СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЛОКА ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ Российский патент 2004 года по МПК H01Q1/12 H04B7/26 

Изобретение относится к способу, осуществляемому в блоке приемопередатчика системы мобильной телефонной связи. Изобретение также относится к устройству для реализации этого способа.

В частности, изобретение относится к способу и устройству для систем мобильной телефонной связи в больших зданиях, и, в особенности, в очень высоких зданиях, например, в так называемых небоскребах. Система мобильной телефонной связи может представлять собой любую известную систему беспроводной мобильной связи, например, систему GSM (ГСМС - Глобальную Систему Мобильной Связи). Несмотря на то, что приведенное ниже описание изобретения изложено со ссылкой на систему GSM, понятно, что изобретение не ограничено этим конкретным типом системы. Например, система может представлять собой систему учрежденческой АТС (автоматизированной телефонной станции) с исходящей и входящей связью (РАВХ) или систему беспроводной ЛВС (локальной вычислительной сети). Настоящее изобретение может также быть использовано для сугубо внутренних систем мобильной беспроводной телефонной связи в больших зданиях, в которых связь внутренней системы с внешним миром осуществляют через существующую телефонную сеть.

Если в соответствующих зданиях не приняты надлежащие меры, то возникают серьезные проблемы при использовании системы мобильной связи в больших зданиях и, в частности, в небоскребах. Это обусловлено несколькими причинами. Одной из причин является само реально существующее здание, поскольку небоскреб обычно содержит в себе значительное количество арматурных стержней, стальных балок и т.д., которые создают вокруг здания магнитный экран, отделяя его от внешнего мира. Такое же отрицательное влияние оказывают и металлизированные окна из фасадного стекла, которыми обычно покрывают значительную площадь таких зданий. К тому же, в высоком здании необходимо устанавливать большое количество базовых станций, обеспечивающих связь с мобильными телефонными аппаратами и способных перекрыть всю площадь здания. Это может приводить к возникновению системной проблемы в отношении базовой станции, с которой должен поддерживать связь данный мобильный телефонный аппарат.

Другая проблема состоит в необходимости обеспечения эффективной зоны действия радиосвязи внутри больших зданий. При использовании наземных базовых станций эта проблема обусловлена ослаблением радиосигналов вследствие наличия здания и, следовательно, при перемещении вглубь здания зона действия сокращается. Термин "наземные базовые станции" означает, что базовые станции расположены снаружи здания.

Еще одна проблема заключается в необходимости обеспечения высокой пропускной способности сети в больших зданиях вследствие наличия в таких зданиях большого количества абонентов. Например, если в высоком здании обеспечена хорошая радиосвязь с наземными базовыми станциями, то большая часть пропускной способности таких базовых станций окажется занятой абонентами, находящимися в указанном здании, что приведет к снижению пропускной способности базовой станции для абонентов, находящихся вне здания. Кроме того, будут часто возникать помехи между различными базовыми станциями, обслуживающими здание, что ухудшает качество передачи речевых сигналов и иногда приводит к потере связи.

Следовательно, в больших и высоких зданиях часто устанавливают взаимно обособленные системы внутренней мобильной телефонной связи.

Выше были упомянуты небоскребы и большие здания. Под большими зданиями также подразумевают большие общественные комплексы или здания, такие как здания аэропортов, вокзалов, ресторанов, административных зданий и так далее.

Настоящее изобретение не ограничено каким-либо конкретным типом здания и может быть использовано для всех типов зданий, в которых, вследствие их размера и/или конструкции, для получения достаточного потока информационного обмена при мобильной телефонной связи и большой зоны действия внутри соответствующего здания при практической реализации известных способов необходима установка раздельных систем, содержащих в себе комплексную кабельную разводку, большое количество антенн и т.д. При этом стремятся добиться более высокого качества передачи речи, большей зоны действия и большей пропускной способности.

