Устройство мобильной связи, подвижной ретранслятор и способ их использования Российский патент 2020 года по МПК H04W88/04 H04B7/26 

Область техники

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности, к технике персональной радиосвязи и может быть использовано в системе мобильной телефонной связи.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) доказано, что электромагнитное излучение, излучаемое подвижным средством связи, опасно для здоровья человека, так как повышает риск возникновения у него раковых заболеваний (пресс-релиз ВОЗ №208 от 31 мая 2011 г.).

Известны способы защиты от электромагнитного излучения, в которых для снижения его мощности в области головы абонента используют различные экранирующие элементы. Так в патенте США №5657386 описано устройство мобильной связи, выполненное в виде мобильного телефона, в котором его радиопередающий блок закреплен на голове абонента, а экран, изготовленный из пластмассы с наполнителем из угольных волокон, установлен между головой и этим радиопередающим блоком. Очевидно, что такое решение создает дополнительные неудобства для абонента.

Другим недостатком известных устройств мобильной связи является несоответствие их мощностей излучения и мощности излучения от базовой станции. При практически одинаковых чувствительностей их приемников пониженная по сравнению с базовой станцией мощность излучения подвижного средства связи часто является причиной односторонней связи, при которой возможен только прием сигнала от базовой станции. К основным причинам этого можно отнести небольшую мощность излучения подвижного средства связи и его неудачное местоположение, например, в закрытом помещении.

Наиболее эффективным способом защиты от электромагнитного излучения и одновременного увеличения надежности связи является использование такого устройства мобильной связи (мобильный телефон, смартфон, планшетный компьютер и т.п.), которое может взаимодействовать с подвижным ретранслятором.

Известен способ мобильной связи, основанный на использовании подвижного ретранслятора посредством передачи им кодированного сообщением электромагнитного излучения после соответствующего преобразования кодированного сообщением вспомогательного излучения, принятого подвижным ретранслятором от подвижного средства связи (международная заявка WO 00/18040). Реализация этого способа осуществлена посредством устройства мобильной связи, связанного посредством вспомогательного излучения с подвижным ретранслятором, имеющим процессор и внутреннюю память. Использование подвижного ретранслятора позволяет снизить уровень мощности электромагнитного излучения до безопасных для человека значений, а также повысить надежность связи за счет размещения подвижного ретранслятора в местах с наименьшим ослаблением электромагнитного излучения. Однако вышеуказанный способ и устройство нельзя применить в той мобильной системе связи, в которой происходит постоянный обмен сигналами управления между входящей в нее базовой станцией и подвижным средством связи. Это объясняется тем, что при приеме от базовой станции сигнала управления подвижным средством связи ответный от него сигнал управления проходит через подвижной ретранслятор с задержкой, связанной с его обработкой и отрицательно влияющей на работу системы в целом. Кроме того, из-за необходимости передавать сигналы управления от базовой станции на устройство мобильной связи через вспомогательное излучение, появляются трудности в его кодировании посредством широко применяемых протоколов беспроводной передачи данных.

Вместе с тем, известно свободное от этих недостатков устройство мобильной связи, описанное в патенте США №7444116 и включающее связанные с центральным микропроцессором приемопередатчик электромагнитного излучения и, по крайней мере, один дополнительный приемопередатчик вспомогательного излучения, взаимодействующий посредством периодического обмена служебными сообщениями со вспомогательным приемопередатчиком подвижного ретранслятора, в котором реализован другой способ мобильной связи.

Этот способ заключается в том, что производят прием и передачу подвижным ретранслятором кодированного сообщением электромагнитного излучения, а также прием и передачу устройством мобильной связи посредством подвижного ретранслятора кодированного соответствующим сообщением вспомогательного излучения, причем осуществляют как обмен сигналами управления между подвижным ретранслятором и приемопередающей базовой станцией, так и обмен служебными сообщениями между вспомогательным и дополнительным приемопередатчиком вспомогательного излучения.

Однако недостатком этого устройства является также негативное влияние на здоровье человека, но уже вспомогательного излучения. Дело в том, что в настоящее время все устройства мобильной связи (смартфоны, планшетные компьютеры и др.) используют такие протоколы WLAN и WPAN беспроводной передачи данных посредством вспомогательного излучения, которые даже в ждущем режиме постоянно обмениваются служебными сообщениями. Например, в одном из самых распространенных протоколов WPAN с маркетинговым названием "Bluetooth" предусмотрено включение вспомогательного излучения в диапазоне частот 2,4-2,5 ГГц в ждущем режиме каждые 1,28 секунды. А в другом известном протоколе WLAN с маркетинговым названием "Wi-Fi" передача служебных пакетов в ждущем режиме на частоте вспомогательного излучения 2,4 ГГц производится через несколько десятых долей секунд. Таким образом, несмотря на более низкую мощность (по сравнению с электромагнитным излучением) вспомогательного излучения, его суммарный поток, поглощенный абонентом, может достигать весьма больших величин или при постоянном расположении устройства мобильной связи вблизи тела человека, или рядом с его головой, например, в период сна. При этом из-за высоких эксплуатационных параметров вышеуказанных протоколов, связанных с их надежностью, простотой, низкой стоимостью и небольшой потребляемой мощности, найти для вспомогательного излучения другие протоколы не представляется возможным.

