Спосіб підвищення якості зв’язку в метрополітені

Реферат: UA 91023 U UA 91023 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до галузі телекомунікацій, а саме до способів організації мобільного зв'язку стандарту GSM 900 в метрополітені (Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM. -M.: Эко-Трендз. 2005). Для забезпечення мобільного зв'язку в метрополітені використовують антенний кабель, який розміщують на стіні тунелю та підключають його до базової станції (Н.Ф. Касаткин. Сотовая связь в метро: как уменьшить расходы.// Мобильные системы. - 2004. - № 10. - С. 32-34). Кабель випромінює сигнал, який подають на мобільні телефони, що знаходяться в вагонах метрополітену. Кабель також приймає сигнали від мобільних телефонів. Загальними суттєвими ознаками способу, що заявляється, та відомого способу є прагнення досягти якісного зв'язку абонентів, які знаходяться в вагонах метрополітену, при прийнятній мінімальній потужності передавача та чутливості приймача базової станції та мобільного телефону. Зазначення причин, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату Для створення систем мобільного зв'язку в метрополітені здебільшого використовують стандарт GSM 900 та антенний кабель фірми EUPEN типу 522RC8R довжиною понад 1000 м (типова відстань між станціями метрополітену складає біля 2000 м), погонні загасання сигналу в якому на частоті 900 МГц складають 5,25 дБ на 100 м, а загасання сигналу на зв'язок на відстані 2 м - 63 дБ. Причому, з причин зручного обслуговування системи базові станції встановлюють біля станцій метрополітену, прокладаючи антенний кабель на наявній відстані між станціями, яка може сягати 3000 м та більше. Враховуючи вищесказане, для забезпечення надійної роботи системи використовують базову станцію з надвеликою потужністю передавача та надчутливим приймачем. Необхідна потужність передавача базової станції розраховують за формулою Pб  Pпр мін мт h 1  2 L 3 (1) , -14 де Pпр мін мт - чутливість приймача мобільного телефону - 108 дБм (1,58*10 Вт), h - відношення сигнал/шум в системі - 9дБ(8), 1 - втрати сигналу при проходженні до вагону - 10 дБ (10),  2 - погонне загасання сигналу в антенному кабелі - 5,25 дБ/100 м, L - довжина кабеля - 1000 м,  3 - втрати сигналу на зв'язок на частоті 900 МГц - 63 дБ(2*106). Із формули (1) знаходять необхідну чутливість приймача базової станції Pпр мін бс  Pмт / h 1 2 L 3  (2) , де Pмт - потужність передавача мобільного телефона. В табл. 1 наведені характеристики системи при використанні антенних кабелів фірми EUPEN різних типів довжиною 2000 м при відношенні сигнал/шум 9дБ (8) та величині 1 =10 дБ (10). Необхідну потужність передавача визначають при чутливості приймача мобільного -14 телефону -108 дБм (1,58*10 Вт), а необхідну чутливість приймача базової станції при потужності передавача мобільного телефону 1 Вт. Таблиця 1 Характеристики системи при використанні антенних кабелів довжиною 2000 м Тип кабеля 512RC8R 517RC8R 522 RC8R 543 RC8R 40 Маса кабеля довжиною 1 км, кг 231 425 550 1255 Погонне загасання сигналу в кабелі на частоті 1000 МГц, дБ/100 м 7,95 6,4 5,25 3,5 Загальне загасання сигналу в кабелі 15 7,9*10 12 6,3*10 10 3,6*10 7 10  3 на частоті 900 МГц 6 5*10 6 3*10 6 1,9*10 6 3*10 Задачі, які вирішуються за допомогою системи, що заявляється 1 Pб , Вт 10 4,9*10 6 8,3*10 4 7,58*10 72 Рпр мін бс , Вт -25 3,2*10 -22 6,6*10 -19 2*10 -16 4,2*10 UA 91023 U В табл. 2 наведені