КОММУНИКАЦИОННЫЙ ШЛЮЗ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ СЕТИ LPWAN И СОТОВОЙ СЕТИ Российский патент 2024 года по МПК H04B1/10 H04B1/40 H04W84/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области средств связи по радио или радиосвязи; более точно оно относится к шлюзу, соединяющему сеть в соответствии с протоколом энергоэффективной сети дальнего радиуса действия (LPWAN), с сетью для доступа к сотовой сети связи (сеть радиодоступа, RAN); а ещё точнее к шлюзу, оснащённому фильтрами в цепях радиочастотной обработки (РЧ цепей), что позволяет её миниатюризировать.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В контексте развития Интернета вещей подключённые объекты связываются по радио через Интернет. Интернет поддерживается крупными инфраструктурными сетями, к которым подключённые объекты должны иметь доступ через шлюз. Подключённые объекты организованы в соединение в виде звезды вокруг шлюза и соединены с последним по радио. Сигналы, поступающие от подключённых объектов, поступают на шлюз по первому интерфейсу и проходят через него, чтобы достичь инфраструктурной сети через второй интерфейс.

В настоящей заявке предполагается, что эта инфраструктура представляет собой сотовую сеть связи, например, соответствующую стандарту GSM или производному от него стандарту: по существу, 3G, 4G или 5G. Таким образом, шлюз функционирует как терминал сотовой сети связи, и он получает доступ к ядру сети по радиоканалу.

Подключённые объекты должны обладать длительной автономностью при обработке сигналов, и они должны быть способны распространяться по широкой территории. Аббревиатура LPWAN, которая суммирует эти два необходимых требования (энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия, низкое энергопотребление, обеспечивающее длительную автономность), обычно используется специалистами в данной области. Таким образом, протоколы, которые поддерживают связь подключённых объектов с Интернетом, должны быть типа LPWAN. Сеть LPWAN, рассматриваемая в настоящей заявке, соответствует, например, стандарту EN 300220, опубликованному European Telecommunications Standards Institute (ETSI) (Европейский институт телекоммуникационных стандартов электросвязи). Одним из примеров протокола LPWAN, соответствующего этому стандарту и спецификации которого были обнародованы, является LoRaWAN®. Строго говоря, термин LPWAN также применим к сети для доступа к сотовым сетям связи (узкополосный интернет вещей NB-IoT, долгосрочного развития LTE-M), но в настоящей заявке он будет зарезервирован для не сотовой сети связи, к которой подключён шлюз.

US 2017230074 раскрывает такую архитектуру и миниатюрный шлюз, который соединяет интерфейс LPWAN с интерфейсом сотовой связи. Однако проблема изолирования изоляции между двумя радиочастотными цепями не ставится.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является электромагнитно изолировать две радиочастотные цепи шлюза, соединяющего сеть LPWAN и сеть для доступа к сотовой сети связи, и, следовательно, наличие двух радиочастотных цепей соответственно по отношению к двум таким сетям до уровня, достаточного для предотвращения ухудшения отношения сигнал-шум на приёмниках радиочастотных цепей, когда шлюз является миниатюрным. Более точно, уровень изоляции, требуемый изобретением в радиочастотной цепи LPWAN, составляет по меньшей мере 20 дБ, а уровень изоляции, требуемый в сотовой радиочастотной цепи, составляет по меньшей мере 20 дБ.

Полосы частот двух радиочастотных цепей шлюза являются соседними или даже смежными. Например, в некоторых европейских странах, в соответствии с правилами использования радиочастот, полоса 915-918 МГц может использоваться в сети LPWAN, а полоса 880-915 МГц - для восходящей линии сотовой сети связи (полоса 8 LTE). Поскольку ни один из приёмников не является идеальным полосовым фильтром, они поглощают нежелательное излучение на частотах, соседних с полезной полосой частот, то есть излучаемое другой радиочастотной цепью.

Одна из идей, на которой основано изобретение, заключается в миниатюризации шлюза, в то же время гарантируя, что он будет работать без помех между радиочастотными цепями. В предполагаемой заявке, "Интернет вещей", шлюз должен быть небольшим, около 10 см. Взаимных помех между радиочастотными цепями нельзя избежать простым решением, состоящим в удалении антенн друг от друга. Это связано с тем, что считается, чтобы получить хорошую электромагнитную изоляцию две антенны должны быть разнесены по меньшей мере на расстояние в четверть длины волны, которую они излучают; например, 8,6 см для волны 868 МГц. В более общем случае, поскольку длина волны обратно пропорциональна частоте, расстояние между антеннами должно быть относительно большим для низких частот, что несовместимо с размерами шлюза и желаемыми частотами.

Другая идея, на которой основано изобретение, заключается в изолировании радиочастотных цепей, по существу, посредством двойной фильтрации: полосовой фильтр вводится в радиочастотную цепь LPWAN, в части, общей для приёма и передачи, и прожекторный фильтр в радиочастотной цепи сотовой сети связи. Функция каждого из этих фильтров заключается в ослаблении мощности излучаемых частот, которые создают помехи другой радиочастотной цепи, а также в иммунизации при приеме каждой радиочастотной цепи от излучений другой цепи.