Другой недостаток прототипа заключен в уязвимости протоколов WLAN и WPAN беспроводной передачи данных из-за постоянного обмена вышеуказанными служебными сообщениями посредством вспомогательного излучения. Возможность взлома этих протоколов может подвергнуть опасности любую информацию, хранящуюся на устройстве мобильной связи. Кроме этого, злоумышленник сможет получить контроль над устройством и отправлять на него нежелательные данные. Здесь следует также отметить, что в настоящее время для взлома протоколов беспроводной передачи данных постоянно создаются все новые инструменты и этот процесс, как показывает практика, невозможно остановить. Еще одной актуальной угрозой для безопасности беспроводных соединений являются мобильные вирусы, которые могут распространяться при помощи таких соединений.

Еще одним недостатком прототипа является его низкая экомичность из-за необходимости дополнительных затрат энергии аккумуляторов устройства мобильной связи и ретранслятора на постоянное поддержание через вспомогательное излучение вышеуказанных служебных сообщений.

В соответствии с изложенным целью настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков.

Раскрытие изобретения

Основной задачей, на решение которых направлено изобретение, является уменьшение влияния вспомогательного излучения прототипа на тело абонента, а также сведение к минимуму возможности неконтролируемого считывания через вспомогательное излучение хранящейся в памяти устройства мобильной связи информации.

Сущность решения поставленной задачи, согласно изобретению, заключается в том, что производят прием и передачу подвижным ретранслятором кодированного сообщением электромагнитного излучения, а также прием и передачу устройством мобильной связи посредством подвижного ретранслятора кодированного соответствующим сообщением вспомогательного излучения, причем осуществляют обмен сигналами управления между подвижным ретранслятором и приемопередающей базовой станцией, а обмен служебными сообщениями - между вспомогательным и дополнительным приемопередатчиком вспомогательного излучения, при этом задают максимальный период времени, в течение которого при отсутствии приема и передачи подвижным ретранслятором кодированного сообщением электромагнитного излучения производится периодический обмен служебными сообщениями между вспомогательным и дополнительным приемопередатчиком вспомогательного излучения, причем после истечения максимального периода времени прерывают вышеуказанный обмен служебными сообщениями посредством выключения или блокировки дополнительного приемопередатчика вспомогательного излучения устройства мобильной связи.

Устройство, в котором реализован этот способ, включает в себя связанные с центральным микропроцессором приемопередатчик электромагнитного излучения и, по крайней мере, один дополнительный приемопередатчик вспомогательного излучения, взаимодействующий посредством периодического обмена служебными сообщениями со вспомогательным приемопередатчиком подвижного ретранслятора, причем дополнительно содержит приемник сигнала включения дополнительного приемопередатчика вспомогательного излучения, а также блок его включения/отключения, при этом приемник сигнала включения дополнительного приемопередатчика вспомогательного излучения подключен к блоку включения/отключения и согласован с передатчиком сигнала его включения, находящимся в подвижном ретрансляторе.

Подвижной ретранслятор, посредством которого также реализуется рассматриваемый способ содержит связанные с микропроцессором основной приемопередатчик электромагнитного излучения и, по крайней мере, один вспомогательный приемопередатчик, взаимодействующий посредством периодического обмена служебными сообщениями с дополнительным приемопередатчиком устройства мобильной связи, при этом дополнительно содержит связанные посредством микропроцессора блок формирования сигнала вызова и передатчик сигнала включения дополнительного приемопередатчика устройства мобильной связи, при этом передатчик сигнала включения согласован с приемником сигнала включения дополнительного приемопередатчика вспомогательного излучения, находящимся в устройстве мобильной связи.

Другие особенности и преимущества изобретения будут ясны из подробного описания, а также из пунктов 1-12 формулы изобретения.

Краткое описание фигур чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг. 1 изображает первый вариант структурной схемы устройства мобильной связи;

фиг. 2 изображает второй вариант структурной схемы устройства мобильной связи;

фиг. 3 изображает функциональные схемы подвижного средства связи и подвижного ретранслятора;

фиг. 4 изображает часть функциональной схемы подвижного средства связи;

фиг. 5 изображает первый вариант пользовательского интерфейса устройства мобильной связи;

фиг. 6 изображает второй вариант пользовательского интерфейса устройства мобильной связи;

фиг. 7 изображает блок-схему алгоритма функционирования устройства мобильной связи.

Лучшие варианты осуществления изобретения

При описании лучших вариантов реализации данного изобретения, а также с целью удобства его дальнейшего рассмотрения, все сокращения, стоящие в скобках после одного или нескольких слов, будут относиться к их начальным буквам.

