СИСТЕМА ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2003 года по МПК H04B7/26 

Изобретение относится к области связи, а более конкретно - к системам подвижной радиосвязи.

Изобретение позволяет в ряде случаев упростить схему построения системы связи, предоставляет дополнительные возможности при проектировании системы связи, повышает технико-экономическую эффективность системы с учетом всех компонентов, влияющих на ее технические показатели и полную стоимость.

Известна система подвижной радиосвязи, содержащая наземные базовые станции, коммутационное и радиотехническое оборудование, использующая принцип повторного использования частот, при котором в близких одна относительно другой областях (6-угольных ячейках-сотах) системы используют разные полосы частот, а через несколько ячеек эти полосы частот повторяются (М. В. Ратынский. Основы сотовой связи / под ред. Д.Б. Зимина - М.: Радио и связь, 2000, стр. 65 [1]). Ячейки частично пересекаются.

Известна система связи, содержащая базовые станции и установленные па них или вблизи них ретрансляторы сигналов, диапазон частот которых совпадает с диапазоном частот подвижной станции соответствующей системы радиосвязи (Патент РФ 2161866, Н 04 В 7/26, 2000 г. "Помехоустойчивая система радиосвязи" [2]).

К недостаткам сотовой системы связи [1] и различных ее усовершенствований, подобных [2], по сравнению с заявленной можно отнести то, что в ряде случаев принятая в них схема построения системы не допускает упрощений, не предоставляет дополнительных возможностей при проектировании систем, в них не в полной мере использованы технические возможности снижения стоимости создания и эксплуатации системы.

В качестве прототипа выбрана известная система подвижной связи, содержащая в том числе функционально связанные наземные базовые и подвижные станции, ретрансляторы, коммутационное и радиотехническое оборудование, включая приемопередающие устройства, и реализующая способ по патенту РФ 2177672, Н 04 В 7/26, 7/208, Н 04 Q 7/30, Н 04 L 7/00 "Способ соединения абонентов транкинговой системы связи". В ней ретранслятор используют для соединения подвижных станций, находящихся в зонах разных базовых станций.

Недостатком прототипа по сравнению с заявленной системой является то, что он не предоставляет дополнительных возможностей при проектировании систем, не упрощает схему построения системы связи и поэтому не позволяет увеличить технико-экономическую эффективность системы связи в целом и снизить ее стоимость.

Сущность изобретения направлена на увеличение технико-экономической эффективности системы связи благодаря ее новому более простому построению, позволяющему уменьшить количество базовых станций, обслуживающих местность, и тем самым снизить стоимость системы связи с сохранением качества связи и частотного ресурса и предоставить дополнительные возможности при ее проектировании.

Отличительная особенность заявляемого изобретения от прототипа заключается в преднамеренном расположении основных базовых станций системы друг относительно друга на расстояниях, исключающих взаимопересечение их зон радиопокрытия, и в окрестности узлов сетки, подразделяющей обслуживаемую местность на равновеликие квадратные ячейки, образующие параллельные полосы сетки, и установке дополнительных базовых станций преимущественно в окрестности центров квадратных ячеек и установке вдоль осей полос взаимодействующих с ними ретрансляторов с возможностью совместного обеспечения полного радиопокрытия обслуживаемой местности, причем на основных и дополнительных базовых станциях (БС) и ретрансляторах установлены приемопередающие устройства (ППУ), использующие по крайней мере три группы частот (одну для основных и две для дополнительных БС и ретрансляторов), при этом группы не содержат одинаковых частот.

