СИСТЕМА СОТОВОЙ СВЯЗИ Российский патент 2004 года по МПК H04B7/26 

Изобретение относится к области связи, а более конкретно - к системе сотовой радиосвязи, основанной на принципе повторного использования частот с множественным доступом.

Рост числа операторов и абонентов сотовой связи обостряет проблему рационального использования частотного ресурса, а это требует разработки новых систем, реализующих новые способы повышения эффективности повторного использования частот.

Изобретение позволяет увеличить емкость любой системы связи (СС) при заданном количестве отведенных для работы системы полос частот или обеспечить заданную емкость системы меньшим количеством полос частот, т.е. сэкономить частотный ресурс, повысить качество связи и увеличить в целом технико-экономическую эффективность системы с учетом всех компонентов, влияющих на ее технические показатели и полную стоимость.

Заявляемое изобретение относится к системе сотовой связи, построенной в виде совокупности ячеек, покрывающих обслуживаемую территорию. Упрощенно ячейку представим в виде шестиугольника, в центре которого находится базовая станция (БС), обслуживающая все абонентские терминалы (AT) в пределах своей ячейки. При перемещении AT из одной ячейки в другую происходит передача его обслуживания от одной БС к другой. Все БС системы замыкаются по крайней мере на один центр коммутации (ЦК), который управляет всей системой и осуществляет выход в другие системы связи. Общее управление работой ЦК и системой в целом производится от центрального контроллера, входящего в состав ЦК и имеющего мощное математическое обеспечение, включающее перепрограммируемую часть.

Реальные контуры (границы) ячеек имеют вид неправильных кривых, зависящих от условий распространения и затухания радиоволн, и не являются четко определенными, положение БС также лишь приближенно совпадает с центром ячейки. Принцип повторного использования частот это основной принцип системы сотовой связи, позволяющий существенно повышать емкость системы и заключающийся в использовании в близких одна относительно другой ячейках разных полос частот и в их повторении через несколько ячеек.

В практике сотовой связи применяют три основных метода множественного доступа - совместного использования ограниченного участка спектра частот многими пользователями: с частотным, временным и кодовым разделениями каналов связи (например, патент РФ, кл. Н 04 В 7/26, 2104615). Также используют скачкообразную перестройку частот (пат. РФ, кл. тот же, 2119255).

Для любого множественного доступа емкость системы с повторным использованием полос частот повышают несколькими основными способами, реализуемыми соответствующими системами связи.

1) Переходят к цифровой обработке информации и более совершенному методу доступа - от частотного к временному и кодовому.

2) Повышают повторяемость частот, уменьшая зоны обслуживания отдельных БС (дробление ячеек) и увеличивая плотность их размещения в районах с интенсивным графиком. Этого достигают сокращением мощности излучения как БС, так и AT, снижением высоты подвеса антенн и увеличением угла наклона их диаграммы направленности (М.В.Ратынский. Основы сотовой связи. -М.: Радио и связь, 2000, стр.81; Технологии и средства связи, 2002, 2, стр.40).

3) Для уменьшения потока передач обслуживания, вызванного дроблением, предполагается использование многоуровневых систем построения сети с обслуживанием в макросотах быстро перемещающихся AT, а в микросотах - малоподвижных AT. При малом трафике ячейки не дробят, а укрупняют (М.В.Ратынский, цит., стр.81).

4) Применяют многосекторные БС (по 3, 6, 9, 12 секторов) с использованием в секторах направленных антенн (пат. РФ, кл. Н 04 В 7/26, 2172072).

5) Изредка используют адаптивное назначение каналов при частотном и временном разделении каналов. В этом случае частотный ресурс не отводится заранее определенным образом между ячейками кластера, а весь или частично находится в оперативном распоряжении ЦК, который выделяет их для пользования базовой станцией по мере поступления вызовов, т.е. в соответствии с реальным трафиком, но при соблюдении необходимого территориально-частотного разноса (например, М.В.Ратынский, цит., стр.83; пат. РФ, кл. Н 04 В 7/26, 2154901).

6) Расширяют отведенные полосы частот, но это мало полезный путь.

Для повышения помехоустойчивости системы базовые станции с одинаковыми полосами частот удаляют друг от друга на расстояние, обеспечивающее заданный уровень соканальных, внутрисистемных помех (М.В. Ратынский. Основы сотовой связи. -М. , Радио и связь. 2000, раздел 2.4.2). Известно повышение помехоустойчивости в системе связи, в которой на БС, создающих взаимные помехи и по отношению друг к другу являющимися мешающими, установлены активные ретрансляторы и AT с автоматической регулировкой мощности передачи сигналов, расположенные вблизи чужой мешающей БС, принимают и передают сигналы, переизлученные ретрансляторами, диапазон частот которых совпадает с рабочим диапазоном частот AT соответственно от своей и к своей БС (пат. РФ, кл. тот же, 2161866).

Перечисленные способы и использующие их системы радиосвязи увеличивают емкость и уменьшают внутрисистемные помехи систем связи. Однако быстрота развития сотовой связи и капиталовложения в ее создание и эксплуатацию столь велики, что требуется постоянное дальнейшее развитие, усовершенствование, поиск дополнительных возможностей повышения технико-экономической эффективности систем связи.