На фиг. 1 представлен первый вариант схемы системы мобильной связи с использованием подвижного ретранслятора, в которой цифрой 1 обозначено устройство мобильной связи (УМС), имеющее приемопередающую антенну (ПА) 2, а цифрой 3 - n (n=1, 2, …) двусторонних подвижных ретрансляторов (ПР). Устройство мобильной связи может быть выполнено в виде таких устройств как, например, мобильный телефон или смартфон. Каждый из ПР 3 имеет приемопередающую антенну ретранслятора (ПАР) 4, причем только один из ПР 3 связан с УМС 1 посредством вспомогательного излучения (ВИ), обозначенного в виде двух сплошных параллельных стрелок 5. Прерывистыми стрелками 5 обозначено ВИ, посредством которого любой другой ПР 3 может быть подключен к УМС 1. Односторонней стрелкой 6 обозначен поток энергии излучения, относящийся к сигналу включения из ПР 3. Прерывистой стрелкой 6 обозначен относящийся к сигналу включения поток энергии излучения, который может создавать другой ПР 3. В состав системы мобильной связи входят также приемопередающие базовые станции (БС) 7, каждая из которых имеет антенну 8 и подключена к центру коммутации (ЦК) 9 подвижной связи. Базовая станция 7 является одноканальной или многоканальной стационарной приемо-передающей станцией, используемой для организации связи с мобильными абонентами в ограниченной географической зоне и обычно располагаемой в ее центре. В зависимости от контекста термин базовая станция может относиться к зоне покрытия транкинговой системы связи, к соте, сектору внутри соты или группе сот. Двусторонность подвижных ретрансляторов обусловлена их возможностью ретрансляции сообщения как от УМС 1 на БС 7, так и от базовой станции на УМС 1. Центр 9 коммутации подвижной связи применяется в таких системах подвижной связи как GSM, CDMA и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы УМС 1. Центр 9 коммутации подвижной связи обслуживает группу сот базовых станций, и обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Он осуществляет также постоянное слежение за УМС 1, используя регистры положения, регистры перемещения, а также другие специализированные устройства. Для осуществления связи с другим абонентом используются два варианта. Первый вариант осуществляется посредством передачи из УМС 1 на вход приемопередающей БС 7 и принятия непосредственно от нее кодированного соответствующим сообщением электромагнитного излучения, обозначенного на фиг. 1 пунктирной ломанной стрелкой 10. Второй вариант связи осуществляется, во-первых, посредством приема УМС 1 из ПР 3 и передачи от УМС 1 в ПР 3 кодированного соответствующим сообщением ВИ 5, и, во-вторых, посредством передачи из ПР 3 на вход приемопередающей БС 7 и принятия от нее ПР 3 кодированного соответствующим сообщением электромагнитного излучения, обозначенного ломанной стрелкой 11. В дальнейшем описании для краткости изложения под соответствующей ломанной линией или двумя сплошными параллельными стрелками (под одной стрелкой будем подразумевать просто поток энергии излучения) будем подразумевать также соответствующий канал связи. Например, вместо фразы "процесс передачи на вход приемопередающей базовой станции и процесс приема от нее кодированного соответствующим сообщением электромагнитного излучения показан ломанной стрелкой 11" будем писать "передача и прием сообщения производится по каналу 11". В первом варианте обмен сигналами управления производят между УМС 1 и приемопередающей БС 7, а во втором - между ПР 3 и приемопередающей БС 7. Можно отметить, что в процессе реализации второго варианта связи, как правило, используется только один ПР 3, с которым установлена связь через ВИ 5. В общем случае УМС 1 может поддерживать связь через ВИ 5 сразу с несколькими ПР 3. При этом каждый из потоков 6 энергии излучения за счет кодирования может относится только к соответствующему подвижному ретранслятору.

На фиг. 2 представлен второй вариант структурной схемы мобильной системы связи с использованием подвижного ретранслятора, в которой используется только один ПР 3, имеющий возможность подключения к УМС 1 посредством k (k=1, 2, …) вспомогательных излучений 5. В общем случае для связи УМС 1 с ПР 3 могут использоваться одновременно несколько потоков ВИ 5, т.е. k>1. Для передачи и приема последних в УМС 1 может использоваться или первая специальная антенна или ПА 2, используемая как для приема и передачи ВИ 5, так и для приема и передачи кодированного соответствующим сообщением электромагнитного излучения 10. Аналогично, для передачи и приема ВИ 5 в виде потока электромагнитного излучения в ПР 3 может использоваться или вторая специальная антенна, или ПАР 4. В последнем случае возможно использование дуплексного фильтра - устройства, разделяющего полосы приема и передачи. Следует отметить, что по меньшей мере каналы 10, 11 являются физическими (представляют собой, например, комбинацию временного и частотного разделения сигналов и определяются как последовательность радиочастотных каналов с возможностью перескоков по частотам и временным окнам) и могут включать в себя также логические каналы управления. К ним можно отнести, в частности, каналы передачи сигналов управления, общие каналы управления, индивидуальные каналы управления, канал подстройки частоты, каналы параллельного доступа, по которым между БС 7 и УМС 1 (канал 10) или между БС 7 и двусторонним ПР 3 (канал 11) производится обмен сигналами управления и синхронизации. Все эти сигналы формируются в контроллере БС 7, связанном с ЦК 9. Одновременное использование нескольких потоков ВИ 5 позволяет оптимизировать их применение таким образом, при котором каждый из этих потоков будет являться наиболее эффективным с точки зрения надежности и качества обмена данными между УМС 1 и ПР 3. В последнее время каждое вспомогательное излучение формируется УМС 1 и ПР 3 в виде кодированного соответствующим сообщением электромагнитного излучения, в основе которого лежат протоколы WLAN и WPAN беспроводной передачи данных. Преимуществом этих протоколов является большая скорость работы, а также высокая безопасность и помехоустойчивость. Последняя достигается за счет использования в этих протоколах принципа размазывания спектра посредством перескоков по частоте, суть которого состоит в разделении доступного спектра частот на несколько подканалов. Например, в одном из самых распространенных протоколов WPAN с маркетинговым названием "Bluetooth" предусмотрено несколько десятков подканалов, смена которых по определенному алгоритму производится около двух тысяч раз в секунду. Это сводит к минимуму вероятность того, что одновременно несколько активных соединения будут работать на одной частоте. Но, даже если это и случится, такая накладка легко устраняется при помощи повтора пакета или алгоритма коррекции ошибок. Еще одним преимуществом указанных протоколов беспроводной связи, лежащих в основе вспомогательного излучения 5, является их низкая мощность по сравнению с электромагнитным излучением, используемым в каналах 10, 11. Например, в одном из самых распространенных протоколов WLAN с маркетинговым названием "Wi-Fi" мощность излучения в момент передачи данных на порядок меньше, чем у сотового телефона. Однако, как уже было отмечено, отличительной особенностью современных беспроводных технологий передачи данных является необходимость в постоянном обмене служебными сообщениями, что значительно снижает безопасность устройств, использующих эти технологии, от различных попыток несанкционированного доступа к информации, хранящейся в их памяти. Иногда постоянный обмен служебными сообщениями используется и для других целей. Например, для выполнения атак на беспроводной канал с маркетинговым названием "Bluetooth" существуют как программы, предназначенные только для обнаружения устройств и определения до них примерного рассстояния, так и программы, предназначенные для спуфинга, т.е. маскировки устройства злоумышленника под подключенного посредством ВИ устройства мобильной связи с целью похищения из него данных.

