RU2851601C1 - Сотовый телефон - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области мобильных устройств беспроводной связи, а именно к сотовым телефонным аппаратам с функциями ретранслятора, способным обеспечивать между абонентом, находящимся в области неустойчивого информационного обмена, но доступным для связи с таким телефоном-ретранслятором хотя бы по одному из физических каналов: радио, акустическому и оптическому. Через такое устройство формируется канал транзитной связи с одной из ближайших базовых станций по доступным физическим каналам с использованием радио, или акустических, или оптических сигналов, в том числе и с другими доступными операторами связи. Техническим результатом является обеспечение возможности применения сотового телефона в качестве связующего звена, обеспечивающего стабильный информационный обмен между абонентами, находящимися на границе зоны уверенного приема базовой станции по перечисленным физическим каналам. Для этого в корпусе сотового телефона размещают две подсистемы ретрансляции по акустическому и оптическому каналам связи, состоящие из не менее двух электронных модулей идентификации абонентов, объединенных в блоки идентификации, контроля и переадресации, и соединенных со своими контроллерами, каждый из которых посредством системной шины соединен со своим блоком контроля и управления. При этом к системной шине дополнительно подключены соответствующие подсистеме свои ретранслирующий приемник с приемной антенной и ретранслирующий передатчик с передающей антенной. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

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 связи с таким телефоном-ретранслятором, хотя бы по одному из физических: радио, акустическому и оптическому каналам, и обеспечивающее формирование через такое устройство канала транзитной связи с одной из ближайших базовых станций. Таким образом, предлагаемый сотовый телефон может найти применение в качестве связующего звена, обеспечивающего стабильный информационный обмен между абонентами, находящимися на границе зоны уверенного приема с базовой станции по одному из физических каналов.

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 радиосвязи, особенно в больших городах с развитой инфраструктурой, требует непрерывного поиска новых каналов, оптимальных методов обеспечения распределения информационных потоков, решение проблем электромагнитной совместимости для снижения взаимных помех. Тенденция развития мобильных систем связи предусматривает увеличение плотности абонентских устройств до миллиона на 1 кв. км. Одним из вариантов решения данных проблем являются методы применения различных физических сигналов - акустических и оптических.

Известен мобильный телефон, выполненный с возможностью переключения с общедоступной сети сотовой связи на частную [CN 108055682, опубл. 19.05.2018], 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 радиосвязи в зоне неустойчивого информационного обмена, при этом в силу своих конструктивных особенностей известный телефон не может также обеспечить расширение зоны действия базовой станции.

Решить проблему электромагнитной совместимости и обеспечить надежную и высокоскоростную доставку информации абонентам, находящимся в зоне неуверенного приема, например, вблизи границы зоны действия базовой станции и, тем более, за ее пределами, возможно с применением дополнительных каналов связи.

Еще одним известным техническим решением является сотовый телефон [RU 2802707, опубл. 31.08.2023], содержащий помещенные в корпус приемник, передатчик, блок контроля и управления с постоянной и оперативной памятью, клавиатуру, дисплей, не менее двух электронных модулей идентификации абонента, связанных посредством контроллера с системной шиной, блок питания, блок голосовой связи, детектор голосовой активности, блок шифрования-дешифрования аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, кодер и декодер речи, кодер и декодер канала, а также эквалайзер, связанные между собой посредством системной шины, не менее двух электронных модулей, идентификации абонента, связанных через контроллер с системной шиной, состав которого дополнительно содержит не менее двух электронных модулей идентификации абонентов, участвующих в реализации акустических каналов связи и связанных со вторым контроллером, в свою очередь, посредством системной шины соединенным со вторым блоком контроля и управления, снабженным постоянной и оперативной памятью, а также включает акустический приемник с приемной антенной и акустический передатчик с передающей антенной, подключенные к системной шине.

Наличие дополнительного акустического передатчика связи увеличивает надежность мобильной сети в зонах неустойчивого информационного обмена, однако основным недостатком данного вида связи является низкая дальность действия акустических сигналов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по своим техническим характеристикам является сотовый телефон [RU 2754639, опубл. 30.1 1.2021], который содержит следующие структурные элементы: приемник, передатчик, блок контроля и управления с постоянной и оперативной памятью, 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, соединенные между собой посредством системной шины, в состав которой входят шина данных, адресная шина и шина управления, кроме того содержит не менее двух модулей идентификации абонента, объединенных в блок, связанный с контроллером, который, в свою очередь, посредством системной шины соединен с антенной, все элементы размещены в корпусе с разъемом для подключения внешних элементов. Помимо этого, телефон также содержит подсистему ретрансляции по радиоканалу, содержащую не менее двух электронных модулей идентификации участвующих в ретрансляции абонентов, чьи сотовые телефоны снабжены соответствующей функцией доступа к режиму ретрансляции через данный сотовый телефон. Кроме того, упомянутые модули объединены в блок идентификации контроля и переадресации, соединенный со вторым контроллером, который, в свою очередь, посредством системной шины соединен со вторым блоком контроля и управления. К системной шине также подключены ретранслирующий приемник с приемной антенной и ретранслирующий передатчик с передающей антенной.

