Многофункциональное устройство средства размещения наружной рекламы и подвижной радиосвязи с использованием репитеров Российский патент 2019 года по МПК G09F15/00 H04W88/08 

Заявленное изобретение относится к отрасли наружной рекламы, в частности к рекламным щитам и установкам, установленным вдоль автотрасс, и к телекоммуникационной отрасли.

На протяжении многих лет происходит динамичное развитие сетей подвижной радиосвязи и внедрение все новых их спецификаций, при этом меняется фундаментальный характер обслуживания абонентов, все более смещаясь в плоскость передачи цифровых данных, несовместимую с реализованными ранее технологиями передачи. Увеличение количества абонентов повышает необходимость увеличения битрейта, а именно количества передаваемой информации за единицу времени, а также возникает острая потребность в новых полосах частот с более широкой полосой пропускания и соответственно с большей емкостью для множественной одновременной передачи данных.

Новые поколения мобильной связи начинали разрабатываться практически через каждые десять лет с момента перехода от разработок первого поколения аналоговых сотовых сетей в 1970-х годах (формат 1G) к сетям с цифровой передачей (формат 2G) в 1980-х годах. От начала разработок до реального внедрения проходило достаточное количество времени (например, сети формата 1G были внедрены в 1984 году, сети формата 2G - в 1991 году). В 1990-х годах начал разрабатываться стандарт формата 3G, основанный на методе множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA); он был внедрен только в 2000-х годах (в России - в 2002 году). Сети поколения формата 4G, основанные на IP-протоколе, стали разрабатываться в 2000 году и начали внедряться во многих странах с 2010 года. Формат 4G характеризуется высокой скоростью передачи данных и повышенным качеством голосовой связи.

Отличие сетей стандарта 4G от предыдущих поколений связи заключается в скорости и качестве связи. В настоящее время разрабатывается Программа внедрения стандартов 5G https://www.rbc.ru/technology_and_media/04/09/2018/5b8eb3849a7947e428e5e8e9. Лидером по развитию сетей 5G в мире считается Южная Корея. В феврале 2018 года эта страна тестировала технологию во время зимней Олимпиады в Пхёнчхане. Во вторник, 4 сентября, ТАСС со ссылкой на местное Министерство науки и информационно-коммуникационных технологий страны сообщил, что 1 декабря в Сеуле начнется тестовая эксплуатация сети 5G, а с марта 2019 года - коммерческая. Сеть будет запущена одновременно тремя крупнейшими мобильными операторами Южной Кореи - SK Telecom, KT и LG Uplus. В конце августа 2018 года агентство Juniper Research назвало указанных операторов лидерами по развитию 5G в мире. Кроме них в топ-5 также попали два японских оператора - NTT DOCOMO и Softbank. Следом шли американская AT&T и китайская China Mobile (Подробнее на РБК:https://www.rbc.ru/technology_and_media/04/09/2018/5b8eb3849a7947e428e5e8e9).

В марте 2008 года сектор радиосвязи Международного союза электросвязи (ITU-R, МСЭ-Р) определил ряд требований для стандарта международной подвижной беспроводной широкополосной связи 4G, получившего название спецификаций International Mobile Telecommunications Advanced (IMT-Advanced), в частности установив требования к скорости передачи данных для обслуживания абонентов: скорость 100 Мбит/с должна предоставляться высокоподвижным абонентам, например в автомобилях (см. ITU global standard for international mobile telecommunications «IMT-Advanced», Circular letter, March 2008).

