СПОСОБ ОБЪЕДИНЕНИЯ СОТОВОЙ И ПЕЙДЖИНГОВОЙ СИСТЕМ СВЯЗИ Российский патент 2011 года по МПК H04W68/08 H04W88/06 

Предлагается способ расширения зоны действия мобильной сотовой связи при передаче коротких сообщений, который может найти применение в тех территориальных регионах, где зона действия сотовой связи существенно меньше зоны действия радиальной пейджинговой связи.

Известно [1, 2], что каждая базовая станция мобильной сотовой связи обслуживает свою соту, размеры которой определяются не только трафиком занятости радиоканалов, но и условиями распространения радиоволн. Реализация 100%-го покрытия сотовой связью очень сложна и не всегда целесообразна с коммерческой точки зрения операторов сотовой связи. Любой оператор имеет свою карту зоны действия своей соты. Обычно эти зоны сосредоточены в крупных населенных пунктах, вдоль авто- и железнодорожных магистралей. В городах размеры (радиус) соты мобильной сотовой связи не превышают 3…5 км.

Также известно [3, 4], что в системах персонального радиовызова - в пейджинге - используют другой принцип построения радиосвязи - РАДИАЛЬНЫЙ (радиально-зоновый). Размер зоны действия базовой пейджинговой станции намного больше, чем при сотовой структуре. Это объясняется увеличением мощности передатчика и выносом передающей антенны на возможно большую высоту, например, на телебашню. При этом используют частотный диапазон радиоволн, которые обладают хорошими характеристиками распространения. Ограничения в возможностях трафиковых способностей используемых радиоканалов решаются особенностью передаваемой информации - текстовыми сообщениями и применением адресных низкоскоростных сигналов.

Размеры зоны действия базовой пейджинговой станции при расположении антенны передатчика на высоте 100 м могут достигать 50…100 км.

На фиг.1 представлены зоны действия сотовой и радиальной связи на примере Нижегородской области. Видно, что значительная часть территории не охвачена сотовой связью, в то время как с помощью 10 базовых радиальных (пейджинговых) станций связи можно практически покрыть всю Нижегородскую область.

Известная мобильная сотовая связь [1, 2] по своему назначению может быть принята в качестве прототипа (аналога) предлагаемого способа. Недостатком прототипа следует считать невозможность увеличить зону действия мобильной сотовой связи без увеличения числа базовых станций и систем их обслуживания.

Предлагаемое изобретение предназначено для устранения указанного недостатка прототипа, а техническим результатом является расширение зоны передачи коротких сообщений, включая SMS (Short Message Service) сообщения с AT мобильной сотовой связи до размеров зоны действия пейджинговой связи.

Совмещение двух систем связи [1, 2] и [3] для достижения указанного технического результата, по мнению автора, окажется востребованным на многих территориях Российской Федерации.

Предлагаемый способ достигается тем, что он использует мобильную сотовую связь и пейджинговую связь, которые работают в режиме действующих стандартов и протоколов, и включает в себя операции односторонней передачи коротких сообщений между абонентскими терминалами (AT) через базовые станции сотовой связи, а также операции по односторонней передаче буквенных сообщений по пейджинговой связи. Согласно изобретению в AT сотовой связи вводят приемное устройство для приема сообщений на частоте пейджинговой связи и устройство воспроизведения текстового пейджингового сообщения на экране AT, причем при выходе вызываемого AT из зоны действия сотовых станций его переключают на прием пейджинговых сообщений, а вызывающий AT переводят в режим передачи коротких сообщений в пейджинговую сеть, при этом голосовое сообщение с номером вызываемого AT по общедоступной телефонной сети через коммутатор мобильной сотовой связи передают оператору пейджингового центра, откуда пейджинговое сообщение подают на передающую базовую станцию для его передачи и приема вызываемого AT, а после приема пейджингового сообщения вызываемый AT переводят в режим работы в мобильной сотовой системе связи.

В другом варианте предложен способ, в соответствии с которым при переключении вызывающего AT на работу в пейджинговой сети для передачи коротких сообщений на этот AT формируют адресное SMS (Short Message Service) сообщение, которое через коммутатор и SMS-центр сотовой связи передают в пейджинговый центр, где его преобразуют в адресное пейджинговое сообщение и доставляют вызываемому AT.