Способ радиосвязи по заявке 2002118230 от 9 июля 2002 г. дает большие дополнительные возможности повышения технико-экономической эффективности, по существу, любых известных систем связи (СС). Это достигается тем, что отведенные для каждой ячейки СС частоты преднамеренно подразделяют на несколько групп, не содержащих одинаковых частот, приемопередающие устройства (ППУ) для каждой j-той группы радиопокрывают вложенные одна в другую зоны с квазиподобными непересекающимися контурами, причем j-тая группа частот покрывает только j-тую зону. При этом доступ абонентских терминалов (AT) к радиоканалам (РК) осуществляют с приоритетом в первую очередь к РК группы частот, радиопокрывающих самую внутреннюю в ячейке зону, и только при их недоступности в случаях нахождения AT вне этой зоны или в ней, но при полностью занятых РК этой группы частот, AT последовательно, также с приоритетом, допускают к РК групп частот с уменьшаемыми на единицу номерами j. Частоты j-той группы повторно используют в каждой другой ячейке или через несколько ячеек по схемам, обеспечивающим требуемую соканальную ЭМС.

Известна система сотовой связи, содержащая ЦК с интерфейсом подключения к ТОП (телефонам общего пользования), БС, подключенные к ЦК, и AT, имеющие доступ к системе через БС, контроллеры связи, включенные между ЦК и БС с интерфейсом подключения к ТОП (Пат. РФ, кл. Н 04 В 7/26, 2126591). Известна система связи, содержащая ЦК с интерфейсом подключения к другим СС и средством принятия решения и управления решениями, БС, подключенные к ЦК, и AT, имеющие доступ к системе через БС (Пат. РФ, кл. Н 04 В 7/26, 2143177).

Эти СС не предназначены и не могут реализовать способ радиосвязи по заявке 2002118230 от 9 июля 2002 г.

В качестве прототипа выбрана известная система сотовой связи (М.В.Ратынский. Основы сотовой связи. М.: Радио и связь. 2000, стр.20-31), основанная на принципе повторного использования частот, построенная в виде N ячеек с базовой станцией в каждой и площадями S_0,i;, где i изменяется от 1 до N, покрывающих в совокупности всю обслуживаемую территорию, с обеспечением радиосвязью абонентских терминалов, находящихся в пределах ячейки, своей базовой станцией, содержащая центр коммутации, общий для всех базовых станций системы, включающий, в том числе, функционально соединенные центральный контроллер, коммутатор, контроллеры связи для передачи обслуживания от одной базовой станции к другой при перемещении абонентских терминалов из одной ячейки в другую и соединения с другими системами связи, причем центральный контроллер содержит, в том числе, функционально соединенные друг с другом и с коммутатором главный процессор, средство выделения радиоканалов через базовые станции абонентским терминалам и средство установления заданного порядка доступа к радиоканалам, при этом каждая базовая станция содержит приемопередающие устройства, выполненные с обеспечением в совокупности радиопокрытия всей площади i-той ячейки, контроллер базовой станции и блок сопряжения с линией связи, последовательно функционально соединенные с контроллерами связи центра коммутации, и каждый абонентский терминал содержит функционально соединенные блок управления, приемопередающий блок и антенный блок, выполненный с возможностью функциональной связи с приемопередающими устройствами базовой станции.

Недостатком прототипа по сравнению с заявленной системой сотовой связи является то, что он не предназначен и не может осуществить способ радиосвязи по заявке 2002118230 от 9.7.2002 и поэтому не предоставляет дополнительных возможностей увеличения емкости и уменьшения внутрисистемных помех систем связи, экономии частотного ресурса и тем самым не позволяет увеличить технико-экономическую эффективность системы сотовой связи.

Предложена система сотовой связи, основанная на принципе повторного использования частот, построенная в виде N ячеек с базовой станцией в каждой и площадями S_0,i;, где i изменяется от 1 до N, покрывающих в совокупности всю обслуживаемую территорию, с обеспечением радиосвязью абонентских терминалов, находящихся в пределах ячейки, своей базовой станцией, содержащая центр коммутации, общий для всех базовых станций системы, включающий, в том числе, функционально соединенные центральный контроллер, коммутатор, контроллеры связи для передачи обслуживания от одной базовой станции к другой при перемещении абонентских терминалов из одной ячейки в другую и соединения с другими системами связи, причем центральный контроллер содержит, в том числе, функционально соединенные друг с другом и с коммутатором главный процессор, средство выделения радиоканалов через базовые станции абонентским терминалам и средство установления заданного порядка доступа к радиоканалам, при этом каждая базовая станция содержит приемопередающие устройства, выполненные с обеспечением в совокупности радиопокрытия всей площади i-той ячейки, контроллер базовой станции и блок сопряжения с линией связи, последовательно функционально соединенные с контроллерами связи центра коммутации, и каждый абонентский терминал содержит функционально соединенные блок управления, приемопередающий блок и антенный блок, выполненный с возможностью функциональной связи с приемопередающими устройствами базовой станции.