Другая идея, на которой основано изобретение, заключается в том, что могут существовать одна или более сетей LPWAN, к которым шлюз предоставляет доступ, и одна или более сотовых сетей связи, к которым шлюз предоставляет доступ.

Согласно первому объекту, изобретение представляет шлюз связи между сетями, предназначенный для соединения по меньшей мере одной сети LPWAN и по меньшей мере одной сотовой сети связи, причём шлюз содержит:

первую радиочастотная цепь, предназначенную для связи с упомянутой по меньшей мере одной сетью LPWAN, причём первая радиочастотная цепь содержит антенну LPWAN, транспондер с передатчиком и приёмником, и установленные последовательно между транспондером и антенной LPWAN:

по меньшей мере один фильтрующий блок, содержащий:

блок усиления, содержащий канал восходящей линии связи и канал нисходящей линии связи, сконфигурированные параллельно,

затем, по направлению к антенне LPWAN, часть, общую для канала восходящей линии связи и для канала нисходящей линии связи, причём общая часть содержит полосовой фильтр, пропускающий частоты в полосе частот упомянутой по меньшей мере одной сети LPWAN и ослабляющий мощность частот за пределами полосы частот упомянутой сети LPWAN,

и первый фильтр высоких частот; и

вторую радиочастотную цепь по направлению к сотовой сети связи, причём вторая радиочастотная цепь пригодна для установления соединения восходящей и нисходящей линий связи с сотовой сетью связи, полоса частот восходящей линии связи и полоса частот нисходящей линии связи находятся за пределами полосы частот упомянутой сети LPWAN, вторая радиочастотная цепь содержит антенну, модем и установленные последовательно между модемом и антенной:

по меньшей мере один режекторный фильтр, ослабляющий мощность частот в пределах полосы частот упомянутой по меньшей мере одной сети LPWAN и пропускающий частоты в пределах полосы частот нисходящей линии связи и полосы частот восходящей линии сотовой сети связи.

Согласно вариантам осуществления шлюз может содержать один или более из описанных ниже признаков.

Согласно одному варианту осуществления, во второй радиочастотной цепи шлюз содержит один режекторный фильтр и второй фильтр высоких частот между режекторным фильтром и антенной.

Благодаря этому фильтру высоких частот шлюз соответствует уровню техники для сотовой радиочастотной цепи.

Согласно одному варианту осуществления, во второй радиочастотной цепи шлюз содержит одиночный режекторный фильтр, подключённый непосредственно к антенне.

Таким образом, в этом варианте осуществления экономится один фильтр верхних частот.

Согласно одному варианту осуществления шлюз способен соединять, с одной стороны, подгруппу сетей LPWAN, выбранных из группы сетей LPWAN, работающих в соответствующих частотных диапазонах, и с другой стороны, сотовой сети связи.

Транспондер первой радиочастотной цепи содержит соответствующую пару передатчик-приёмник для каждого из членов группы сетей LPWAN. Первая радиочастотная цепь содержит отдельные фильтрующие блоки, каждый из которых ассоциирован с членом группы сетей LPWAN и содержит блок усиления, полосовой фильтр, пропускающий частоты в соответствующей полосе частот упомянутого члена группы сетей LPWAN и ослабляющий мощность частот за пределами этого диапазона. группа. Первая радиочастотная цепь, кроме того, содержит сетевой мультиплексор LPWAN, расположенный между фильтрующими блоками и первым фильтром высоких частот.

Во второй радиочастотной цепи имееются отдельные режекторные фильтры, подключённые параллельно и соответственно ассоциированные с каждым из членов группы сетей LPWAN, причём режекторный фильтр, ассоциированный с соответствующим членом группы сетей LPWAN, ослабляет мощность частот в полосе частот соответствующего члена группы сетей LPWAN. Вторая радиочастотная цепь, кроме того, содержит первый и второй мультиплексор режекторного фильтра для выборочного подключения режекторных фильтров, ассоциированных с подгруппой выбранных сетей LPWAN, при этом первый и второй мультиплексоры режекторного фильтра контролируют режекторные фильтры, причём второй мультиплексор режекторного фильтра находится на стороне антенны сотовой сети связи.

Таким образом, шлюз способен создавать в своей среде сеть LPWAN, потенциально работающую в нескольких частотных диапазонах.

Согласно одному варианту осуществления, в варианте, способном соединять подгруппу сетей LPWAN, выбранных из группы, и сотовую сеть связи, шлюз содержит блок 16 управления с человеко-машинным интерфейсом, который позволяет выбирать подгруппу сетей LPWAN, и блок управления, выполненный с возможностью программирования мультиплексора первой радиочастотной цепи, чтобы он соединял фильтрующие блоки, ассоциированные с соответствующими членами подгруппы выбранных сетей LPWAN, и для программирования первого и второго мультиплексоров второй радиочастотной цепи, чтобы они соединяли режекторные фильтры, ассоциированные с соответствующими членами подгруппы выбранных сетей LPWAN.

Согласно одному варианту осуществления, в его варианте, способном соединять подгруппу сетей LPWAN, выбранных из группы, с сотовой сетью связи, во второй радиочастотной цепи шлюз содержит второй фильтр высоких частот между мультиплексором второго режекторного фильтра и антенной сотовой связи.

