Патент на изобретение №2384974

(54) БАЗОВАЯ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩАЯ СТАНЦИЯ НА БОРТУ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ДЛЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к базовой станции (BTS) для системы сотовой связи, содержащей пользовательское оборудование на борту летательного аппарата, находящегося на предопределенной высоте, и наземную сеть. Технический результат заключается в том, что при управлении связью/трафиком по направлению к пользовательскому оборудованию и от него в летательном аппарате, не создаются проблемы или создаются минимальные проблемы взаимных помех в наземной сети. Для этого BTS выполнена как бортовая BTS, содержащая устройство экранирования, формирующее первый сигнал (S1), согласованный для экранирования второго сигнала (S2) от наземной сети на предопределенной высоте. Бортовая BTS также содержит генератор сигналов, формирующий третий сигнал (S3), являющийся более сильным, чем первый сигнал (S1) и чем второй сигнал (S2), и выполнена с возможностью устанавливать линию связи с пользовательским оборудованием через третий сигнал (S3). 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Сокращения

1G Сеть беспроводной мобильной связи первого поколения

2,5G Системы GPRS и EDGE

2G Сеть беспроводной мобильной связи второго поколения

3G Сеть беспроводной мобильной связи третьего поколения

4G Сеть беспроводной мобильной связи четвертого поколения

AMPS Усовершенствованная служба мобильной телефонии (1G)

AMPS/D Цифровая усовершенствованная служба мобильной телефонии (2G)

BCCH Широковещательный канал управления, один из трех каналов BCH

BCH Широковещательные каналы системы GSM, то есть каналы FCCH, SCH и BCCH

BSC Контроллер базовой станции

BTS Базовая приемопередающая станция

CCCH Общие каналы управления

CDMA Множественный доступ с кодовым разделением каналов

CDMA2000, или IMT-CDMA с несколькими несущими или 1xRTT (3 G)

DCCH Выделенный канал управления

EDGE Развитие стандарта GSM с увеличенной скоростью передачи данных (2,5 G)

FACCH Канал управления с быстрой привязкой

FCCH Канал частотной коррекции

GPRS Служба пакетной радиосвязи общего пользования/GSM (2,5G)

GSM Глобальная система мобильной связи (2G)

IS-95 Промежуточный стандарт 95 (IS-95), первый цифровой сотовый стандарт на основе CDMA

NMT Скандинавская мобильная телефония (1G)

RBS Базовая радиостанция, точка доступа сети в радиосвязи с пользовательским оборудованием (UE), обслуживаемым сетью

SACCH Канал управления с медленной привязкой

SCH Канал синхронизации

SDCCH Автономный выделенный канал управления

TCH Канал управления трафиком

TDMA Множественный доступ с временным разделением каналов

UE Пользовательское оборудование, например, сотовый телефон

UMTS Универсальная система мобильной связи (3G)

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к базовой станции (BTS) и способу для BTS для системы сотовой связи, содержащей пользовательское оборудование (UE) на борту летательного аппарата, находящегося на предопределенной высоте, и наземную сеть.

Уровень техники

В области систем мобильной связи, как известно, используют мобильные телефоны (сотовые телефоны) и другие устройства, использующие средства для беспроводной связи, в дальнейшем называемые пользовательским оборудованием (UE). Пользовательское оборудование (UE) имеет всенаправленную антенну, отправляющую наземной сети сигналы со сферической диаграммой направленности. Наземная сеть построена из нескольких сот, управляемых несколькими базовыми станциями, соединенными с наземными антеннами, охватывающими каждую соту. Наземные антенны обычно не являются всенаправленными, а ограничены углом азимута, дающим горизонтальный сектор, и углом высоты, дающим вертикальный сектор.

Пользовательское оборудование (UE) взаимодействует с той базовой станцией, которая в настоящий момент имеет наилучшие параметры связи. Когда параметры связи ухудшаются, например, когда пользовательское оборудование (UE) отдаляется от базовой станции и перемещается к другой соте, пользовательское оборудование (UE) переходит от более слабой базовой станции к соседней базовой станции с более хорошими параметрами связи.

Сотовые сети поддерживаются с помощью схемы расположения смежных сот для охвата радиосвязью. Системы первого поколения (1G), такие как NMT, AMPS и т.д., и системы второго поколения (2G), такие как GSM, используют различные частоты для разделения соседних сот, тогда как система UMTS применяет логическое кодирование для достижения разделения сот. Причина использования различных частот и кодов соответственно состоит в том, чтобы минимизировать проблемы взаимных помех для пользовательского оборудования (UE) в соседних сотах.

Однако количество частот ограничено, поэтому схема расположения сот должна повторяться в большей области для использования одной и той же частоты несколько раз.

При использовании пользовательского оборудования (UE) на борту летательного аппарата возникает проблема, когда самолет находится на расстоянии от поверхности земли, поскольку луч обзора сверху настолько широк, что сигнал от пользовательского оборудования (UE) входит в контакт/взаимодействует с несколькими сотами, использующими одну и ту же частоту. Например, если человек на борту летательного аппарата на высоте более 3000 м включит свой сотовый телефон, то всенаправленная антенна осуществит отправку по меньшей мере в направлении обзора и, таким образом, наконец войдет в контакт/будет взаимодействовать с несколькими разными сотами, использующими одну и ту же частоту или код. Это вызывает упомянутую выше проблему взаимных помех для нескольких экземпляров пользовательского оборудования (UE) в наземной сети, и поэтому может затронуть используемые для голосовой передачи комбинации частот/временных интервалов в большой области сети, также на далеких расстояниях вне обычного радиуса зоны соты системы GSM. Кроме того, использование или блокирование одной и той же частоты в нескольких разных сотах для выполнения одной и той же задачи является излишней тратой ресурсов. Дополнительные проблемы возникают, если занятые соты принадлежат различным администраторам сети. Подобные проблемы возникают, если пассажир забыл выключить сотовый телефон. Тогда сотовый телефон взаимодействует со многими сотами для объявления своего положения и входа в роуминг с новыми сетевыми операторами.

