колебаний в соответствии с Рекомендациями МККР, МЭК и ВАКР, а также по Решениям Государственных Органов (Регламент радиосвязи, Нормы ГКРЧ, ГОСТ 23872-79 "Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная" и др.) - распределен. Использование спектра строго регламентированно по зонам, мощностям, частотам, сферам применения и т.д.

Наиболее комплексной, полной отработанной системой, "вписывающейся" - в вышеупомянутые "Нормы" и используемой в локальных зонах (Регионах), является "сотовая" система, нашедшая широкое применение.

В Европе, Америке и Японии достаточно много производителей как комплексов в целом, так и отдельных ее элементов; также, как и ее модификаций.

Для "сотовых" систем (ее элементов) рекомендованы диапазоны частот: 135 - 174 МГц, 400 - 500 МГц, 800 - 960 МГц и 1240 - 1300 МГц.

Основной принцип "сотовой" системы состоит в том, что определенная область территории разделена на зоны (соты), которые объединяются далее центральной ("групповой") станцией, имеющей выход на межрегиональные и государственные каналы связи.

Каждый сот, зона объединяют группу абонентов, а сами "соты", объединенные центральной станцией, "накрывают", таким образом, значительную территорию.

Здесь может присутствовать цифровая связь, радиотелефон - голосовая, факсимильная, компьютерная и т.д. Это сеть массового, полнодоступного плана использования с полным набором всех известных устройств: телефонных аппаратов, факсимильных, модемов, электронных коммутаторов и др. аппаратуры, а также соответствующее использование спектра частот по уровням и назначению.

Наравне с нею существует система радиотелефонной связи или системы "Транкинг" - способ автоматического динамического предоставления малого числа (ограниченного) радиоканалов большому числу пользователей (фиг.2).

Наиболее известны системы: США фирмы Selektone, Motorolla, Kenwood и др. Япония - фирма YAESU.

В основе системы заложены принципы использования свободных радиоканалов (участков спектра) с применением специальных блоков сопряжения и автоматизации для целей радиотелефонии, факсимильной и компьютерной связи на базе существующих радиостанций ЧМ - ФМ, или специально разработанных для этих целей.

Используются диапазоны: 33 - 47 МГц, 150 - 174 МГц, 450 - 470 МГц и 800 - 900 МГц.

В РФ близкий аналог - система "Алтай", "Территориально - зоновая система подвижной радиотелефонной связи "Волемот" для работы на участке спектра 330 МГц, и соответствующие средства: "Лес", "Тулица", "Волемот АРС" и др.

В настоящее время используемый спектр частот настолько насыщен пользователями и потребности в радиосвязи настолько велики при масштабах территории и географических зон РФ (СНГ), что остро ощущается необходимость кардинального решения этой проблемы, при этом наличие "свободного" участка спектра является ценнейшим национальным достоянием.

Имеются следующие немаловажные факторы, при реализации вышеназванных систем:
1. Внедрение полномасштабной сотовой системы в РФ займет очень много времени и потребует колоссальных вложений средств, т.к. закупать готовые системы за рубежом не всегда рационально (по известным причинам), а освоение "своих" - процесс очень длительный.

2. Внедрение "Транковых" систем требует значительных финансовых затрат, хотя стоимость "транковой" системы в 50 - 100 раз дешевле "сотовых". Все усложняется отсутствием в РФ соответствующих производствах (кроме диапазона 330 МГц.).

Имеющиеся некоторые ведомственные радиосредства в большинстве малопригодны по своим техническим характеристикам.

3. Сильнейший монополизм и жесткий диктат со стороны министерства связи и др. Государственных структур, что нередко полностью заглушает всякую возможно инициативу.

4. Обширность территории РФ и значительное разнообразие условий Регионов для организации радиотелефонной связи.

5. Вынужденность "стыковки" проектируемых систем с существующими системами и Рекомендациями международных Организаций.

Все имеющиеся аналоги так или иначе - вступают в противоречие с вышеперечисленными факторами.