Согласно одному варианту осуществления, в его варианте, способном подключать сеть LPWAN, выбранную из группы, к сотовой сети связи, шлюз содержит отдельные режекторные фильтры во второй радиочастотной цепи, и мультиплексор второго режекторного фильтра подключён непосредственно к антенне.

Согласно одному варианту осуществления шлюза, упомянутый или каждый фильтрующий блок первой радиочастотной цепи дополнительно содержит селектор каналов, расположенный между блоком усиления и полосовым фильтром и выполненный таким образом, чтобы обеспечить полудуплексную работу в полосе частот сети LPWAN или соответствующего члена ассоциированной группы сетей LPWAN.

Согласно одному варианту осуществления шлюза полосовой фильтр, осуществления или каждого фильтрующего блока выполнен с возможностью ослабления по меньшей мере на 20 дБ мощности частот за пределами полосы частот сети LPWAN или соответствующего члена ассоциированной группы сетей LPWAN.

Согласно одному варианту осуществления шлюза упомянутый или каждый режекторный фильтр второй радиочастотной цепи выполнен с возможностью ослабления по меньшей мере на 20 дБ мощности частот в полосе частот сети LPWAN или соответствующего члена ассоциированной группы сетей LPWAN.

Согласно одному варианту осуществления шлюз содержит электронную плату, на которой установлены первая радиочастотная цепь и вторая радиочастотная цепь и размер которой не превышает 12 см в трёх измерениях.

Таким образом, шлюз может быть миниатюризирован, будучи уверенным, что ни одна из радиочастотных цепей в режиме передачи не будет мешать работе другой радиочастотной цепи в режиме приёма.

Согласно одному варианту осуществления шлюз, согласно модификациям или вариантам осуществления, упомянутым выше, содержит радиочастотные цепи, приспособленные для разделения не более чем на 8 МГц между полосами частот сотовых сетей связи и полосами частот упомянутых сетей LPWAN.

Таким образом, шлюз приспособлен к регионам мира, где законодатель выделил полосы частот, разделённые максимум на 8 МГц, для сетей LPWAN и сотовых сетей связи.

Согласно одному варианту осуществления, сигналы восходящей или нисходящей линии связи в первой радиочастотной цепи соответствуют стандарту EN 300220.

Согласно одному варианту осуществления полосовой фильтр или фильтры выбираются из группы фильтров поверхностных акустических волн, фильтров объёмных акустических волн и керамических фильтров.

Согласно одному варианту осуществления, режекторный фильтр или фильтры выбираются из группы, состоящей из фильтров поверхностных акустических волн, фильтров объёмных акустических волн и керамических фильтров.

Согласно одному варианту осуществления изолирование первой и второй радиочастотных цепей завершается одним или несколькими технологиями изолирования антенн, выбранными из группы развязки антенн, добавления антенных элементов помех, дефектных наземных структур, нейтрализующих линий, диэлектрических оболочек, метаматериалов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет лучше понято, и другие цели, детали, признаки и преимущества последнего станут более явно очевидными во время последующего описания нескольких особых вариантов осуществления изобретения, приведенных исключительно в качестве неограничивающей иллюстрации, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 показывает общую архитектуру сети LoRaWAN®, в которой может использоваться шлюз согласно изобретению.

Фиг. 2 показывает архитектуру шлюза.

Фиг. 3 показывает блок управления шлюзом.

Фиг. 4 показывает радиочастотную цепь LPWAN в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 5 показывает сотовую радиочастотную цепь в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения.

Фиг. 6 показывает радиочастотную цепь LPWAN согласно второму варианту осуществления изобретения, приспособленную к нескольким сетям LPWAN.

Фиг. 7 показывает сотовую радиочастотную цепь согласно второму варианту осуществления изобретения, приспособленную к нескольким сетям LPWAN.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

На фиг. 1 подключённые объекты 1 поддерживаю связь с серверами 4 приложений.

В одном направлении подключённые объекты 1 передают данные. Подключённые объекты 1 представляют собой, в общем, датчики, такие как электронные чипы для слежения за домашними животными, детекторы дыма, счётчики воды, чипы для проверки мусорных баков, счётчики торговых автоматов, счётчики газа. Они проводят измерения, которые затем оцифровывают. Они отправляют их на серверы 4 приложений, которые хранят их, применяют к ним различные операции переработки, а затем распространяют их. В другом направлении серверы 4 приложений удалённо управляют подключёнными объектами 1. Типичной сетью передачи данных, к которой подключены серверы, является Интернет, а типичной архитектурой, реализующей эту конфигурацию связи, является “Интернет вещей”.

В этой архитектуре подключённые объекты 1 сначала обмениваются данными по радиоканалу 5 со шлюзом 2. Радиолиния 5 между подключёнными объектами 1 и шлюзом 2 относится к типу LPWAN и соответствует стандарту EN 300220; например, неограничивающим образом она соответствует общедоступным спецификациям LoRaWAN® от LoRa Alliance®, консорциума промышленных партнёров, которые продвигают эти спецификации.