Предложена система подвижной радиосвязи, содержащая в том числе функционально связанные наземные базовые и подвижные станции, ретрансляторы, коммутационное и радиотехническое оборудование, включая приемопередающие устройства. Существенными отличительными от прототипа признаками являются следующие: основные базовые станции расположены с возможностью обеспечения непересекающихся зон радиопокрытия на обслуживаемой местности в окрестности узлов сетки, покрывающей и подразделяющей, включая границы, эту местность на равновеликие квадратные ячейки, образующие параллельные полосы этой сетки А-направления и параллельные полосы В-направления, перпендикулярные полосам А-направления, причем сторона квадратной ячейки d больше 2R, но меньше , R равно радиусу зоны радиопокрытия базовой станции, а L больше , но меньше , при этом установлены дополнительные базовые станции, преимущественно в окрестности центров квадратных ячеек сетки и предпочтительно вблизи узлов коммутации других наземных сетей связи при их наличии на обслуживаемой местности и, в первую очередь, в ячейках, находящихся на пересечениях полос А- и В-направлений и обслуживающих их, а при необходимости и в других ячейках, обслуживающих полосы только А- и только В-направления, в том числе находящихся на полосах, не обслуживаемых установленными указанными дополнительными базовыми станциями, с возможностью обеспечения полного радиопокрытия обслуживаемой местности совместно с основными базовыми станциями и во взаимодействии с расположенными вдоль осей полос А- и В-направлений ретрансляторами с шириной полосы радиопокрытия h, большей L, но меньшей d, при этом на основных базовых станциях установлены приемопередающие устройства с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот f, на дополнительных базовых станциях, находящихся на пересечениях полос А- и В-направлений, установлены приемопередающие устройства обслуживания полос А-направления с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот FA и приемопередающие устройства обслуживания полос В-направления с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот FB, на дополнительных базовых станциях, находящихся в других ячейках полос А-направления, установлены приемопередающие устройства обслуживания полос А-направления с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот FA, на дополнительных базовых станциях, находящихся в других ячейках полос В-направления, установлены приемопередающие устройства обслуживания полос В-направления с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот FB, причем частоты приемопередающих устройств основных и дополнительных базовых станций обслуживания полос А-направления не совпадают друг с другом, частоты приемопередающих устройств основных и дополнительных базовых станций обслуживания полос В-направления не совпадают друг с другом, частоты приемопередающих устройств дополнительных базовых станций обслуживания полос А-направления и В-направления не совпадают друг с другом, а на ретрансляторах установлены приемопередающие устройства с возможностью ретрансляции сигналов дополнительных базовых станций, обслуживающих полосы А- и/или В-направлений соответственно, и обеспечения работы подвижных станций через указанные ретрансляторы и дополнительные базовые станции обслуживания полос А- и/или В-направлений.

Ниже изобретение описано более детально со ссылками на чертежи, схематично иллюстрирующие реализацию заявленной системы.

Предлагаемая система связи благодаря принятой схеме расположения основных базовых станций, установке дополнительных БС и ретрансляторов и установке на них соответствующих этой схеме приемопередающих устройств указанных выше групп частот позволяет упростить схему построения системы связи, предоставляет дополнительные возможности при проектировании системы связи, уменьшает количество базовых станций, необходимых для обслуживания местности, повышает технико-экономическую эффективность системы.

На фиг.1 показана схема построения заявляемой системы связи, на фиг.2 - фрагмент системы связи с зонами радиопокрытия основными и дополнительными базовыми станциями и ретрансляторами, на фиг.3, 4 представлены фрагменты системы связи с двумя предельными расположениями основных базовых станций: с касанием зон радиопокрытия основных БС и с взаимным касанием зон радиопокрытия основных и дополнительной БС.

Система подвижной радиосвязи содержит (фиг.1) функционально связанные наземные основные базовые станции (черные кружки), дополнительные базовые станции (перенумерованные от 1 до 8 белые кружки со стрелками, показывающими направление передачи сигналов вдоль А-направления и В-направления), подвижные станции (звездочкой отмечена для примера одна подвижная станция), ретрансляторы (белые прямоугольники - обслуживание А-направления, черные - обслуживание В-направления), в состав системы входят, как обычно, коммутационное и радиотехническое оборудование, включая ППУ. Обозначения БС и ретрансляторов повторены и на других фигурах. На фиг. 1 показаны границы (контур) местности, обслуживаемой системой радиосвязи. На эту местность наложена условная сетка, которая покрывает и подразделяет ее, включая границы, на равновеликие квадратные ячейки. Ячейки сетки образуют показанные на фиг.1 полосы A-направления и В-направления.

Основные БС расположены в окрестности узлов сетки. Дополнительные БС установлены преимущественно в окрестности центров квадратных ячеек сетки приблизительно на одинаковых расстояниях от ближайших основных БС и предпочтительно вблизи узлов коммутации других наземных сетей связи, если они имеются на обслуживаемой местности (для уменьшения расстояния между ними). Ретрансляторы установлены вдоль осей полос обоих направлений. На основных БС, дополнительных БС и ретрансляторах установлены приемопередающие устройства.

На фиг. 2 показан укрупненный фрагмент системы радиосвязи. Основные и дополнительные БС имеют одинаковые радиусы зоны радиопокрытия R. Расстояние d между основными БС преднамеренно взято больше 2R для устранения пересечения их зон радиопокрытия. Такое расположение БС прямо противоположно принятому в сотовых системах связи, где зоны радиопокрытия БС перекрываются для исключения областей затенения. Расстояние L между точками пересечения диагоналей квадрата, в вершинах которого расположены основные БС, с окружностями их зон радиопокрытия должно быть больше (этот нижний предел соответствует расположению основных БС на расстоянии 2R друг от друга, показанному на фиг.3). Также L должно быть меньше (этот верхний предел соответствует такому расположению основных и дополнительных БС, показанному на фиг. 4, при котором окружность зоны радиопокрытия дополнительной БС касается четырех окружностей зон радиопокрытия основных БС). Выход L за указанный нижний предел не позволит уменьшить количество основных БС, а при выходе L за указанный верхний предел появятся участки без радиопокрытия.