На фиг. 3 представлены функциональные схемы двустороннего ПР 3 и УМС 1, выполненного в виде смартфона или планшетного компьютера. Устройство 1 мобильной связи содержит связанные с центральным микропроцессором 12 посредством внутренней шины 13 и внутреннего интерфейса 14 приемопередатчик (ПП) 15 электромагнитного излучения и, по крайней мере, один дополнительный приемопередатчик (ДПП) 16 вспомогательного излучения. Кроме того, к внутреннему интерфейсу 14 подключен приемник светового излучения (ПСИ) 17, приемник сигнала включения (ПрСВ) 18 дополнительного приемопередатчика 16 вспомогательного излучения и дополнительный передатчик сигнала включения (ДПСВ) 19, предназначенный для передачи дополнительного потока 20 энергии излучения в ПР 3. В состав ПП 15 и ДПП 16 входят малошумящие входные усилители и усилители мощности, подключенные, в частности, к ПА 2 через полосовые керамические фильтры. В другом варианте выполнения устройства мобильной связи ДПП 16 может быть подключен к отдельной антенне или к специальному средству для излучения и приема ВИ 5. Принимаемое ПА 2 кодированное соответствующим сообщением электромагнитное излучение или кодированное соответствующим сообщением вспомогательное излучение после прохождения полосового фильтра усиливается малошумящим входным усилителем и после соответствующего преобразования поступает на вход центрального микропроцессора 12. В режиме передачи цифровой сигнал, сформированный в центральном микропроцессоре 12, а также в средствах, входящих в состав ПП 15 и ДПП 16 (I/Q генератор, фазовый модулятор, смеситель и др.), поступает в усилитель мощности, управляемый с помощью центрального микропроцессора 12. Усиленный до необходимого уровня сигнал через керамический полосовой фильтр поступает к ПА 2 и излучается в пространство посредством кодированного соответствующим сообщением электромагнитного излучения или кодированного соответствующим сообщением вспомогательного излучения.

