Способ сотовой связи
Владельцы патента RU 2667390:
Акционерное Общество "Национальный институт радио и инфокоммуникационных технологий" (АО "НИРИТ") (RU)
Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат заключается в повышении скорости передачи сигнала за счет сокращения управляющей информации, поступающей с базовой станции на мобильную станцию, и сокращения длины защитного интервала в пакете доступа, а также увеличения радиуса соты. Для этого определяют с помощью встроенного в мобильную станцию приемника спутниковой системы определения местоположения данные о местоположении соответствующей мобильной станции, координаты базовой станции вычисляют заранее и передают на мобильную станцию по широковещательному каналу управления передачей вместе с информацией, содержащей характеристики базовой станции той соты, где находится данная мобильная станция, при этом, используя формулу расстояния между двумя точками на сфере, определяют расстояние от мобильной станции до базовой станции, зная это расстояние, на мобильной станции определяют время упреждения и уровень сигнала и вырабатывают соответствующие данные об изменении рабочих параметров каналов связи. 1 ил.
Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к сотовой связи, и может быть использовано в мобильных терминалах.
Известен способ сотовой связи [1], в котором синхронизация работы происходит во время обмена информацией между базовой станцией и мобильным терминалом. При удалении мобильной станции от базовой необходимо увеличивать мощность сигнала и изменять время упреждения при передаче сигнала. Во время сеанса связи базовая станция производит измерение уровня приходящего сигнала и время запаздывания в приходе сигнала от мобильной станции и дает соответствующие команды на корректировку. Эти команды поступают с базовой станции по специальным выделенным каналам управления. Однако, в условиях большой мобильности эти команды нужно передавать чаще, и тогда даже часть каналов трафика заменяется на каналы управления. Так, в GSM используется канал FACCH - быстрый совмещенный (ассоциированный) канал управления. Для этих действий используется специальный термин «Stealing flag» (флаг украденных из трафика бит). Такой «флаг» показывает наличие замены трафика на управление ([1], стр. 92). Это снижает скорость передачи. Кроме того, из-за того, что в момент, когда мобильная станция запрашивает доступ к сети, отсутствует информация о величине расстояния от мобильной станции до базовой, соответственно, отсутствует и информация о времени упреждения передачи сигнала от мобильной станции. В этих условиях необходимо применять специальный пакет доступа с большим защитным интервалом (так в GSM длина такого интервала составляет 68,25 длительности бита, в сравнении со стандартным пакетом, в котором длина защитного интервала составляет всего -8,25 длительности бита). Такая величина защитного интервала позволяет не допустить «наползания» пакета доступа на следующий временной интервал, даже если мобильная станция находится на границе соты, однако снижает скорость передачи полезной информации. Одновременно, такая величина защитного интервала в пакете доступа вводит ограничения на величину максимального радиуса соты (в GSM - максимальный радиус равен 35 км).
Таким образом, недостатками известного способа являются низкая скорость передачи полезной информации из-за передачи дополнительной управляющей информации по каналам трафика, а также наличие ограничений на величину максимального радиуса сот.
Известен способ сотовой связи [2], являющийся наиболее близким к предлагаемому техническому решению, согласно которому в процессе радиосвязи определяют с помощью встроенного в мобильную станцию приемника спутниковой системы определения местоположения данные о местоположении соответствующей мобильной станции, с базовой станции передают на мобильную станцию информацию, содержащую координаты и характеристики базовой станции той соты, где находится данная мобильная станция, и далее вырабатывают данные об изменении рабочих параметров каналов связи, при этом в центр управления системы сотовой связи предварительно вводят файл в электронном виде с фрагментами цифровой географической карты местности, содержащей координаты и характеристики базовых станций, установленных в сотах, и географические координаты границ сот, а из центра управления системы сотовой связи через соответствующую базовую станцию передают на мобильную станцию файл фрагмента цифровой географической карты, содержащей координаты и характеристики базовой станции той соты, где находится данная мобильная станция и соседних сот с координатами их границ, и далее производят в мобильной станции сравнение текущих данных ее местоположения с координатами границ сот.
Недостатком известного способа является необходимость передачи в центр управления системы сотовой связи и на мобильную станцию файлов с фрагментами цифровой географической карты местности, что существенно снижает скорость передачи полезной информации, особенно в условиях высокой подвижности мобильных станций, так как эти файлы нужно передавать часто.
К тому же из-за того, что не известно время упреждения на начальном этапе работы мобильной станции, в пакетах доступа используется большой защитный интервал, что также снижает скорость передачи полезной информации и ограничивает размер соты.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение скорости передачи сигнала за счет сокращения управляющей информации, поступающей с базовой станции на мобильную станцию, и сокращения длины защитного интервала в пакете доступа, а также увеличение радиуса соты.
Технический результат достигается тем, что в способе сотовой связи, согласно которому в процессе радиосвязи определяют с помощью встроенного в мобильную станцию приемника спутниковой системы определения местоположения данные о местоположении соответствующей мобильной станции, с базовой станции передают на мобильную станцию информацию, содержащую координаты и характеристики базовой станции той соты, где находится данная мобильная станция, и далее вырабатывают данные об изменении рабочих параметров каналов связи, согласно изобретению, координаты базовой станции вычисляют заранее и передают по широковещательному каналу, при этом, используя формулу расстояния между двумя точками на сфере, определяют расстояние от мобильной станции до базовой станции, зная это расстояние, на мобильной станции определяют время упреждения и уровень сигнала и вырабатывают соответствующие данные об изменении рабочих параметров каналов связи.
Схема организации сотовой связи, реализующая заявленный способ, представлена на чертеже.