За последние несколько лет получила развитие также технология DAS (Distributed Antenna Systems, Распределенных Антенных Систем https://en.wikipedia.org/wiki/Distributed_antenna_system#cite_note-1). Сущность этой технологии состоит в том, чтобы разделить передаваемую мощность базовых станций между несколькими антенными системами, разделенными в пространстве таким образом, чтобы обеспечить покрытие на той же площади, что и одна антенна, но с уменьшенной общей мощностью и повышенной надежностью. Одна антенна, излучающая с высокой мощностью, заменяется группой маломощных антенн для покрытия той же площади. Идея была описана в статье Saleh et al. А. А. М. Saleh, A. J. Rustako and R. S. Roman, Distributed Antennas for Indoor Radio Communications, IEEE Transactions on Commun., vol. 35, pp. 1245-1251, Dec. 1987. DAS часто используется в сценариях, где альтернативные технологии неосуществимы из-за проблем рельефа или зонирования. Структурная схема DAS показана на Фиг. 1. На структурной схеме показаны башня сети подвижной радиосвязи (1) с расположенной в непосредственной близости от нее базовой станцией сети подвижной радиосвязи (2), которая с помощью центрального оптического модуля (3) и волоконно-оптического кабеля (4), проложенного вдоль автомагистрали (5), соединена с удаленными радиоблоками (репитерами) (6), оборудованными антенными системами (7).

Проблема улучшения покрытия вдоль автотрасс может быть решена за счет оборудования автотрасс сетью передающих и приемных станций, которые могли бы монтироваться на радиомачтах по обочинам дорог. В то же время их размещение по обочинам снижает безопасность движения, из-за чего вдоль автотрасс допускается только установка средств наружной рекламы и информации. Кроме того, строительство новых радиомачт достаточно затратно.

Современные автотрассы должны быть оснащены телекоммуникационными средствами для оперативной связи в экстренных случаях, для контроля и управления движением, для обеспечения информацией водителей и пассажиров, телефонной связи, доступа к Интернету, слежения за спецсредствами и грузами, навигацией, включая и другие различные услуги в условиях постоянного роста количества автотранспорта и объемов передаваемых сообщений и различной информации. Растущий объем информации определяет необходимость использования для подвижной радиосвязи все более современных систем, на смену поколению 2G приходит поколение 3G, 4G и 5G. Системы подвижной радиосвязи различных операторов и различных поколений, работающие в разных полосах частотного спектра, требуют наличия отдельных комплектов оборудования, состоящих из базовых станций и антенных комплексов Повышение транспортных потоков на дорогах увеличивает количество ДТП и, как следствие, травматизма, что в свою очередь вызывает необходимость быстрой связи с представителями ГИБДД и вызова скорой помощи.

Изменение технологии связи, внедрение новых стандартов передачи информации на более высоких по отношению к используемым даже 10 лет назад несущих частотах и снижение мощности передатчиков, диктует необходимость размещения еще большего количества излучательного оборудования базовых станций - антенн подвижной радиосвязи как можно ближе к потребителю - водителю, пассажиру, автотранспортному средству.

Проблема обеспечения подвижной радиосвязью автотранспорта, водителей и пассажиров может быть решена с помощью увеличения количества базовых станций подвижной связи и приемо-передающих антенных комплексов вдоль автотрасс. Все это требует от каждого оператора связи повышения плотности базовых станций - установки на автотрассах сети новых передающих и приемных станций, которые могли бы монтироваться на новых башнях или радиомачтах на обочинах автодорог. Однако такие возможности ограничены требованиями безопасности дорожного движения. В то же время допускается установка средств наружной рекламы и информации, в частности рекламных щитов, которые можно использовать для вышеуказанных целей.

Ранее, из области техники, известны рекламные щиты по патентам RU 2243596, 2322701 и 144376. Указанные конструкции представляют собой щит с вертикальной опорой, закрепленной на фундаменте. Каркас щита прикреплен к опоре и выполнен в виде рамки для размещения рекламы. Данные щиты предназначены в основном для наружной рекламы и не обеспечивают покрытия подвижной радиосвязью автотрасс и прилегающих к ней территорий.

Аналогом заявленного устройства является полезная модель RU 144376 U1 (опублик. 20.08.2014), где технический результат реализуется с помощью устройства, включающий несущую вертикальную опору размером 4-30 метров, закрепленную с одной стороны на фундаменте из бетонной плиты с углублением в грунт, средство размещения наружной рекламы по форме в виде треугольной призмы или параллелепипеда с основанием равнобедренного треугольника или четырехугольника, электронно-вычислительное устройство базовой станции GSM 900/1800, 3G, 4G LTE, обеспечивающее мобильную связь абонентов подвижной радиосвязи, с расположенными в нем передатчиками и системой управления питанием, отличающееся тем, что внутри средства размещения наружной рекламы, закрепленного на технологической платформе вокруг несущей опоры в верхней ее части, горизонтально в ряд вмонтировано технологическое оборудование двух и более базовых станций стандарта GSM 900/1800, 3G, 4G LTE, 5G подвижной радиосвязи с расположенными в них передатчиками и системой управления питанием с четырьмя и более группами антенн с молниеприемниками, установленными вертикально на стойках за облицовкой из радиопрозрачного материала.