Шлюз 2 повторно передаёт сигналы 5, поступающие от подключённых объектов 1, в инфраструктурную сеть. В настоящей заявке инфраструктурная сеть представляет собой сотовую сеть связи, соответствующую стандарту GSM или производному от него стандарту: 3G, 4G или 5G, чтобы упомянуть основные стандарты. Таким образом, шлюз 2 является терминалом для доступа к сотовой сети связи и осуществляет связь с ядром сотовой сети связи по радио через сеть доступа 6. Сигналы 6 достигают ядра сотовой сети связи через серверы 3 доступа. Сеть доступа в ядре сотовой сети связи будет сокращена до «сотовая сеть связи» в остальной части заявки, если нет необходимости быть более точным.

Если это серверы 4 приложений, которые удалённо управляют подключенными объектами 1, обмен данными осуществляется по обратному пути.

Частоты, используемые в радиоканалах сети LPWAN или сотовой сети связи, зависят от страны, в которой работает шлюз. Они определены во всем мире международным договором, подпадающим под действие Правил ITU-R (International Telecommunications Union, Radiocommunications sector) (Международный союз электросвязи, сектор радиосвязи), который распределяет, в соответствии с техническим термином, другими словами, который присваивает различные частоты различным службам в трёх регионах мира («Правила», «Услуга» и «Регион» здесь являются техническими терминами ITU-R) и устанавливает диаграммы направленности для передатчиков на этих частотах; затем на национальном уровне эти правила детализируются и определяются права на эксплуатацию частот. Частоты сотовых сетей связи в данном месте подлежат уступкам со стороны местного государства по принципу эксклюзивности, в то время как частоты LPWAN могут использоваться бесплатно и могут совместно использоваться несколькими операторами, которые затем должны координировать свои действия друг с другом, чтобы работать вместе.

«Полоса» используется в следующей части заявки как сокращение от «полосы частот».

Шлюз 2 может быть адаптирован к любому согласованному набору национальных правил (согласованному в том смысле, что полосы различных распределений не перекрываются). В одном варианте он может быть адаптирован только к части полос, предназначенных для LPWAN и для сотовой сеть связи в соответствии с правилами одного государства. В другом варианте он может быть адаптирован ко всем полосам, предназначенным для LPWAN и для сотовой сети связи в соответствии с правилами данного государства.

Например, шлюз 2 адаптирован к одному или нескольким из следующих правил.

- Европа (регион 1):

- Диапазоны LPWAN: 868-870 МГц, 863-870 МГц, 863-876 МГц, 915-918 МГц или 915-921 МГц, в зависимости от страны.

- Диапазоны сотовой сети связи:

- полоса 8 LTE: восходящая линия связи: 880-915 МГц; нисходящая линия связи: 925-960 МГц,

- полоса 20 LTE: восходящая линия связи: 832-862 МГц; нисходящая линия связи: 791 - 821 МГц,

- Северная Америка (регион 2):

- диапазоны LPWAN: 902-928 МГц,

- диапазоны сотовой сети связи (полоса 8 LTE): восходящая линия связи: 824-849 МГц; нисходящая линия связи: 869-894 МГц;

- Южная Америка (регион 2), Австралия и Новая Зеландия (регион 3):

- диапазоны LPWAN: 915-928 МГц,

- диапазоны сотовой сети связи,

- полоса 8 LTE: восходящая линия связи: 890-915 МГц; нисходящая линия связи: 935-960 МГц,

- полоса 5 LTE: восходящая линия связи: 824-849 МГц; нисходящая линия связи: 869 - 894 МГц;

- Азия, Таиланд, Тайвань и Сингапур (регион 3):

- диапазоны LPWAN: 920-925 МГц,

- полоса 8 LTE: восходящая линия связи: 885-915 МГц; нисходящая линия связи: 930-960 МГц.

Сети LPWAN симметричны в том смысле, что, получив частоту, используемую в такой сети, терминал, такой как один из подключённых объектов 1 или шлюз 2, может передавать или принимать на этой частоте. Сети доступа сотовой связи асимметричны: от терминала, такого как шлюз 2, до ядра сети, на которую подписан терминал, используется термин «восходящая линия связи» и, в другом направлении, «нисходящая линия связи», и частоты восходящей линии связи и нисходящей линии связи сети обязательно различны.

Архитектура и работа шлюза проиллюстрированы на фиг. 2. Шлюз 2 принимает сигналы по радио по своей радиочастотной цепи 10/11, адаптированной к сетям LPWAN, демодулирует их и передаёт их по внутреннему электрическому контуру 15 в радиочастотную цепь 20/21, адаптированную к сотовой сети связи, которая модулирует их и передаёт их по радио в ядро сотовой сети связи. Сообщение может идти по обратному пути.

Размеры шлюза 2 предпочтительно имеют порядок величины подключённых объектов 1. Таким образом, заявитель сконструировал прототип шлюза, установленного на электронной плате размером около 8 см.

В качестве передатчика каждая радиочастотная цепь 10, 20 создаёт помехи соответственно другой радиочастотной цепи 20, 10 в качестве приёмника. Поэтому полезно электромагнитно изолировать радиочастотные цепи 10, 20 друг от друга, особенно, поскольку шлюз 2 небольшой.