Реализацию предложенного способа иллюстрируют и поясняют следующие чертежи и схемы:

Фиг.1 - Зона действия сотовой и радиальной радиосвязи на примере Нижегородской области;

Фиг.2 - Топология пейджинговой сети в виде укрупненных элементов, где 1 - источник сообщений, 2 - коммутатор, SMS - центр мобильной сотовой системы связи, 3 - пейджинг-центр;

Фиг.3 - Схема поступления сообщений оператору пейджинг-центра по телефонной сети общего пользования;

Фиг.4 - Схема поступления сообщений от удаленного терминала через городскую телефонную сеть с использованием модемов;

Фиг.5 - Структура сигнала в формате FLEX;

Фиг.6 - Значение девиации для различных двоичных данных в формате FLEX;

Фиг.7 - Последовательность расположения полей в кадре в формате FLEX;

Фиг.8 - Структурная схема взаимодействия сотовой связи (СС) и пейджинговой связи (ПС) (жирными линиями выделены узлы ПС, пейджинговой системы при взаимодействующие с СС, где 4 - SMS-центр мобильной СС, включающий в себя 5 - базу данных абонентов, 6 - коммутатор, 7 - SMS-центр управления СС, 8 -транскодер СС, 9 - контроллер базовых станций СС, 10 - базовые станции, 11 - пейджинговый терминал, 12 - интерфейсная система доступа «внешних» систем связи, 13 - радиопередатчик ПС;

Фиг.9 - Функциональная схема AT СС в укрупненном виде, где 14 - блок приема и передачи сообщений, 15 - блок памяти AT СС, 16 - устройство цифровой обработки сигналов, 17 - телефон, 18 - звуковая сигнализация, 19 - дисплей AT, 20 - микрофон;

Фиг.10 - Функциональная схема AT СС, укомплектованного дополнительными элементами и устройствами для приема и воспроизведения сигналов ПС (УППС), где 21 - коммутатор радиоприемника с СС на ПС, 22 - радиоприемник ПС, 23 - устройство цифровой обработки сигналов, 24 - устройство управления переключением режимов (коммутаторами) СС и ПС, 25 - блок памяти пейджеров ПС, 26 - дешифратор-коммутатор звуковой сигнализации (бл.18) и дисплея (бл.19) в режим или СС, или ПС.

В соответствии с предложением действующая по стандартам мобильная сотовая система связи предлагает своим абонентам услугу в виде подключения AT в пейджинговую сеть. По мнению автора подобная услуга должна оплачиваться абонентами (пользователями) мобильной сотовой связи.

Сведения об адресах AT в пейджинг-центр поступают из SMS-центра мобильной сотовой связи, что позволяет подключение пейджинговой сети ко многим «внешним» видам связи.

Так как предлагаемый способ соединяет действующие независимо мобильную сотовую связь с пейджинговой связью, то целесообразно дать краткую характеристику, в первую очередь, пейджинговой системе связи.

Необходимо отметить, что предложенный способ предполагает передачу только буквенно-цифровых сообщений для вызываемого AT.

В настоящее время наиболее известные системы персонального радиовызова (СПРВ) являются протоколы POCSAG (разработан Британским почтовым ведомством) и FLEX (разработан фирмой Motorola). Скорость передачи информации в формате POCSAG составляет 512, 1200 и 2400 бит/с, а в формате FLEX - 1600, 3200, 6400 бит/с. Ресурс частотного канала в формате POCSAG составляет до 20 тысяч абонентов, а в формате FLEX 20…80 тысяч абонентов.

В упрощенном виде топология пейджинговой сети может быть представлена в виде укрупненных элементов, как показано на фиг.2. В предлагаемом варианте «сообщение» в виде голосового или SMS-сообщения поступает в блок 2 - средства сбора сообщения (коммутаторы телефонной сети, SMS-сообщения), затем поступает в блок 3 - пейджинг-центр, включающий в себя средства операторного зала, оператора, сервисные подсистемы СПРВ, средства передачи сообщений на пейджеры.