Существенными, отличительными от прототипа, признаками являются следующие: в каждой i-той ячейке приемопередающие устройства своей базовой станции подразделены на j-тые группы, где j изменяется от 0 до Ki, a Ki могут быть неодинаковыми для разных i-тых ячеек, с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов радиосвязи по радиоканалам из j-тых групп полос частот, не содержащих одинаковых полос частот, выделенных из отведенных для работы системы связи Mi полос частот, причем приемопередающие устройства выполнены с возможностью обеспечения в совокупности радиопокрытия ими i-той ячейки и j-тых зон, вложенных в контур радиопокрытия i-той ячейки и одна в другую, с контурами, квазиподобными контуру радиопокрытия i-той ячейки, без пересечения друг с другом и с контурами радиопокрытия других ячеек, прилегающих к i-той ячейке, причем j-тые группы приемопередающих устройств выполнены с возможностью обеспечения в совокупности радиопокрытия только j-тых зон i-той ячейки с площадями S_j,i, удовлетворяющими условию S_ki,i<. . .<S_j,i<... <S_2,i<S_1,i<S₀,_i, при этом в центральный контроллер центра коммутации введены блок регистрации j-тых групп приемопередающих устройств каждой базовой станции, блок задания радиоканалов из j-тых групп полос частот и блок обеспечения приоритета доступа абонентских терминалов в первую очередь к радиоканалам j-той группы приемопередающих устройств с наибольшим номером j, равным Ki, и только при их недоступности в случаях нахождения абонентских терминалов в i-ой ячейке вне зоны радиопокрытия с наибольшим номером или в этой зоне, но при полностью занятых радиоканалах группы приемопередающих устройств с наибольшим номером j, последовательно, также с обеспечением приоритета доступа к радиоканалам групп приемопередающих устройств с уменьшаемыми на единицу номерами j вплоть до радиоканалов группы приемопередающих устройств, выделенных для обеспечения в совокупности радиопокрытия всей площади i-той ячейки S_0,i, причем блок регистрации j-тых групп приемопередающих устройств каждой базовой станции, блок задания радиоканалов из j-тых групп приемопередающих устройств и блок обеспечения приоритета доступа абонентских терминалов введены между средствами выделения радиоканалов и установления заданного порядка доступа к радиоканалам приемопередающих устройств и функционально последовательно соединены с ними и между собой.

Также в каждой i-ой ячейке j-тые группы приемопередающих устройств своей базовой станции выполнены с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов радиосвязи по радиоканалам из j-той группы полос частот, соответствующей j-той зоне радиопокрытия, в количестве M_j,i полос частот, близком к целой части Mi•(S_j,i-S_j,i)/S_0,i, где j изменяется от 0 до Ki, причем площади S_j,i заданы, а S_Ki+1,i≡0 и выполнено условие М_0,i+M_1,i+...+M_j,i+...+М_кi,i= Mi.

Кроме того, в каждой i-ой ячейке j-тые группы приемопередающих устройств своей базовой станции выполнены с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов радиосвязи по радиоканалам из j-той группы полос частот, соответствующей j-той зоне радиопокрытия с площадью Sj,i, равной (S_j-1,i-S_0,i•M_j-1,i/Mi), где j изменяется от 1 до Ki, a M_j,i заданы для всех j от 0 до Ki, причем М_0,i+М_1,i+...+М_j,i+...+М_Кi,i=Mi.

Наконец, в каждой i-ой ячейке j-тые группы приемопередающих устройств своей базовой станции с возможно большими номерами j выполнены с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов радиосвязи по радиоканалам из j-той группы полос частот, соответствующей j-той зоне радиопокрытия, наиболее прилегающих к полосам частот, занятым находящимися в окрестности i-той ячейки радиоэлектронными средствами других систем связи.

Предлагаемая система сотовой связи увеличивает технико-экономическую эффективность системы связи благодаря введенным в нее новым элементам и их связям, позволившим осуществить прием и передачу сигналов радиосвязи приемопередающими устройствами (ППУ) своей БС по новому алгоритму и осуществлению доступа AT к радиоканалам заданным порядком, но с новым построением приоритета доступа согласно способу по заявке 2002118230 от 9.7.2002 г. Это позволяет увеличить емкость, уменьшить внутрисистемные помехи, обеспечить электромагнитную совместимость с радиоэлектронными средствами других систем связи, сэкономить частотный ресурс, и вследствие этого снизить стоимость систем сотовой связи.

Ниже изобретение описано более детально со ссылками на чертежи, схематично иллюстрирующими СС и ее работу.

На фиг.1 показана система связи по прототипу, на фиг.2 - заявляемая система сотовой связи, фиг. 3 служит для пояснения работы заявляемой системы связи.