Фиг. 4 показывает радиочастотную цепь 10 LPWAN шлюза 2 в первом варианте осуществления изобретения. Радиочастотная цепь 10 содержит блок основной полосы частот, не показан, и транспондер 30. Канал передачи, несущий сигнал восходящей линии связи, начинается с точки 31 транспондера, а канал приёма, несущий сигнал нисходящей линии связи, поступает в точку 32 транспондера. В канале передачи, сигнал восходящей линии связи сначала фильтруется полосовым фильтром 40, затем усиливается усилителем 50 мощности, затем фильтруется фильтром 60 нижних частот, полосовым фильтром 80 и, наконец, фильтром 90 верхних частот, и он поступает на антенну 100. При приёме сигнал поступает от антенны 100, он фильтруется фильтром 90 верхних частот, затем полосовым фильтром 80, которые, поэтому, являются общими для канала восходящей линии связи и для канала нисходящей линии связи, а также для антенны 100. Сигнал нисходящей линии связи затем усиливается малошумящим усилителем 110 и, наконец, фильтруется полосовым фильтром 120 перед тем, как попасть на транспондер 30.

В соответствии с действующими правилами в 2020 году по меньшей мере в Европе, полосы частот передачи и приёма в сетях LPWAN являются общими. Следовательно, антенны LPWAN работают поочерёдно в режиме передачи или в режиме приёма (полудуплексная работа), и в радиочастотной цепи должен быть обеспечен селектор 70 для подключения канала восходящей линии связи или канала нисходящей линии связи и части радиочастотной цепи, общей для обоих каналов.

Будущие изменения в правилах о полосах, выделенных для LPWAN, вероятно, позволят использовать полосы частот LPWAN одновременно при приёме и передаче (полнодуплексный режим). Шлюз 2 тогда будет содержать дуплексер вместо селектора 70 и полосового фильтра 80.

Элементы между транспондером 30 и селектором 70 образуют блок 160 усиления. Блок 160 усиления, селектор 70 и полосовой фильтр 80 образуют фильтрующий блок. Понятия блока усиления и фильтрующего блока вводятся для ясности описания.

Фильтр 80 позволяет полосам LPWAN проходить при передаче и устраняет полосы снаружи. На самом деле, нет никакого истинного устранения, а есть ослабление. Таким образом, фильтр 80 ослабляет мощность частот, излучаемых радиочастотной цепью 10 LPWAN, которые создают помехи приёму в сотовой радиочастотной цепи 20, другими словами, тех, которые находятся в полосах нисходящей линии связи сотовой сети связи.

Однако этот фильтр имеет, кроме того, преимущество ослабления частот, излучаемых сотовой радиочастотной цепью 20 (частоты восходящей линии связи сотовой сети связи), которые создают помехи приёму в радиочастотной цепи 10 LPWAN.

Фиг. 5 показывает сотовую радиочастотную цепь 20 шлюза 2 в первом варианте осуществления изобретения. Радиочастотная цепь содержит модем 120, который включает в себя блок основной полосы и транспондер, режекторный фильтр 130 и антенну 150. Предпочтительно ввести фильтр 140 высоких частот между режекторным фильтром 130 и антенной 150, поскольку, таким образом, он все ещё соответствует уровню техники, что позволяет снизить затраты на индустриализацию. Существует единственный канал, общий для сигнала восходящей линии связи и для сигнала нисходящей линии связи. Модем 120 является универсальным, приспособленный ко всем частотам сотовой связи в мире.

Функция фильтра 130 заключается в ослаблении мощности частот, излучаемых сотовой радиочастотной цепью 20 (частот в полосах восходящей линии связи сотовой сети связи), которые создают помехи приёму в радиочастотной цепи 10 LPWAN. Однако это также имеет преимущество в ослаблении частот радиочастотной цепи 10 LPWAN, которые создают помехи приёму в сотовой радиочастотной цепи 20.

Один пример шлюза 2 был разработан и реализован для работы в диапазоне 868-870 МГц LPWAN и в диапазонах от 700 МГц до 2200 МГц сотовых сетей связи LTE. Шлюз предназначен для использования в регионе мира, называемом EMEA (для Европы, Ближнего Востока, Африки). Полосовой фильтр 80, введённый в радиочастотную цепь 10 LPWAN, представляет собой фильтр поверхностных акустических волн (SAW filter) модели B3430 от производителя RF360. Этот фильтр ослабляет мощность частот, излучаемых в полосе нисходящей линии связи LTE по меньшей мере на 40 дБ (деление мощности на 10 000). Режекторный фильтр 130, введённый в сотовую радиочастотную цепь 20, представляет собой фильтр поверхностных акустических волн модели WFB88C0869FH от производителя NDK, который ослабляет мощность частот, излучаемых в полосе LPWAN 868-870 МГц, на величину по меньшей мере, 20 дБ (деление мощности на 100) и обычно на величину 33 дБ (деление мощности на 2000).