характеристики системи при використанні антенних кабелів фірми EUPEN різних типів довжиною 1000 м при параметрах, врахованих при побудові табл. 1. -15 Очевидно, що, враховуючи наявні параметри базової станції - Рб =35 Вт, Рпр мін бс =2,5*10 5 10 -14 Вт та мобільного телефону - Рмт =1 Вт, Рпр мін мт =1,58*10 Вт, для створення системи мобільного зв'язку в метрополітені можливо використовувати тільки кабель типу 522 RC8R довжиною незначно меншою 1000 м (900 м), який має великі масу та вартість. До того ж абоненти мобільних телефонів, коли вагон буде знаходитись біля кінця антенного кабеля, змушені користуватись мобільним телефоном при максимальній потужності передавача, що конче шкідливо для здоров'я як самого абонента, так і інших пасажирів вагона. При довжині кабелю більше 900 м (два відрізки, з'єднані спеціальною муфтою) необхідно використовувати кабель типу 543 RC8R, що неприйнятно як за масогабаритними показниками, так і за вартістю кабелю і монтажних робіт. Таблиця 2 Характеристики системи при використанні антенних кабелів довжиною 1000 м Тип кабеля 512 RC8R 517 RC8R 522 RC8R 543 RC8R 15 20 25 30 Погонне загасання Маса кабеля сигналу в довжиною 1 кабелі на км, кг частоті 1000 МГц, дБ/100 м 231 7,95 425 6,4 550 5,25 1255 3,5 Загальне загасання сигналу в кабелі 7 8,9*10 6 3,15*10 5 1,8*10 7 10 40 6 5*10 6 3*10 6 1,9*10 6 3*10 Pб , Вт 2 5,6*10 3,15 -1 4,32*10 -3 1,2*10 Pпр мін бс , Вт -17 2,8*10 -15 1,3*10 -14 3,6*10 -12 1,3*10 В основу корисної моделі поставлено задачу забезпечити якісну роботу системи мобільного зв'язку в метрополітені при великих загасаннях сигналу в антенному кабелі шляхом використання способу підвищення якості зв'язку в метрополітені, коли здійснюють підсилення сигналу за допомогою репіторів з зовнішньою та внутрішньою антенами, що розміщують у вагонах поїзда. При застосуванні способу, що заявляється, за допомогою репітера здійснюють додаткове підсилення сигналу в лініях "базова станція-мобільний телефон" та "мобільний телефон базова станція" і таким чином компенсують великі загасання сигналу в антенному кабелі, використовуючи базові станції стандарту GSM 900 з наявними технічними характеристиками та кабелі з прийнятними мінімальними масогабаритними і ціновими характеристиками для прокладання ліній на фактичних відстанях між станціями метрополітену. При використанні способу, що заявляється (кресл.), в системі мобільні телефони 1,2 розміщені в вагоні поїзда метрополітену 3 та через антенний кабель 4 зв'язані з базовою станцією 5. Для компенсації великого загасання сигналу в антенному кабелі в кожному вагоні поїзда метрополітену додатково встановлюють репітер б з внутрішньою 7 та зовнішньою 8 антенами Удо-Ягі (хвильовий канал), який забезпечує додаткове підсилення сигналу в лінії "базова станція-мобільний телефон" та "мобільний телефон - базова станція". Необхідний коефіцієнт підсилення репітера в лінії "базова стація - мобільний телефон" визначають за формулою  35  3 на частоті 900 МГц    K у бс мт  Pпрмінмт 16 2 r 2 h 1 2 L 3 / Pб G1 G2 G3 2 (3) , де r - відстань від мобільного телефону до внутрішньої антени репітера, G1 , G2 - коефіцієнти підсилення внутрішньої та зовнішньої антен репітера, G3 - коефіцієнт підсилення антени мобільного телефону,  - довжина робочої хвилі системи (  =0,33 м). Необхідний коефіцієнт підсилення репітера в лінії "мобільний телефон - базова стація" визначають за формулою K у бс мт  Pпрмін бс 16 