Сообщения в пейджинг-центр поступают различными способами (на фиг.2 - это «Средства сбора сообщений»); на фиг.8 - это «внешние» системы связи). Средства отправки сообщений включат в себя различные виды доставки:

- Телефонная сеть общего пользования;

- Персональный компьютер и модем;

- Специализированные устройства;

- Персональный компьютер и радиопередающее устройство.

Средства операторского зала (диспетчерской службы) включают в себя автоматизированное рабочее место оператора и пейджинг-терминал.

Сервисные подсистемы СПРВ включают в себя группу подсистем сервисного обслуживания с порталом хранения номера адреса абонентов, а также группу подсистем для внутреннего применения.

Средства передачи сообщений на пейджер включают в себя различные линии связи, передающее устройство и ретрансляторы.

На фиг.3 показана схема поступления сообщений оператору пейджинг-центра по телефонной сети общего пользования. Короткое сообщение с помощью голоса поступает в коммутатор мобильного центра связи, который передается по телефонной сети к оператору пейджинг-центра.

На фиг.4 показана схема поступления сообщений от удаленного терминала через городскую телефонную сеть с использованием модемов. Такая схема может быть реализована для передачи короткого сообщения с вызывающего AT, которое передают в виде SMS-сообщения из SMS-центра мобильной связи через модем центра, городскую телефонную сеть и через модем пейджинг-центра.

В отличие от протокола POCSAG в протоколе FLEX используют синхронную передачу данных (синхронизация по абсолютному значению времени). Структура формата FLEX приведена на фиг.5, а на фиг.6 приведены значения девиации для разных двоичных данных. Данные в протоколе FLEX формируются в кадры, которые передаются последовательно со скоростью 32 кадра в минуту (1,875 с на кадр). Полный цикл протокола состоит из 128 кадров, которые нумеруются от 0 до 127 и передаются за 4 минуты. Каждый час делится на 15 циклов.

Каждый кадр протокола FLEX (1,875 с) состоит из блока синхронизации (115 с) и 11 информационных блоков (по 160 мс на блок).

Информационные блоки содержат служебную информацию, адресное поле, задающее адрес пейджера (или вызываемого AT), векторное поле, указывающее, где расположены сообщения в поле сообщений и их длина, и непосредственное сообщение. На фиг.7 показана последовательность расположения полей в кадре.

Адрес пейджера (вызываемого AT) может задаваться одним кодовым словом (короткий адрес) или двумя кодовыми словами (длинный адрес). При кодировании сообщений в формате FLEX используют тот же код, что и в POCSAG, который позволяет восстанавливать единичную ошибку передачи данных.

Существенной особенностью протокола FLEX является возможность совместно работать с другими протоколами связи. Для этого в цикле выделяются определенные кадры для работы по протоколу FLEX, а промежутки между ними отдаются для работы по другим протоколам, например, POCSAG. Это обстоятельство позволяет автору, при создании объединенной сети связи рекомендовать протокол FLEX как наиболее перспективный.

Понятно, что пейджинговая линия связи обеспечит доставку короткого сообщения вызываемому AT, если его входные параметры будут соответствовать параметрам действующих пейджеров. Ниже приводятся основные характеристики пейджеров:

- Чувствительность пейджера 5…10 мкВ/м и, как правило, строится по схеме с двойным преобразованием частоты;

- Приемная антенна имеет диаграмму направленности, близкую к сферической (прием в любом направлении);

- Пейджеры настраиваются на фиксированную частоту, которую можно изменить изменением кварцевого генератора;

- Требуемая полоса частот сигнала канала 25 кГц;

- Дисплей пейджера должен воспроизводить не менее 80 символов (число строк 4, число символов в строке 20);

- Используются любые пейджинговые частоты диапазон ОВЧ (очень высоких частот) по протоколам POCSAG и FLEX, включая диапазон 900…960 МГц (λ~33 см).

Следует отметить, что в Российской Федерации насчитывается 60…70 различных моделей пейджеров, производимых многими фирмами.