Существенными недостатками полезной модели RU 144376 является то, что внутри средства размещения наружной рекламы необходимо размещать полномасштабные базовые станции подвижной радиосвязи, имеющие значительные массо-габаритные показатели. Так, одна базовая станция может иметь массу до 200 кг. и даже в самом современном исполнении габариты 520×400×260 мм. Это означает, что для размещения базовых станций непригодны разрешенные и наиболее распространенные вдоль городских автомагистралей рекламные конструкции так называемого «сити-формата» (3×6, стела, пиллар и т.п., см. Фиг. 2), имеющих ограничения глубины 200-225 мм (например https://vestiprava.com/wp-content/uploads/2015/07/prilozhenie-2-postanovlenie-administracii-vologdi-5120-10.07.2015.pdf).

Кроме того, недостаток состоит в необходимости использовать в составе рекламной конструкции радиопрозрачный материал облицовки, что заведомо исключает размещение антенн в современных рекламных конструкциях с мультимедийными светодиодными экранами, которые не являются радиопрозрачными. В заявленном техническом решении такие недостатки отсутствуют.

Технический результат заключается в увеличении скорости и улучшении качества передачи радиосигнала за счет возможности использования большего числа рекламных конструкций и соответственно большего числа антенных систем оборудования подвижной радиосвязи при одновременном сокращении затрат на покрытие территорий.

Заявленное изобретение обеспечивает возможность использования многофункционального устройства несколькими операторами сотовой связи без размещения на рекламных конструкциях собственных базовых станций и антенных систем при этом решении заявленного технического результата по увеличению скорости и качества передачи радиосигнала.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что достигаемый технический результат реализуется с помощью предложенного устройства, которое поясняется фиг. 3, на котором отображен общий вид устройства. Предложенное устройство содержит следующие основные конструктивные элементы: углубленное в грунт основание (8) с закладными устройствами для энергоснабжения и прокладки волоконно-оптического кабеля (9), вертикальную опору (10), представляющую собой трубу, один из концов которой закреплен в основании (8), а на втором конце закреплена рамная несущая конструкция (14) средства размещения наружной рекламы в форме параллелепипеда, в основании которой лежит четырехугольник. Наибольшие по площади грани параллелепипеда средства размещения наружной рекламы (11) являются светодиодными медиафасадами. Нижняя, боковые и верхняя грани параллелепипеда закрыты нижними (12), боковыми (13) и верхней крышкой (15). Внутри рамной несущей конструкции вертикально расположены удаленные радиоблоки (репитеры) сетей GSM 900/1800, 3G, 4G LTE, 5G подвижной радиосвязи с расположенными в них передатчиками и системой управления питанием (6), при этом антенные системы (7), обеспечивающее мобильную связь абонентов подвижной радиосвязи, с расположенными в нем и системой управления питанием, вынесены на внешние боковые грани средства размещения наружной рекламы.

Устройство осуществляется следующим образом. Внутри средства размещения наружной рекламы, размещенного вокруг верхнего конца вертикальной опоры, нижний конец которой закреплен в фундаменте с углублением в грунт, вмонтированы вертикально два и более удаленных радиоблока (репитера), представляющие собой электронно-вычислительные устройства, обеспечивающие мобильную связь абонентов подвижной радиосвязи, с расположенными в нем передатчиками и системами управления питанием, соединенные с разнесенным в пространстве антенными комплексами, состоящими по меньшей мере из четырех групп антенн, установленных вертикально на боковых гранях средства размещения наружной рекламы.