Система связи по прототипу (фиг.1) в каждой ячейке содержит функционально связанные базовую станцию 1, обслуживаемые AT 2 и общий для всех БС системы центр коммутации 3, являющийся мозговым центром и диспетчерским пунктом всей системы сотовой связи, на который замыкаются потоки информации со всех БС и через который осуществляется выход на другие сети связи. Центр коммутации содержит функционально соединенные центральный контроллер 4, осуществляющий общее управление работой ЦК и системы в целом и имеющий мощное математическое обеспечение, включающее перепрограммируемую часть, коммутатор 5, осуществляющий переключение потоков информации между соответствующими линиями связи, например, направляет поток информации от одной БС к другой или от БС к стационарной сети связи (иначе, к ТОП-телефонам общего пользования) или наоборот - от последней к нужной БС, контроллеры связи 6 для осуществления промежуточной обработки потоков информации, передачи обслуживания от одной БС к другой при перемещении AT из одной ячейки в другую и соединения с другими системами связи. Центральный контроллер содержит, в том числе, главный процессор 7, выполняющий основные указанные функции центрального контроллера, средство выделения радиоканалов (РК) 8 абонентским терминалам 2 через БС 1 мест их нахождения (другими словами, выдачи команды ЦК на назначение канала трафика) и средство установления заданного порядка доступа к РК 9, процедура которого приведена, например, в цит. книге М.В. Ратынского, разд. 2.3.2 "Инициализация и установление связи", функционально соединенные друг с другом и с коммутатором 5. В состав ЦК входят также терминалы операторов 10, т.к. работа ЦК предполагает активное участие операторов, средства отображения и регистрации информации 11, а также база данных 12. Каждая БС 1 содержит приемопередающие устройства (ППУ) 13, в совокупности радиопокрывающие всю площадь ячейки, в состав которых входят, как обычно, передатчики 14, приемники 15, сумматор мощности 16, делитель мощности 17, приемная антенна с разнесенным приемом 18 и передающая антенна 19, которая может быть раздельной с приемной антенной. Также БС содержит контроллер БС 20, представляющий собой совершенный компьютер и обеспечивающий управление работой БС, а также контроль работоспособности всех входящих в нее блоков и узлов, и блок сопряжения с линией связи 21, осуществляющий упаковку информации, передаваемой по линии связи на ЦК, и распаковку принимаемой от него информации. Если БС и ЦК не располагаются в одном месте, то в качестве их линии связи обычно используются радиорелейная или волоконно-оптическая линии. ППУ 13 через контроллер БС 20 и блок сопряжения 21 функционально соединены с контроллерами связи 6 центра коммутации 3. AT 2 содержит функционально соединенные блок управления 22, приемопередающий блок 23 и антенный блок 24, функционально связанный с ППУ 13 БС 1. Функциональные соединения на фиг.1 и 2 показаны стрелками.

Заявленная система сотовой связи (фиг. 2) содержит все перечисленные элементы прототипа 1...24 и их функциональные соединения, а дополнительно в центральный контроллер 4 ЦК 3 между средством выделения РК 8 и средством установления заданного порядка доступа к РК 9 введены функционально последовательно соединенные блок регистрации 25 j-тых групп ППУ каждой БС, где j изменяется от 0 до Ki, a Ki могут быть неодинаковыми для разных i-тых ячеек, блок задания радиоканалов 26 из j-тых групп полос частот, не содержащих одинаковых полос частот и выделенных из отведенных для работы системы связи полос частот, и блок обеспечения приоритета доступа 27 абонентских терминалов 2 в первую очередь к радиоканалам выделенной группы полос частот с наибольшим номером j, равным Ki, и только при их недоступности в случаях нахождения абонентских терминалов в i-ой ячейке вне зоны радиопокрытия с наибольшим номером или в этой зоне, но при полностью занятых радиоканалах выделенной группы полос частот с наибольшим номером, последовательно, также с приоритетом, осуществления доступа к радиоканалам выделенных групп полос частот с уменьшаемыми на единицу номерами j вплоть до радиоканалов из группы полос частот, выделенных для обеспечения в совокупности радиопокрытия всей площади i-той ячейки S_0,i.

ППУ 13 каждой БС выполнены с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов радиосвязи по радиоканалам из j-тых групп полос частот, не содержащих одинаковых полос частот, выделенных из отведенных для работы системы связи полос частот, причем приемопередающие устройства 13 выполнены с возможностью обеспечения в совокупности радиопокрытия ими i-той ячейки и j-тых зон, вложенных в контур радиопокрытия i-той ячейки и одна в другую, с контурами, квазиподобными контуру радиопокрытия i-той ячейки, без пересечения друг с другом и с контурами радиопокрытия других ячеек, прилегающих к i-той ячейке, причем j-тые группы приемопередающих устройств выполнены с возможностью обеспечения в совокупности радиопокрытия только j-тых зон i-той ячейки с площадями S_j,i удовлетворяющими условию s_Кi,i<...<S_j,i<... <S_2,i<S_1,i<S_0,i.

Также в каждой i-ячейке j-тые группы приемопередающих устройств 13 своей базовой станции выполнены с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов радиосвязи по радиоканалам из j-той группы полос частот, соответствующей j-той зоне радиопокрытия, в количестве М_j,i полос частот, близком к целой части Mi•(S_j,i-S_j+1,i)/S_0,i, где j изменяется от 0 до Ki, причем площади S_j,i заданы, a S_Ki+1,i≡0 и выполнено условие М_0,i+M_1,i+...+M_j,i+... +М_Ki,i=Mi.