Предлагаемая система (комплекс устройств), приемлемая для организации связи в качестве Региональной в РФ включает в себе важнейшие качественные технические и организационные показатели "сотовой" и "транковой" систем, разрешая в определенной степени вышеприведенные противоречия.

В качестве прототипа изобретения принята система "Smart Trunking" (фирма Selektone - США).

Система предусматривает использование спектра частот: 33 - 47 МГц, 150 - 174 МГц, 450 - 470 МГц и 800 - 900 МГц и, соответственно, радиостанций: Motorolls/PADINS, KENWOD, YAESU/VERTEX, ALINCO и др., в т.ч. RADIUS GM-300 - автоматическая и портативная модификации с логическими модулями фирмы Selektone и ретрансляторные (базовые) станции TRS-720 (f = 150 - 174 МГц), TRS-820 (f = 450 - 470 МГц) фирмы KENWOOD и т.п.

Абонентский комплект состоит из приемника со своей антенной передатчика с антенной для работы в симплексном (полудуплексном) режиме с базовой станцией и с соседними аналогичными станциями, или из приемопередатчика, дуплексера и приемопередающей антенны возимого, носимого или стационарного вариантов, оснащенные блоками логики, например, ST-858, громкоговорителем, микрофоном с клавиатурой DTMF.

Базовый комплект построен по 2-х канальной схеме на базе ретранслятора CQF 9000 фирмы MOTOROLLA, или по 4 - 5-ти канальной схеме, но при этом, необходим комбайнер с распределительной панелью и раздельными приемно-передающими антеннами или антеннами для дуплексной работы фирмы TELEMOBILE.

Каждый базовый комплект (или центральный) оснащен контроллерами, например ST-850 по числу каналов, и интерфейсами, например ST-859, который также может быть использован в абонентском комплекте. Контроллер рассчитан на сопряжение с одной или двумя телефонными линиями, имеет в своем составе схему приема импульсов набора номера (добавочного), встроенный модем на 1200 бод, а также базу данных на 1800 абонентов через внешний вход RS-232.

Каждый абонент с набором своей соответствующей аппаратуры имеет возможность связаться с "соседними" аналогичными станциями и через базовые станции или центральную - выходить на телефонные сети.

Каждый канал позволяет обслуживать до 80 - 100 абонентов, т.е. в 5-ти канальном варианте - до 500 по принципу "с полнодоступным включением".

Всей системой управляет "администратор" через контроллеры, периодически "выгружая" из ЭВМ проведенные связи, учет работы абонентов и т.п.

Система "Smart Trunking" имеет недостатки, которые в определенной степени устраняются предлагаемым изобретением.

1. Система "привязана" к вышеобозначенным частотным диапазонам, в которых предусмотрена работа др. средств, например, в диапазонах:
- 33 - 47 МГц располагается служебная радиосвязь (радиостанция "Арбалет");
- 150 - 174 МГц предусмотрена работа морской, подвижной радиосвязи, внутрисудовой и портовой (радиостанция "Рейд"), морская навигация, а также частоты сигнала "Бедствие" - Inmarsat - Cospas - Sarsat 156,3 - 156,825 МГц.

- 450 - 470 МГц также включает в себя участок 457 - 467 МГц, "занятый" морской подвижной службой (радиостанция "Леер");
- диапазон частот до 890 МГц "занят" каналами телевидения (NN 62 - 72), что для условий РФ вызывает определенные сложности;
2. Система не "интегрируется" с существующими сетями приема-передачи информации в условиях РФ и требует самостоятельных автономных устройств, например антенных систем, сложность обеспечения дуплексного режима работы и автоматизации, и основывается только на импортной аппаратуре.

3. Сложность обеспечения частотной развязки, например, фирма KENWOOD рекомендует разнос частот не менее 4,5 МГц при работе на частоте 150 МГц, а между соседними каналами - не менее 100 кГц или вставкой специального блока - комбайнера.

4. Антенны комплектов предусматриваются с усилием не более 3 дб, т.е. в 1,5 раза по сравнению с антенной, имеющей круговую диаграмму ("штырь"), что явно неприемлемо для условий РФ по мощности приемопередающей аппаратуры, помехозащищенности и ЭМС с др. средствами.