Такие раздельно установленные системы содержат в себе блок локального приемопередатчика, который соединен со стационарной частью сети мобильной телефонной связи, установленной в здании. Блок приемопередатчика представляет собой базовую приемопередающую станцию, которая соответствует типовой базовой станции сети GSM. От блока приемопередатчика протянуты кабели на различные этажи или ярусы здания, при этом на каждом этаже установлена одна или большее количество антенн.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, коаксиальные кабели от блока приемопередатчика к расположенным в здании пассивным антеннам протянуты через так называемые разветвители. Такое решение, главным образом, предназначено для небольших зданий. Это не является настолько же эффективным в больших зданиях, что обусловлено, помимо прочего, наличием больших потерь в коаксиальных кабелях.

Следовательно, в больших зданиях между блоком приемопередатчика и блоком активной антенны, расположенным на каждом этаже, используют, например, волоконные оптические кабели. Помимо того, что блок активной антенны содержит в себе антенну приемопередатчика, он осуществляет преобразование светового излучения в волоконно-оптическом кабеле в ВЧ-сигнал и обратное преобразование. Аппаратура такого типа, к тому же, может быть дополнена устройством, в котором блок активной антенны, также, осуществляет подачу сигнала в пассивные антенны через разветвители.

Очевидно, что известные способы решения проблемы реализации систем мобильной телефонной связи в больших зданиях требуют наличия большого количества коаксиальных кабелей и волоконно-оптических кабелей, которые нужно проложить в здании, и необходимости монтажа большого количества разветвителей, объединителей, антенных блоков и антенн. Такой монтаж является очень трудоемким и требует больших затрат.

Настоящее изобретение обеспечивает решение вышеупомянутых проблем очень простым и относительно дешевым способом.

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу, применяемому для блока приемопередатчика в системе мобильной телефонной связи, в котором блок приемопередатчика устанавливают в здании, содержащем в себе систему вентиляции, которую используют для обеспечения потока информационного обмена мобильной телефонной связи внутри здания, указанный способ отличается тем, что в одном или более воздуховодах, принадлежащих системе вентиляции здания, устанавливают одну или более антенн и соединяют указанные антенны с указанным блоком приемопередатчика.

Изобретение также относится к устройству, которое имеет отличительные признаки, сформулированные в пункте 7 формулы изобретения.

Теперь будет приведено более подробное описание изобретения со ссылкой на примерный вариант осуществления изобретения, а также со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

- фиг.1 представляет собой схематическое изображение здания небоскреба;

- фиг.2 представляет собой вид этажей здания небоскреба в разрезе, на котором схематически показана система вентиляции в виде системы кондиционирования;

- на фиг.3 приведено графическое изображение схемы размещения аппаратуры в здании; и

- на фиг.4-6 изображены альтернативные варианты размещения антенн.

Как упомянуто ранее, несмотря на то, что приведенное ниже описание изобретения изложено со ссылкой на небоскреб, понятно, что изобретение может быть в равной степени применено и для зданий других типов.

На фиг.1 изображен типичный небоскреб 1. На фиг.1 отмечены три отдельных этажа 2, 3, 4. Эти этажи используют для установки кондиционирования воздуха и подачи электрического тока и воды. Что касается кондиционирования воздуха, то установка кондиционирования воздуха, установленная на таком этаже или ярусе, обычно обслуживает несколько этажей или ярусов здания, которые расположены выше и ниже установки кондиционирования воздуха, участки воздуховодов показаны стрелками 5, 6, 7. Установка кондиционирования воздуха может обслуживать, например, шесть этажей, расположенных ниже установки, и шесть этажей, расположенных выше того этажа, на котором размещена установка.

Вместо установки кондиционирования воздуха соответствующая система может представлять собой систему общей вентиляции или систему вентиляции, предназначенную как для вентиляции, так и для нагрева здания.

На фиг.2 схематически изображена установка 8 кондиционирования воздуха, которая осуществляет распределение приточного воздуха по различным этажам или ярусам и вытяжку воздуха из них через основные воздуховоды 9, 10. На каждом этаже создают меньшие или вторичные воздуховоды 11, 12, соединенные с основными воздуховодами 9, 10, которые обеспечивают распределение воздуха по соответствующим этажам.