Кроме того, в каждой i-ячейке j-тые группы приемопередающих устройств 13 своей базовой станции выполнены с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов радиосвязи по радиоканалам из j-той группы полос частот, соответствующей j-той зоне радиопокрытия с площадью S_j,i, равной (S_j-1,i-S_0,i•M_j-1,i/Mi), где j изменяется от 1 до Ki, a M_j,i заданы для всех j от 0 до Ki, причем М_0,i+M_1,i+...+M_j,i+...+М_Кi,i=Mi.

Наконец, в каждой i-ой ячейке j-тые группы приемопередающих устройств 13 своей базовой станции с возможно большими номерами j выполнены с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов радиосвязи по радиоканалам из j-той группы полос частот, соответствующей j-той зоне радиопокрытия, наиболее прилегающих к полосам частот, занятым находящимися в окрестности i-той ячейки радиоэлектронными средствами других систем связи.

Заявляемая система связи осуществляется в различных стандартах, действующие системы связи достаточно просто модернизируются, а реализованный в данной системе способ по указанной заявке может быть применен совместно с практически любыми известными способами повышения эффективности использования частотного ресурса, дополняя и развивая их и давая, как показано ниже, существенный экономический эффект.

Предложенная система связи работает следующим образом.

Система сотовой связи построена в виде N ячеек с БС 1, расположенными условно в центре каждой из них (фиг.3). Площадь i-той ячейки равна S_0,i, где i изменяется от 1 до N. БС обеспечивает радиосвязью все AT, находящиеся в пределах ячейки. Все БС функционально соединены с общим ЦК 3 (см. фиг.2), который передает обслуживание от одной БС к другой при перемещении AT из одной ячейки в другую и соединяет с другими системами связи.

Приемопередающие устройства 13 i-той базовой станции 1 и соответственно абонентских терминалов 2, находящихся в пределах 1-той ячейки, передают и принимают сигналы радиосвязи по Mi радиоканалам из отведенных для работы системы связи полос частот, в совокупности с радио, покрывая всю площадь i-той ячейки. Необходимое количество полос частот, используемых в i-той ячейке, повторяют через несколько ячеек по схеме, обеспечивающей требуемую соканальную электромагнитную совместимость, как это принято в системах связи, основанных на принципе повторного использования частот. Доступ AT 2 к радиоканалам осуществляют средством выделения радиоканалов 8 заданным в конкретной системе связи порядком, осуществляемым средством установления заданного порядка доступа 9.

Для достижения технического результата изобретения предпринимают нижеследующие действия.

В каждой i-той ячейке ППУ 13 подразделяют нa j-тые группы, где j изменяется от 0 до Ki, a Ki могут быть неодинаковыми для разных i-тых ячеек. Эти подразделения регистрируются в блоке регистрации j-тых групп ППУ. В каждой ячейке ППУ передают и принимают сигналы радиосвязи по радиоканалам из j-тых групп полос частот, не содержащих одинаковых полос частот, выделенных из отведенных для работы системы связи полос частот, в совокупности радиопокрывая ими i-тую ячейку и j-тые зоны, вложенные в контур радиопокрытия i-той ячейки и одна в другую, с контурами, квазиподобными контуру радиопокрытия i-той ячейки, без пересечения друг с другом и с контурами радиопокрытия других ячеек, прилегающих к i-той ячейке, причем сигналы радиосвязи по радиоканалам из j-тых групп полос частота совокупности покрывают только j-тые зоны i-той ячейки, с площадями S_j,i удовлетворяющими условию S_Кi,i<. . .<S_j,i<... <S_2,i<S_1,i<S_0,i. При этом j-тые группы полос частот, выделенные из отведенной для работы системы связи полос частот, блоком задания радиоканалов 26 распределяются по j-тым группам ППУ и в совокупности покрывают i-тую ячейку. Внутренняя j-тая зона имеет наибольший номер, а наружная - нулевой номер. При этом определяющим является то, что сигналы радиосвязи по радиоканалам из j-той группы полос частот в совокупности покрывают только j-тую зону i-той ячейки. Последнее осуществляют различными средствами, например, управлением мощностью излучения как БС, так и AT, или изменением высоты подвеса антенн, или заданием нужного угла наклона их диаграммы направленности (М.В.Ратынский. Основы сотовой связи. М.: Радио и связь, 2000, cтp.81; Технологии и средства связи, 2002, 2, стр.40).

Необходимое количество полос частот из j-той группы, используемых в i-той ячейке, повторно используют в каждой другой ячейке или через несколько ячеек по необязательно одинаковым для каждой j-той группы схемам, обеспечивающим требуемую, т.е. обеспечивающую заданное качество связи, соканальную электромагнитную совместимость.