Ретрансляторы имеют ширину h полос радиопокрытия, показанных на фиг.2 и ограниченных волнистыми линиями, которые для исключения образования необслуживаемых участков на местности должны быть больше L, а для исключения взаимовлияния ретрансляторов соседних полос одного направления не должны превышать d.

Работу заявляемой системы подвижной радиосвязи поясним на примере расположения подвижной станции, показанного звездочкой на фиг.1 и 2.

Пусть подвижная станция (ПС) находится вне зон радиопокрытия ближайших к ней основной и дополнительной БС. Так как основные дополнительные БС и ретрансляторы установлены с возможностью совместного полного радиопокрытия обслуживаемой местности, то ПС попадает в полосу радиопокрытия ближайшего ретранслятора А- или В-направления с обеспечением доступа в систему связи.

На основных БС установлены ППУ с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот f (при необходимости они могут дополняться частотами других групп). На дополнительных БС, обслуживающих две пересекающиеся полосы А- и В-направлений (на фиг.1 - это станции 1÷6), установлены ППУ обслуживания полос А-направления с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот FA и ППУ обслуживания полос В-направления с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере одной группы дуплексных частот FB (при необходимости эти частоты могут дополняться частотами других групп). Для дополнительных БС, обслуживающих полосы одного А- или В-направления (на фиг.1 - это станции 7, 8), установлены ППУ, обслуживающие соответствующие полосы с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплесных частот FA или FB соответственно (которые при необходимости также могут дополняться частотами других групп).

В заявленной системе условия электромагнитной совместимости не нарушены, поскольку частоты ППУ основных БС и дополнительных БС, обслуживающих полосы А-направления, не совпадают друг с другом, частоты ППУ основных БС и дополнительных БС, обслуживающих полосы В-направления, не совпадают друг с другом, также не совпадают друг с другом и частоты ППУ дополнительных БС, обслуживающих полосы А-направления и В-направления.

Выбор ячеек для установки в них дополнительных БС производится на конкретной местности так, чтобы обеспечить обслуживание всех полос достаточным минимальным количеством дополнительных БС. На примере местности, показанной на фиг.1, проиллюстрируем, как это можно выполнить.

Сначала устанавливают дополнительные БС в ячейках, расположенных на диагонали самого большого квадрата, который можно выделить на сетке (станции 1, 2, 3, 4, 5). Каждая из этих дополнительных БС совместно с ретрансляторами обслуживает две пересекающиеся полосы. На фиг. 1 цифрой 3 пронумерованы ретрансляторы, обслуживающие дополнительную БС 3. Затем находят другие ячейки, при установке в которых дополнительные БС будут обслуживать две пересекающиеся полосы (станция 6). После этого устанавливают дополнительные БС в тех ячейках, в которых одно направление обслуживается уже установленными указанными дополнительными БС. На этих дополнительных БС ППУ будет обслуживать только другое направление (станции 7, 8). Расположение дополнительных БС строго вдоль диагонали выделенного квадрата не является обязательным. Дополнительная БС может быть смещена в ячейку, расположенную, например, ближе к узлу коммутации. Например, станцию 5 можно сместить вверх, тогда станцию 4 надо сместить вниз, т.e. поменять для них полосы обслуживания В-направления.

Минимально необходимое количество групп частот для обслуживания заявленной системы равно трем (одна группа - для основных базовых станций и две группы - для дополнительных БС и взаимодейстующих с ними ретрансляторов). При необходимости исключения межканальных помех количество групп частот может быть увеличено на 1-3 группы, например, за счет чередования групп частот ППУ как основных, так и дополнительных БС в полосах.

Использование предлагаемой системы подвижной радиосвязи позволяет за счет преднамеренного увеличения расстояния между основными базовыми станциями уменьшить суммарное количество основных и дополнительных БС, обеспечивающих полное радиопокрытие местности, по сравнению с системой связи сотовой структуры [1] в 1,5-1,6 раза при одинаковой межканальной помехоустойчивости. Во столько же сократятся стоимость и затраты на эксплуатацию базовых станций. Количество ретрансляторов в системе приблизительно втрое меньше суммарного количества основных и дополнительных БС, но стоимость ретрансляторов в несколько раз меньше стоимости БС. Поэтому полная стоимость заявленной системы приблизительно в 1,4 раза меньше стоимости соответствующей сотовой системы связи.