Сегодня не существует способа воспрепятствовать тому, чтобы мобильный телефон инициализировал доступ к какой-либо сети, в которой ранее ему предоставили доступ (на национальном уровне/уровне оператора). Если собственный оператор имеет соглашение о роуминге с оператором в другой стране, то пользовательское оборудование (UE) может осуществлять связь где угодно в пределах охвата радиосвязи сети этого оператора.

Даже без такого соглашения всем экземплярам пользовательского оборудования (UE) системы GSM будет разрешено делать экстренные вызовы в любой сети в пределах охвата, поэтому, если не будут приняты меры, некоторые взаимодействия будет иметь место.

Также существуют ситуации, когда правительство, оператор сети и т.д. хочет предотвратить взаимодействие пользовательского оборудования (UE) с другими сетями, кроме выделенной точки доступа или точек доступа.

Поэтому желательна более хорошая система связи, которая может управлять связью/трафиком по направлению к пользовательскому оборудованию (UE) и от него в летательном аппарате, не создавая проблем или создавая минимальные проблемы взаимных помех в наземной сети.

Раскрытие изобретения

Изобретение относится к базовой станции (в дальнейшем называемой базовой приемопередающей станцией (BTS)) для системы сотовой связи, содержащей пользовательское оборудование (в дальнейшем называемое пользовательским оборудованием (UE)) на борту летательного аппарата, находящегося на предопределенной высоте, и наземную сеть. Изобретение отличается тем, что базовая приемопередающая станция (BTS) выполнена как BTS на борту летательного аппарата, содержащая устройство экранирования, формирующее первый сигнал, согласованный для экранирования второго сигнала от наземной сети на предопределенной высоте. Бортовая BTS также содержит генератор сигналов, формирующий третий сигнал, являющийся более сильным, чем первый сигнал и/или второй сигнал. Бортовая BTS выполнена с возможностью устанавливать линию связи с пользовательским оборудованием (UE) через третий сигнал.

В первом варианте воплощения “согласованным” называется первый сигнал, имеющий первый уровень в первом диапазоне частот, согласованный для экранирования второго сигнала, имеющего второй уровень во втором диапазоне частот. Первый диапазон частот равен второму диапазону частот или больше него.

В одном варианте воплощения изобретения третий сигнал имеет третий уровень, и третий диапазон частот по меньшей мере частично или полностью находится в пределах первого диапазона частот первого сигнала.

Линия связи устанавливается, поскольку третий уровень третьего сигнала больше, чем первый уровень, и/или поскольку третий уровень больше, чем второй уровень.

Изобретение также относится к способу для системы связи.

Один эффект изобретения состоит в том, что первый сигнал экранирует второй сигнал, с тем чтобы пользовательское оборудование (UE) не могло установить линию связи непосредственно с наземной сетью. Поэтому пользовательское оборудование (UE) не может настроиться на некоторую частоту в пределах диапазона частот второго сигнала. Это является преимуществом, поскольку использование пользовательского оборудования (UE) на борту летательного аппарата не будет вмешиваться в наземную сеть посредством вступления в контакт с несколькими сотами, работающими на основе одинаковой частоты или одинакового кодирования. Однако, если пользовательское оборудование (UE) может отследить подходящую соту, пользовательское оборудование (UE) будет настраиваться на частоту, используемую в соте. Поэтому начальное соответствие не является предпосылкой для возникновения взаимных помех.

Следовательно, без системы связи в соответствии с изобретением весь трафик передавался бы наземным сетям и, в результате, с большими взаимными помехами для всего наземного пользовательского оборудования (UE). Таким образом, бортовая BTS в соответствии с изобретением обеспечивает хороший инструмент для локального управления каналами передачи трафика без взаимодействия со всеми сетями в потенциально затрагиваемой наземной области.

Другое преимущество состоит в том, что ни наземная сеть, ни находящееся на борту пользовательское оборудование (UE) не должны быть изменены, чтобы избежать упомянутой выше проблемы. Следовательно, четвертым сигналом является обычный сигнал, формируемый в пользовательском оборудовании (UE).

Изобретение в соответствии с первым вариантом воплощения может использоваться во всех существующих наземных сетях, таких как AMPS/D-AMPS, GSM, cdma/CDMA2000 и UMTS, то есть во всех существующих системах поколений 1G, 2G, 3G, 3,5 и, возможно, также в будущих системах поколения 4G. Все частотные каналы в этих диапазонах экранируются, чтобы вынудить пользовательское оборудование (UE) переместиться в выделенный диапазон с разрешенными каналами доступа, поддерживаемыми бортовой BTS. Выделенный диапазон может являться узким диапазоном в пределах экранированного диапазона или другим диапазоном.

Бортовая BTS может содержать устройство обнаружения сигнала, которое обнаруживает второй сигнал от наземной сети. Информация используется бортовым устройством при определении мощности сигнала и частоты первого сигнала. Однако у бортовой BTS может не быть устройства обнаружения, но вместо этого она может быть запрограммирована для некоторых событий, то есть первый сигнал имеет мощность сигнала и частоту, уже установленные для разных событий. Тогда бортовой BTS можно управлять, чтобы использовать различные режимы, зависящие от имеющегося в наличии случая. Бортовая BTS может управляться как вручную, так и автоматически.

Третий сигнал имеет предопределенный уровень в предопределенном диапазоне частот на выходе из бортовой BTS, с тем чтобы отношение между третьим сигналом и вторым сигналом и/или третьим сигналом и первым сигналом соответствовало по меньшей мере минимальному требованию для соотношения сигнал/шум (s/n), применяемому пользовательским оборудованием (UE) для установления линии связи.

