Сотовый телефон Российский патент 2021 года по МПК H04W88/04 

Изобретение относится к мобильным устройствам беспроводной связи, в частности, к сотовым телефонным аппаратам с расширенными функциями, а именно, с функциями ретранслятора, способным обеспечивать между абонентом, находящимся в области неустойчивого информационного обмена, но доступным для радиосвязи с таким телефоном-ретранслятором, транзитную связь с одной из ближайших базовых станций, в том числе, принадлежащей другому оператору связи. Таким образом, предлагаемый сотовый телефон может найти применение в качестве связующего звена, обеспечивающего стабильный информационный обмен между абонентами, находящимися вне зоны 100% покрытия базовой станции, например, на границе этой зоны, частично заменяя базовую станцию и сохраняя для указанных абонентов высокое качество связи.

Проблемы надежной мобильной связи являются типичными не только для удаленных от центров цивилизации районов, они возникают в городских полуподвальных офисах и торговых центрах, в тоннелях, в зданиях со сложной структурой перекрытий. Помимо этого, постоянное увеличение объемов передаваемой информации в сетях мобильной связи, особенно в больших городах с развитой инфраструктурой, требует непрерывного поиска оптимальных методов обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС).

Чаще всего для расширения зоны покрытия или при увеличении нагрузки сети, связанной с добавлением таких функций, как доступ к Интернету, потоковое воспроизведение музыки, печать, хранение данных и т.д., к первичной базовой станции подключают одну или несколько расширенных базовых станций, связанных между собой с помощью кабелей Ethernet или беспроводным способом.

Однако подключение дополнительных базовых станций, во-первых, может привести к снижению пропускной способности сети (до 60% от пропускной способности отдельного устройства в случае применения расширенной беспроводной сети), так как часть ее потребуется для служебных функций. Во-вторых, упомянутая установка усложняет конфигурацию сети вопреки общему правилу, которое заключается в том, чтобы поддерживать ее максимально простую структуру, для чего необходимо использовать минимальное число базовых станций для обслуживания всей рассматриваемой зоны, применяя везде, где это возможно, проводные соединения. Кроме того, все расширенные базовые станции должны находиться в зоне прямой связи с первичной базовой станцией, поскольку, если между первичной базовой станцией (1) и расширенной базовой станцией (2) будет размещена другая расширенная базовая станция Wi-Fi (3), то последняя не позволит пользователям входить в сеть.

Другим подходом к решению проблемы связи между абонентами, находящимися в зоне неустойчивого информационного обмена, в том числе, вызванного избыточной загруженностью сети, является организация дополнительных каналов связи между обслуживающей их базовой станцией и ближайшими базовыми станциями других операторов.

Известен мобильный телефон, выполненный с возможностью переключения с общедоступной сети сотовой связи на частную (CN108055682, опубл. 2018.05.18), при этом для него общедоступная и частная сеть могут быть объединены со скоростным 4G Интернетом для совместного использования. Когда производительность одной сети снижается, телефон автоматически переключается на другую, при этом пользователь не ощущает переключения сети и обслуживание в процессе переключения не прерывается. Применение этого метода различными операторами уже существующих сетей на практике позволило максимально снизить расходы на создание новой сети сотовой связи. Однако возможность переключения известного телефона во время связи на более продуктивно работающего оператора не решает полностью проблему повышения надежности связи в зоне неустойчивого информационного обмена, при этом в силу своих конструктивных особенностей известный телефон не может также обеспечить расширение зоны действия базовой станции.

В качестве наиболее близкого к предлагаемому выбран конструктивно сходный с ним сотовый телефон (RU2319322, опубл. 2008.03.10), который содержит антенну, приемный и передающий блоки, блок контроля и управления с блоком постоянной и оперативной памяти, блок модулей идентификации абонента (блок SIM-карт), клавиатуру, дисплей и блок питания, соединенные между собой посредством системной шины, включающей шину данных, адресную шину и шину управления, а также такие необходимые для работы элементы, как аналого-цифровой преобразователь (АЦП), кодер и декодер речи, кодер и декодер канала, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), эквалайзер, блок шифрования и дешифрования сообщений, детектор речевой активности, корпус и терминальные элементы. Наличие в известном телефоне блока модулей идентификации абонента, связанного посредством контроллера и системной шины с блоком контроля и управления, обеспечивает, в случае необходимости, возможность замены оператора мобильной связи, дает возможность одновременно располагать несколькими номерами и предоставлять своим абонентам для вызовов разные номера, дифференцируя их по назначению (например, для служебных разговоров с партнерами по бизнесу, личных разговоров с друзьями, для общения с близкими родственниками и т.п.). Отмеченное усовершенствование системы связи непосредственно с помощью сотовых телефонов, оборудованных соответствующим образом, является рациональным с технической точки зрения и экономически выгодным.