Система сотовой связи включает базовую станцию 1, множество мобильных станций 2, одна из которых представлена на чертеже, и спутниковую систему 3 определения местоположения. Мобильная станция 2 содержит приемник 4 спутниковой системы определения местоположения, блок 5 вычисления расстояния до базовой станции и последовательно соединенные блок 6 вычисления времени упреждения и уровня сигнала и передатчик 7. Выход приемника 4 спутниковой системы определения местоположения соединен с первым входом блока 5 вычисления расстояния до базовой станции, на второй вход которого поступает информация о координатах базовой станции 1, а выход соединен с входом блока 6 вычисления времени упреждения и уровня сигнала.
Спутниковая система 3 определения местоположения типа GPS, GLONASS, GALILEO или других аналогичных спутниковых систем включает в себя совокупность спутников (более трех), что позволяет мобильной станции осуществлять определение местоположения не только в плоскости поверхности земли, но и в пространстве, а также осуществляет временную синхронизацию работы мобильных и базовых станций.
Приемник 4 спутниковой системы определения местоположения может быть выполнен аналогично [2].
Способ реализуется следующим образом.
Встроенный в мобильную станцию 2 приемник 4 спутниковой системы определения местоположения, на который поступает сигнал от спутниковой системы 3 определения местоположения, определяет свои координаты и передает данные о местоположении мобильной станции 2 на первый вход блока 5 вычисления расстояния до базовой станции.
Для синхронизации по времени и частоте работы передающей и приемной аппаратуры всей системы сотовой связи на базовой станции 1 используется широковещательный канал управления. Этот канал логически разбивают на несколько широковещательных каналов. По широковещательному каналу управления передачей на второй вход блока 5 вычисления расстояния до базовой станции вместе с информацией о сети, соте, соседних сотах (идентификационные номера и частоты) поступают заранее вычисленные координаты базовой станции 1.
В блоке 5 вычисления расстояния до базовой станции, выполненном на основе ПЭВМ типа PC, сначала, согласно [3], определяют угловую разницу Δσ между точками на сфере по формуле гаверсинусов
.
где Ф1 λ1; Ф2, λ2 - широта и долгота соответственно двух точек на сфере в радианах;
Δλ - разница координат по долготе;
затем для вычисления расстояния S до базовой станции 1 угловую разницу Δσ умножают на величину радиуса Земли.
С выхода блока 5 вычисления расстояния до базовой станции информация о расстоянии до базовой станции 1 передается на вход блока 6 вычисления времени упреждения и уровня сигнала, также выполненного на основе ПЭВМ типа PC, в котором производится вычисление величины времени Т упреждения, соответствующей расстоянию до базовой станции 1:
T=S/V,
где S - расстояние до базовой станции; V=3⋅108 м/с - скорость распространения сигнала по радиоканалу.
Уровень сигнала определяют, например, по формуле, предложенной в [1, с. 17]:
где Рв точке приема - мощность принятого сигнала;
Pпередатчик - мощность принятого сигнала;
К - коэффициент пропорциональности;
f - частота сигнала;
d - расстояние между приемником и передатчиком.
Полученные данные поступают на вход передатчика 7.
Таким образом, зная расстояние S до базовой станции 1, на мобильной станции 2 определяют время упреждения и уровень сигнала и вырабатывают соответствующие данные об изменении рабочих параметров каналов связи.
Благодаря тому, что вычисление времени упреждения и уровня сигнала производится на самой мобильной станции, сокращается количество управляющей информации, поступающей с базовой станции и, соответственно, возрастает скорость передачи полезной информации.
Кроме того, так как известна величина расстояния от мобильной станции до базовой и, соответственно, время упреждения передачи сигнала, отсутствует необходимость использовать большой защитный интервал, что также увеличивает скорость передачи полезной информации. Одновременно, уменьшение величины защитного интервала в пакете доступа позволяет увеличить радиус соты.
Таким образом, за счет того, что, согласно предлагаемому техническому решению отпадает необходимость в передаче в центр управления системы сотовой связи и на мобильную станцию файлов с фрагментами цифровой географической карты местности, и за счет сокращения управляющей информации, поступающей с базовой станции на мобильную станцию, увеличивается скорость передачи полезной информации. Это особенно заметно в условиях высокой подвижности мобильных станций.
Одновременно сокращается длина защитного интервала в пакете доступа, что можно использовать для передачи дополнительной информации с мобильной станции. Кроме того, это позволяет увеличить радиус соты в GSM, что особенно важно, когда базовые станции находятся на берегу, а абонентские терминалы на судах.
Источники информации
[1] М.С. Лохвицкий, Н.С. Mapдер Сотовая связь: от поколения к поколению - М.: Издательство ИКАР, 2014, стр. 112.
[2] Патент RU 2227373, МПК Н04 В 7/26, приоритет 12.08.2003.
[3] http://gis-lab.info/qa/great-circles.html.
Способ сотовой связи, согласно которому в процессе радиосвязи определяют с помощью встроенного в мобильную станцию приемника спутниковой системы определения местоположения данные о местоположении соответствующей мобильной станции, с базовой станции передают на мобильную станцию информацию, содержащую координаты и характеристики базовой станции той соты, где находится данная мобильная станция, и далее вырабатывают данные об изменении рабочих параметров каналов связи, отличающийся тем, что координаты базовой станции вычисляют заранее и передают по широковещательному каналу управления передачей в блок вычисления расстояния до базовой станции, встроенный в мобильную станцию, при этом, используя формулу расстояния между двумя точками на сфере, определяют расстояние от мобильной станции до базовой станции, зная это расстояние, на мобильной станции определяют время упреждения и уровень сигнала и вырабатывают соответствующие данные об изменении рабочих параметров каналов связи.
