Двусторонняя пейджинговая система связи с подтверждением приема сообщений

Изобретение относится к пейджинговой связи. Предложена двусторонняя пейджинговая система связи с подтверждением приема сообщений. Система включает в себя комплекс оборудования пейджинг-центра, базовую станцию и пейджер, способный после приема сообщения передавать короткий ответ на базовую станцию. При этом приемная антенна базовой станции, принимающая ответ, расположена на одной высоте с передающей антенной этой базовой станции, при этом чувствительность приемной системы на базовой станции при приеме ответа на f₂ ΔS_бf2 связана с чувствительностью приемника пейджера при приеме сообщений на f₁ ΔS_прf1 неравенством ΔS_бf2≥ΔS_прf1. Технический результат заключается в уменьшении помех радиоизлучения в двусторонней пейджинговой системе связи. 1 ил.

 

Предлагаемая двусторонняя пейджинговая система связи может найти практическое применение в связи с возможностью подтвердить получение на пейджер переданного сообщения.

Известен двусторонний пейджер [1], под которым понимают вид пейджинговой связи, в котором предусмотрена в дополнение к обычной функции приема сообщений ответная передача сообщений самим пейджером на специальную сеть приемников ответов с пейджеров. Сообщения в обратном канале могут быть трех категорий:

- подтверждение доставки на пейджер прямого сообщения,

- посылка ответного сообщения,

- посылка собственного адресного сообщения.

В обычном пейджинге, как отмечено в [1], вероятность доставки сообщений составляет 0,9…0,95. В настоящее время не более 10% от общего числа абонентов пейджинговой связи предпочитают пользоваться услугами двусторонней связи [1]. Чаще всего отправители сообщений и абоненты желают иметь подтверждение гарантированной доставки сообщений.

При построении двусторонней пейджинговой сети следует учитывать:

- стоимость оборудования обратного канала на частоте f₂ может существенно превышать стоимость прямого канала на частоте f₁ (например, для технологии ReFLEX число таких станций в 5…8 раз превышает число передатчиков прямого канала);

- для обратного канала требуется получение специальных частот;

- увеличивается стоимость пейджеров и услуг пейджинговой связи.

Увеличение числа приемных станций связано с тем, что мощность пейджера для отправки ответа должна быть экологически безопасной для абонента. Так как потери радиоизлучения в прямом и обратном каналах остаются неизменными, то уменьшение излучаемой мощности на частоте f₂ при ответе при прочих равных условиях значительно уменьшает зону действия пейджингового передатчика, что, следовательно, приводит к увеличению числа приемных станций.

На основании изложенного известная [1] двусторонняя пейджинговая система связи может быть принята в качестве аналога. К недостаткам аналога следует отнести создание большого числа приемных станций на f₂, что удорожает систему связи в целом, либо следует увеличивать мощность передатчика пейджера на f₂, что может быть экологически опасным для абонента.

Следует отметить, что в России двусторонний пейджинг практически не развит, поэтому предлагаемую модель, предназначенная для устранения указанных недостатков прототипа при подтверждении приема сообщений, следует рассматривать как актуальную.

Автору не удалось обнаружить в открытой печати сообщений или публикаций об организации и характеристиках двусторонней пейджинговой связи с ответом, только подтверждающим получение сообщений.

Предлагается двусторонняя пейджинговая система связи с подтверждением приема сообщений, которая включает в себя комплекс оборудования пейджинг-центра, базовую станцию с передатчиком и передающей антенной для передачи буквенно-цифровых сообщений на частоте f₁ и с приемной антенной и приемником для приема ответа на частоте f₂, а также пейджер с дисплеем для воспроизведения текста сообщения на частоте f₁ и передачи ответа на частоте f₂, причем отношение между частотами f₁ и f₂ определено регламентами действующих протоколов пейджинговой системы связи.

Согласно предложению в пейджер для одностороннего приема сообщений введены передатчик на частоту f₂ с системой формирования короткого импульсного ответа в виде одного бита, а также устройство автоматического перевода пейджера по окончании приема сообщения в режим передачи ответа, при котором приемная антенна пейджера подключена к передатчику на f₂, в качестве источника электрического питания упомянутых передатчика, системы формирования ответа и устройства автоматического переключения (перевода) на режим ответа использовано питание пейджера, а приемная антенна системы на f₂ расположена на базовой станции на одной высоте с передающей антенной на f₁, при этом чувствительность приемной системы на f₂ ΔS_б.f2 связана с чувствительностью приемника пейджера на f₁ ΔS_пр.f1 неравенством

причем регистрация короткого ответа на базовой станции в течение одной секунды после окончания переданного сообщения является подтверждением его приема в пейджинговой системе связи.