Система кондиционирования воздуха содержит в себе систему воздуховодов 12, 10, которая обеспечивает подачу воздуха в различные части здания, и систему воздуховодов 11, 9, которая обеспечивает всасывание воздуха из различных частей здания. Вентилятор 13 нагнетает воздух в приточные воздуховоды. Перед выпуском вытяжной воздух обычно проходит через фильтр 14. Направление потоков воздуха на фиг.2 обозначено стрелками. С блоком 8 соединен охлаждающий змеевик и/или калорифер 15, обеспечивающий регулировку температуры приточного воздуха. Установка кондиционирования воздуха, конечно же, имеет различную конструкцию, соответствующую размеру и географическому местоположению здания.

Различные помещения и комнаты в здании содержат в себе отверстия, через которые воздух может поступать в соответствующее помещение и выходить из него. В здании с кондиционированным воздухом отверстия обычно располагают таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение воздушного потока по всему зданию. Такие отверстия обычно размещают во всех комнатах и в других помещениях здания.

Настоящее изобретение относится к способу, осуществляемому в блоке приемопередатчика системы мобильной телефонной связи, в котором блок 16 приемопередатчика устанавливают в здании и используют его для информационного обмена при мобильной телефонной связи внутри здания, и в котором здание снабжено системой вентиляции известного типа.

Блок 16 приемопередатчика представляет собой блок известного типа, например, так называемую базовую приемопередающую станцию, и обычно соединен с соответствующей сетью мобильной телефонной связи через стационарную сеть связи. Блок 16 приемопередатчика может быть установлен в любом месте внутри здания, а в здании может быть установлено свыше одного блока приемопередатчика.

Согласно настоящему изобретению, в одном или более воздуховодах 9, 10 системы вентиляции здания, например, системы кондиционирования воздуха устанавливают одну или более антенн 17, 18. Антенну/антенны 17, 18 соединяют с блоком 16 приемопередатчика, на фиг.2 это соединение между антенной и блоком приемопередатчика схематично показано штрихпунктирной линией 19.

В качестве антенн используют, например, те, которые применяют для мобильной телефонной связи, то есть, всенаправленные антенны. Тем не менее, понятно, что при осуществлении настоящего изобретения могут быть использованы и другие антенны. Например, в альтернативном варианте могут быть использованы антенны, обладающие направленным действием. Монтаж антенны осуществляют, например, путем создания в воздуховоде отверстия, через которое может быть вставлена антенна. В альтернативном варианте антенну устанавливают в воздуховоде и закрепляют на месте посредством соответствующих крепежных деталей.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, по меньшей мере, одну антенну устанавливают в основном воздуховоде 9, 10, что показано на фиг.2 посредством антенн 17, 18. Основные воздуховоды сообщаются с некоторым количеством меньших или вторичных воздуховодов 11, 12, которые проведены в различные комнаты здания. Решетка, обычно расположенная возле отверстий соответствующих воздуховодов 11, 12 в комнате или в каком-либо другом помещении здания, должна быть выполнена таким образом, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение соответствующих радиосигналов через указанное отверстие. Выполнение этого требования обеспечивают посредством использования пластмассовых решеток.

Например, на частоте передачи 1800 МГц антенны имеют мощность передачи, равную всего лишь 0,5 Вт. Экспериментальные исследования с использованием таких антенн и обычных телефонных аппаратов системы GSM продемонстрировали наличие чрезвычайно эффективной связи между антеннами и мобильными телефонными аппаратами в здании, в котором было реализовано настоящее изобретение описанным выше способом.

Однако специалисту в данной области техники понятно, что для используемой системы радиосвязи может быть осуществлен подбор соответствующей частоты и выходной мощности.

Поскольку антенны расположены в центре системы кондиционирования воздуха, то сигнал, переданный блоком приемопередатчика через антенны, распространяется, как правило, равномерно по всей той части здания, по которой проходят соответствующие основные воздуховоды. Аналогичным же образом сигнал, переданный мобильным телефонным аппаратом, проходит через отверстие указанного типа, находящееся в помещении здания, во вторичный воздуховод 11, 12 и через указанный воздуховод - в основной воздуховод 9, 10, а через него - к антенне 17, 18.