В одном варианте воплощения изобретения первый сигнал охватывает весь спектр частот, используемый наземной сетью. Это может быть реализовано таким образом, что бортовая BTS отсылает первый сигнал в виде импульсного сигнала с интервалом повторения, являющимся достаточно коротким для формирования нескольких импульсов для всех частотных каналов в пределах одного временного интервала. Накопленные импульсы в пределах одного временного интервала имеют достаточную энергию для экранирования второго сигнала таким образом, что соотношение сигнал/шум становится слишком низким для установления линии связи. Однако устройство экранирования может отсылать непрерывный сигнал, охватывающий все частотные каналы, используемые наземной системой.

Изобретение предназначено для использования во время следующего сценария. Когда летательный аппарат находится на земле и готов взлететь, всех пассажиров просят выключить свои устройства связи, то есть пользовательское оборудование, такое как мобильные телефоны и компьютеры, содержащие оборудование для связи. Когда летательный аппарат находится на некоторой высоте, устройство экранирования включается, и пассажирам на борту разрешают включить свое пользовательское оборудование (UE). Когда пользовательское оборудование (UE) включено, устройство экранирования уже сформировало первый сигнал, экранирующий все сигналы (второй сигнал) от наземной сети, тем самым мешая пользовательскому оборудованию (UE) принимать наземный второй сигнал, необходимый для осуществления/инициализации прямой связи с наземной сетью. Генератор сигналов формирует третий сигнал, который является более сильным, чем первый сигнал (и/или второй сигнал), и находится на некоторой частоте или частотах. Пользовательское оборудование (UE) ищет сигнал с приемлемым соотношением сигнал/шум и настраивается на третий сигнал. Бортовая базовая приемопередающая станция (BTS), таким образом, создает бортовую соту, в которой может использоваться пользовательское оборудование (UE). Система предпочтительно установлена так, чтобы экипаж летательного аппарата мог запустить устройство экранирования без активного бортового генератора сигналов базовой приемопередающей станции (BTS). Это дает возможность блокировать возможность взаимодействия всего пользовательского оборудования (UE). Затем генератор сигналов может быть независимо включен и выключен, когда трафик должен быть разрешен или запрещен соответственно.

Бортовая BTS предпочтительно соединена с бортовой антенной в виде излучающего кабеля, простирающегося в продольном направлении летательного аппарата и вблизи от пассажира, использующего пользовательское оборудование (UE). Это короткое расстояние между пользовательским оборудованием (UE) и антенной дает возможность поддерживать мощность первого и третьего сигналов на минимуме.

Бортовая BTS соединена с линией спутниковой связи, обрабатывающей трафик между летательным аппаратом и выделенными базовыми станциями в наземной сети. Бортовая BTS тем самым служит передающим звеном для трафика между наземной сетью и пользовательским оборудованием (UE) через линию спутниковой связи. Линия спутниковой связи содержит бортовую спутниковую антенну, отправляющую сигналы спутнику, расположенному в более высоком уровне, чем летательный аппарат. Спутник взаимодействует с выделенной базовой станцией. Линия спутниковой связи может содержать модем между бортовой BTS и спутником. Связь между бортовой BTS

и модемом может быть основана на интерфейсе A-bis (интерфейс между контроллером базовой станции (BSC) и базовой приемопередающей станцией (BTS) в системе GSM) или на протоколе IP (протокол сети Интернет). Линия спутниковой связи может быть заменена на линию связи между бортовой антенной, направленной к земле и взаимодействующей с выделенной базовой станцией или базовыми станциями.

Ниже приведены два примера, как изобретение может использоваться в наземной сети на основе системы GSM. Примеры должны рассматриваться не как ограничение для изобретения, а предназначены лишь для дополнительного пояснения изобретения.

Первый пример

Частоты GSM равномерно распределены по диапазонам GSM 900, GSM 1800 и GSM 1900. Сота обычно использует от 2 до 12 различных частот.

Когда летательный аппарат находится на высоте 3000 м, второй сигнал теряет приблизительно 107 дБ вследствие распространения в воздухе и 10 дБ вследствие проникновения сигнала через стенку летательного аппарата. Дополнительные потери вызваны вертикальным усилением антенны наземной базовой приемопередающей станции (BTS). В летательном аппарате мощность принятого второго сигнала от наземной сети уменьшается приблизительно на 95 дБ после упомянутых выше потерь. Мощность первого сигнала устанавливается на 15 дБ больше мощности принятого наземного второго сигнала, и к мощности третьего сигнала добавляется еще 15 дБ, то есть с интервалом приблизительно в 30 дБ от второго сигнала.

Устройство экранирования формирует первый сигнал, содержащий все необходимые частоты и имеющий уровень приблизительно 3 дБм на каждые 200 кГц при входе в систему антенны. Третий сигнал может иметь начальный уровень до 35 Вт/45 дБм при входе в систему антенн, соединенную с бортовой BTS. Для случая с интервалом 15 дБ от первого сигнала достаточным является начальный уровень 18 дБм при входе в систему антенны.

Пользовательское оборудование (UE) имеет порог для соотношения сигнал/шум (s/n) по меньшей мере 7 дБ, чтобы установить линию связи с бортовой BTS. В случае, когда первый сигнал имеет уровень приблизительно 3 дБм, и при выбранной мощности с дополнительными 15 дБ по сравнению с первым сигналом третий сигнал имеет уровень по меньшей мере 18 дБм. Уровень зависит от частоты и ширины полосы.

Однако, если уровень мощности второго сигнала точно известен, и поскольку для приема сигнала отношение сигнал/шум (s/n) должно составлять 7 дБ для пользовательского оборудования (UE), первый сигнал может иметь мощность, которая меньше мощности второго сигнала, а именно, на не более чем 7 дБ ниже мощности второго сигнала, например, на 6,5 дБ ниже мощности второго сигнала. Тогда третий сигнал должен добавить по меньшей мере 7 дБ ко второму сигналу в летательном аппарате.