Однако ретрансляция не всегда может обеспечить желаемый результат при доставке информации абонентам, находящимся в зоне неуверенного информационного обмена с использованием радиоканала. Бурный рост графика по различным радиотехнологиям всех поколений приводит к высокому уровню взаимных помех.

В данном техническом решении предлагается реализовать путем дополнительного включения в состав устройства сотового телефона дополнительных подсистем ретрансляции и по акустическому, и по оптическому каналам. В совокупности радио, акустического и оптического каналов повышается надежность и устойчивость связи в инфокоммуникационных сетях.

Задачей изобретения является разработка мобильного устройства связи в виде сотового телефона, обеспечивающего надежный высокоскоростной информационный обмен для абонентов непосредственно друг с другом и через базовые станции, находящихся в области недостаточно уверенного информационного обмена, а также в случае перегруженной радиосети (базовых станций, в том числе и при выходе их из строя).

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении устойчивости и повышении скорости информационного обмена сотового телефона при обслуживании абонентов, находящихся вне зоны уверенного приема базовой станции или на ее границе, за счет организации для сотовых телефонов и аналогичных устройств телекоммуникаций (ноутбуки, планшеты, браслеты и др.) каналов связи с ближайшими базовыми станциями, в том числе других сотовых операторов с его помощью в качестве ретранслятора, не только радио технологий, но и ретрансляции акустических и оптических сигналов.

Дополнительный положительный эффект данного изобретения заключается в увеличении пропускной способности сотового телефона за счет того, что сигналы разных физических полей не создают взаимных помех, поэтому подсистемы ретрансляции, не мешая друг другу, способны одновременно вести информационный обмен.

Указанный технический результат достигают размещением в корпусе сотового телефона (или других аналогичных устройств, например ноутбука), который содержит приемник, передатчик, блок контроля и управления с постоянной оперативной памятью, 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, связанные между собой по средством системной шины, в состав которой входят шина данных, адресная шина и шина управления; не менее двух электронных модулей идентификации абонентов, объединенных через контроллер, соединенный с системной шиной, с антенной; подсистему радио ретрансляции, содержащую не менее двух электронных модулей идентификации абонентов, объединенных в блок идентификации, соединенный со вторым контроллером, который, в свою очередь, посредством системной шины соединен со вторым блоком контроля и управления; ретранслирующий приемник с приемной антенной и ретранслирующий передатчик с передающей антенной, также подключенные к системной шине; в отличии от известного, дополнительно подключенные к системной шине две подсистемы ретрансляции по акустическому и оптическому каналам связи, каждый из которых состоит из не менее двух электронных модулей идентификации участвующих в ретрансляции абонентов, объединенных в блоки идентификации, контроля и переадресации и соединенных со своим контроллером и, посредством системной шины, со своим блоком контроля и управления, при этом к системной шине также подключены соответствующие акустической подсистеме свои ретранслирующий приемник с приемной антенной и ретранслирующий передатчик с передающей антенной, соответствующие оптической подсистеме свои ретранслирующий приемники с приемной антенной и ретранслирующий передатчик с передающей антенной, в каждой подсистеме ретрансляции (радио, акустической и оптической) соответствующие ретранслирующие приемники выполнены с возможностью контроля качества своего канала для выбора методов разделения в пределах своих физических сигналов по форме и параметрам, видам модуляции и кодирования, а также для информирования блока контроля и управления с постоянной и оперативной памятью через системную шину для эффективного управления данным блоком сопряжения и соединения различных физических каналов.