Другой пример шлюза 2 был разработан и реализован для работы в диапазоне 902-928 МГц сетей LPWAN и в диапазонах от 700 МГц до 2200 МГц сотовой сетей связи LTE. Шлюз предназначен для использования в Северной Америке (США, Канада, Мексика). Полосовой фильтр 80, вставленный в радиочастотную цепь 10 LPWAN, представляет собой фильтр поверхностных акустических волн модели B2672 от производителя RF360. Этот фильтр ослабляет мощность частот LTE по меньшей мере на 20 дБ (деление мощности на 100) и обычно на величину 30 дБ (деление мощности на 1000). Режекторный фильтр 130, введённый в сотовую радиочастотную цепь 20, представляет собой фильтр поверхностных акустических волн модели WFH24A0915FE от производителя NDK, который ослабляет мощность частот в полосе 902-928 МГц обычно на величину 20 дБ (деление мощности на 100).

Эти коммерческие компоненты упомянуты в качестве иллюстрации, что не исключает использования других. Можно использовать и другие типы фильтров, такие как фильтры объёмных акустических волн (BAW filters) и керамические фильтры.

Изолирование может быть выполнено с помощью технологий проектирования антенны. Можно упомянуть следующее: развязка антенн, которая позволяет содержание изоляции от 10 до 15 дБ на желаемых частотах; пассивные антенные элементы (излучающие элементы, не имеющие электрического питания), обеспечивающие изолирование 20 дБ; дефектные наземные конструкции (земля берется в смысле нейтральной электрической точки), позволяющие изолирование 20 дБ; нейтрализующие линии, обеспечивающие изолирование 15 дБ; диэлектрические корпуса, обеспечивающие изолирование изоляцию 15 дБ; «метаматериалы» (материалы, разработанные на микроскопическом уровне для получения хороших электромагнитных свойств), обеспечивающие изолирование 25 дБ.

На фигурах 6 и 7 показан второй вариант осуществления шлюза 2, где последний способен подключаться к подгруппе сетей LPWAN, выбранных из целой группы. Можно представить случай использования, например, менеджером магазина, который хотел бы объединить все счётчики своего магазина (электросчётчик, газовый счётчик и т.д.) в одну и ту же сеть, а торговые автоматы - во вторую сеть.

Каждая из сетей группы характеризуется соответствующей полосой частот. Фиг. 6 показывает радиочастотную цепь LPWAN 11. Это было показано в типе, адаптированном к группе из двух сетей LPWAN, но может быть легко обобщено на неопределённое число сетей LPWAN. Транспондер 35 содержит соответствующую пару 36, 37 передатчик-приемник для каждой сети LPWAN. Каждый из фильтрующих блоков 171, 172 ассоциирован с соответствующей сетью LPWAN и содержит соответствующий блок 161, 162 усиления, при необходимости соответствующий селектор 71, 72 каналов, соответствующий полосовой фильтр 81, 82, пропускающий частоты в пределах полосы частот соответствующей сети LPWAN и ослабление мощности частот за пределами полосы частот этой сети. Мультиплексор 180 соединяет выбранный фильтрующий блок или блоки 171 или 172 с частью радиочастотной цепи 11 LPWAN, общей для всех фильтрующих блоков, и с антенной 100.

Выбор подгруппы сетей LPWAN производится с помощью блока 16 управления, показанного на фиг. 3. Пользователь имеет доступ к блоку 16 управления через человеко-машинный интерфейс 19. Человеко-машинный интерфейс 19 отображает ему/ей группу доступных сетей LPWAN, и пользователь выбирает определённое их количество в зависимости от сети или сетей, которые он/она желает создать.

Человеко-машинный интерфейс 19 передаёт список выбранных сетей в блок 18 управления. Затем блок 18 управления программирует радиочастотную цепь 11 LPWAN (и сотовую радиочастотную цепь 21, как описано ниже) с помощью команды 8. В радиочастотной цепи 11 LPWAN это программирует мультиплексор 180, как уже описано, так, чтобы он подключал подгруппу выбранных сетей к антенне 100 (через другие элементы).

Фиг. 7 показывает сотовую радиочастотную цепь 21 в одном варианте осуществления шлюза 2, где он способен подключаться к подгруппе сетей LPWAN, выбранных из целой группы. Точно так же, как радиочастотная цепь 11 LPWAN, сотовая радиочастотная цепь 21 была показана в одном типе, адаптированном к двум сетям LPWAN, но может быть легко обобщена на неопределённое количество сетей LPWAN. Он содержит отдельные режекторные фильтры 131, 132, подключённые параллельно и соответственно ассоциированные с каждой из сетей LPWAN, к которым способен подключаться шлюз 2. Режекторный фильтр, ассоциированный с соответствующей сетью LPWAN, ослабляет мощность частот, излучаемых сотовой радиочастотной цепью 21 (частоты в полосе восходящего канала сотовой сети связи), которые расположены в полосе частот этой сети LPWAN. По обе стороны от режекторных фильтров 131, 132 имеются мультиплексоры 135, 136, которые позволяют выбирать режекторный фильтр или фильтры, 131, например, соответствующие подгруппе выбранных сетей LPWAN. Настройка мультиплексоров 135, 136, следовательно, связана с настройкой мультиплексора 180, и когда пользователь выбирает сеть LPWAN, все элементы, фильтрующего блока 171 радиочастотной цепи 11 LPWAN, предполагая, что это то, что было выбрано, мультиплексор 180 радиочастотной цепи LPWAN. 11, мультиплексоры 135, 136 сотовой радиочастотной цепи 21, режекторный фильтр 131 сотовой радиочастотной цепи 21, предполагая, что это тот, который соответствует фильтрующему блоку 171 радиочастотной цепи LPWAN, удобно настраиваются одновременно.