В одном из вариантов осуществления изобретения, по меньшей мере, одну антенну устанавливают в каждом из участков 5, 6, 7 воздуховодов 9, 10 системы кондиционирования воздуха, при этом каждый из указанных участков обслуживает заданное количество этажей или ярусов здания. Один такой участок может легко содержать в себе от 12-ти до 24-х этажей небоскреба, хотя понятно, что количество обслуживаемых этажей зависит от конструкции системы кондиционирования воздуха.

В том случае, когда посредством одного и того же основного воздуховода осуществляют обслуживание многих этажей, исключительно целесообразным является установка одной или более дополнительных антенн в каждом из участков воздуховодов 9, 10 системы кондиционирования воздуха, поскольку каждый из участков обслуживает различные части здания. На фиг.2 это показано посредством дополнительных антенн 20, 21.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, одну или более антенн устанавливают в приточных воздуховодах 10, и одну или более антенн устанавливают в вытяжных воздуховодах 9. Поскольку соответствующие отверстия системы притока воздуха и системы вытяжки воздуха в различных помещениях здания часто расположены в различных местах указанных помещений, то этот вариант осуществления обеспечивает эффективную и сплошную зону действия радиосвязи.

В одном из вариантов осуществления изобретения антенны 17, 18, 20, 21 представляют собой пассивные антенны, которые соединены с блоком 16 приемопередатчика через коаксиальные кабели 22, 23, как показано на фиг.3.

В альтернативном варианте антенны 24, 25 представляют собой активные антенны, которые соединены с блоком 16 приемопередатчика через волоконно-оптические кабели 26, 27. В этом случае активные антенны содержат в себе устройство 28, 29, которое помимо того, что содержит в себе передающую и приемную антенну, осуществляет преобразование светового излучения в волоконно-оптическом кабеле в ВЧ-сигнал и обратное преобразование.

На фиг.4-6 изображены альтернативные варианты установки антенн в воздуховодах 9, 10.

На фиг.4 показана антенна 30, помещенная в металлический кожух 31. В воздуховоде выполнено отверстие и закрыто неметаллической крышкой 32, например пластмассовой крышкой. Крышка 32 и кожух 31 закреплены в воздуховоде 9, 10 посредством винтового соединения 33, 34. Антенна 30 может представлять собой направленную антенну или антенну какого-либо иного соответствующего типа.

На фиг.5 показана антенна 35, опорой для которой служит пластина 36, закрывающая собой отверстие в воздуховоде. Антенна, соответственно, является всенаправленной антенной.

На фиг.6 показана схема расположения антенны, в которой антенна 37 выступает внутрь воздуховода. Антенна 37 может представлять собой симметричную вибраторную антенну или антенну какого-либо иного соответствующего типа.

В одной и той же системе могут быть использованы как активные, так и пассивные антенны, расположенные в различных местах относительно друг друга.

Специалисту в данной области техники несложно определить необходимое количество антенн и места их расположения в воздуховодах для получения желательной зоны действия радиосвязи.

Очевидно, что вследствие использования в качестве волноводов существующей в здании инфраструктуры воздуховодов, для реализации настоящего изобретения необходимо установить в здании минимальное количество оборудования по сравнению с тем количеством установленного оборудования, которое необходимо при использовании описанной выше известной техники.

Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает существенный прогресс в создании высокоэффективной зоны действия радиосвязи для мобильной телефонной связи, которая может быть получена в здании быстрым и недорогим способом, а также обеспечивает очень высокое качество передачи речевых сигналов и высокую пропускную способность.

Несмотря на то, что описание изобретения было приведено со ссылкой на несколько вариантов его осуществления и со ссылкой на только один участок системы кондиционирования воздуха, понятно, что для обеспечения желательной зоны действия радиосвязи могут быть выполнены различные изменения. Вместо размещения антенн в участках воздуховодов системы кондиционирования, расположенных на различной высоте относительно друг друга, антенны могут быть, равным образом, размещены также и в различных участках воздуховодов системы кондиционирования, которые расположены горизонтально один за другим, что имеет место, например, в большом удлиненном здании аэровокзала.