5. Система сложно интегрируется в перспективе с тенденциями развития приемопередачи информации, например, совмещение в абонентском телевизионном приемнике с антенной и пультом управления всех вариантов приборов и устройств "обработки" каналов информации, необходимых пользователю.

6. Предлагаемая импортная аппаратура, входящая в состав системы и сам комплекс имеют высокую стоимость, например, единичный абонентский комплект оценивается в 1,2 - 3,0 тыс.долл. США, а 4-х канальный базовый комплект - до 40 тыс. долл. США. В результате, система из одного 4-х канального базового комплекта и 400 абонентов оценивается не менее, чем в 500 - 1200 тыс.долл. США.

Для сравнения, предлагаемое устройство в пределах тех же параметров объема применения по предварительной оценке не превышает суммы в 200 - 500 тыс. долларов США (по котировке на октябрь месяц 1994 г.).

Целью настоящего изобретения является - внедрения региональной системы связи (собственно сама система Региональной связи), включающей в себе положительные параметры "сотовых" структур: высокая степень автоматизации, качество и доступность; достоинства "транковых" систем: те же качества "сотовых", но при этом меньшая стоимость, и получение, в связи с этим, новых, качественных характеристик, а именно:
- значительное удешевление производства, развертывание системы и ее эксплуатация, т.е. внедрение в широком понимании;
- доступность большинству Регионов РФ как в техническом плане, так и в финансовом и организационном;
- органическая "вписываемость" в существующие системы и непротиворечивость установившимся концепциям и перспективным тенденциям в организации связи, приема-передачи информации и ее потреблении;
- возможность использования отдельных элементов импортной аппаратуры.

В основе изобретения заложены предпосылки:
1. В большинстве Регионов РФ существует определенная сложившаяся структура телевизионной эфирной сети с известными концепциями ее развития в перспективе (например, фиг.1).

2. Все телевизионные каналы телецентров, ретрансляторов, микротелецентров, а также соответствующая приемо-передающая аппаратура и ее производство строго регламентированы и контролируются в соответствии с "Нормами ЭМС".

3. В отведенных каналах "Российского стандарта" - стандарта имеются "свободные зоны", не занятые спектром сигнала, которые технически и организационно можно использовать без ущерба качества приемо-передачи существующего телевидения (для сравнения - фиг.6).

В предлагаемой системе предусмотрена "Региональная структурная Схема размещения телецентров, телевизионных ретрансляторов, микротелецентров и использования электромагнитного спектра поддиапазонов, отведенных для телевидения" - обязательный технический комплекс, включающий графический материал на топографических картах различных масштабов, информационные таблицы допускаемой мощности передатчиков, потенциалы поля, условия распространения электромагнитных волн соответствующих частот в конкретных районах с привязкой по времени суток, года и т.п., являющаяся результатом технических расчетов, анализа и экспериментов (интеллектуальный программный продукт), утвержденную компетентным государственным Органом, в частности - Региональным Центром по электромагнитной совместимости.

Материал схемы, как правило, отдельным программным обеспечением заложен в управляющие (обеспечивающие) ЭВМ.

Устройство единичного элемента системы, например, одноканального районного комплекса, состоит из передающего устройства (приемного) с диапазоном генерируемых частот от "нулевой частоты одного из каналов ТЛВ" (Верхняя граничная частота), до величины f = fкв

- 200 кГц, т.е. отводимая полоса в 200 кГц (фиг.3, зона "B"), и приемного устройства (передающего), с диапазоном приема сигналов в пределах от "нулевой частоты" соседнего нижнего канала ТЛВ до величины f = fкв - (350 - 550) кГц, т.е. с полосой в 350 - 550 кГц (фиг. 3, зона "A"). В сложных случаях, например, при использовании I - III каналов ТЛВ и некоторых др., применяют разнос приемопередачи через 1 или 2 канала, т.е. более 8 МГц (фиг.4, 5).