Однако смена оператора не всегда может обеспечить желаемый результат при доставке информации абонентам, находящимся в зоне неуверенного информационного обмена. Известный сотовый телефон неспособен решить проблему обеспечения надежной и высокоскоростной доставки информации абонентам, находящимся вблизи границы зоны действия базовой станции и, тем более, за ее пределами.

Задачей изобретения является разработка мобильного устройства связи в виде сотового телефона, обеспечивающего надежный высокоскоростной информационный обмен для абонентов, находящихся в области недостаточно уверенного информационного обмена, а также в случае перегруженной сети.

Технический результат предлагаемого сотового телефона, снабженного функцией ретрансляции, заключается в улучшении устойчивости и повышении скорости информационного обмена при обслуживании абонентов, находящихся вне зоны покрытия базовой станции или на ее границе, за счет организации для них каналов связи с ближайшими базовыми станциями других операторов с помощью данного телефона в качестве ретранслятора.

Указанный технический результат достигают помещенным в корпус с терминальными элементами и снабженным антенной сотовым телефоном, который содержит приемник, передатчик, блок контроля и управления с блоками постоянной и оперативной памяти, клавиатуру, дисплей, блок питания, блок голосовой связи, детектор голосовой активности, блок шифрования-дешифрования, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, кодер и декодер речи, кодер и декодер канала, эквалайзер и не менее двух модулей идентификации абонента, причем все узлы и составные части телефона связаны между собой посредством системной шины, состоящей из шины данных, адресной шины и шины управления, указанные модули объединены в блок, связанный с контроллером, в свою очередь, посредством системной шины соединенным с блоком контроля и управления, при этом, в отличие от известного, телефон дополнительно содержит второй блок контроля и управления и второй контроллер, а также блок обеспечения ретрансляции, объединяющий в своем составе электронные модули идентификации абонентов, обладателей сотовых телефонов с функцией ретрансляции, приемник ретрансляции с приемной антенной и передатчик ретрансляции с передающей антенной.

В преимущественном варианте осуществления изобретения для усиления направленных свойств используемых антенн сотового телефона они увеличены в размерах и пространственно разнесены по его максимальным размерам.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого сотового телефона, включающего следующие структурные элементы: приемник 1, передатчик 2, блок контроля и управления 3 с постоянной и оперативной памятью, клавиатуру 4, дисплей 5, блок питания 6, блок голосовой связи 7, детектор голосовой активности 8, блок шифрования-дешифрования 9, аналого-цифровой (АЦП) 10 и цифро-аналоговый (ЦАП) 11 преобразователи, кодер 12 и декодер 13 речи, кодер 14 и декодер 15 канала, а также эквалайзер 16, соединенные между собой посредством системной шины 17, в состав которой входят шина данных, адресная шина и шина управления. Предлагаемый телефон также содержит не менее двух модулей идентификации абонента 18, объединенных в блок 19, связанный с контроллером 20, который, в свою очередь, посредством системной шины 17 имеет возможность связи с другими узлами и элементами телефона. Телефон снабжен антенной 21 и помещен в корпус 22 с присоединенными к нему терминальными элементами 23. Помимо этого телефон также содержит не менее двух электронных модулей 24 идентификации участвующих в ретрансляции абонентов, чьи сотовые телефоны снабжены соответствующей функцией. Упомянутые модули 24 объединены в блок обеспечения ретрансляции 25, соединенный со вторым контроллером 26, который, в свою очередь, посредством системной шины 17 соединен со вторым блоком контроля и управления 27. К системной шине 17 также подключены ретранслирующий приемник 28 с приемной антенной 29 и ретранслирующий передатчик 30 с передающей антенной 31.