Для того чтобы вызываемый AT осуществил прием и воспроизведение пейджингового сообщения достаточно AT снабдить (расположить в корпусе AT) радиоприемником, настроенным на частоту пейджинговой связи, а также устройством цифровой обработки сигналов с текстовым воспроизведением буквенного сообщения на экране AT.

На фиг.8 показана структурная схема взаимодействия СС и ПС, причем жирными линиями выделены узлы пейджинговой системы при взаимодействии с СС. Видно, что для функционирования этой системы связи AT СС должен быть снабжен функциями пейджера. Так на фиг.8 блоки 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 представляют собой элементы, обеспечивающие связь AT в зоне действия СС. Блок 4 - SMS-центр мобильной связи, включающий в себя 5 - базу данных абонентов СС, 6 - коммутатор, который при наличии «потерявшегося» AT в СС подключает передачу SMS-сообщений на ПС, 7 - центр управления SMS-сообщений. Блоки 8 и 9 - известные устройства (транскодер СС и контроллер), обеспечивающие мобильную СС через базовые станции 10.

SMS-сообщение из блока 4 через коммутатор 6 подают по известным средствам отправки в пейджинговый терминал 11, который представляет собой пейджинговый центр с переработкой SMS-сообщения в СС в буквенное сообщение в ПС. Пейджинговое сообщение передают передатчиками блока 13 на приемную антенну «потерявшегося» AT СС.

По мнению автора приемная часть пейджера целиком может быть перенесена в корпус AT СС. В этом случае доработка AT СС для приема пейджинговых сигналов будет сводиться к установке коммутационных элементов и устройств, ручных или автоматических, обеспечивающих переключение антенны AT к Р_пр ПС (См. фиг.10) и переключение дисплея AT на прием пейджингового сообщения. Подключение дисплея AT предполагает согласование его входных параметров с выходными параметрами элементов пейджингового буквенного сообщения.

На основании изложенного нецелесообразно приводить подробную схему AT (См. [2]), а достаточно укрупненного представления функциональной схемы AT, как это показано на фиг.9. В частности, на фиг.9 представлены основные элементы AT СС: 14 - блок приема и передачи оцифрованных радиосообщений через приемо-передающую антенну, 15 - блок памяти AT в системе СС, 16 - устройство прямой и обратной обработки цифровых и аналоговых сигналов, 17 - телефон AT, 18 - звуковая сигнализация, 19 - дисплей, 20 - микрофон.

Несколько подробнее следует рассмотреть вопросы частотного диапазона работы ПС, в основу которого следует закладывать условие использования одной и той же антенны AT при работе в режимах СС и ПС.

Так как частота пейджинговой связи в протоколе FLEX может лежать в диапазоне 900…960 МГц, то по мнению автора целесообразным следует считать использование AT мобильной сотовой связи типа P-GSM 900 и E-GSM 900. В этом случае для приема пейджинговых сообщений может использоваться присутствующая в AT приемно-передающая антенна.

Для использования AT типа GSM 1800 и GSM 1900 в предложенном способе с действующими антеннами следует провести экспериментальные исследования по определению в этом случае чувствительности AT и, следовательно, оценить зону действия пейджинговой связи. Однако можно с уверенностью заметить, что существующие сотовые AT рассчитаны на работу в обоих диапазонах 900 и 1800 МГц, и использование в таких AT для пейджинга диапазона 900 МГц не является проблематичным.

На фиг.10 представлена функциональная схема AT мобильной сотовой связи, укомплектованного устройствами для приема сигналов по пейджинговой связи и их воспроизведения на дисплее терминала (пейджинговая часть выделена жирными линиями).

Перевод AT СС в режим приема пейджинговых сообщений осуществляют коммутатором 21, в результате к антенне AT подключают радиоприемник 22 для приема на частоте ПС. Блок 14 при этом отключают. Операцию этого перевода коммутатором 21 выполняют автоматически или вручную. Сообщение с приемника 22 подают на устройство цифровой обработки 23. При автоматическом переводе AT с СС на ПС сигнал перевода поступает из блока 16 на блок 24 - устройство автоматического управления коммутаторами блока 21, блок 23 и блок 26. Автоматическое включение блока памяти 25 осуществляют сигналами с блока 23.