В состав единичного элемента входит антенное устройство, в т.ч. по Заявке на Патент N 94-0064 06/09, позволяющее выполнить режим дуплексной работы не менее двух частотных каналов на каждый телевизионный канал с определенной величины полосой (например, от 4-х до 25 кГц) каждый и обеспечиванием "обработки" нескольких телевизионных каналов одновременно, и модем - блок сопряжения приемника (передатчика) данного канала с электронным коммутатором.

Электронный коммутатор управляется ЭВМ (процессором) и коммутирует и распределяет сигналы "вызов - передача" по соответствующим потребителям, обеспечивая дуплексную связь по соответствующим установленным частотным каналам через передатчики (приемники) и антенную систему, или на спутниковые каналы связи, если они имеются в данном Регионе или на АТС через модемы.

Абонентский комплект включает антенное устройство, изготовленное по заявке на Патент N 94-0064 06/09, используемое одновременно для приема телевизионных программ и участвующее в приеме-передаче информации по выбранным радиоканалам в телефонном режиме или "цифровом" с помощью соответствующих периферийных устройств (телефон, факс, компьютер) и пульта управления комплексом.

Пользователь фактически "общается" только с периферийными устройствами и пультом управления, т.к. вся аппаратура обработки, приема или передачи сигналов информации сосредоточена в электронном блоке антенны (они являются элементом антенны), но при необходимости передатчик выполнен вынесенным из антенного блока (фиг.7).

Аппаратура абонентского блока обеспечивает "дежурный режим" работы - постоянное сканирование пространства в 360^o вокруг пользователя узким лучом (несколькими лучами) или в заданном секторе, и немедленное отображение на табло пульта управления наличия вызова пользователя данного блока, включается звуковая сигнализация и с какого направления идет вызов, может отображаться и номер вызывающего, на табло пульта абонентского блока.

Режим вызова абонентов пользователем обеспечивается либо в заданном секторе, либо в пределах 360^o и после "ответа" вызываемого - автоматически устройство "останавливается" и обеспечивается поддержание связи необходимое время.

Имеется режим передачи сигнала "Бедствие", например, напрямую в Органы УВД, охраны, медицины и т.п.

Абонентский блок имеет режим коллективного пользования, например, по Заявке на Патент N 94-0064 07/09, при этом фиксируется время работы, код пользователя и канал связи (местная связь, междугородная или спутниковая).

Все режимы работы обеспечены соответствующим аппаратурным решением.

Центральная станция имеет аппаратуру, основанную на тех же принципах с вышеизложенным, за исключением того, что имеет большую "емкость и информативность".

Кроме того, конструкция антенной системы позволяет создавать секторные зоны, направления работы и имеет узкую диаграмму направленности с шириной угла "обзора", согласованной со "Структурной Схемой размещения телецентров и использования электромагнитного спектра телевидения Региона".

Антенны выполнены уголковой конструкции, рупорной конструкции или иной с соответствующими характеристиками, в зависимости от диапазона частот и др. требований, совмещенными по приему-передаче или разнесенными.

Антенный комплекс размещен на устройствах телецентра или установлен самостоятельно в непосредственной близости от него по "Схеме". Соответствующие приемные устройства, передатчики и последующая обрабатывающая сигналы аппаратура, как правило, размещена функционально по секторам, направлениям, но не исключено и др. размещение.

Весь комплекс управляется одной или несколькими ЭВМ с соответствующим программным обеспечением (фиг.7).

Часть антенного устройства, например, приемное, может быть исполнена конструктивно по Заявке на Патент N 94-0064 06/09 с целью оптимизации определенных характеристик комплекса.

Предлагаемая Региональная система связи по вышеизложенным принципам и конструкции обеспечивает поставленные цели как в техническом плане, так и в финансово-экономическом, ибо определенная часть получаемых доходов от внедрения системы в виде абонентской платы и взносов на покупку аппаратуры может перечисляться в региональные фонды на развитие сети телевидения, сервисного информационного обслуживания и систем связи.

Перечень фигур:
1. Вариант размещения телецентров в Регионе (на примере телевизионных каналов "М"-го диапазона в Самарской Губернии).