Следующим важнейшим действием, обеспечивающим совместно с перечисленными достижение технического результата, являются действия по осуществлению доступа AT 2 к радиоканалам. А именно, доступ AT к радиоканалам осуществляют в конкретной системе связи известным средством выделения радиоканалов 8 и средством 9 установления заданного порядка доступа, но со следующим приоритетом, осуществляемым с помощью введенного средства 27 обеспечения (упорядочивания) приоритета доступа к РК. Доступ AT осуществляют в первую очередь к радиоканалам выделенной группы полос частот с наибольшим номером j (он равен Ki). Радиоканалы группы полос частот с j=Ki, при этом могут оказаться недоступными в двух случаях: 1) AT находится вне зоны радиопокрытия этой группы полос частот, и 2) AT находится в зоне радиопокрытия этой выделенной группы полос частот, но радиоканалы выделенной группы полос частот с наибольшим номером полностью заняты. В такой ситуации осуществляют доступ к радиоканалам выделенной группы частот с уменьшенным на единицу номером группы, т. е. для j=Ki-1. Если и для этой группы радиоканалы недоступны, то осуществляют доступ к радиоканалам следующей группы с j=Ki-2. Этот процесс последовательно повторяют вплоть до доступа к радиоканалам из группы полос частот, выделенных для обеспечения в совокупности радиопокрытия всей площади i-той ячейки S_0,i.

Управляющие сигналы действуют на всей ячейке по специально выделенным каналам.

Отметим, что повторное использование необходимого количества полос частот из j-той группы, используемых в i-той ячейке, производят в каждой другой ячейке или через несколько ячеек по необязательно одинаковым для каждой j-той группы схемам, обеспечивающим требуемую соканальную электромагнитную совместимость, как показано на фиг. 3, где система радиосвязи представлена в виде фрагмента совокупности ячеек, покрывающих обслуживаемую территорию. Осуществление способа по заявке 2002118230 от 9 июля данной системой демонстрируется на простом примере со схемой повторения полос частот из группы полос частот, выделенных для обеспечения в совокупности радиопокрытия всей площади ячейки, состоящей из 7 - ячеечных кластеров. Эти 7 групп полос частот обозначены буквами A, B, C, D, E, F, G. Внутри каждой ячейки условно в виде окружностей показаны контуры зон радиопокрытия каждой из j-той групп ППУ своей БС, размещенной условно в центре ячейки. Каждая группа ППУ передает и принимает сигналы радиосвязи только из своей j-той группы выделенных полос частот. В каждой ячейке приведены для примера две-три такие зоны, внутренние из которых образуют 3-элементные кластеры, обозначенные цифрами I, II, III, а охватывающие их наружные зоны образуют, для примера, 4 - элементные кластеры и обозначены цифрами 1, 2, 3, 4.

В каждой i-той ячейке количество ППУ и групп полос частот может быть различным и зоны радиопокрытия могут иметь различные площади. Зоны радиопокрытия j-тыми группами выделенных полос частот не должны пересекаться с зонами радиопокрытия примыкающих (соседних) ячеек, которые показаны на фигуре пунктиром.

Повторное использование необходимого количества полос частот из одной и той же j-той группы, используемых в i-той ячейке, можно производить также в каждой ячейке, т. е. , например, в каждой внутренней зоне радиопокрытия с наибольшим номером повторяют одну и ту же группу частот, например, I.

Осуществление доступа AT к радиоканалам покажем на примере центральной ячейки А, зона радиопокрытия у которой обозначена пунктирной окружностью. Пусть AT находится в зоне радиопокрытия I, ограниченной первой (внутренней) окружностью. Тогда ему предоставляют доступ в первую очередь к радиоканалам выделенной группы полос частот с наибольшим номером, т.е. в данном примере к I. Если радиоканалы этой группы окажутся занятыми, то AT предоставляют доступ второй очереди - к радиоканалам выделенной группы полос частот с номером 4, зона радиопокрытия которой ограничена второй окружностью, охватывающей первую. Если снова не окажется свободных радиоканалов, то ему предоставляют доступ к радиоканалам выделенной группы полос частот с номером А, зона радиопокрытия которой простирается на всю ячейку.

Пусть теперь AT находится в зоне между первой и второй окружностями. Тогда ему недоступны радиоканалы группы полос частот I и предоставляется доступ к группы полос частот 4, а при отсутствии свободных каналов и в этой группе предоставляется доступ к радиоканалам группы полос частот А. При нахождении AT в зоне между второй окружностью и контуром ячейки ему недоступны радиоканалы групп полос частот I и 4 и доступ возможен только к радиоканалам группы полос частот А.

Плотность AT (количество AT на единицу площади) можно считать с достаточной точностью одинаковой на всей обслуживаемой своей БС территории. Тогда количество радиоканалов M_j,i из j-той группы полос частот, соответствующей j-той зоне радиопокрытия, на которых передают и принимают сигналы радиосвязи j-тые группы ППУ своей БС, определяется из условия постоянства количества AT, приходящихся на один радиоканал, и при заданных площадях S_j,i j-тых зон радиопокрытия близко к целой части Mi•(S_j,i-S_j+1,i)/S_0,i, где j изменяется от 0 до Ki, причем S_Ki+1,i≡0 и выполнено условие М_0,i+M_1,i+...+M_j,i+... +M_Ki,i= Mi, здесь Mi - количество радиоканалов из отведенных для работы системы связи полос частот.