Поэтому подходящими уровнями первого сигнала оказались уровни от 0 до 12 дБм при входе в антенну в зависимости от типа конструкции летательного аппарата вследствие того, что чем больше летательный аппарат, тем длиннее антенна и тем больше потерь.

Пользовательское оборудование (UE) не может передать сигнал ниже 0 дБм, поскольку этот уровень является начальной точкой для принятого сигнала в наземной сети от пользовательского оборудования (UE).

Второй пример

Пример рассматривает оценку в наихудшем случае уровня помех в бортовой базовой приемопередающей станции (BTS) и наземной системе с использованием системы GSM 1800 и изотропных антенн.

Наземная BTS обычно передает на уровне от 30 дБм (1 Вт) до 60 дБм в горизонтальной плоскости. Получающийся в результате уровень энергии на расстоянии 3 км был измерен и составил -85 дБм. Корпус летательного аппарата добавляет еще 10 дБ экранирования, что приводит к уровню -95 дБм сигнала от наземной BTS в салоне.

Устройство экранирования будет выполнено с возможностью превышать этот уровень приблизительно на 15 дБ, то есть пользовательское оборудование (UE) на борту воспримет уровень -80 дБм первого сигнала. Необходимый уровень первого сигнала, подаваемого в излучающий кабель, от бортовой BTS на каждый частотный канал вычисляется посредством компенсации потерь на согласование с антенной (73 дБ для одной антенны) и чередование кабеля антенны (4 дБ), что дает в результате -3 дБм. Этот уровень, являющийся наихудшим случаем, уменьшается на 10 дБ вследствие экранирования корпуса и потерь при распространении в свободном пространстве до поверхности земли (107 дБ) и в результате дает воздействие -120 дБм на наземную сеть от устройства экранирования.

Бортовая BTS передаст третий сигнал на уровне, который принимается пользовательским оборудованием (UE) с уровнем, являющимся на 15 дБ выше первого сигнала, то есть -65 дБм. По аналогии с вычислением воздействия на поверхности земли от устройства экранирования, приведенным выше, воздействие на поверхности земли от третьего сигнала равняется -105 дБм.

Чтобы предотвратить инициирование вызовов пользовательским оборудованием (UE) с максимальным уровнем сигнала пользовательского оборудования (UE), то есть +30 дБм, бортовая BTS будет выполнена с возможностью ограничивать пользовательское оборудование (UE) его минимальным уровнем сигнала, то есть 0 дБм. Эта конфигурация выполняется в контроллере базовой станции (BSC) в наземной системе и подается в пользовательское оборудование (UE) в третьем сигнале. Контроллер базовой станции (BSC) взаимодействует с бортовой BTS через выделенный маршрут, например, через спутниковую линию связи. Контроллер базовой станции (BSC) может быть помещен в любое местоположение, подходящее для целей управления одной или несколькими бортовыми BTS в воздухе. Прием на поверхности земли будет составлять приблизительно 0 дБм (на выходе пользовательского оборудования (UE)) – 10 дБ (корпус летательного аппарата)-107 дБ (потери при передаче на расстоянии более чем 3000 м) = -117 дБм. Из этого должно быть вычтено отрицательное усиление антенны наземной BTS. Воздействие от третьего сигнала обычно является настолько слабым, что оно тонет в фоновом шуме на наземном уровне.

Заключение из этого вычисления состоит в том, что взаимное воздействие на наземную и бортовую сети является незначительным, пока устройство экранирования предотвращает получение прямого доступа пользовательского оборудования (UE) к наземной сети.

Из описанного выше также может быть выведен общий уровень, требуемый устройством экранирования и генератором сигналов. Сначала должны быть учтены потери в компонентах около антенны (6 дБ). Получающиеся в результате выходные мощности устройства экранирования (первый сигнал) и генератора сигнала (третий сигнал) составляют соответственно 3 дБм и 18 дБм на каждый частотный канал. Устройство экранирования будет осуществлять передачу на всех (124+375) 499 частотных каналах диапазонов GSM 900 и GSM 1800 GSM, добавляя (10×Log499) 27,0 дБ, что приводит к 30 дБм для общей выходной мощности устройства экранирования для первого сигнала. В одном примере генератор сигналов в бортовой BTS будет осуществлять передачу только на трех или менее частотных каналах (4,8 дБ), что приводит к выходной мощности 22,8 дБм бортовой BTS для третьего сигнала. Однако генератор сигналов может формировать третий сигнал, содержащий более чем три частотных канала, и тогда выходная мощность BTS должна быть соответствующим образом увеличена.

Упомянутые выше параметры являются разными для разных летательных аппаратов, разных наземных систем, разных высот и т.д., поэтому бортовая BTS изобретения должна быть адаптирована соответствующим образом.

В одном варианте воплощения изобретения первый сигнал не охватывает весь диапазон частот, соответствующий второму сигналу, а только часть диапазона частот.

Во втором варианте воплощения изобретения устройство экранирования выполнено с возможностью формировать импульсный первый сигнал, согласованный для экранирования канала управления во втором сигнале в сети сотовой связи.

Здесь “экранирование” относится к первому сигналу, передаваемому в той же самой области, где передается второй сигнал, с тем чтобы первый сигнал накладывался по меньшей мере на ту часть второго сигнала, которая содержит канал управления, тем самым нарушая информацию в канале управления. Если информация нарушается, пользовательское оборудование (UE) не может считывать информацию и поэтому не может установить связь.

Здесь “согласование” относится к устройству экранирования, которому подается информация относительно второго сигнала в виде продолжительности, уровня, интервала повторения и позиции канала управления во втором сигнале, и которое на основе этой информации вычисляет и формирует импульсный первый сигнал с подходящим импульсным интервалом и интервалом повторения и уровнем, с тем чтобы импульсный первый сигнал создавал помеху второму сигналу в течение того периода времени, когда в сети передается канал управления.

