Система сотовой связи Российский патент 2024 года по МПК H04W52/04 

Настоящее изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к системам сотовой связи, и может найти применение при изготовлении и эксплуатации систем сотовой связи, обеспечивающих распределение радиочастотных (РЧ) сигналов по расширенному спектру каналов сотового телефона или телефонов, которое сопровождается снижением плотности электромагнитного излучения антенн этих телефонов в диапазоне радиочастот и соответствующим уменьшением его воздействия на пользователей.

Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что постоянное воздействие электромагнитных радиосигналов, излучаемых антенной сотового телефона, приводит к возникновению целого ряда нежелательных изменений в организме человека. Учитывая этот факт, для уменьшения воздействия упомянутого излучения следует располагать антенны телефонных аппаратов сотовой связи по возможности на максимально удаленном расстоянии от тела пользователя, при этом во время разговора, держать сотовый телефонный аппарат на некотором расстоянии от тела или, по крайней мере, от головы

На текущий момент известен ряд технических решений, направленных на снижение плотности электромагнитного излучения в радиодиапазоне, воздействующего на пользователя сотового телефона, которым, при всех конструктивных различиях, присущ общий недостаток, заключающийся в том, что они обеспечивают пониженный уровень электромагнитного излучения ценой снижения удобства и комфортности использования телефонного аппарата.

Известна широко реализуемая на практике модель системы сотовой связи, находящаяся в производстве и представленная в продаже, в которой используются удаленные от корпуса телефона наушники и микрофон, соединенные с телефонным аппаратом с помощью провода. Это устройство выпускается в разных формах, от полного комплекта, содержащего наушники и микрофон, которые пользователь носит на голове, до крошечного наушника, который пользователь помещает в ухо, снабженного микрофоном, соединенным с наушником или размещенным на проводе. Однако известный комплект является довольно-таки объемным, он неудобен при надевании и некомфортен в ношении. Компактный наушник, помещаемый внутрь уха, многим пользователям также доставляет неудобство. Кроме того, наушники часто обеспечивают пользователю звук плохого качества. А 4 апреля 2000 года были опубликованы результаты исследования, свидетельствующие, что наушники вместе с проводом действуют как антенна и являются источником микроволнового излучения, вредно воздействующего на человека. Еще одним недостатком известного технического решения и родственных с ним является использование проводного соединения микрофона и наушников. Провод часто запутывается при хранении в кармане или пакете, а также во время использования. При значительном удалении сотового телефона от наушников провод может отсоединиться, а наушник может выпасть из уха пользователя, в результате чего соединение прервется.

Проблемы, связанные с проводным соединением, решаются за счет использования технологии Bluetooth. Данный стандарт беспроводной радиосвязи с микрочипом приемопередатчика короткого радиуса действия реализован в каждом устройстве связи. Чип Bluetooth устанавливают в сотовый телефон и в беспроводной наушник. Пользователь надевает наушник (с микрофоном), устанавливающим связь с сотовым телефоном, который может быть размещен на некотором расстоянии от пользователя, при этом сотовый телефон сообщается с ближайшей базовой станцией.

Известна (US 2003232597, опубл. 2003.12.18) система сотового телефона с пониженным уровнем воздействия микроволнового излучения на мозг пользователя, которая функционирует с поддержкой Bluetooth. Для этого антенну заменяют маломощным беспроводным устройством связи ближнего радиуса действия, а именно чипом Bluetooth, который устанавливают в сотовый телефон и в беспроводной наушник. Использование Bluetooth требует дополнительных аксессуаров - наушника и микрофона, но не нуждается в соединительных проводах. Для связи с ближайшей базовой станцией компании сотовой связи сотовый телефон сообщается с прокси-устройством, в качестве которого служит преобразователь, передающий информацию на сотовый телефон и отправляющий ее с сотового телефона через другой чип Bluetooth. Помимо этого, прокси-устройство через нормальную сотовую антенну сообщается с ближайшей базовой станцией или станциями обслуживающей компании сотовой связи. Таким образом, путем создания системы сотового телефона, разделенной на два устройства: одного с антенной, а другого - со всеми остальными стандартными функциями сотового телефона, удается уменьшить воздействие на пользователя электромагнитного излучения в области радиочастот. Недостатком известной системы является необходимость обеспечения мощного исходящего радиоизлучения для сохранения высокого качества связи передаваемого сообщения.