Блоки памяти 15 и 25 выполняют свои функции хранения информации в AT и пейджерах. Функции блоков 16 и 23 сохраняют неизменными при работе в СС и в ПС. При ручном переводе AT СС в режим ПС на дисплее 19 в режиме СС рекомендуют механически переключить режим работы (рекомендация может быть и звуковой) блока 24.

Блок 24 (УУПРСС/ПС - устройство управления переключения режимов с СС на ПС) в сочетании с блоком 26 (с его элементом Д-КЗС - дешифратором-коммутатором звуковой сигнализации и с элементом Д - управление дисплеем) переключает поступившую по режиму ПС информацию на дисплей 19 и включает блок 18 звуковой сигнализации о поступлении сообщения по ПС.

При этом следует отметить, что дисплей AT в режиме приема СС позволяет воспроизводить до 160 символов, в то время как в режиме приема ПС передается только 80 символов, что должно учитываться при передаче сообщений. Так как скорость передачи сообщений в мобильной сотовой связи превалирует скорость передачи в пейджинговой связи, то и по этому параметру при сочленении двух систем не могут возникать какие-либо затруднения.

После получения пейджингового сообщения абонент принимает решение об отключении пейджинговой связи и переводе AT в режим приема сообщений СС и для приема в зоне действия БС мобильной СС.

Техническое (инженерное) решение вопросов размещения и стыковки упомянутых устройств, которые заимствуются от действующих пейджеров, возможно приведут к изменению размеров AT (их увеличения). В силу того что принципиально сочленение двух систем связи - мобильной сотовой и пейджинговой - базируется на уже разработанной и действующей элементной базе систем, автор не предвидит проблем для реализации способа.

Таким образом, предложен способ расширения зоны действия сотовой мобильной связи до размеров зоны действия пейджинговой связи при передаче коротких сообщений, который может найти широкое практическое применение в различных территориальных регионах Российской Федерации.

Литература

1. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М.: отпечатано в Международном центре н/т информации. - заказ 35, 1996.

2. Громаков Ю.А. Мобильная связь на основе стандарта GSM. - М.: Радио и Связь. - ИТЦ «ЭКОТРЕНДЗ». - 2001.

3. Туляков Ю.М. Системы персонального радиовызова. - М.: Радио и связь, 1988.

4. Соловьев А.А. Пейджинговая связь. - М.: Радио и Связь. - ИТЦ «ЭКОТРЕДЗ». - 2000.

Изобретение относится к технике связи. Предложен способ объединения сотовой и пейджинговой систем связи. В абонентский терминал (AT) сотовой связи вводят приемное устройство для приема сообщений на частоте пейджинговой связи и устройство воспроизведения текстового пейджингового сообщения на экране AT. При выходе вызываемого AT из зоны действия сотовых станций его переключают на прием пейджинговых сообщений. Вызывающий AT передает короткое сообщение в пейджинговую сеть для приема его вызываемым AT, а после приема сообщения вызываемый AT переводят в режим работы в мобильной сети, если он вошел в зону действия мобильной сети. Технический результат заключается в расширении зоны передачи коротких сообщений с AT мобильной сотовой связи до размеров зоны действия пейджинговой связи. 10 ил.

Способ объединения сотовой и пейджинговой систем связи, включающий в себя операции односторонней передачи коротких сообщений между абонентскими терминалами (AT) через базовые станции мобильной связи, а также операции по односторонней передаче буквенных сообщений по пейджинговой сети, отличающийся тем, что в AT сотовой связи вводят приемное устройство для приема сообщений на частоте пейджинговой связи и устройство воспроизведения текстового пейджингового сообщения на экране AT, причем при выходе вызываемого AT из зоны действия сотовых станций его переключают на прием пейджинговых сообщений, а вызывающий AT переводят в режим передачи коротких сообщений в пейджинговую сеть с использованием общедоступных способов связи AT через коммутатор мобильной сети с оператором пейджингового центра, откуда пейджинговое сообщение с номером вызываемого AT подают на передающую базовую станцию для его приема вызываемым AT, а после приема сообщения вызываемый AT переводят в режим работы в мобильной сети, если он вошел в зону действия мобильной сети.