Возможность реализации предложенной двусторонней пейджинговой системы связи иллюстрируется следующим чертежом, где дано условное изображение пейджера с возможностью отправки ответа на базовую станцию, подтверждающего прием сообщения: 1 - приемная антенна пейджера на f₁; 2 - приемная система пейджера для воспроизведения текстового сообщения на его дисплее; 3 - источник питания пейджера (обычно батарея типа ААА); 4 - система автоматического перевода пейджера в режим передачи ответа, подтверждающего прием сообщения с переводом ключей Кл1, Кл2 из положения «а» в положение «б» по окончании принятого сообщения; 5 - передатчик на частоту f₂, 6 - система автоматического формирования одного бита ответа (запускается блоком 4); 7 - блок питания для блоков 4, 5 и 6 (связан с блоком 3). Двойными линиями на фиг.1 отмечено электрическое питание основных блоков пейджера.

Потери радиоизлучений на частотах пейджинговой связи вызваны тем, что с увеличением расстояния между передающей и приемной антеннами энергия излучается по все большей площади. В связи с этим на приемную антенну приходится лишь малая часть излучаемой энергии. В наиболее простом случае, когда передающая антенна является всенаправленной (такие антенны используют в пейджинге), энергия излучения как бы «размазывается» по сферической поверхности.

С ростом расстояния до приемника (т.е. ростом радиуса сферы) площадь поверхности сферы увеличивается, а плотность излучаемой энергии на единицу поверхности сферы уменьшается. Потери излучений П определяют по формуле [3]

где Р_изл и Р_пр - мощности излучения и приема, R - расстояние между передающей и приемной антеннами, λ - длина волны излучения.

В качестве примера определим величину потерь для пейджинговой системы связи по протоколу FLEX, где f₁=900 МГц=9·10⁸ Гц, λ_f1 ~ 0,33 м, и примем R ~ 5·10⁴ м

При Р_изл≈200 Вт на расстоянии 50 км может быть принята мощность

В цифровых системах передачи информации обычно рассчитывают мощность принятого сигнала на 1 Гц частоты. При использовании узкополосных радиоканалов с сигналами частотной модуляции можно принять эффективную ширину частотного спектра в пределах Δf_д=15 кГц.

Тогда усредненная спектральная мощность, приходящаяся на 1 Гц, оказывается равной

При передаче ответа о приеме пейджером сообщения передатчик пейджера на f₂ должен создавать уровень мощности на приемной антенне базовой станции не меньше той, которую он принял на f₁, т.е. ~ 3,7·10^-15 Вт/Гц.

Рассмотрим два варианта ответа на частоте f₂ в виде одного бита информации:

1 - длительность импульсного сигнала τ'=1 с,

2 - длительность импульсного сигнала τ”=0,01 с.

Ширина частотного спектра ответа в первом случае Δf'=1/τ'=1 Гц, а во втором случае Δf”=1/τ”=100 Гц.

Так как потери в прямом (на f₁) и обратном (на f₂) каналах сохраняются и составляют 3,6·10¹², то мощность передатчика пейджера на f₂ оказывается равной:

для τ' Р'_пейд=ΔР_пр·П·Δf'=3,7·10^-15·3,6·10¹²·1=13,3·10^-3 Вт,

для τ” Р”_пейд=3,7·10^-15·3,6-10¹²-10²=1,33 Вт.

Из выполненного расчета следует, что формирование ответа сигнала в полосе Δf'=1 Гц дает выигрыш в уменьшении мощности передатчика пейджера (13,3 мВт), но требует высокостабильных параметров приемного тракта, реализация которых затруднена. При расширении полосы частот ответа, например, до Δf”=100 Гц создание высокостабильного тракта существенно упрощается, при этом мощность передатчика пейджера можно считать практически безопасной.

Так как мощность передатчика пейджера на f₂ находится в прямой зависимости от длительности радиоимпульса ответа, то дальнейшее уменьшение τ будет ограничиваться заданной величиной мощности передатчика.

На основании изложенного можно утверждать, что в предлагаемой системе пейджинговой связи с подтверждением приема сообщений чувствительность приемных систем пейджера ΔS_пр.f1 для сигнала на f₁ и чувствительность приемных систем на базовой станции ΔS_б.f2 для приема ответа с пейджера на частоте f₂ должны быть одинаковыми или должны быть связаны неравенством

ΔS_б.f2≥ΔS_пр.f1

Знак неравенства предполагает, что чувствительность приемной системы на базовой станции может превышать чувствительность приема пейджера, так как в такой стационарной системе проще использовать различные способы увеличения чувствительности при приеме, например, в 5 раз [2, 3].

В любой системе связи на передаваемый сигнал всегда накладываются помехи, которые можно условно разделить на следующие категории: тепловые шумы, природные, индустриальные, преднамеренные и интерференционные помехи.

В частности, тепловые шумы вызываются тепловым движением атомов, молекул, электронов как в канале связи, так и в цепях аппаратуры. Так как мгновенные значения шумов носят случайный характер, то шум сравнивают с сигналом не по мгновенному значению сигнала, а по их мощности.

Тепловой шум имеет равномерный спектр в широком диапазоне частот, поэтому его называют «белым» шумом. На каждый один герц полосы частот доля мощности шума равна

где k=1,3803·10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана; Т- температура в Кельвинах.

В частности, при Т=290° (комнатная температура) имеем ΔР_шум≈4·10^-21 Вт/Гц и для 2-го рассмотренного варианта Р_шум≈4·10^-19 Вт.