Один эффект варианта воплощения состоит в том, что должна быть блокирована только часть второго сигнала, чтобы предотвратить установление связи пользовательского оборудования (UE) с сетью. Поэтому устройство экранирования не должно использоваться непрерывно. Напротив, устройство экранирования формирует первый сигнал в виде одного импульса с предопределенным импульсным интервалом и в предопределенном интервале повторения. Предопределенный импульсный интервал и предопределенный интервал повторения должны быть установлены таким образом, чтобы канал управления блокировался. Таким образом, устройство экранирования использует только долю продолжительности второго сигнала. Таким образом, эффект этого варианта воплощения состоит в том, что устройство экранирования потребляет меньше мощности и при одинаковом использовании мощности может использоваться более эффективно, чем устройство непрерывного экранирования, посредством формирования нескольких разных импульсов для экранирования дополнительных сигналов от сети.

В системе связи на основе системы GSM импульсный первый сигнал имеет первый уровень в первом диапазоне частот, используемом пользовательским оборудованием (UE) и сетью. Первый уровень в первом сигнале согласован для экранирования канала управления во втором сигнале.

В системе GSM диапазон частот делится с использованием схемы FDMA на несколько несущих частот с шириной полосы 25-30 кГц, отделяемых друг от друга полосой 200 кГц, отмеряемой от вершины полосы 25-30 кГц. Каждая несущая частота затем делится по времени с использованием схемы TDMA. Эта схема разбивает радиоканал на 8 временных интервалов. Временной интервал представляет собой единицу времени в схеме TDMA и длится приблизительно 0,577 мс. Кадр TDMA образован 8 временными интервалами и, следовательно, длится 4,616 мс. Каждый из этих восьми временных интервалов, которые формируют кадр TDMA, затем назначается одному пользователю. Однако в системе GPRS пользователь может получить несколько временных интервалов для доступа с увеличенной скоростью передачи данных. Каждая система TDMA назначает один временной интервал каналу управления в виде канала BCH и назначает остальные временные интервалы каналам TCH трафика и каналам управления в виде канала CCCH и/или канала DCCH. Для предотвращения трафика должен быть нарушен только канал BCH. Длина импульса канала BCH также называется пакетом канала BCH. Можно различить три различных типа каналов BCH.

Каналы BCH используются BTS (здесь приемопередатчик) для предоставления пользовательскому оборудованию (UE) достаточной информации, которая нужна для синхронизации с сетью. Длина импульса BCH занимает 5 и 1/8 кадра TDMA и, следовательно, составляет 23,657 мс. Длина импульса канала BCH также называется пакетом канала BCH. Можно различить три различных типа каналов BCH:

– Канал управления широковещанием (BCCH), который дает пользовательскому оборудованию (UE) параметры, необходимые для идентификации сети и получения доступа к ней;

– Канал синхронизации (SCH), который дает пользовательскому оборудованию (UE) обучающую последовательность, необходимую для демодулирования информации, переданной базовой станцией;

– Канал частотной коррекции (FCCH), который обеспечивает пользовательскому оборудованию (UE) опорную частоту системы для его синхронизации с сетью.

Чтобы предотвратить трафик системы GSM, необходимо только экранировать частотные каналы, передающие любой из каналов BCH.

Кроме того, теоретически должны быть экранированы только частотные каналы, передающие пакет BCH, чтобы воспрепятствовать принимающему пользовательскому оборудованию (UE) инициализировать сетевое соединение вследствие низкого качества принятого сигнала. Теоретически это может быть достигнуто посредством устройства экранирования, синхронизированного по времени с сетью, в котором первый сигнал имеет импульсный интервал, равный одному временному интервалу, и интервал повторения, являющийся идентичным длине импульса канала BCH.

Однако так как устройство экранирования не обязательно является синхронизированным по времени с сетью, первому сигналу нужен теоретический минимальный импульсный интервал, равный 4,616 мс (восемь временных интервалов), чтобы обеспечить экранирование одного полного или частей двух временных интервалов канала BCH. При длине импульса канала BCH, равной 23,657 мс, устройство экранирования должно периодически осуществлять передачу с временем периода, не превышающим 23,5 мс, чтобы обеспечить отсутствие риска, что какой-либо пакет канала BCH пройдет незатронутым.

Однако тестирование показало оптимальный эффект экранирования при импульсном интервале в первом сигнале, равном по меньшей мере 7 мс, с интервалом повторения максимум 23,5 мс.

Устройство экранирования может использовать время молчания рабочего цикла для экранирования дополнительных частотных каналов и, тем самым, увеличивать возможности экранирования устройства экранирования с коэффициентом, равным приблизительно трем, по сравнению с непрерывным экранированием. Дополнительное преимущество состоит в том, что устройство экранирования может давать 70% дополнительного эффекта по сравнению с непрерывным экранированием или при одинаковом с непрерывным сигналом эффекте использовать на 70% меньше мощности, и таким образом предоставлять 70% дополнительного срока полезного использования при работе от батареи питания. Одно дополнительное преимущество состоит в том, что 70% экономии мощности дает возможность увеличить выходной сигнал в три раза при одинаковом сроке полезного использования по сравнению с непрерывно работающим устройством экранирования.

Другое преимущество варианта воплощения состоит в том, что источник устройства экранирования также будет более трудно отследить и определить его местонахождение вследствие прерывистой передачи сигналов.

В итоге в соответствии с первым вариантом воплощения возможно непрерывно экранировать второй сигнал посредством отправки первого сигнала как непрерывного сигнала, создавая помеху второму сигналу полностью, или в соответствии со вторым вариантом воплощения использовать импульсный первый сигнал со всеми описанными выше преимуществами.