На фиг. 1 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. 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 соединен с антенной 21. Все перечисленные элементы размещенных в корпусе 22 с разъемом 23 для подключения внешних элементов. Заявляемое изобретение содержит подсистему 24 радио ретрансляции, содержащую не менее двух электронных модулей 25 идентификации участвующих в ретрансляции абонентов, чьи сотовые телефоны снабжены соответствующей функцией, при этом упомянутые модули 25 объединены в блок идентификации 26, соединенный со вторым контроллером 27, который, в свою очередь, посредством системной шины 17 соединен со вторым блоком контроля и управления 28. К системной шине 17 также подключены ретранслирующий приемник 29 с приемной антенной 30 и ретранслирующий передатчик 31 с передающей 32 антенной, при этом в корпус 22 сотового телефона к системной 17 шине дополнительно подключены две подсистемы ретрансляции по акустическому 33 и оптическому 34 каналам связи, каждый из которых состоит из не менее двух электронных модулей 35 идентификации участвующих в ретрансляции абонентов. Данные модули 35 объединены в блоки 36 идентификации, контроля и переадресации и соединены со своим контроллером 37 и 43 соответственно, каждый из которых, посредством системной шины 17 соединен со своим блоком контроля и управления 38 и 44 соответственно. К системной шине 17 также подключены соответствующие подсистеме 33 акустической ретрансляции свои ретранслирующий приемник 39 с приемной антенной 40 и ретранслирующий передатчик 41 с передающей 42 антенной, соответствующие подсистеме оптической ретрансляции 34 свои ретранслирующий приемники 45 с приемной антенной 46 и ретранслирующий передатчик 47 с передающей 48 антенной. В каждой подсистеме ретрансляции 24, 33 и 34 соответствующие ретранслирующие приемники: 29, 39 и 45 выполнены с возможностью контроля качества своего канала для выбора методов разделения в пределах своих физических сигналов по форме и параметрам, видам модуляции и кодирования, а также для информирования блока контроля и управления 3 с постоянной и оперативной памятью через системную 17 шину для эффективного управления данным блоком 3 режимами сопряжения и соединения различных физических каналов.

В случае ухудшения связи за счет электромагнитной обстановки, неисправности радиоэлементов устройство осуществляет анализ доступных других физических каналов и по результатам предыдущего опыта и сложившейся практики переходит на использование каналов на основе акустических или оптических сигналов. При этом в отличии от прототипа выбор осуществляется между тремя каналами связи.

Возможны варианты работы, когда ретрансляция выполняется без изменения физического сигнала (канала) - вариант первый, например, радиосигнал принят - радиосигнал ретранслирован или с изменением (второй вариант) физического канала. Например, принят радиосигнал, все радиоканалы не отвечают требованиям ретрансляции, поэтому блоком контроля и управления 3 назначает ретрансляцию по акустическому каналу.

В первом варианте и аналогичных, когда физический канал не меняется (например, приняли радио и ретранслируем радио сигнал), координацию работы ретранслирующей подсистемы выполняют блоки контроля и управления соответственно 28 или 38 или 44, информирующие блок контроля и управления 3 и выполняют свои инструкции в соответствии с делегированными полномочиями (от блока контроля и управления 3).

Во втором варианте (с изменением физических сигналов ретрансляции) блоки контроля и управления соответственно 28 или 38 или 44, управляются блоком контроля и управления 3.

Контроллер 20 обеспечивает взаимодействие блока контроля и управления 3 с каждым из модулей идентификации абонента 18, установленных в блоке 19, в то время как контроллеры подсистем ретрансляции 27, 37 и 43 аналогичным образом обеспечивает взаимодействие соответствующего блока контроля и управления 28, 38, 44 с находящимися в блоках 26 или 36 электронными модулями идентификации абонента 25 и 35 соответственно (дистанционно настраиваемыми и перестраиваемыми по команде базовых станций с использованием e-SIM-карт). Применение электронных SIM-карт позволяет в конкретной ситуации загрузить с базовой станции ближайшего сотового оператора необходимую для реализации режима ретрансляции информацию.

Контроллеры подсистем 27, 37 и 43, связывают блоки 26 и 36 идентификации, содержащие электронные модули 25 и 35 идентификации абонентов с ретранслирующими сотовыми телефонами через блок контроля и управления 3 в режиме ретрансляции через приемные антенны 30, 40, 46 обеспечивают прохождение входящих сигналов через соответствующие приемные блоки 29, 39 и 45 подсистем ретрансляции 24, 33 и 34 и системную 17 шину в соответствующие блоки 28, 38, 44 где определяется переадресация сообщений из которых опять же через упомянутую системную шину 17 полученная и преобразованная информация поступает на соответствующие передатчики ретрансляции 31, 41, 47 подсистемы ретрансляции и излучается передающими антеннами 32, 42, 48 соответственно.

Кроме того, наличие контроллеров подсистем 27, 37 и 43 позволяет под руководством блока контроля и управления 3 распределять потоки данных по заданным протоколам обмена, привязывая их к номерам модулей идентификации пользователя (номерам SIM-карт) и номерам электронной идентификации (eSIM-карт) как доверенных элементов базовых станций различных операторов связи (находящихся на дистанции уверенного информационного обмена).

Наличие расширенного количества блоков модулей идентификации абонентов, блоков передатчиков и приемников, каждого со своей антенной, дает возможность реализовать одновременную бесперебойную работу информационных каналов, обеспечивающих режим ретрансляции, не мешая информационным каналам штатного режима работы сотового телефона.