Известна система сотовой связи, уменьшающая воздействие излучения от антенн сотового телефона, описанная в патенте RU 2439857, опубл. 2006.08.21. Известная система содержит один или несколько телефонов с коротким радиусом действия, каждый из которых снабжен микрофоном, наушником, дисплеем, клавиатурой и включает маломощное беспроводное устройство связи короткого радиуса действия, такое как приемопередатчик с поддержкой Bluetooth, а также концентратор сотовой связи, выполненный с возможностью установления беспроводной связи короткого радиуса действия с телефонами и канала связи с сотовой базовой станцией. Концентратор содержит модуль идентификации пользователя, память для хранения информации, ценной для пользователя, и интерфейсы ввода/вывода для приема контента от внешних источников. Беспроводное устройство концентратора содержит антенну сотового телефона, схему и соответствующие компоненты программного обеспечения для установления канала связи между концентратором и базовой станцией, а также с приемопередатчиком с поддержкой Bluetooth. Недостаток известной системы связан с необходимостью обеспечения мощного исходящего радиоизлучения для сохранения качества связи с базовой сотовой станцией, что является препятствием для снижения уровня электромагнитного излучения, воздействующего на пользователя. Проблема заключается в том, что в структуре известной системы единственным источником необходимого мощного сигнала в диапазоне радиочастот является концентратор, формирующий этот сигнал и осуществляющий связь с базовой станцией.

Известно техническое решение, описанное в патенте US 20180054249 А1 от 22.02.2018, в котором для удаления вредного излучения сотового мобильного телефона от пользователя проводится подключение основного устройства к базовому посредством вспомогательного беспроводного соединения. Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности для снижения уровня электромагнитных излучений радиодиапазона за счет передачи мощных сигналов через вспомогательное беспроводное устройство, обеспечивающее указанное снижение уровня излучения при неизменной дальности и высоком качестве связи путем формирования совместной характеристики направленности, заключающейся в концентрации излучения в направлении базовой станции сотовой связи.

В качестве наиболее близкой к предлагаемой выбрана описанная в патенте RU 2773983, опубл. 2022.06.16, система сотовой связи, обеспечивающая уменьшенное воздействие на пользователя электромагнитного излучения от антенн сотового телефона, которая содержит в своем составе блок интерфейса телефона с коротким радиусом действия, концентратор сотовой связи, выполненный с возможностью установления беспроводной связи короткого радиуса действия с телефонами, снабженный также антенной сотового телефона, управляющей схемой с соответствующим программным обеспечением для установления канала связи с базовой сотовой станцией и оснащенный приемопередатчиком. Известная система включает также модуль идентификации пользователя и интерфейсы ввода/вывода для приема контента от внешних источников, при этом содержащийся в ней блок интерфейса телефона дополнительно снабжен еще одним приемопередатчиком с антенной, выполненным с возможностью связи по РЧ- каналу с базовой сотовой станцией, при этом один или несколько блоков интерфейса телефона, а также концентратор сотовой связи оснащены блоками навигационного определения своего местоположения, которые связаны с несущими необходимое программное обеспечение управляющими схемами, выполненными с возможностью формирования концентратором сотовой связи и блоком интерфейса телефона совместного канала связи с базовой сотовой станцией, характеризующегося общей направленностью на прием либо на передачу.

Недостаток известной системы сотовой связи связан с необходимостью обеспечения мощного исходящего радиоизлучения от блока интерфейса телефона и концентратора сотовой связи, вследствие чего совместно формируемая характеристика направленности восходящего канала недостаточно снижает уровень радиоизлучения, при этом сохраняется опасность причинения вреда здоровью находящихся поблизости людей, особенно это касается беременных женщин и грудных младенцев, а также пользователей с повышенной чувствительностью к электромагнитному излучению в области радиочастот. Для формирования в известной системе совместной характеристики направленности радиоизлучения в блоке интерфейса телефона и концентраторе сотовой связи использованы радиопередатчики одинаковой мощности, при этом передатчик концентратора находится на некотором расстоянии от пользователя (достаточно удален), а передатчик сотового телефона размещен непосредственной близости от его головы, что создает определенную опасность для людей с повышенной чувствительностью к радиочастотному излучению.

Задачей изобретения является разработка системы сотовой связи, обеспечивающей пониженную плотность электромагнитного излучения в области радиочастот, отрицательно воздействующего на пользователя, и одновременно предоставляющей требуемое высокое качество информационного обмена между сотовым телефоном и базовой сотовой станцией, а также между сотовыми телефонами, входящими в состав системы. Сотовые телефоны пятого и шестого поколения обеспечивают прямую связь в режиме «точка-точка», поэтому необходимо использование технологии связи в режиме передачи через концентратор.