На самом деле блок 18 управления отправляет в сотовую радиочастотную цепь 21 для конкретных для неё настроек команду 8, аналогичную той, что отправляется в радиочастотную цепь LPWAN. Если впоследствии пользователь решит перепрограммировать радиочастотную цепь LPWAN, новая команда 8 будет соответственно отправлена в две радиочастотные цепи 11, 21.

Хотя изобретение было описано в сочетании с несколькими отдельными вариантами осуществления, само собой разумеется, что оно никоим образом не ограничивается ими и что оно включает в себя все технические эквиваленты описанных средств вместе с их сочетаниями, если последние подпадают под рамки изобретения.

Использование глагола «содержать» или «включать» и его сопряжённых форм не исключает наличия элементов или этапов, отличных от упомянутых в формуле изобретения.

В формуле изобретения любой ссылочный знак в круглых скобках не должен интерпретироваться как ограничение формулы изобретения.

Изобретение относится к шлюзу для связи между сетями, предназначенному для соединения сети LPWAN с сетью для доступа к сотовой сети или сети RAN, сети LPWAN и сети RAN с использованием радиоканалов. Технический результат – предотвращение ухудшения отношения сигнал-шум на приёмниках радиочастотных цепей. Такой шлюз обычно позволяет подключённым объектам и серверам в Интернете взаимодействовать в соответствии с архитектурой Интернета вещей (IoT). Однако близость полос частот, используемых для двух радиоканалов, может привести к взаимным помехам между ними, причём передатчик одного создаст помехи приёмнику другого, особенно когда шлюз миниатюрный, порядка величины примерно 10 см. В настоящем изобретении предлагается решение для электромагнитного изолирования двух радиочастотных каналов посредством двойной фильтрации: с помощью фильтра полос на радиочастотном канале LPWAN в сочетании с режекторным фильтром на сотовом радиочастотном канале. 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Шлюз (2) для связи между сетями, предназначенный для соединения по меньшей мере одной сети LPWAN и по меньшей мере одной сотовой сети связи, содержащий

первую радиочастотную цепь (10), предназначенную для связи с упомянутой по меньшей мере одной сетью LPWAN, при этом первая радиочастотная цепь содержит антенну LPWAN (100), транспондер (30) с передатчиком (31) и приёмником (32), и установленные последовательно между транспондером и антенной LPWAN (100),

по меньшей мере один фильтрующий блок (170), содержащий

блок (160) усиления, включающий в себя канал восходящей линии связи и канал нисходящей линии связи, подключённые параллельно,

затем, по направлению к антенне LPWAN (100), часть, общую для канала восходящей линии связи и канала нисходящей линии связи, при этом общая часть содержит полосовой фильтр (80), пропускающий частоты в полосе частот упомянутой по меньшей мере одной сети LPWAN, ослабляя мощность частот за пределами полосы упомянутой сети LPWAN,

и первый фильтр верхних частот (90); и

вторую радиочастотную цепь (20) по направлению к упомянутой сотовой сети связи, причём вторая радиочастотная цепь пригодна для установления соединения восходящей и нисходящей линий связи с сотовой сетью связи, при этом полоса частот нисходящей линии связи и полоса частот восходящей линии связи сотовой сети связи находятся за пределами полосы упомянутой сети LPWAN, причём вторая радиочастотная цепь содержит сотовую антенну (150), модем (120) и установленные последовательно между модемом и антенной

по меньшей мере один режекторный фильтр (130), ослабляющий мощность частот в пределах полосы частот упомянутой по меньшей мере одной сети LPWAN и пропускающий частоты в пределах полосы частот нисходящей линии сотовой связи и полосы частот восходящей линии сотовой сети связи.

2. Шлюз для связи по п. 1, в котором вторая радиочастотная цепь (20) содержит одиночный режекторный фильтр (130) и второй фильтр (140) высоких частот между режекторным фильтром (130) и антенной (150) сотовой связи.

3. Шлюз для связи по п. 1, в котором вторая радиочастотная цепь (20) содержит одиночный режекторный фильтр (130), подключенный непосредственно к антенне (150) сотовой связи.