Один эффект изобретения состоит в том, что первый сигнал экранирует второй сигнал таким образом, чтобы пользовательское оборудование (UE) не могло установить линию связи и поэтому не могло настроиться на некоторую частоту в пределах диапазона частот второго сигнала.

В настоящее время частоты системы GSM поколения 2G равномерно распределены по диапазонам GSM-1800 и GSM-1900. Сота обычно использует от 2 до 12 различных частот.

Изобретение не ограничено системами на основе системы GSM, а может использоваться в различных системах, использующих второй сигнал с пакетом канала BCH (длиной импульса канала BCH) в течение разного количества временных интервалов с разной продолжительностью и разным количеством каналов управления. Тогда изобретение должно быть адаптировано посредством соответствующего изменения импульсного интервала и интервала повторения импульсов в первом сигнале.

Например, устройство экранирования может использоваться в системе множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), использующей коды для идентификации соединений. В этом случае устройство экранирования должно быть согласовано для формирования первого сигнала с длительностью импульса и интервалом повторения согласно соответствующему каналу управления.

В системе связи на основе CDMA первый сигнал согласовывается для нарушения контрольного сигнала и может содержать код. Контрольный сигнал в системе на основе CDMA соответствует пакету канала BCH в системе GSM на основе TDMA. Однако, в системе на основе CDMA пакет канала BCH может иметь вид, отличающийся от описанного выше, и канал управления в таком сигнале нарушается импульсным сигналом.

В одном варианте воплощения изобретения устройство экранирования выполнено с возможностью формировать импульсный первый сигнал с такой же или по меньшей мере такой же длительностью импульса, как длительность импульса канала управления, и с интервалом повторения меньше, чем у пакета канала BCH для рассматриваемой системы связи.

В другом варианте воплощения изобретения устройство экранирования выполнено с возможностью формировать импульсный первый сигнал с такой же или по меньшей мере такой же длительностью импульса, как длительность импульса канала управления и с интервалом повторения, идентичным интервалу повторения по меньшей мере одного канала управления в пределах длины пакета канала широковещания.

В двух последних вариантах воплощения поддерживаются упомянутые выше преимущества.

В дополнительном варианте воплощения изобретения устройство экранирования может содержаться в базовой приемопередающей станции (BTS), передающей второй сигнал, то есть в наземной сети. Преимущество этого решения состоит в том, что связью между пользовательским оборудованием (UE) и BTS устройство экранирования может управлять без каких-либо изменений во втором сигнале.

В еще одном варианте воплощения изобретения устройство экранирования содержит устройство обнаружения, которое обнаруживает и анализирует второй сигнал. Бортовая BTS использует информацию для согласования с первым сигналом, чтобы экранировать второй сигнал и придать третьему сигналу такую конфигурацию, чтобы пользовательское оборудование (UE) могло отличить третий сигнал от первого и второго сигналов.

Третий сигнал может содержать информацию, предназначенную для управления пользовательским оборудованием (UE). Примеры такой информации представляют собой максимальный блок обмена, который ограничивает выходной уровень пользовательского оборудования (UE), и максимальное опережение (TA), дающее пользовательскому оборудованию (UE) информацию относительно того, насколько велика сота логически.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано вместе с чертежами, на которых:

Фиг. 1 схематично показывает бортовую BTS в соответствии с изобретением, находящуюся на борту летательного аппарата на высоте, с которой обозревается часть наземной сети;

Фиг. 2 схематично показывает схему трафика в сети, содержащей бортовую BTS и пользовательское оборудование (UE) в соответствии с фиг. 1;

Фиг. 3 схематично показывает схему отношения сигнал/шум между двумя сотами;

Фиг. 4 схематично показывает диаграмму зависимости мощности от частоты в соответствии с первым вариантом воплощения изобретения;

Фиг. 5 схематично показывает шаблон передачи пакетов канала BCH в системе на основе GSM; и

Фиг. 6 схематично показывает второй вариант воплощения изобретения, в котором первый сигнал от устройства экранирования в соответствии с изобретением накладывается на второй сигнал, являющийся передачей системы GSM в соответствии с фиг. 5.

Осуществление изобретения

Фиг. 1 схематично иллюстрирует базовую станцию (BTS) в соответствии с изобретением, находящуюся на борту летательного аппарата 1 на высоте, с которой обозревается часть наземной сети, содержащей соты C1, C2, C3, C4, C5, C6 и C7 с повторяющейся схемой расположения. Распределение частот по сотам таково, что смежные соты не используют одинаковые частоты, чтобы минимизировать помехи от других сот, использующих ту же самую частоту. Бортовая BTS содержит устройство 2 экранирования и генератор 3 сигналов. Бортовая BTS соединена с линией спутниковой связи, содержащей спутниковую антенну 4, спутник 5 и выделенную базовую станцию 6 в наземной сети. На борту летательного аппарата 1 находится пользовательское оборудование (UE), содержащее всенаправленную антенну. На фиг. 1 луч обзора для пользовательского оборудования (UE) показан как конус 7. Пользовательское оборудование (UE) потенциально может взаимодействовать со всеми сотами C1-C7 в пределах конуса 7.

Фиг. 2 схематично показывает схему трафика в сети, содержащей бортовую BTS и пользовательское оборудование (UE) в соответствии с фиг. 1.

Бортовая BTS содержит устройство 2 экранирования, формирующее первый сигнал S1, и генератор 3 сигнала, формирующий третий сигнал S3. Наземная сеть передает второй сигнал S2, который пользовательское оборудование (UE) может принять. Пользовательское оборудование (UE) также передает четвертый сигнал S4 со всенаправленной диаграммой направленности. Однако четвертый сигнал недостаточно силен, чтобы взаимодействовать с наземной сетью, но связь устанавливается между бортовой BTS и пользовательским оборудованием (UE) через третий сигнал S3 и четвертый сигнал S4. Бортовая BTS также передает пятый сигнал S5, предназначенный для связи с наземной сетью. Бортовая BTS также принимает шестой сигнал S6 от наземной сети. Пятый и шестой сигналы формируют линию связи между бортовой BTS и выделенной наземной BTS и, в конечном счете, линию связи между пользовательским оборудованием (UE) и наземной системой связи.