Следовательно, настоящее изобретение не следует считать ограниченным вышеописанными примерами его осуществления, так как могут быть выполнены видоизменения, которые не выходят за рамки объема патентных притязаний, представленной формулы изобретения.

Способ, осуществляемый в блоке приемопередатчика в системе мобильной телефонной связи, по которому блок приемопередатчика устанавливают в здании и используют для потока информационного обмена мобильной телефонной связи внутри здания, при этом здание содержит в себе систему вентиляции. Способ отличается тем, что в одном или более воздуховодах, системы вентиляции здания, устанавливают одну или большее количество антенн и соединяют указанную антенну или антенны с блоком приемопередатчика. Технический результат состоит в создании высокоэффективной зоны действия радиосвязи для мобильной телефонной связи, которая может быть получена в здании быстрым и недорогим способом, обеспечение высокого качества передачи речевых сигналов и высокую пропускную способность. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ реализации системы мобильной связи, по которому блок приемопередатчика устанавливают в здании и используют для обеспечения потока информационного обмена мобильной телефонной связи внутри здания, которое содержит в себе систему вентиляции, отличающийся тем, что в одном или более основном воздуховоде (9, 10) системы вентиляции здания устанавливают одну или более антенн (17, 18, 20, 21) и соединяют указанную антенну или антенны с блоком (16) приемопередатчика, одну или более антенн (17, 18, 20, 21) устанавливают в каждом из участков воздуховодов (9, 10) системы вентиляции и посредством каждого из указанных участков осуществляют обслуживание, соответственно, различных частей здания.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в основном воздуховоде (9, 10), сообщающемся с множеством меньших или вторичных воздуховодов (11, 12), которые выведены в комнаты и помещения здания, устанавливают, по меньшей мере, одну антенну (17, 18, 20, 21).3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в воздуховодах (10), которые подают в здание приточный воздух, устанавливают одну или более антенн (18, 21), а в воздуховодах (9), которые вытягивают воздух, устанавливают одну или более антенн (27, 20).4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что одна или более антенн (17, 18, 20, 21) представляют собой пассивные антенны, которые соединены с блоком (16) приемопередатчика через коаксиальные кабели (22, 23).5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что одна или более антенн (28, 29) представляют собой активные антенны, которые соединены с блоком (16) приемопередатчика через волоконно-оптические кабели (26, 27).6. Устройство системы мобильной связи, содержащей блок приемопередатчика, который установлен в здании для обеспечения потока информационного обмена мобильной связи внутри здания, при этом здание содержит в себе систему вентиляции, отличающееся тем, что система вентиляции здания содержит один или более воздуховоды (9, 10), в которых установлена одна или более антенн (17, 18, 20, 21), которые соединены с блоком (16) приемопередатчика, и тем, что одна или большее количество антенн (17, 18, 20, 21) установлена в каждом из участков воздуховодов (9, 10) системы вентиляции, причем каждый из указанных участков предназначен для обслуживания различных частей здания.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в основном воздуховоде (9, 10), сообщающемся с несколькими меньшими или вторичными воздуховодами (11, 12), которые выведены в различные комнаты и помещения здания, установлена, по меньшей мере, одна антенна (17, 18, 20, 21).8. Устройство по любому из пп.6 и 7, отличающееся тем, что в воздуховодах (10), служащих для подачи в здание приточного воздуха, установлена одна или большее количество антенн (18, 21), и тем, что в воздуховодах (9), которые вытягивают воздух, установлена одна или большее количество антенн (17, 20).9. Устройство по любому из пп.7 и 8, отличающееся тем, что антенны (17, 18, 20, 21) представляют собой пассивные антенны, которые соединены с блоком (16) приемопередатчика через коаксиальные кабели (22, 23).10. Устройство по любому из пп.6-9, отличающееся тем, что антенны (24, 25) представляют собой активные антенны, которые соединены с блоком (16) приемопередатчика через волоконно-оптические кабели (26, 27).