Если предположить, что остальные виды шумов увеличивают шум, например, в 100 раз, то все равно отношение сигнал/шум будет равно 10², что гарантирует надежность работы предложенной системе связи.

В соответствии с предложением доработка пейджера, предназначенного для одностороннего приема сообщений, для возможности его использования в двусторонней пейджинговой системе представлена на чертеже. Для отправки ответа дополнительного источника питания передатчика в системе формирования ответа [3], по мнению автора, не требуется. Можно предложить, например, использовать в периоды ожидания сообщения и его приема зарядку большой емкости, например С=1 мкФ (10^-6 Ф) через высокоомное сопротивление R=10⁶ Ом от источника питания пейджера. В этом случае заряд емкости в режиме ожидания составит приблизительно 3 с, что вполне достаточно для обеспечения питанием и передатчика, и системы формирования для отправки ответа в течение 1 с.

На чертеже представлено условное изображение пейджера с возможностью отправки на базовую станцию ответа, подтверждающего прием сообщения.

Сообщение принимает приемная антенна 1 пейджера на частоте f₁, a приемная система 2 воспроизводит это сообщение на дисплее. Окончание сообщения подтверждается сигналом, символизирующим последнюю точку в сообщении. Такой сигнал передают вместе с сообщением. Сигнал об окончании сообщения из блока 2 поступает в блок 4 - систему автоматического перевода пейджера в режим передачи ответа, при котором ключи Кл1 и Кл2 из положения «а» переводят в положение «б» и запускают блок 6 формирования одного бита ответа, который поступает в передатчик 5.

Автор считает, что в качестве ответа целесообразно использовать импульс длительностью 0,01 с, обоснование которой изложено ранее. Импульс отправленного ответа используют для автоматического возврата пейджера в режим приема сообщений на f₁ и перевода ключей Кл1 и Кл2 в положение «а».

Общее время от момента окончания принятого сообщения до момента отправки ответа о его приеме не превышает 1 с. Поэтому автор предлагает при организации предложенной двусторонней пейджинговой системы связи ввести в протокол связи условие, в соответствии с которым сообщение в сети считается принятым абонентом, если в течение одной секунды после окончания переданного сообщения принят ответ на f₂ на базовой станции. Если в течение 1 с ответ не принимается, то это означает, что это сообщение не принято.

Включение в протокол таких условий также связано с тем, что передачу сообщений абонентам с базовой станции осуществляют по очереди. Повторные передачи сообщений в случае отсутствия ответного сигнала также должно быть оговорено в протоколе, но эти условия не затрагивают сути поданного предложения.

По мнению автора, расположение приемной антенны на f₂ на базовой станции на одной высоте с передающей антенной на f₁ обеспечивает одинаковость (практически идентичность) потерь радиоизлучения передатчиков в прямом и обратном каналах связи (т.е. на f₁ и f₂). Отсюда следует, что для реализации предложенной системы связи могут использоваться элементы, комплектующие детали и сборки от действующих сегодня приемопередающих систем как пейджинговой связи, так и мобильной сотовой системы связи (в частности, передатчик на f₁).

Таким образом, предложена двусторонняя пейджинговая система связи с подтверждением приема сообщений, которая, по мнению автора, может быть широко востребована на территории Российской Федерации.

Литература

1. Соловьев А.А. Пейджинговая связь. - М.: Эко-Трендз 2000. - 283 с.

2 Туляков Ю.М. Системы персонального радиовызова. М.: Радио и связь, 1988. - 168 с.

3. Сювпаткин B.C. и др. / Под редакцией В.В. Крылова WiMAX-технология беспроводной связи: теоретические основы, стандарты, применение. - Санкт-Петербург.- БХВ Петербург, 2005. - 356 с.

Двусторонняя пейджинговая система связи с подтверждением приема сообщений, которая включает в себя комплекс оборудования пейджинг-центра, базовую станцию с передатчиком и передающей антенной для передачи буквенно-цифровых сообщений на частоте f₁ и приемную антенну и приемник для приема ответного сообщения на частоте f₂, a также пейджер с дисплеем для воспроизведения сообщения принятого на частоте f₁, отличающаяся тем, что в пейджер для одностороннего приема сообщений введены передатчик ответного сообщения на частоте f₂ с системой формирования короткого импульсного ответа в виде одного бита, а также устройство автоматического перевода пейджера по окончании приема сообщения в режим передачи ответа, при котором приемная антенна подключена к передатчику короткого импульсного ответа, а приемная антенна базовой станции, принимающая короткий импульсный ответ, расположена на одной высоте с передающей антенной этой базовой станции, при этом чувствительность приемной системы на базовой станции при приеме ответа на f₂ ΔS_бf2 связана с чувствительностью приемника пейджера при приеме сообщений на f₁ ΔS_прf1 неравенством ΔS_бf2≥ΔS_пpf1, причем регистрация короткого ответа на базовой станции является подтверждением его приема, а отсутствие ответа является подтверждением, что сообщение абонентом не принято.