Технический результат предлагаемой системы сотовой связи заключается в уменьшении плотности воздействующего на пользователя электромагнитного излучения за счет следующего перераспределения функций составляющих частей системы и направления электромагнитных излучений радиодиапазона:

- сотовый телефон, предназначенный для приема сигналов от одной или нескольких базовых сотовых станций, не представляет угрозы для здоровья человека даже при работе на прием в течение продолжительного времени;

- сотовый телефон, предназначен для передачи на базовую станцию сигналов через концентратор сотовой связи, причем для качественной связи с концентратором требуется низкая мощность излучения сотового телефона и на расстоянии, которое значительно больше, чем расстояние от головы (тела) пользователя до сотового телефона, что также позволяет снизить воздействие излучения: с увеличением расстояния от источника радиочастотного излучения его мощность многократно падает;

- концентратор сотовой связи обеспечивает усиление полученного от сотового телефона сигнала до мощности, достаточной для качественной связи с базовой станцией сотовой связи;

- в случае отсутствия прямой видимости между сотовыми телефонами концентратор сотовой связи обеспечит устойчивую связь между ними;

- в аварийном кратковременном режиме работа сотового телефона для передачи сигналов на базовую сотовую станцию не приведет к нанесению ощутимого вреда здоровью.

Указанный технический результат достигают системой сотовой связи, содержащей в своем составе базовую сотовую станцию, связанную радиоканалами с концентратором сотовой связи, а также блоки интерфейса телефона, выполненные в форме сотового телефона снабженного приемопередатчиком с антенной для обеспечения беспроводной связи с упомянутым концентратором сотовой связи и содержащего микрофон, наушники, дисплей и клавиатуру, а также блок идентификации и блок навигации, работой которых управляет необходимым образом запрограммированная схема, одновременно устанавливающая канал беспроводной связи с упомянутым концентратором сотовой связи, которая связана со второй управляющей схемой с соответствующим программным обеспечением и подключенным интерфейсом ввода/вывода для приема контента от внешних источников, при этом вторая управляющая схема связана с блоком навигации и модулем идентификации пользователя; выполненным в виде SIM-карты, при этом блок интерфейса телефона оснащен вторым приемопередатчиком с антенной, связан с управляющей схемой причем выполнен с возможностью передачи сигналов на базовую сотовую станцию и приема сигналов от нее по каналам РЧ-связи, в которой, в отличие от известной, вторая управляющая схема концентратора сотовой связи с соответствующим программным обеспечением соединена с тремя радиопередатчиками, снабженными антеннами, один из которых выполнен с возможностью передачи по РЧ-каналу сигналов на приемники приемопередатчиков телефонов, а два других передатчика, выполненные с возможностью передачи по РЧ-каналу сигналов на базовые сотовые станции, связаны со второй управляющей схемой концентратора сотовой связи, запрограммированной необходимым образом и выполненной с возможностью формирования совместного для упомянутых двух других передатчиков с базовой сотовой станцией канала связи «вверх», характеризующегося общей направленностью на выбранную базовую сотовую станцию.

Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления система сотовой связи вместо одной из базовых сотовых станций может содержать спутниковый ретранслятор

Таким образом, обеспечивается перераспределение энергии в пространстве, осуществляемое на безопасном расстоянии от пользователя.

Например, на расстоянии 50 см от источника мощность радиоизлучения уменьшается в 12 раз, а на расстоянии 100 см - почти в 60 раз. Конструкция концентратора сотовой связи обеспечивает алгоритм его работы, включающий определенную последовательность действий: 1) получение от сотового телефона сигнала по каналу малого радиуса действия, в частности, с использованием технологии Bluetooth, мощность которого очень мала, но достаточна для качественного информационного обмена на расстоянии до нескольких сот сантиметров; 2) последующую передачу усиленного информационного сигнала на базовую станцию сотовой связи. Таким образом обеспечивается перераспределение энергии в пространстве на безопасном расстоянии от пользователя. Однако поскольку концентратор сотовой связи должен находиться недалеко от сотового телефона, для снижения уровня его излучения принимаются дополнительные меры, включающие формирование характеристики направленности излучения в сторону базовой сотовой станции. Цепь формирования информационного взаимодействия содержит следующие участки: сотовый телефон - концентратор (канал «вверх»); базовая станция сотовой связи - сотовый телефон (канал «вниз»).

Сигналы от базовой сотовой связи непосредственно принимаются сотовым телефоном. А сотовый телефон передает сигналы на базовую сотовую станцию через концентратор сотовой связи.