4. Шлюз для связи по п. 1, предназначенный для соединения, с одной стороны, подгруппы сетей LPWAN, выбранных из группы сетей LPWAN, работающих в соответствующих полосах частот, и, с другой стороны, сотовой сети связи, в котором

транспондер (35) первой радиочастотной цепи (11) содержит соответствующую пару передатчик-приёмник (36, 37) для каждого из членов группы сетей LPWAN,

первая радиочастотная цепь содержит множество фильтрующих блоков, каждый из фильтрующих блоков (171, 172) ассоциирован с соответствующим членом группы сетей LPWAN и включает в себя блок (161, 162) усиления, полосовой фильтр (81, 82), пропускающий частоты в пределах полосы частот, упомянутого соответствующего члена группы сетей LPWAN и ослабляющего мощность частот за пределами полосы соответствующего члена группы сетей LPWAN,

первая радиочастотная цепь (21), кроме того, содержит сетевой мультиплексор (180) LPWAN, расположенный между фильтрующими блоками (171, 172) и первым фильтром высоких частот (90),

вторая радиочастотная цепь содержит отдельные режекторные фильтры (131, 132), подключённые параллельно и соответственно ассоциированные с каждым из членов группы сетей LPWAN, причём режекторный фильтр, ассоциированный с соответствующим членом группы сетей LPWAN, ослабляет мощность частот в полосе осуществления соответствующего члена группы сетей LPWAN и передачу частот в пределах полосы частот нисходящей линии связи и полосы частот восходящей линии сотовой сети связи,

вторая радиочастотная цепь, кроме того, содержит первый (135) и второй (136) мультиплексоры режекторного фильтра для выборочного подключения режекторных фильтров, ассоциированных с подгруппой выбранных сетей LPWAN, причём первый (135) и второй (136) мультиплексоры режекторного фильтра контролируют упомянутые отдельные режекторные фильтры (131, 132), второй мультиплексор (136) режекторного фильтра находится на стороне антенны (150) сотовой связи.

5. Шлюз для связи по п. 4, дополнительно содержащий блок (16) управления, причём блок (16) управления содержит

человеко-машинный интерфейс (19), который позволяет выбирать подгруппу сетей LPWAN,

блок (18) управления, выполненный с возможностью программирования мультиплексора (180) первой радиочастотной цепи (11) таким образом, что мультиплексор (180) соединяет фильтрующие блоки (171, 172), ассоциированные с соответствующими членами подгруппы выбранных сетей LPWAN, и с возможностью программирования первого и второго мультиплексоров (135, 136) второй радиочастотной цепи так, чтобы они подключали режекторные фильтры (131, 132), ассоциированные с соответствующими членами подгруппы выбранных сетей LPWAN.

6. Шлюз для связи по любому из пп. 4 и 5, в котором вторая радиочастотная цепь (21) содержит второй фильтр высоких частот (140) между мультиплексором (136) второго режекторного фильтра и антенной (150) сотовой связи.

7. Шлюз для связи по любому из пп. 4 и 5, в котором мультиплексор (136) второго режекторного фильтра второй радиочастотной цепи подключён непосредственно к антенне сотовой связи.

8. Шлюз для связи по одному из пп. 1-7, в котором упомянутый или каждый фильтрующий блок (170, 171, 172) первой радиочастотной цепи дополнительно содержит селектор (70) каналов, расположенный между блоком (160, 161, 162) усиления и полосовым фильтром (80, 81, 82) и сконфигурированный таким образом, чтобы обеспечить полудуплексную работу в полосе частот сети LPWAN или соответствующего члена ассоциированной группы сетей LPWAN.

9. Шлюз для связи по одному из пп. 1-8, в котором упомянутый полосовой фильтр (80, 81, 82) каждого фильтрующего блока выполнен с возможностью ослабления по меньшей мере на 20 дБ мощности частот за пределами полосы частот сети LPWAN или соответствующего члена ассоциированной группы сетей LPWAN.

10. Шлюз для связи по одному из пп. 1-9, в котором упомянутый или каждый режекторный фильтр (131, 132) второй радиочастотной цепи выполнен с возможностью ослабления по меньшей мере на 20 дБ мощности частот в полосе частот сети LPWAN или соответствующего члена ассоциированной группы сети LPWAN.

11. Шлюз для связи по любому из предыдущих пунктов, содержащий электронную плату, на которой установлены первая радиочастотная цепь (10, 11) и вторая радиочастотная цепь (20, 21) и размер которой не превышает 12 см в трёх измерениях.

12. Шлюз для связи по любому из предыдущих пунктов, в котором упомянутые первая (10, 11) и вторая (20, 21) радиочастотные цепи адаптированы к разнице не более 8 МГц между любой из полос частот сотовой сети связи и полосой частот или каждого члена группа сетей LPWAN.

13. Шлюз для связи по любому из предыдущих пунктов, в котором сигналы восходящей или нисходящей линии связи в первой радиочастотной цепи соответствуют стандарту EN 300 220.

14. Шлюз для связи по одному из предыдущих пунктов, в котором полосовой фильтр или фильтры выбираются из группы фильтров поверхностных акустических волн, фильтров объёмных акустических волн и керамических фильтров.

15. Шлюз для связи по одному из предыдущих пунктов, в котором режекторный фильтр или фильтры выбираются из группы фильтров поверхностных акустических волн, фильтров объёмных акустических волн и керамических фильтров.

16. Шлюз для связи по одному из предыдущих пунктов, в котором изолирование первой и второй радиочастотных цепей завершается одной или более технологией изолирования антенн, выбранной из группы разъединения антенн, добавления антенных элементов помех, дефектных наземных структур, нейтрализующих линий, из диэлектрических оболочек, из метаматериалов.