Практическое значение имеет вариант, при котором задано количество радиоканалов М_j,i каждой j-той группы полос частот, соответствующих j-той зоне радиопокрытия, на которых передают и принимают сигналы радиосвязи j-той группы ППУ своей БС. Площадь S_j,i j-той зоны радиопокрытия в этом варианте при тех же предположении и условии равна (S_j-1,i-S_0,i•M_j-1,i/Mi), где j изменяется от 1 до Ki, a M_j,i как было указано, заданы для вcex j от 0 до Ki, причем М_0,i+M_1,i+...+М_j,i+...+М_Ki,i=Mi.

В окрестности ячейки могут находиться радиоэлектронные средства других систем связи, работающие в некоторой полосе частот. В этом случае на этих же полосах частот могут передавать и принимать сигналы радиосвязи j-тые группы ППУ своей БС по радиоканалам из j-той группы полос частот с возможно большими номерами j, т.е. соответствующие внутренним j-тым зонам радиопокрытия в ячейке.

Использование заявленной системы (ЗС) радиосвязи позволяет увеличить емкость системы связи или число каналов радиосвязи, приходящихся на одну полосу частот. Покажем это на нескольких простых примерах.

1) Имеется система связи, содержащая три БС с 3-элементной схемой повторения полос частот и каждой БС отведено 10 частот. По традиционному способу радиосвязи имеем 30 каналов на 30 частот или 1 канал на 1 частоту. По ЗС в каждой БС пусть выделено 2 группы частот по 5 частот в каждой (5 - во "внутренней" зоне радиопокрытия и 5 - во "внешней"), причем "внешние" группы имеют 3-элементную схему повторения частот, а "внутренние" - одинаковые для всех БС. Тогда система связи будет иметь те же 30 каналов, но уже на 5х3+5= 20 частотах, или по 1,5 канала на 1 частоту.

2) Система связи по 1 примеру, но "внутренняя" группа содержит 7 частот, а "внешняя" - 3 частоты. Тогда система связи будет иметь те же 30 каналов, но уже на 3х3+7=16 частотах, или 1,875 канала на 1 частоту.

3) Увеличение количества БС при тех же условиях сохраняет то же число каналов на 1 частоту.

4) Система радиосвязи построена в виде 7-элементных кластеров по 3 частоты в каждом элементе, итого 21 канал на 21 частоту, или 1 канал на частоту. По ЗС пусть "внутренняя" группа имеет 1 частоту и 3-элементную схему повторения частот, а "внешняя" группа имеет 2 частоты и 7-элементную схему повторения частот. Тогда система связи будет иметь те же 21 канал, но на 2х7+1х3=17 частотах, или 1,235 канала на частоту.

Высвободившиеся при применении ЗС группы частот из отведенных для работы системы связи можно добавить в наиболее напряженные участки территории с интенсивным трафиком. Соответственно сократятся стоимость и затраты на эксплуатацию системы связи.

Заявленная система радиосвязи универсальна и может быть применена в комбинации с системами, использующими другие способы связи и применении на БС как антенн с круговой диаграммой направленности, так и секторных антенн, а также и в многоуровневых схемах повторения сотовой сети связи. Отметим также следующее достаточно важное обстоятельство. При создании сети сотовой связи из-за высоких капиталовложений операторы на начальных этапах строительства своих систем стремятся обеспечить максимальную зону радиопокрытия при еще небольшом количестве AT. Дальнейшее наращивание абонентской емкости путем увеличения количества БС, их секторизации и умножения числа каналов происходит уже после ввода системы в эксплуатацию. Такой подход требует простого увеличения количества ППУ БС, но он может повлечь за собой полное изменение структуры их антенно-фидерного оборудования (АФО). Чтобы свести к минимуму затраты на модернизацию АФО, включающее не только собственно стоимость аппаратуры, но и достаточно трудоемкие монтажные работы, необходимо на начальном этапе проектирования сети предусмотреть пути дальнейшего развития системы в целом и возможности изменения структуры отдельных БС. Применение заявленной системы радиосвязи позволяет в значительной степени уменьшить эти трудности, а в ряде случаев устранить их.

Таким образом, отличительные признаки заявляемой системы сотовой связи обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленной системы сотовой связи условию "новизны".