Могут быть реализованы другие варианты информационного обмена в предлагаемой системе сотовой связи. Например, сотовые телефоны передают сигналы в концентратор сотовой связи, а последний сигналами требуемой мощности передает их на базовые станции сотовой связи, а от базовой станции сотовой связи сигналы с необходимой информацией доставляются к сотовым телефонам. Возможны случаи отсутствия прямой видимости между сотовыми телефонами, но оба телефона имеют устойчивую связь с концентратором сотовой связи. Как отмечено выше, в этом случае концентратор сотовой связи обеспечит устойчивую связь между ними.

На приведенной блок-схеме представлена структура предлагаемой системы сотовой связи.

Предлагаемая система сотовой связи содержит в своем составе: базовую 1 сотовую, связанную радиоканалами с концентратором сотовой 2 связи, а также блоки интерфейса 3 телефона, выполненные в форме сотового телефона, снабженного приемопередатчиком 4 с антенной для обеспечения беспроводной связи с упомянутым концентратором 2 сотовой связи и содержащего микрофон 5, наушники 6, дисплей 7 и клавиатуру 8, а также блок 9 идентификации и блок 10 навигации, работой которых управляет необходимым образом запрограммированная схема 11, одновременно устанавливающая канал 12 беспроводной связи с упомянутым концентратором 2 сотовой связи через приемопередатчик 13 с антенной, при этом упомянутая управляющая схема 11 через приемопередатчики 4, 13 и канал 12 со связана со второй управляющей схемой 14 с соответствующим программным обеспечением и подключенным интерфейсом 15 ввода/вывода для приема контента от внешних 16 источников, в то время как вторая управляющая схема 14 связана с блоком навигации 17 и модулем 18 идентификации пользователя; выполненным в виде SIM-карты, при этом блок интерфейса 2 телефона оснащен вторым 19 приемопередатчиком с антенной, связан с управляющей 11 схемой причем выполнен с возможностью передачи 20 сигналов на базовую сотовую станцию и приема 21 сигналов от нее по каналам РЧ-связи, причем вторая управляющая схема 14 концентратора сотовой связи с соответствующим программным обеспечением соединена с тремя 22, 24. и 25 радиопередатчиками, снабженными антеннами, один из которых 22 выполнен с возможностью передачи по РЧ-каналу 23 сигналов на приемники приемопередатчиков 19 телефонов 3, а два других передатчика 24 и 25, выполненные с возможностью передачи по РЧ-каналу 26 сигналов на базовые 1 и 25 сотовой связи, запрограммированной необходимым образом и выполненной с возможностью формирования совместного для упомянутых двух передатчиков 24 и 25 с базовой сотовой станцией 1 канала связи «вверх», обладающего общей характеристикой направленности на выбранную базовую сотовую станцию 1.

Кроме того, предлагаемая система сотовой связи в предпочтительном варианте может быть выполнена с использованием вместо одной из базовых сотовых станций 1 спутникового ретранслятора, что дополнительно обеспечит увеличение числа доступных каналов связи в условиях интенсивного трафика и распределение их по пространству, снижая взаимные помехи и повышая устойчивость радиосвязи.

Предлагаемая система при эксплуатации обеспечивает ряд преимуществ:

- не увеличивая мощности излучаемых сигналов сотового телефона, позволяет ретранслировать их через концентратор сотовой связи, который может излучать значительно большую мощность, находясь при этом на достаточно большом расстоянии от сотового телефона и пользователя;

- концентратор сотовой связи позволяет с помощью второй управляющей схемы формировать излучение, направленное в сторону базовой сотовой станции;

- дальность приема сотового телефона и предлагаемой системы в целом стабильна и в ходе работы остается неизменной по сравнению с прототипом, причем в некоторых режимах ее функционирования дальность связи может возрастать за счет снижения уровня излучения передатчиком концентратора сотовой связи удаленного относительно сотового телефона;

- ретрансляция нескольких информационных сигналов «вверх» (от сотового телефона к сотовой базовой станции) позволяет снизить общий уровень электромагнитного излучения для пользователей и людей, находящихся по соседству в ограниченном пространстве, например, в общественном транспорте.

Сохранение в конструкции сотового телефона передатчика в приемопередатчике блока интерфейса телефона повышает надежность работы в случае непредвиденного выхода из строя передатчика концентратора сотовой связи 2. Известно, что приемник работает с малыми сигналами, а передатчик - с большими. А также известно, что в радиоэлектронике, чем выше уровень сигнала, тем ниже надежность излучающего устройства. Это свойство - конструктивную избыточность можно по достоинству оценить в аварийном случае при выходе из строя концентратора сотовой связи, при нахождении его в зоне неуверенного приема, а также в случае разрядки батареи сотового телефона, не обеспечивающей контакт с базовой станцией сотовой связи, но сохранившей заряд, достаточный для передачи отправления на концентратор сотовой связи.