Из открытых источников известно, что в сетях GSM 900/1800 теоретический расчет максимальной пропускной способности станции подвижной радиосвязи осуществляется по формуле: V=P_K×N_ch×S, где, R_K - максимальная пропускная способность одного канала; N_ch - количество каналов на один сектор; S - количество секторов станции подвижной радиосвязи. Соответственно, теоретическая максимальная пропускная способность станции составит не более 17 Мб. На основании математического расчета максимальная теоретическая пропускная способность одной базовой станции подвижной радиосвязи стандарта 3G/4G (LTE) с использованием антенного комплекса MIMO при выделении для данной базовой станции подвижной радиосвязи максимально возможного частотного диапазона 20 МГц, что соответствует 100 ресурсным блокам, будет составлять произведение числа ресурсных блоков 100 на 84 ресурсных элемента, умноженных на 6 бит информации, деленных на продолжительность ресурсного элемента 0,5 мс. Таким образом, скорость передачи данных одной базовой станции будет составлять:

Скорость данных = (100 [ресурсных блоков]⋅84[Ресурсных элементов] ⋅6 [Бит])/0.5 [мс] = 100.8 Мбит/с. (см. http://www.moluch.ru/archive/31/3562/), что практически в 6 раз больше, чем в сети GSM 900/1800.

При применение распределенных антенных систем DAS нет необходимости увеличения числа базовых станций, однако при этом только лишь для одного оператора стандарта LTE скорость данных при полосе 100 МГц относительно стандарта GSM 900/1800 будет практически в 30 раз выше, а для четырех операторов при совместном использовании места размещения скорость данных повышается в 120 раз при затратах на создание радиопокрытия в 4 раза меньших, что дает существенный экономический эффект.

Заявленное изобретение относится к отрасли наружной рекламы, в частности к рекламным щитам и установкам, установленным вдоль автотрасс, и к отрасли телекоммуникации. Заявленное многофункциональное устройство средства размещения наружной рекламы и подвижной радиосвязи включает углубленное в грунт основание с закладными устройствами для энергоснабжения и прокладки волоконно-оптического кабеля, вертикальную опору, представляющую собой трубу, один из концов которой закреплен в основании, а на втором конце закреплена рамная несущая конструкция средства размещения наружной рекламы в форме параллелепипеда, в основании которой лежит четырехугольник, при этом наибольшие по площади грани параллелепипеда средства размещения наружной рекламы являются светодиодными медиафасадами, нижняя, боковые и верхняя грани параллелепипеда закрыты нижними, боковыми и верхней крышками, при этом внутри рамной несущей конструкции вертикально расположены удаленные радиоблоки (репитеры) сетей GSM 900/1800, 3G, 4G LTE, 5G подвижной радиосвязи с расположенными в них передатчиками и системой управления питанием, при этом антенные системы, обеспечивающие мобильную связь абонентов подвижной радиосвязи, вынесены на внешние боковые грани средства размещения наружной рекламы. Технический результат заключается в увеличении скорости и улучшении качества передачи радиосигнала за счет возможности использования большего числа рекламных конструкций и соответственно большего числа антенных систем оборудования подвижной радиосвязи при одновременном сокращении затрат на покрытие территорий. 3 ил.

Многофункциональное устройство средства размещения наружной рекламы и подвижной радиосвязи, включающее углубленное в грунт основание с закладными устройствами для энергоснабжения и прокладки волоконно-оптического кабеля, вертикальную опору, представляющую собой трубу, один из концов которой закреплен в основании, а на втором конце закреплена рамная несущая конструкция средства размещения наружной рекламы в форме параллелепипеда, в основании которой лежит четырехугольник, при этом наибольшие по площади грани параллелепипеда средства размещения наружной рекламы являются светодиодными медиафасадами, нижняя, боковые и верхняя грани параллелепипеда закрыты нижними, боковыми и верхней крышками, при этом внутри рамной несущей конструкции вертикально расположены удаленные радиоблоки (репитеры) сетей GSM 900/1800, 3G, 4G LTE, 5G подвижной радиосвязи с расположенными в них передатчиками и системой управления питанием, при этом антенные системы, обеспечивающие мобильную связь абонентов подвижной радиосвязи, вынесены на внешние боковые грани средства размещения наружной рекламы.