Цифры - номера "работающих" каналов, радиусы зон - условно рассчетные по приему телецентров, выделенные точки - районные центры.

2. Некоторые "потребители", использующие спектр частот до 900 МГц.

3. Размещение используемых участков электромагнитного спектра в канале телевидения (на примере 7 канала).

4. Участок спектра 7 канала, отводимый для передачи звукового сопровождения.

5. Нормы телевизионного сигнала 6M25C3 - 250KF3EGN.

6. "Телевизионные Нормали" Французской и Европейской систем и спектр телевизионного сигнала Sustem E (Фр.).

7. Структурная схема управляемой антенны с пультом управления по Заявке на Патент N 94-0064 06/09.

Источники информации
1. А.Л.Бадалов, А.С.Михайлов Нормы на параметры электромагнитной совместимости РЭС. Справочник. М.: Радио и связь, 1990.

2. А.З.Фрадин Антенно-фидерные устройства. М.: Связь, 1977.

3. E.Spindler Antennen, Anleitung zum Selbstbau VEB VERLAG TECHNIK BERLIN 1990.

4. Системы подвижной радиосвязи. Под ред.И.М.Пышкина. М.: Радио и связь, 1986.

5. Рекламно-инструктивные материалы системы "Smart Trunking" официальные дилеры: фирмы TELEMOBILE фирма РКК, 117330, Москва, а/я 700, тел.095-220-2818, факс 095-230-1107 фирмы YAESU Лаборатория коммуникационных систем. Москва, тел.095-110-4658, факс 095-310-7032.

6. Морская радиосвязь и радионавигация. Под ред.Ю.С.Ацерова, К.А.Семенова. М.; Транспорт, 1987.

Изобретение относится к средствам радиосвязи, используемых в ограниченных сферах применения - региональных. Техническим результатом является внедрение региональной системы радиосвязи, включающей в себя возможности радиотелефона, "цифровой" или компьютерной связи, а также приема-передачи видеоинформации. В основе системы лежит "Региональная структурная схема размещения телецентров, ретрансляторов, микротелецентров и использования электромагнитного спектра поддиапазонов, отведенных для телевидения", как обязательный элемент - технический комплекс (интеллектуальный программный продукт), утвержденный компетентным Государственным Органом, в частности, Региональным Центром по ЭМС, и отдельным программным обеспечением, закладываемым в управляющие (обеспечивающие) ЭВМ комплекса: центральной станции и районных (низовых) станций. Предлагается использовать крайние участки каналов телевидения ("справа" и "слева" от основного спектра канала) для дуплексной многоканальной радиосвязи. Возможна видеосвязь на "свободных" каналах. Особенность системы в том, что антенные устройства и связанные с ними последующие элементы: приемники, передатчики, преобразователи, электронные коммутаторы - "работают" по секторам, направлениям - это обеспечено конструктивно в центральной, районных и абонентских станциях. 7 ил.

Система региональной радиосвязи, содержащая центральную станцию, районные комплексы и абонентские комплексы, включающие в свой состав антенные устройства, приемопередающие устройства, преобразующие устройства, сопрягающие устройства и управляющие устройства, отличающаяся тем, что антенные устройства центральной станции и районных комплексов размещены на устройствах телецентров, абонентские комплексы совмещены с устройствами приема телевидения и включают в себя периферийные устройства приема и передачи информации и пульт управления, причем приемопередающие устройства абонентских комплексов размещены в антенном устройстве и являются элементами антенного устройства, а периферийные устройства абонентского комплекса и пульт управления размещены вблизи пользователя, центральная станция и районные комплексы имеют аппаратуру приема-передачи и обработки сигналов, размещенную функционально по секторам в соответствии с согласованной "Структурной схемой размещения телецентров и использования электромагнитного спектра", заложенной в управляющую программу электронно-вычислительной машины (ЭВМ), пульт управления абонентского комплекса имеет табло с индикаторами, на котором отображаются вызовы абонента, сектор, с которого идет вызов, номер вызывающего, а также секторы работающих телецентров.