К элементам, подключенным к центральному микропроцессору 12, следует отнести микрофон (Мк) 21, модуль подлинности (МП) 22 абонента, дисплей 23 и блок 24 включения/отключения. Последний предназначен для создания или выполнения команд с целью включения или выключения ДПП 16. Связь блока 24 включения/отключения с ДПП 16 осуществляется посредством центрального микропроцессора 12 и внутреннего интерфейса 14. Кроме того, блок 24 включения/отключения должен быть связан с элементами центрального микропроцессора 12, выдающими сигналы при исходящем из УМС 1 вызове. Можно также отметить, что блок 24 включения/отключения дополнительного приемопередатчика 16 может быть выполнен только с помощью программных средств и входить в состав центрального микропроцессора 12. Программные средства - это совокупность инструкций по реализации в соответствии с заданным алгоритмом вычислительного процесса, выдающим команду на включение или отключение ДПП 16. Реализация вычислительного процесса в этом случае производится с помощью аппаратных средств, входящих в состав центрального микропроцессора 12. Из непоказанных на рисунке других элементов, входящих в УМС 1, можно отметить клавиатуру, канальный эквалайзер, канальный кодер/декодер, управляющую память и другие элементы. Цифровая логическая часть выполняет задачи, заключающиеся в демодуляции, кодировании, сжатии и восстановлении сигнала, кодированного соответствующим сообщением. Последнее может быть сформировано абонентом или посредством клавиатуры, или микрофона. Цифровая логическая часть выводит необходимую информацию на экран дисплея 23, а также производит обмен информацией с МП 22 и с центральным микропроцессором 12, обеспечивающих аутентификацию абонента, шифрование передаваемых им данных, а также обмен сигналами управления между УМС 1 и БС 7. Модуль 22 подлинности абонента содержит идентифицирующую информацию, включающую в себя, в частности, абонентский номер. Можно отметить, что в стандарте мобильной связи GSM в качестве модуля 22 подлинности используется специальная SIM-карта. Питание всех элементов, входящих в состав УМС 1, производится от собственного аккумулятора. Подвижной ретранслятор 3 содержит микропроцессор 25, связанный непосредственно, а также с помощью разрядной шины 26 через интерфейс 27 подвижного ретранслятора с такими элементами как: основной приемопередатчик (ОПП) 28 электромагнитного излучения, вспомогательный приемопередатчик (ВПП) 29, передатчик сигнала включения (ПСВ) 30 дополнительного приемопередатчика 16, вспомогательный приемник сигнала включения (ВПСВ) 31, звуковой излучатель (ЗИ) 32, световой излучатель (СИ) 33, вспомогательный блок включения/отключения (ВБВО) 34 и блок формирования сигнала вызова (БФСВ) 35. При этом ВПП 29 взаимодействует посредством периодического обмена служебными сообщениями с ДПП 16, а ПСВ 30 и ВПСВ 31 согласованы соответственно с ПрСВ 18 и с ДПСВ 19, находящимся в УМС 1. Связь ВБВО 34 с ВПП 29 осуществляется посредством микропроцессора 25 и интерфейса 27 подвижного ретранслятора. Функциональные схемы ОПП 28 и ВПП 29 могут быть аналогичными приемопередатчикам соответственно ПП 15 и ДПП 16. Основной приемопередатчик 28 является двунаправленным радиотелефонным приемопередатчиком, а ВПП 29 - двунаправленным приемопередатчиком ВИ 5, при этом каждый из них согласован по своим параметрам соответственно с приемопередающей БС 7 и с ДПП 16. Двунаправленность приемопередатчиков обусловлена возможностью работы как на прием данных, так и на их передачу В состав ОПП 28 входит усилитель мощности, управляемый с помощью микропроцессор 25 и подключенный к ПАР 4. В состав ВПП 29 входит также выходной блок, который может быть подключен как к ПАР 4, так и к отдельной антенне или к специальному излучателю ВИ 5. Микропроцессор 25 содержит внутреннюю память, в которой может храниться идентификационный номер ПР 3. В одном из вариантов его исполнения может быть предусмотрен подключенный к микропроцессору 25 контрольный дисплей. На его экране может отражаться различная служебная информация, например, уровень заряда аккумулятора подвижного ПР 3. Блок 35 формирования сигнала вызова может быть выполнен по известным схемам, реализующих задачу выделения сигналов из их смеси. В частном случае БФСВ 35 может быть выполнен на основе аппаратных и программных средств, применяемых в центральном микропроцессоре 12 для выделения сигнала вызова в УМС 1. Средства ПСВ 30 и ДПСВ 19 могут быть выполнены по стандартным схемам. Если эти передатчики используют радиоволны, то в наиболее простом варианте каждый из них должен включать источник передаваемой информации, содержащей в себе команды включение/отключение, генератор высокой частоты, модулятор и усилитель мощности, подключенный к антенне. Согласованные с ними ПрСВ 18 и ВПСВ 31, должны, в свою очередь, иметь входные цепи и демодуляторы, подключенные к формирователям команд "включение" или "отключение". В общем случае при n>1, k>1 команды "включение" и "отключение" могут быть закодированы как для каждого n-го ИР 3, так и для каждого k-го ВИ 5. Это может, например, потребоваться в том случае, если отключение или включение ВИ 5 должно быть выборочным. В другом варианте выполнения ПСВ 30 в качестве его излучателя может быть использован или ЗИ 32, излучающий поток 6 звуковой энергии излучения, модулированный информацией, содержащей в себе команды включение/отключение, или СИ 33, излучающий световой (или инфракрасный) поток 6, модулированный аналогичной информацией. В этом случае элементы, входящие в состав ПСВ 30 и выдающие необходимое модулированное напряжение для питания ЗИ 32 или СИ 33 будут содержаться в микропроцессоре 25. Предназначенный для приема звукового или светового потока ПрСВ 18 может содержать соответственно Мк 21 или ПСИ 17, подключенные к центральному микропроцессору 12, включающему в себя, в свою очередь, средства для выделения соответствующей команды "включение" или "отключение". Последняя поступает на вход блока 24 включения/отключения, который и реализует ее на ДПП 16. Необходимо отметить, что его отключение и включение может быть реализовано в виде блокировки и разблокировки только одного передатчика, входящего в ДПП 16. При этом приемник, входящий в ДПП 16 может выполнять в этом случае функции ПрСВ 18. Это же относится и к ВПП 29, который в этом случае может выполнять функции ПСВ 30, излучая ВИ 5 в виде потока радиоволн, не связанного со взаимным обменом служебными сообщениями с приемником, входящим в ВПП 29. Также как и в вышеописанном варианте выполнения блока 24 включения/отключения БФСВ 35 и ВБВО 34 могут быть выполнены на программном уровне и входить в состав микропроцессора 25.

В качестве примера реализации ПР 3 и УМС 1 без отдельных ПСВ 30 и ПрСВ 18 на фиг. 4 показана упрощенная структурная схема модуля 36, который может выполнять функции ДПП 16, ВПП 29, ПрСВ 18, ДПСВ 19, ПСВ 30 и ВПСВ 31. Этот модуль относится к семейству модулей АВМ-200, разработанных в корейской компании "Airlogic". Среди рекомендуемых применений этого модуля - все устройства, использующие уже упомянутую в тексте технологию беспроводной связи с маркетинговым названием "Bluetooth". Модуль 36 содержит в себе усилитель мощности 37, малошумящий усилитель 38 и антенный переключатель 39, подключенный через полосовой фильтр (ПФ) 40 к антенне 41, в качестве которой можно использовать ПА 2 или ПАР 4. Малошумящий усилитель 38 представляет собой управляемый двухкаскадный усилитель. Усилитель 37 мощности выполнен трехкаскадным с аналоговым управлением и, что очень важно, с возможностью перевода усилителя в выключенное состояние. Команда на эту операцию формируется в блоке управления (БУ) 42. К конструктивным особенностям модуля 36 можно отнести наличие внешнего генератора 43 и энергонезависимой памяти 44. Оба элемента подключены к БУ 42, а сам модуль помещен в малогабаритный экранированный корпус. Если модуль 36 выполняет функции ДПП 16 или ВПП 29, то его выход должен быть подключен соответственно к внутреннему интерфейсу 14 или к интерфейсу 27 подвижного ретранслятора. Совместное функционирование УМС 1 и ПР 3 возможно благодаря использованию различных специальных профилей, существующих в стандарте Bluetooth. Так при считывании через ВИ 5 в ПР 3 из SIM-карты УМС 1 идентифицирующей информации используется профиль rSAP. При использовании этого профиля из SIM-карты считываются также и другие данные, относящиеся к идентифицирующей информации. Например, A3 - алгоритм аутентификации, используемый для вычисления в микропроцессоре 25 значения отклика из случайного числа, принятого ОПП 28 из БС 7 или Кс - ключ шифрования, используемый для шифрования/дешифрования сигналов управления и других передаваемых данных по каналу 11. Для организации разговора между УМС 1 и ПР 3 посредством ВИ 5 используются профили HFP и HSP. Для передачи в ПР 3 данных, набираемых на клавиатуре УМС 1, может использоваться профиль GOEP. Таким образом, если абонент снимает "трубку" для организации исходящего вызова, то он набирает номер на клавиатуре УМС 1, который переписывается через ВИ 5 в ПР 3. Здесь можно отметить, что механизм более подробного взаимодействия УМС 1 и ПР 3 описан в описании международной заявки WO 2014/035278 А1.