Пример реализации заявленной системы показан на фиг.1 Условно на данной местности используют 54 основных и 8 дополнительных БС и 25 ретрансляторов. При использовании системы сотовой структуры потребовалось бы около 115 БС. Стоимость создания и эксплуатации заявленной системы для этого конкретного примера в 1,5-1,6 раза ниже соответствующей сотовой системы.

Таким образом, отличительные признаки заявляемой системы связи обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленной системы связи условию "новизны".

Результаты поиска известных решений в области связи с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной системы связи, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение относится к системам подвижной связи. Технический результат заключается в применении построения системы связи, отличной от сотовой структуры, что и позволяет уменьшить стоимость ее создания и эксплуатации приблизительно в 1,5 раза. Система содержит функционально связанные наземные основные и дополнительные базовые станции, подвижные станции, ретрансляторы, коммутационное и радиотехническое оборудование, включая приемопередающие устройства (ППУ). Основные базовые станции (ОБС) расположены в окрестности узлов сетки, подразделяющей местность на равновеликие квадратные ячейки, в окрестности центров которых установлены дополнительные базовые станции (ДБС), при этом зоны радиопокрытия ОБС преднамеренно не пересекаются. ОБС, ДБС и взаимодействующие с ДБС ретрансляторы расположены с возможностью совместного обеспечения полного радиопокрытия местности. ППУ ОБС используют частоты по крайней мере из одной группы дуплексных частот. ППУ ДБС, обслуживающие полосы сетки во взаимно перпендикулярных направлениях совместно с ретрансляторами, используют частоты по крайней мере двух групп дуплексных частот. При этом все три группы не содержат одинаковых частот. 4 ил.

Система подвижной радиосвязи, содержащая, в том числе, функционально связанные наземные базовые и подвижные станции, ретрансляторы, коммутационное и радиотехническое оборудование, включая приемопередающие устройства, отличающаяся тем, что основные базовые станции расположены с возможностью обеспечения непересекающихся зон радиопокрытия на обслуживаемой местности в окрестности узлов сетки, покрывающей и подразделяющей эту местность, включая ее границы, на равновеликие квадратные ячейки, образующие параллельные полосы этой сетки А-направления и параллельные полосы В-направления, перпендикулярные полосам А-направления, причем сторона квадратной ячейки d больше 2R, но меньше , R равно радиусу зоны радиопокрытия базовой станции, а L больше , но меньше , при этом установлены дополнительные базовые станции, преимущественно в окрестности центров квадратных ячеек сетки и предпочтительно вблизи узлов коммутации других наземных сетей связи, при их наличии на обслуживаемой местности, причем в первую очередь устанавливают дополнительные базовые станции в ячейках, находящихся на пересечении полос А- и В-направлений, при этом каждая из этих дополнительных базовых станций обслуживает две пересекающиеся полосы, после этого, при необходимости, устанавливают дополнительные базовые станции в тех ячейках, в которых одно направление обслуживается уже установленными дополнительными базовыми станциями, на этих устанавливаемых дополнительных базовых станциях приемопередающие устройства обслуживают только другое направление, не обслуживаемое ранее установленными дополнительными базовыми станциями, с возможностью обеспечения полного радиопокрытия обслуживаемой местности совместно с основными базовыми станциями и во взаимодействии с расположенными вдоль осей полос А- и В-направлений ретрансляторами с шириной полосы радиопокрытия h, большей L, но меньшей d, при этом на основных базовых станциях установлены приемопередающие устройства с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот f, на дополнительных базовых станциях, находящихся на пересечениях полос А- и В-направлений, установлены приемопередающие устройства обслуживания полос А-направления с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот FA и приемопередающие устройства обслуживания полос В-направления с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот FB, на дополнительных базовых станциях, находящихся в других ячейках полос А-направления, установлены приемопередающие устройства обслуживания полос А-направления с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот FA, на дополнительных базовых станциях, находящихся в других ячейках полос В-направления, установлены приемопередающие устройства обслуживания полос В-направления с дуплексно разнесенными частотами приема и передачи по крайней мере из одной группы дуплексных частот FB, причем частоты приемопередающих устройств основных и дополнительных базовых станций обслуживания полос А-направления не совпадают друг с другом, частоты приемопередающих устройств основных и дополнительных базовых станций обслуживания полос В-направления не совпадают друг с другом, частоты приемопередающих устройств основных и дополнительных базовых станций обслуживания полос А-направления и В-направления не совпадают друг с другом, а на ретрансляторах установлены приемопередающие устройства с возможностью ретрансляции сигналов дополнительных базовых станций, обслуживающих полосы А- и/или В-направлений соответственно, и обеспечения работы подвижных станций через указанные ретрансляторы и дополнительные базовые станции обслуживания полос А- и/или В-направлений.