В результате предлагаемый сотовый телефон берет на себя доверенную ближайшей базовой станцией часть функций и формирует транзитные каналы связи с базовыми станциями своего или других операторов, обеспечивает устойчивое информационное взаимодействие с абонентом, в том числе и с абонентами, находящимися вне зоны уверенного приема базовой станции, и расширяет тем самым зону покрытия. Распределение информационных потоков по физическим каналам позволяет увеличить пропускную способность данного мобильного ретранслятора и системы сотовой связи в целом.

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 как минимум шести eSIM-карт ретрансляции. При этом другие сотовые телефоны «не замечают», что работают с базовой станцией через сотовый телефон с функцией ретранслятора по радио, оптическому и акустическому каналам.

Блок контроля и управления 3 представляет собой цифровой сигнальный процессор (ЦСП) с постоянным запоминающими устройства (ПЗУ), в который заложена программа, координирующая работу процессора, и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), предназначенным для временного хранения данных и результатов логических или математических операций, которые производятся вышеупомянутым процессором.

В случае применения трех физических каналов предусматриваются дополнительные действия алгоритма поочередного попарного отбора наилучшего канала, включающие:

контроль работоспособности каждого физического канала в соответствующих подсистемах ретрансляции своим блоком контроля и управления 28, 38, 44 и в случае наличия ресурса связи и возможности ретрансляции в пределах своего физического канала осуществляет управление своими приемниками с антеннами: 29 и 30; 39 и 40 или 45 и 46. А также передатчиками с антеннами: 31 и 32; 41 и 42 или 47 и 48.

- в случае отсутствия свободных связных ресурсов внутри подсистем ретрансляции, блоки 28, 38, 44 выполнены с возможностью запроса свободных доступных связных ресурсов для сопряжения одних физических каналов (сигналов) с другими через блок контроля и управления 3 с ПЗУ и ОЗУ. Который, по алгоритму сопряжения оценивает возможности использования свободных связных ресурсов для ретрансляции и управляет блоками 28, 38. 44 соответствующих подсистем ретрансляции. Которые по завершению сеанса ретрансляции информирует блок 3 об освобождении используемого ресурса. Выбор того или иного физического канала осуществляется по алгоритмам парного сравнения с учетом установленного рейтинга.

Расширенные технические возможности предлагаемого телефона позволяют, с учетом периодического подъема / спада активности пользователей, организовать дополнительные каналы ретрансляции с осуществлением режима ретрансляции, позволяющим принять сигналы от базовой станции и, под eSIM-картой ретранслятора, передать их другому абоненту через одну из трех подсистем ретрансляции или дублируя передачу сразу по нескольким физическим каналам.

При этом возможен вариант применения не задействованных на текущий момент элементов устройства для гармонизации в непредвиденных ситуациях, например, антенной 21 в случае занятой радио подсистемы 24 ретрансляции.

Claims (2)

1. Сотовый телефон, содержащий помещенные в корпус с разъемом для подключения внешних элементов приемник, передатчик, блок контроля и управления с постоянной и оперативной памятью, клавиатуру, дисплей, блок питания, блок голосовой связи, детектор голосовой активности, блок шифрования-дешифрования, аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, кодер и декодер речи, кодер и декодер канала, а также эквалайзер, все узлы и составные части которого соединены посредством системной шины, состоящей из шины данных, адресной шины и шины управления, при этом содержащий не менее двух модулей идентификации абонента, объединенных в блок, связанный с контроллером, соединенным посредством системной шины с антенной, содержащий подсистему радиоретрансляции, состоящую не менее чем из двух электронных модулей идентификации абонентов, объединенных в блок идентификации, соединенный со вторым контроллером, который посредством системной шины соединен со вторым блоком контроля и управления, а также подключенные к системной шине ретранслирующий приемник с приемной антенной и ретранслирующий передатчик с передающей антенной, отличающийся тем, что к системной шине дополнительно подключены две подсистемы ретрансляции по акустическому и оптическому каналам связи, состоящие из не менее двух электронных модулей идентификации абонентов, объединенных в блоки идентификации, контроля и переадресации, и соединенных со своими контроллерами, каждый из которых посредством системной шины соединен со своим блоком контроля и управления, причем к системной шине дополнительно подключены соответствующие каждой подсистеме ретрансляции свои ретранслирующий приемник с приемной антенной и ретранслирующий передатчик с передающей антенной.

2. Сотовый телефон по п. 1, отличающийся тем, что в каждой подсистеме ретрансляции соответствующие ретранслирующие приемники выполнены с возможностью контроля качества своего канала для выбора методов разделения в пределах своих физических сигналов по форме и параметрам, видам модуляции и кодирования, а также для информирования блока контроля и управления с постоянной и оперативной памятью через системную шину для эффективного управления данным блоком режимами сопряжения и соединения различных физических каналов.