BTS передает сигналы при помощи передающего элемента (не показан) и принимает сигналы при помощи принимающего элемента (не показан).

Фиг. 3 схематично показывает схему отношения сигнал/шум (s/n) между двумя сотами, управляемыми посредством двух наземным образом связанными BTS.

Наземная сеть выполнена с возможностью обрабатывать некоторое отношение сигнал/шум (s/n). Если бы две смежные соты системы GSM использовали одну и ту же частоту, существовала бы область, “мертвая зона”, в которой обе соты имели бы слишком низкое для работы отношение сигнал/шум (s/n).

Кроме того, фиг. 3 показывает, что мощность сигнала уменьшается в пространстве, поскольку отношение сигнал/шум (s/n) уменьшается с расстоянием. Это используется в изобретении, поскольку для установления соединения пользовательское оборудование (UE) должно принять сигнал с отношением сигнал/шум (s/n), являющимся выше предопределенного порога. Устройство экранирования в бортовой BTS формирует первый сигнал, который увеличивает шум, с тем чтобы отношение сигнал/шум (s/n) стало ниже порога. Так как второй сигнал от наземной сети был ослаблен на пути к летательному аппарату, устройство экранирования должно сформировать лишь соответственно слабый первый сигнал, чтобы уменьшить отношение сигнал/шум (s/n) ниже порога. Слабый первый сигнал S1 не создает помех для наземной сети, поскольку его мощность уменьшается по пути от летательного аппарата 1 до поверхности земли таким образом, что когда он достигает базовых станций в наземной сети, первый сигнал S1 не добавляет большого шума или не добавляет никакого шума к сигналам вблизи от поверхности земли.

Фиг. 4 схематично показывает диаграмму зависимости мощности от частоты в соответствии с настоящим изобретением для сигналов в летательном аппарате. Фиг. 4 показывает, что второй сигнал S2, приходящий от наземной сети, содержит три диапазона частот S2F1-S2F3. Устройство 2 экранирования в бортовой BTS формирует первый сигнал S1, содержащий три диапазона частот S1F1-S1F3, соответствующие трем диапазонам частот S2F1-S2F3 во втором сигнале S2, и, таким образом, экранирует второй сигнал S2.

Фиг. 4 также показывает, что генератор 3 сигналов формирует третий сигнал S3, содержащий три частоты S3F1-S3F3 в пределах одного из трех диапазонов частот S1F1-S1F3. Третий сигнал S3 является более сильным, чем первый и второй сигналы S1, S2, и тем самым формирует отношение сигнал/шум (s/n) выше порога. Второй сигнал S2 ослабился на своем пути от поверхности земли до летательного аппарата. Третий сигнал S3 должен являться лишь достаточно сильным, чтобы дать отношение сигнал/шум (s/n) выше порога в летательном аппарате, и не должен быть таким же сильным, как второй сигнал S2 у поверхности земли. Поэтому третий сигнал S3 не создает помех для наземной сети, поскольку его мощность уменьшается по пути от летательного аппарата до поверхности земли таким образом, что когда он достигает базовых станций в наземной сети, третий сигнал не добавляет большого шума или не добавляет никакого шума к сигналам вблизи от поверхности земли.

Таким образом, трафик сигналов становится направленным к выделенной точке доступа в летательном аппарате, с тем чтобы взаимодействие с любой другой сетью было предотвращено.

Фиг. 5 схематично показывает шаблон передачи пакетов 8 канала BCH в системе на основе GSM. Шаблон передачи должен читаться слева направо и сверху вниз по строкам. На фиг. 5 пакет 8 канала BCH также показан как последовательность временных интервалов ниже шаблона передачи.

Система GSM является методикой TDMA с несколькими частотными каналами. Каждый частотный канал делится на кадр TDMA, содержащий восемь временных интервалов, назначенных каналам управления или каналам трафика (канал TCH с половинной скоростью передачи или с полной скоростью передачи). Каналы управления содержат каналы BCH, CCCH и DCCH, но помеха должна быть создана только для канала BCH. Каждый временной интервал длится 0,577 мс, и длина пакета 8 канала BCH составляет 5 и 1/8 кадра TDMA и, следовательно, составляет 23,657 мс.

Каждая сота системы TDMA назначает один временной интервал каналу управления в виде канала BCH и назначает семь временных интервалов как каналы TCH трафика. Каналы BCH используются BTS для предоставления пользовательскому оборудованию (UE) достаточной информации, которая нужна ему для синхронизации с сетью. Длина импульса канала BCH простирается на 5 и 1/8 кадров TDMA и, следовательно, составляет 23,657 мс. Длина импульса канала BCH также называется пакетом канала BCH. Можно различать три различных типа каналов BCH: канал BCCH, обозначенный буквой B; канал SCH, обозначенный буквой S, и канал FCCH, обозначенный буквой F.

Чтобы предотвратить трафик системы GSM, необходимо только экранировать частотные каналы, передающие любой из каналов BCH.

Фиг. 6 схематично показывает первый сигнал S1 от устройства экранирования в соответствии с изобретением, наложенный на второй сигнал S2, являющийся передачей системы GSM в соответствии с фиг. 5. На фиг. 6 канал синхронизации S экранирован импульсным первым сигналом S1. При длине импульса пакета 8 канала BCH, равной 23,657 мс, устройство 2 экранирования периодически передают импульс с длительностью импульса по меньшей мере 7 мс и с интервалом повторения, не превышающим 23,5 мс. Первый сигнал S1 также имеет уровень, соответствующий уровню второго сигнала, таким образом отношение сигнал/шум становится достаточно низким для пользовательского оборудования (UE), чтобы проигнорировать информацию в канале управления. Признаки импульсного первого сигнала S1 препятствуют тому, чтобы какой-либо пакет 8 канала BCH прошел незатронутым.