Увеличение разнесения элементов антенн и размеров самих антенн 21, 29 и 31 позволяет усилить их направленные свойства как на прием, так и на передачу за счет применения технологий цифрового формирования направленности в режимах приема и передачи. Увеличение направленных свойств антенн приводит к возрастанию их коэффициента усиления, что способствует улучшению селекции сигналов по направлению и увеличению отношения сигнал/помеха, а также позволяет повысить надежность и устойчивость связи (уменьшить вероятность ошибок, сократить тем самым время на повторную передачу, повысить пропускную способность канала связи и телефона в составе системы сотовой связи).

Блок контроля и управления 3 представляет собой цифровой сигнальный процессор (ЦСП) с постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), в который заложена программа, координирующая работу процессора, и с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), предназначенным для временного хранения данных и результатов логических или математических операций, которые производятся вышеупомянутым процессором. Координацию работы ретранслирующего комплекса выполняет второй блок контроля и управления 27, согласовывающий свою работу с блоком контроля и управления 3, а, точнее, подчиняющийся ему.

Контроллер 20 обеспечивает взаимодействие блока контроля и управления 3 с каждым из модулей идентификации абонента 18, установленных в блоке 19, в то время как второй контроллер 26 аналогичным образом обеспечивает взаимодействие блока контроля и управления 27 с находящимися в блоке 25 электронными модулями идентификации абонента 24 (представляющими собой дистанционно настраиваемые и перестраиваемые по команде базовых станций электронные SIM-карты). Применение электронных SIM-карт (eSIM-карт) позволяет загрузить с базовой станции ближайшего сотового оператора необходимую в конкретной ситуации для реализации режима ретрансляции информацию.

Второй контроллер 26 связывает блок обеспечения ретрансляции 25, содержащий электронные модули 24 идентификации абонентов, обладателей ретранслирующих сотовых телефонов, со вторым блоком контроля и управления 27. При работающей в режиме ретранслятора приемной антенне 29 указанный блок 27 обеспечивает прохождение поступивших сигналов через приемный блок 28 комплекса ретрансляции и системную 17 шину в передатчик 30 комплекса ретрансляции с передающей антенной 31. Обработанные соответствующим образом сигналы немедленно излучаются передатчиком 30.

Наличие второго контроллера 26 также позволяет распределять потоки данных по заданному протоколу обмена, привязывая их к номерам модулей идентификации пользователя (номерам) и номерам электронной идентификации (eSIM-карт) как доверенных элементов базовых станций различных операторов связи (находящихся на дистанции уверенного информационного обмена).

Наличие двух блоков модулей идентификации абонента (блока SIM-карт и блока eSIM-карт), каждый из которых, как правило, содержит их в количестве более двух, и двух одновременно действующих блоков передатчиков и приемников, каждого со своей антенной, дает возможность реализовать одновременную бесперебойную работу информационных каналов, обеспечивающих режим ретрансляции, и информационных каналов штатного режима работы сотового телефона для обслуживания пользователей.

В результате предлагаемый сотовый телефон берет на себя осуществление части функций ближайшей базовой станции, формирует транзитные каналы связи с базовыми станциями других операторов, обеспечивает устойчивое информационное взаимодействие с абонентом или абонентами, находящимися вне зоны покрытия базовой станции, и расширяет тем самым упомянутую зону.

Предлагаемый сотовый телефон позволяет одновременно, при соответствующем разнесении приемной и передающей антенн, вести обмен информацией с другими абонентами, как минимум, «от имени» двух SIM-карт и обмен с базовыми станциями от имени eSIM-карт ретрансляции. При этом другие сотовые телефоны «не замечают», что работают с базовой станцией через сотовый телефон с функцией ретранслятора, не имея с ней непосредственного контакта.