С целью наглядного представления о работе устройства на фиг. 5 и фиг. 6 показаны изображения, появляющиеся на экране 45 смартфона 46 марки "Galaxy S3" компании "Samsung Electronics" после вызова информации об его сетевых подключениях. Информация о режиме работы беспроводных подключений, основанных на технологии "Wi-Fi" и "Bluetooth" отражается в полях 47, 48. Причем при отсутствии соответствующего подключения ползунок 49 находится в крайнем левом положении, а при включенном - в крайнем правом. При этом в каждом из этих случаев в центре ползунка 49 появляется соответствующий символ включения или выключения. Из других элементов, показанных на рисунках, отметим клавишу 50 "Главный экран", динамик 51 и объектив 52 встроенной фотокамеры, выполняющий функции ПСИ 17.

Работа устройства мобильной связи осуществляется в соответствии с блок-схемой алгоритма, представленной на фиг. 7. Практическая реализация данного алгоритма производится с помощью программного обеспечения (ПО), которое хранится в БС 7, ЦК 9, УМС 1 и ПР 3, и специального ПО, которое хранится только в УМС 1 и ПР 3. Можно отметить, что к специальному ПО относятся следующие действия (команды): 54, 55, 57, 58, 59, 60. Работу УМС 1 рассмотрим на примере смартфона 46, подключенного к одному ПР 3 (n=1) посредством одного ВИ 5 (k=1), использующего технологию "Bluetooth". При n=0, т.е. при отсутствии ПР 3, после включения УМС 1 происходит сначала установление соединения через канал 10 между УМС 1 и БС 7, а затем обмен между ними сигналами управления. На основании их параметров в ЦК 9 и выбирается оптимальная БС 7. Процедура установления соединения в основном сводится к проверке подлинности абонента. Последняя проводится следующим образом. От БС 7 поступает случайный номер на УМС 1, в котором определяется значение отклика, используя для этого сам случайный номер, а также индивидуальный ключ аутентификации и алгоритм аутентификации. После этого УМС 1 посылает вычисленное значение отклика на БС 7, ЦК 9, где сверяется значение принятого отклика со значением, вычисленным в ЦК 9. Если оба значения совпадают, то УМС 1 может осуществлять передачу и прием сообщений. В противном случае связь прерывается и дисплей 23 должен показать, что опознавание не состоялось. Сигналы управления включают в себя, в частности, информацию о мощности принимаемого сигнала и об отношении сигнал/шум. Обмен сигналами управления между ПР 3 и БС 7 осуществляются независимо от наличия в канале 11 какого-либо информационного потока, связанного с приемом и передачей ПР 3 из БС 7 кодированного сообщением электромагнитного излучения. Начало работы алгоритма производится после выполнения действия 53, связанного с включением УМС 1 и установлением соединения ПР 3, во-первых, с БС 7 посредством ОПП 28 и канала 11, а во-вторых, с УМС 1 с помощью ВПП 29 и ВИ 5. Можно отметить, что перед установлением последнего соединения необходимо осуществить сопряжение, цель которого - создание общего секретного значения ключа, который УМС 1 и ПР 3 будут в дальнейшем использовать при своем взаимодействии. Один из этапов сопряжения требует ввода персонального идентификационного номера на обоих устройствах. При необходимости после указанного сопряжения и установления соединения с помощью ВИ 5 должна быть осуществлена также и передача из ПР 3 в УМС 1 специального ПО. Сразу после установления через канал 11 соединения, включающего в себя процедуру уже описанной аутентификации, между ПР 3 и БС 7 начинается обмен сигналами управления, на основании параметров которых ЦК 9 и выбирает оптимальную БС 7. Сигналы управления включают в себя, в частности, информацию о мощности принимаемого сигнала и об отношении сигнал/шум. Обмен сигналами управления между ПР 3 и БС 7 осуществляются независимо от наличия в канале 11 какого-либо информационного потока, связанного с приемом и передачей ПР 3 из БС 7 кодированного сообщением электромагнитного излучения. Сразу после установления посредством ВИ 5 вышеуказанного соединения между ПР 3 и УМС 1 начинает осуществляться периодический обмен служебными сообщениями. Часть из них связана со взаимной аутентификацией и основана на периодическом обмене идентификационными данными. Одно из устройств, например УМС 1, становится верификатором и генерирует случайную число RAND, которое посылает в ПР 3. В микропроцессоре 25 последнего (или в БУ 42 модуля 36) по специальному алгоритму вычисляется значение SRES отклика (ответ ПР 3 на полученное случайное число RAND), которое отправляется верификатору. Устройство 1 мобильной связи производит аналогичные вычисления и проверяет ответ предъявителя ПР 3. Если SRES совпали, то устройства УМС 1 и ПР 3 меняются ролями и процесс повторяется заново. При несовпадении SRES подтверждение соответствия УМС 1 и ПР 3 считается отрицательным и связь по ВИ 5 прерывается. При установлении связи ПР 3 с УМС 1 с помощью ВИ 5 ползунок 49, находящийся в поле 48, переводится в положение включения, показанное на фиг. 6. Последующая работа алгоритма связана с выполнением действия 55 по отключению или блокировки, по крайней мере, приемопередатчика ДПП 16 с целью исключения его связи с ВПП 29 посредством ВИ 5. Указанное действие зависит от выбора максимального промежутка Т времени t, в течение которого при отсутствии приема и передачи ПР 3 кодированного сообщением электромагнитного излучения производится периодический обмен служебными сообщениями между ДПП 16 и ВПП 29. Значение Т зависит от частоты использования УМС 1 и вводится в специальное ПО или заранее на стадии изготовления УМС 1 и ПР 3, или через "Меню" УМС 1. В общем случае величина Т может изменяться в зависимости от частоты использования УМС 1. Например, при возрастании частоты вызовов УМС 1 со стороны других абонентов максимальный период Т времени может повышаться, уменьшая тем самым время соединения УМС 1 с БС 7 за счет исключения в нем временной составляющей, связанной с установлением связи с помощью ВИ 5. После истечения Т ("Да" в условии 54), т.е. при t>Т, выполняется действие 55 по переводу в выключенное состояние или только ДПП 16, или сразу ДПП 16 и ВПП 29. Перевод в выключенное положение ДПП 16 осуществляется путем соответствующей команды, поступающей из блока 24 включения/отключения. В общем случае команду на выключение или блокировку ДПП 16 можно послать и из ПСВ 30 в ПрСВ 18. Перевод (при необходимости) в выключенное положение ВПП 29 осуществляется путем соответствующей команды, поступающей из ВБВО 34. В общем случае команда на выключение ВПП 29 может быть послана и из ДПСВ 19 в ВПСВ 31. На фиг. 5 показан результат данной операции, после которой ползунок 49 находится в поле 48 в положении отключения. Здесь можно отметить, что при использовании в качестве ДПП 16 модуля 36 его отключение может быть достигнуто за счет блокировки передатчика модуля путем перевода антенного переключателя 39 в такое положение, при котором производится только прием потока 6 энергии излучения, относящегося к сигналу включения ДПП 16. Команда на его выключение (действие 55) может быть выработана также и в БУ 42. Таким образом, после истечения максимального времени Т прерывают вышеуказанный обмен служебными сообщениями посредством выключения или блокировки дополнительного приемопередатчика вспомогательного излучения устройства мобильной связи. При появлении вызова из БС 7 ("Да" в условии 56) совершается действие 57 по включению ВПП 29 (если до этого ВПП 29 был выключен) и передача из ПСВ 30 сигнала S(t) включения (где t - время). Команда на передачу из ПСВ 30 сигнала S(t) включения формируется в микропроцессоре 25 после поступления на его вход из БФСВ 35 цифрового сигнала о принятии ПР 3 по каналу 11 сигнала вызова. Далее сигнал S(t) включения после приема его ПрСВ 18 поступает через внутренний интерфейс 14 на вход центрального микропроцессора 12, в котором и вырабатывается команда на включение ДПП 16 (действие 58). После чего производится установление связи с помощью ВИ 5 между ДПП 16 и ВПП 29, сопровождаемое, в свою очередь, появлением процесса обмена между ними служебными сообщениями. После этого ранее выделенный сигнал вызова передается через ВИ 5 на УМС 1, которое в случае его принятия абонентом переводится в режим разговора (действие 59). После его окончания ("Да" в условии 60), но до истечения Т ("Нет" в условии 54) ДПП 16 и ВПП 29 остаются во включенном состоянии, обмениваясь при этом между собой служебными сообщениями. После истечения Т ("Да" в условии 54) выполняется уже рассмотренное действие 55.