В этом варианте воплощения третий сигнал S3 формируется в соответствии с вариантом воплощения, описанным в связи с фиг. 4. Третий сигнал является более сильным, чем первый сигнал S1 и второй сигнал S2, и, таким образом, выбирается пользовательским оборудованием (UE) при попытке установить линию связи.

Формула изобретения

1. Базовая приемопередающая станция (BTS) для системы сотовой связи, содержащей пользовательское оборудование (UE) на борту летательного аппарата (1), находящегося на предопределенной высоте, и наземную сеть, отличающаяся тем, что базовая приемопередающая станция (BTS) выполнена как базовая приемопередающая станция (BTS) на борту летательного аппарата, содержащая устройство (2) экранирования, выполненное с возможностью формировать первый сигнал (S1), согласованный для экранирования второго сигнала (S2) от наземной сети на предопределенной высоте, бортовая приемопередающая станция (BTS) также содержит генератор (3) сигналов, выполненный с возможностью формировать третий сигнал (S3), являющийся более сильным, чем первый сигнал (S1), и/или чем второй сигнал (S2), бортовая базовая приемопередающая станция (BTS) выполнена с возможностью устанавливать линию связи с пользовательским оборудованием (UE) посредством третьего сигнала (S3).

2. Базовая приемопередающая станция (BTS) по п.1, отличающаяся тем, что третий сигнал (S3) имеет третий диапазон частот, находящийся по меньшей мере частично или полностью в пределах первого диапазона частот (S1F2) первого сигнала (S1).

3. Базовая приемопередающая станция (BTS) по п.2, отличающаяся тем, что первый диапазон частот (S1F1) равен или больше второго диапазона частот (S2F2) второго сигнала (S2).

4. Базовая приемопередающая станция (BTS) по п.1, отличающаяся тем, что первый сигнал (S1) имеет первый уровень, согласованный для экранирования второго сигнала (S2), имеющего второй уровень, причем третий сигнал (S3) имеет третий уровень, являющийся больше, чем первый уровень и/или второй уровень.

5. Базовая приемопередающая станция (BTS) по п.1, отличающаяся тем, что устройство (2) экранирования выполнено с возможностью формировать первый сигнал (S1) в виде импульсного первого сигнала (S1), согласованного для экранирования канала управления (F;S;B) во втором сигнале (S2).

6. Базовая приемопередающая станция (BTS) по п.5, отличающаяся тем, что устройство (2) экранирования выполнено с возможностью формировать импульсный первый сигнал (S1) с такой же или по меньшей мере такой же длительностью импульса, как длительность импульса канала управления (F; S; B), и с интервалом повторения, являющимся меньше длины импульса (8) канала широковещания.

7. Базовая приемопередающая станция (BTS) по любому из п.5 или 6 для системы сотовой связи GSM, отличающаяся тем, что устройство (2) экранирования выполнено с возможностью формировать импульсный первый сигнал (S1) с длительностью импульса, по меньшей мере, 7 мс и с интервалом повторения не превышающим 23,5 мс.

8. Базовая приемопередающая станция (BTS) по п.1, отличающаяся тем, что бортовая приемопередающая станция (BTS) соединена с бортовой антенной.

9. Базовая приемопередающая станция (BTS) по п.8, отличающаяся тем, что бортовая антенна выполнена в виде излучающего кабеля, простирающегося в продольном направлении летательного аппарата и находящегося вблизи от пассажира, использующего пользовательское оборудование (UE).

10. Базовая приемопередающая станция (BTS) по п.1, отличающаяся тем, что бортовая базовая приемопередающая станция (BTS) соединена с линией спутниковой связи (4, 5, 6), обрабатывающей трафик между бортовой базовой приемопередающей станцией (BTS) и выделенной базовой станцией (6) в наземной сети.

11. Базовая приемопередающая станция (BTS) по п.10, отличающаяся тем, что линия спутниковой связи (4, 5, 6) содержит бортовую спутниковую антенну (4), выполненную с возможностью отправлять сигналы на спутник (5), находящийся на более высоком уровне, чем летательный аппарат (6).

12. Способ для приемопередающей станции (BTS) для системы сотовой связи, содержащей пользовательское оборудование (UE) на борту летательного аппарата (1), находящегося на предопределенной высоте, и наземную сеть, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:
базовая приемопередающая станция (BTS) выполнена как бортовая базовая приемопередающая станция (BTS), содержащая устройство (2) экранирования, формирующее первый сигнал (S1), согласованный для экранирования второго сигнала (S2) от наземной сети на предопределенной высоте,
бортовая базовая приемопередающая станция (BTS) также содержит генератор (3) сигналов, формирующий третий сигнал (S3), являющийся более сильным и чем первый сигнал (S1), и чем второй сигнал (S2),
бортовая базовая приемопередающая станция (BTS) устанавливает линию связи с пользовательским оборудованием (UE) посредством третьего сигнала (S3).

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что третий сигнал (S3) имеет третий диапазон частот, находящийся, по меньшей мере, частично или полностью в пределах первого диапазона частот (S1F2) первого сигнала (S1).

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что первый диапазон частот (S1F1) равен или больше второго диапазона частот (S2F2) второго сигнала (S2).

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что первый сигнал (S1) имеет первый уровень, согласованный для экранирования второго сигнала (S2), имеющего второй уровень, и причем третий сигнал (S3) имеет третий уровень, являющийся больше, чем первый уровень и/или второй уровень.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что устройство (2) экранирования формирует первый сигнал (S1) в виде импульсного первого сигнала (S1), согласованного для экранирования канала управления (F; S; В) во втором сигнале (S2).

РИСУНКИ