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

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах мобильной связи. Технический результат заключается в увеличении емкости сотовой связи, экономии частотного ресурса, уменьшении внутрисистемных помех, обеспечении ЭМС. Система содержит базовую станцию (БС), абонентские терминалы (AT) и общий для всех БС центр коммутации, включающий коммутатор, контроллеры связи и центральный контроллер, состоящий из главного процессора, средства выделения радиоканалов, средства установления заданного порядка доступа к РК, блока регистрации j-х групп ППУ, блока задания радиоканалов и блока обеспечения приоритета доступа AT к РК. Доступ AT к РК осуществляется с приоритетом в первую очередь к РК группы частот, радиопокрывающих самую внутреннюю в ячейке зону, и только при их недоступности в случаях нахождения AT вне этой зоны или в ней, но при полностью занятых РК этой группы, AT последовательно, также с приоритетом, допускают к РК групп частот с уменьшаемыми на единицу номерами j. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система сотовой связи, основанная на принципе повторного использования частот, построенная в виде N ячеек с базовой станцией в каждой и площадями ячеек So, i, где i изменяется от 1 до N, покрывающих в совокупности всю обслуживаемую территорию, с обеспечением радиосвязью абонентских терминалов, находящихся в пределах ячейки своей базовой станции, и содержащая центр коммутации, общий для всех базовых станций системы, включающий функционально соединенные центральный контроллер, коммутатор для переключения потоков информации между соответствующими линиями связи и контроллеры связи для передачи обслуживания от одной базовой станции к другой при перемещении абонентских терминалов из одной ячейки в другую и соединения с другими системами связи, причем центральный контроллер содержит функционально соединенные главный процессор для управления работой центра коммутации и средство установления заданного порядка доступа к радиоканалам, а также средство выделения радиоканалов абонентским терминалам через базовые станции, каждая базовая станция содержит приемопередающие устройства, обеспечивающие в совокупности радиопокрытие всей площади i-й ячейки, контроллер для управления базовой станцией и ее контроля и блок сопряжения базовой станции с линией связи, соединенной с контроллерами связи центра коммутации, а каждый абонентский терминал содержит функционально соединенные блок управления, приемопередающий блок и антенный блок для связи с приемопередающими устройствами базовой станции, отличающаяся тем, что в каждой i-й ячейке приемопередающие устройства базовой станции подразделены на j-е группы, где j изменяется от 0 до К_i, а К_i может быть неодинаково для разных ячеек, с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов по радиоканалам из j-х групп полос частот, не содержащих одинаковых полос частот, выделенных из отведенных для работы системы связи М_i полос частот, причем приемопередающие устройства базовой станции выполнены с возможностью обеспечения в совокупности радиопокрытия площади i-й ячейки и j-х зон, вложенных одна в другую с контурами, квазиподобными контуру радиопокрытия i-й ячейки, без пересечения друг с другом и с контурами радиопокрытия других ячеек, прилегающих к i-й ячейке, причем каждые j-е группы приемопередающих устройств базовой станции выполнены с возможностью обеспечения в совокупности радиопокрытия только j-х зон i-й ячейки с площадями S_j,i, удовлетворяющими условию S_Ki,i<...<S_j,i<...<S_2,i<S_1,j<S_0,i, при этом в центральный контроллер центра коммутации введены функционально последовательно соединенные блок регистрации j-х групп приемопередающих устройств каждой базовой станции, блок задания радиоканалов из j-х групп полос частот и блок обеспечения приоритета доступа абонентских терминалов для обеспечения доступа в первую очередь к радиоканалам j-й группы приемопередающих устройств с наибольшим номером j, равным К_i, и при их недоступности в случае нахождения абонентских терминалов в i-й ячейке вне зоны радиопокрытия с наибольшим номером, или в случае нахождения в этой зоне, но при полностью занятых радиоканалах группы приемопередающих устройств с наибольшим номером j, последовательно, для обеспечения приоритета доступа к радиоканалам групп приемопередающих устройств с уменьшаемыми на единицу номерами j вплоть до радиоканалов группы приемопередающих устройств, выделенных для обеспечения в совокупности радиопокрытия всей площади S_0,1-й ячейки, причем блок обеспечения приоритета доступа абонентских терминалов включен между средством установления заданного порядка доступа к радиоканалам и средством выделения радиоканалов абонентским терминалам через базовые станции, функционально соединенным с блоком регистрации j-х групп приемопередающих устройств каждой базовой станции.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что количество выделенных М_j,i полос частот связи, близкое к целой части, выбирается из соотношения Mi·(S_j,i-S_j+1,i)/S_0,i при j от 0 до Ki-1 и Mi·S_j,i/S_0,i при j=K_i при условии, что М_0,i+М_1,i +...+М_j,i+...+М_Ki,i=М_i.3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в каждой i-й ячейке j-е группы приемопередающих устройств своей базовой станции выполнены с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов радиосвязи по радиоканалам из j-й группы полос частот, соответствующей j-й зоне радиопокрытия с площадью s_j,i, равной (S_j-1,i-S_0,i M_j-1,i/M_i), где j от 1 до К_i, a M_j,i заданы для j от 0 до К_i, при условии, что М_0,i+M_1,i+...+M_j,i+...+M_Ki,i=M_i.4. Система по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что в каждой i-й ячейке j-е группы приемопередающих устройств своей базовой станции с возможно большими номерами j выполнены с возможностью обеспечения передачи и приема сигналов радиосвязи по радиоканалам из j-й группы полос частот, соответствующей j-й зоне радиопокрытия, наиболее прилегающих к полосам частот, занятых находящимися в окрестности i-й ячейки радиоэлектронными средствами других систем связи.