Таким образом, достигнутое распределение электромагнитного поля по пространству между многочисленными радиокомпонентами системы позволяет снизить уровень вредного влияния на пользователя, особенно при совместной работе нескольких сотовых телефонов в ограниченном пространстве. Количество каналов для системы сотовой связи с одним сотовым телефоном возрастает до 6, а если в системе два сотовых телефона - то еще удваивается.

При этом количество сочетаний каналов в системе сотовой связи возрастает до 15 и 66 соответственно, что способно уменьшить влияние взаимных помех, распределить трафик интернета вещей по каналам при сохранении качества связи на приемлемом для потребителей уровне.

Изобретение относится к области сотовой связи. Техническим результатом является уменьшение плотности воздействующего на пользователя электромагнитного излучения за счет перераспределения функций составляющих частей системы и направления электромагнитных излучений радиодиапазона. Для этого система содержит в своем составе базовую сотовую станцию, связанную радиоканалами с концентратором сотовой связи и блоком или несколькими блоками сотового телефона, каждый из которых снабжен приемопередатчиком с антенной для беспроводной связи с упомянутым концентратором и содержит микрофон, наушники, дисплей и клавиатуру, а также блок идентификации и блок навигации, работой которых управляет схема, запрограммированная необходимым образом, одновременно обеспечивающая канал беспроводной связи с концентратором сотовой связи, который содержит приемопередатчик с антенной для установления беспроводной связи с упомянутым блоком или блоками интерфейса телефона. При этом приемопередатчик связан со второй управляющей схемой с соответствующим программным обеспечением, к которой подключен интерфейс ввода/вывода для приема контента от внешних источников, причем упомянутая вторая управляющая схема соединена с блоком навигации и модулем идентификации пользователя, выполненным в виде SIM-карты, блок интерфейса телефона оснащен вторым приемопередатчиком с антенной, выполненным с возможностью передачи сигналов РЧ-связи на базовую сотовую станцию и приема сигналов от нее по другому каналу. Приемопередатчик связан с первой управляющей схемой, а вторая управляющая схема соединена с тремя радиопередатчиками, снабженными антеннами, при этом один из них выполнен с возможностью передачи по РЧ-каналу сигналов на приемники приемопередатчиков, которыми снабжены блоки интерфейса телефонов, а два других передатчика, выполненные с возможностью передачи по РЧ-каналам сигналов на одну или две базовые сотовые станции, соединены со второй управляющей схемой концентратора сотовой связи, выполненной с возможностью формирования совместного с двумя другими передатчиками канала связи «вверх», отличающегося общей характеристикой направленности на выбранную базовую сотовую станцию. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система сотовой связи, содержащая в своем составе базовую сотовую станцию, связанную радиоканалами с концентратором сотовой связи, а также блоки интерфейса телефона, выполненные в форме сотового телефона, снабженного приемопередатчиком, снабженным антенной для обеспечения беспроводной связи с упомянутым концентратором сотовой связи, и содержащего микрофон, наушники, дисплей и клавиатуру, а также блок идентификации и блок навигации, работой которых управляет необходимым образом запрограммированная управляющая схема, одновременно устанавливающая канал беспроводной связи с концентратором сотовой связи, через приемопередатчик, снабженный антенной, первая управляющая схема через упомянутые приемопередатчики и канал беспроводной связи связана со второй управляющей схемой с соответствующим программным обеспечением и подключенным интерфейсом ввода/вывода для приема контента от внешних источников, при этом вторая управляющая схема связана с блоком навигации и модулем идентификации пользователя; выполненным в виде SIM-карты, при этом блок интерфейса телефона оснащен вторым приемопередатчиком с антенной, связан с управляющей схемой, причем выполнен с возможностью передачи сигналов на базовую сотовую станцию и приема сигналов от нее по каналам РЧ-связи, отличающаяся тем, что вторая запрограммированная управляющая схема концентратора сотовой связи соединена с тремя радиопередатчиками, снабженными антеннами, один из которых выполнен с возможностью передачи по РЧ-каналу сигналов на приемники приемопередатчиков телефонов, а два других передатчика, выполненные с возможностью передачи по РЧ-каналу сигналов на базовые сотовые станции, связаны со второй управляющей схемой концентратора сотовой связи, запрограммированной необходимым образом и выполненной с возможностью формирования совместного с базовой сотовой станцией канала связи «вверх», отличающегося общей характеристикой направленности на выбранную базовую сотовую станцию.

2. Система сотовой связи по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве одной из базовых сотовых станций использован спутниковый ретранслятор.