В заключение можно отметить, что в случае исходящего из УМС 1 вызова большинство действий, отмеченных в представленной блок-схеме алгоритма являются практически аналогичными. Так при "снятии трубки" на УМС 1 с выхода блока 24 включения/отключения снимается микрокоманда включения ДПП 16 (действие 58). После чего посредством ДПСВ 19 и ВПСВ 31 передается из УМС 1 сигнал s(t) включения, после обработки которого в ВБВО 34 производится включение ВПП 29 и установление связи посредством ВИ 5. Можно также отметить, что под действием 59 может подразумеваться не только разговор, но и передача различных данных, например, по технологии приема и передачи коротких сообщений.

Промышленная применимость

Изобретение может быть использовано во всех известных стандартах мобильной связи. Владея описанным в данном изобретении устройством мобильной связи, например смартфоном, человек может уменьшить облучение головы, глаз, а также других органов, вредным электромагнитным излучением, и, кроме того, улучшить надежность и качество мобильной связи. Последнее объясняется тем, что подвижной ретранслятор может заранее устанавливаться в таких местах, где качество связи с базовой станцией является наилучшей. Уменьшение облучения глаз человека особенно актуально для мобильного Интернета. Это связано прежде всего с такими факторами как максимальная мощность излучения устройства мобильной связи, работающего в режиме мобильного Интернета, а также по сравнению с простым разговором длительность нахождения человека в этом режиме. Еще одним преимуществом данного изобретения является высокая защищенность устройства мобильной связи от несанкционированного доступа к его данным через вспомогательное излучение. Дополнительным преимуществом изобретения является также то, что за счет исключения расхода энергии на поддержание обмена служебными сообщениями между вспомогательным и дополнительным приемопередатчиком вспомогательного излучения достигается повышенная экономичность как самого устройства мобильной связи, так и подвижного ретранслятора.