2 r 2 h 1 2 L 3 / Pмт G1 G2 G3 2 (4) , 2 UA 91023 U 5 де Pпр мін бс - чутливість приймача базової станції, Pмт - потужність передавача мобільного телефону. Розрахунки, виконані для системи з використанням найкращого за масогабаритними характеристиками та найдешевшого антенного кабелю типу 512 RC8R довжиною 2000 м при Рб =35 Вт, G1 = G2 =6 дБ (4), G3 =1, r =10 м, показують, що необхідний коефіцієнт підсилення 10 , репітера в напрямку "базова стація - мобільний телефон" має бути K у бс мт  156 * 1011 (111,9 дБ). Розрахунки, виконані для системи з використанням найкращого за масогабаритними характеристиками та найдешевшого антенного кабелю типу 512 RC8R довжиною 2000 м при Pмт =0,1 Вт, G1 = G2 =6дБ(4), G3 =1, r =10 м, показують, що необхідний коефіцієнт підсилення 15 20 25 30 35 40 8 репітера в напрямку "мобільний телефон-базова стація » має бути K у мт бc  7,7 * 10 (88,8 дБ). Причино-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак способу, що заявляється, і технічним результатом, що досягається При реалізації способу, що заявляється, шляхом використання репітера з внутрішньою та зовнішньою антенами Удо-Ягі здійснюють компенсацію значного загасання сигналу в антенному кабелі та використовують кабелі з найкращими масогабаритними та ціновими характеристиками і забезпечують роботу мобільних телефонів в вагоні поїзда метрополітена при мінімальній потужності передавача. Перелік фігур креслення Функціональна схема системи 1, 2 - мобільний телефон, 3 - вагон, 4 - антенний кабель, 5 - базова станція, 6 - репітер, 7 - внутрішня антена Уда-Ягі, 8 - зовнішня антенаУда-Ягі. Відомості, які підтверджують можливість здійснення корисної моделі Опис системи для реалізації пособу, що заявляється, в статичному режимі В системі мобільні телефони пасажирів 1,2, що знаходяться в вагоні 3 поїзда метрополітена, через антенний кабель 4 підключають до базової станції 5. Для компенсації загасання сигналу в антенному кабелі в вагонах поїзда метрополітена в верхньому куті під дахом встановлюють репітери 6. До репітера підключають внутрішню 7 та зовнішню антени 8 Удо-Ягі, які направляють в сторону пасажирів та антенного кабеля відповідно. Опис системи для реалізації способу, що заявляється, в дії. За допомогою мобільних телефонів 1, 2 пасажири вагона 3 метрополітена випромінюють сигнал та відповідно приймають сигнал від внутрішньої антени Удо-Ягі 7, діаграма спрямованості якої охоплює простір вагона, де знаходяться пасажири. Сигнал від антени 7 (або на вхід антени 7) подають на вхід репітера 6 (або з виходу репітера 6). Репітер 6 підсилює сигнали відповідно до встановлених коефіцієнтів підсилення. З виходу репітера 6 сигнал подають до зовнішньої антени Удо-Ягі 8 (або на вхід репітера 6 надходить сигнал від зовнішньої антени 8). Зовнішня антена 8 випромінює сигнал в напрямку антенного кабеля 4 (або приймає сигнал від антенного кабеля 4). З виходу антенного кабеля 4 сигнал подають на вхід базової станції 5 (або з виходу базової станції 5 сигнал подають на вхід антенного кабеля 4). 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Спосіб підвищення якості зв'язку в метрополітені, при якому приймають та передають сигнал за допомогою антенного кабеля, що розміщують на стіні тунелю, та здійснюють підсилення сигналу за допомогою репіторів з зовнішньою та внутрішньою антенами, що розміщують у вагонах поїзда. 3 UA 91023 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4