Расширенные технические возможности предлагаемого телефона позволяют, с учетом периодического спада активности пользователей, организовать еще дополнительные каналы ретрансляции с частичным осуществлением режима ретрансляции, который позволяет принять сигналы от базовой станции и, от имени eSIM-карты ретранслятора, передать их другому абоненту через второй контроллер 26 и системную шину 17 с помощью входящих в комплекс, обеспечивающий ретрансляции, передатчика 30 и передающей антенны 31, воспользовавшись при этом некоторыми не задействованными на текущий момент элементами, например, антенной 21. Возможны другие варианты дополнительного использования технических возможностей предлагаемого сотового телефона, позволяющие повысить рентабельность применения таких телефонов и обеспечивающие их дополнительные преимущества.

Использование сотовых телефонов в режиме ретрансляторов осуществляется автоматически при полностью сохраненных штатных технологических процессах, обеспечивающих устойчивую связь, не затрагивая возможности пользователя, не нарушая его права. Однако указанное использование требует строго обязательного предварительного согласия пользователя.

Пользователю режим ретрансляции недоступен для управления, при этом эксплуатация оборудования, в том числе блока питания, подлежит контролю со стороны сотовых операторов, которые получат дополнительный доход от увеличения количества обслуживаемых абонентов и повышения качества обслуживания за счет расширения области уверенного информационного обмена с абонентами, находящимися на границе действия базовой станции, но имеющими возможность связи в режиме ретрансляции через сотовый телефон с расширенными функциями. Использование телефонов с расширенными функциями уже в количестве около 5% от общей массы сотовых телефонов позволит сотовому оператору снять напряженность в случае перегрузки трафика, при этом качественно и количественно повысить эффективность работы по обслуживанию большого количества абонентов.

В целом работа предлагаемого телефона аналогична работе обычного сотового телефона с несколькими SIM-картами.

Изобретение относится к области мобильных устройств беспроводной связи, а именно к устройствам с функциями ретранслятора. Техническим результатом является обеспечение между абонентом, находящимся в области неустойчивого информационного обмена, но доступным для радиосвязи с таким телефоном-ретранслятором, транзитной связи с одной из ближайших базовых станций, в том числе принадлежащей другому оператору связи, что обеспечивает стабильный информационный обмен между абонентами, находящимися вне зоны покрытия базовой станции либо на ее границе, за счет частичной замены базовой станции и поддержку для указанных абонентов высокого качества связи. Для этого сотовый телефон, помещенный в корпус с терминальными элементами и снабженный антенной, содержит приемник, передатчик, блок контроля и управления с блоками постоянной и оперативной памяти, клавиатуру, дисплей, блок питания, блок голосовой связи, детектор голосовой активности, блок шифрования-дешифрования, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, кодер и декодер речи, кодер и декодер канала, а также эквалайзер, при этом все его узлы и составные части связаны между собой посредством системной шины, состоящей из шины данных, адресной шины и шины управления. Кроме того, телефон включает не менее двух модулей идентификации абонента, объединенных в блок, связанный с контроллером, в свою очередь, посредством системной шины соединенным с блоком контроля и управления. При этом телефон снабжен вторым блоком контроля и управления и вторым контроллером, а также содержит блок обеспечения ретрансляции, объединяющий электронные модули идентификации пользователей, обладающих сотовыми телефонами-ретрансляторами, приемник ретрансляции с приемной антенной и передатчик ретрансляции с передающей антенной. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сотовый телефон, помещенный в корпус с терминальными элементами и снабженный антенной, содержащий приемник, передатчик, блок контроля и управления с блоками постоянной и оперативной памяти, клавиатуру, дисплей, блок питания, блок голосовой связи, детектор голосовой активности, блок шифрования-дешифрования, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, кодер и декодер речи, кодер и декодер канала, а также эквалайзер, все узлы и составные части которого соединены между собой посредством системной шины, состоящей из шины данных, адресной шины и шины управления, включающий не менее двух модулей идентификации абонента, объединенных в блок, связанный с контроллером, посредством системной шины соединенным с блоком контроля и управления, отличающийся тем, что дополнительно содержит второй блок контроля и управления, второй контроллер, а также блок обеспечения ретрансляции, объединяющий в своем составе электронные модули идентификации абонентов, обладателей сотовых телефонов с функцией ретрансляции, приемник ретрансляции с приемной антенной и передатчик ретрансляции с передающей антенной.

2. Сотовый телефон по п. 1, отличающийся тем, что содержит увеличенные в размерах антенны, которые пространственно разнесены по его максимальным размерам.