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к системе персональной радиосвязи, и может быть использовано в системе мобильной телефонной связи. Техническим результатом является уменьшение влияния вспомогательного излучения мобильного устройства на тело абонента, а также сведение к минимуму возможности неконтролируемого считывания через вспомогательное излучение хранящейся в памяти устройства мобильной связи информации. Для этого способ мобильной связи с использованием подвижного ретранслятора (3) реализуется устройством (1) мобильной связи, включающим в себя связанные с центральным микропроцессором (12) приемопередатчик (15) электромагнитного излучения и, по крайней мере, один дополнительный приемопередатчик (16) вспомогательного излучения, взаимодействующий (53) посредством периодического обмена служебными сообщениями со вспомогательным приемопередатчиком (29) подвижного ретранслятора (3). Кроме того, устройство (1) мобильной связи содержит приемник (18) сигнала включения дополнительного приемопередатчика (16) вспомогательного излучения, а также блок (24) его включения/отключения, при этом приемник (18) сигнала включения дополнительного приемопередатчика (16) вспомогательного излучения подключен к блоку (24) включения/отключения и согласован с передатчиком (30) сигнала его включения, находящимся в подвижном ретрансляторе (3). 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство (1) мобильной связи, включающее связанные с центральным микропроцессором (12) приемопередатчик (15) электромагнитного излучения и, по крайней мере, один дополнительный приемопередатчик (16) вспомогательного излучения, взаимодействующий посредством периодического обмена служебными сообщениями со вспомогательным приемопередатчиком подвижного ретранслятора (3), отличающееся тем, что содержит приемник (18) сигнала включения дополнительного приемопередатчика (16) вспомогательного излучения, а также блок (24) его включения/отключения, при этом приемник (18) сигнала включения дополнительного приемопередатчика (16) вспомогательного излучения подключен к блоку (24) включения/отключения и согласован с передатчиком (15) сигнала его включения, находящимся в подвижном ретрансляторе (3).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приемник (18) сигнала включения дополнительного приемопередатчика (16) вспомогательного излучения выполнен в виде микрофона (21), связанного со средством формирования соответствующей управляющей команды.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приемник (18) сигнала включения дополнительного приемопередатчика (16) вспомогательного излучения выполнен в виде приемника светового излучения (17), связанного со средством формирования соответствующей управляющей команды.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок (24) включения/отключения дополнительного приемопередатчика (16) вспомогательного излучения входит в состав центрального микропроцессора (12).

5. Подвижной ретранслятор, согласованный с параметрами устройства (1) мобильной связи по п. 1 и содержащий связанные с микропроцессором (25) основной приемопередатчик (28) электромагнитного излучения и, по крайней мере, один вспомогательный приемопередатчик (29), взаимодействующий посредством периодического обмена служебными сообщениями с дополнительным приемопередатчиком (16) устройства (1) мобильной связи, отличающийся тем, что содержит связанные посредством микропроцессора (25) блок (35) формирования сигнала вызова и передатчик (30) сигнала включения дополнительного приемопередатчика (16) устройства (1) мобильной связи, при этом передатчик (30) сигнала включения согласован с приемником (18) сигнала включения дополнительного приемопередатчика (16) вспомогательного излучения, находящимся в устройстве (1) мобильной связи.

6. Подвижной ретранслятор по п. 5, отличающийся тем, что передатчик (30) сигнала включения дополнительного (16) приемопередатчика устройства (1) мобильной связи выполнен в виде звукового излучателя (32), связанного со средством формирования соответствующей управляющей команды.

7. Подвижной ретранслятор по п. 5, отличающийся тем, что передатчик (30) сигнала включения дополнительного приемопередатчика (16) устройства мобильной связи выполнен в виде светового излучателя (33), связанного со средством формирования соответствующей управляющей команды.

8. Подвижной ретранслятор по п. 5, отличающийся тем, что блок (35) формирования сигнала вызова входит в состав микропроцессора (25).

9. Подвижной ретранслятор по п. 5, отличающийся тем, что содержит вспомогательный блок (34) включения/отключения, предназначенный для включения или отключения вспомогательного приемопередатчика (29).

10. Подвижной ретранслятор по п. 9, отличающийся тем, что вспомогательный блок (34) включения/отключения входит в состав микропроцессора (25).

11. Способ использования устройства (1) мобильной связи с использованием подвижного ретранслятора (3) и выполненным по пп. 1-8, заключающийся в том, что производят прием и передачу подвижным ретранслятором (3) кодированного сообщением электромагнитного излучения, а также прием и передачу устройством (1) мобильной связи посредством подвижного ретранслятора (3) кодированного соответствующим сообщением вспомогательного излучения, причем осуществляют (53) обмен сигналами управления между подвижным ретранслятором (3) и приемопередающей базовой станцией (7), а обмен служебными сообщениями - между вспомогательным и дополнительным приемопередатчиком вспомогательного излучения, отличающийся тем, что задают максимальный период времени, в течение которого при отсутствии приема и передачи подвижным ретранслятором кодированного сообщением электромагнитного излучения производится (58) периодический обмен служебными сообщениями между вспомогательным и дополнительным приемопередатчиком вспомогательного излучения, причем после истечения ("Да" в условии 54) максимального периода времени прерывают вышеуказанный обмен служебными сообщениями посредством выключения или блокировки (55) дополнительного приемопередатчика (16) вспомогательного излучения устройства (1) мобильной связи.

12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что после истечения ("Да" в условии 54) максимального периода времени выключают (55) вспомогательный приемопередатчик (29) подвижного ретранслятора (3).