PT100498A - Sistema de telefonia celular com celula ampliada - Google Patents

Description

Antecedentes da Invenção Campo da Invenção A presente invenção refere-se a sistemas de telefonia celular em geral e, mais especificamente, a um sistema de telefonia celular com célula ampliada, particularmente adequado para utilização em áreas rurais.

Descricão da Técnica Anterior

De uma forma geral, o fornecimento de um sistema de telefonia eficiente para as áreas rurais apresenta inúmeros problemas, entre os quais se destacam: (i) a baixa concentração geográfica, devida à dispersão natural da população; (ii) as grandes distâncias a serem cobertas, que praticamente inviabilizam economicamente a instalação de uma rede de telefonia por cabo que atenda todos os possíveis utilizadores; e (iii) a dificuldade de passagem e manutenção dos cabos da rede de telefonia, em função de acidentes geográficos naturais.

Devido a essas dificuldades, entre outras, existe uma tendência muito grande no sentido de se utilizar a radiotelefonia para o fornecimento de telecomunicações nas áreas rurais.

Tipicamente, um sistema de radiotelefonia rural tal como presentemente utilizado compreende a interligação de pequenas vilas ou aglomerados através de radiotelefonia e, a partir de um determinado ponto, a conexão dessa rede de radiotelefonia ao sistema nacional de telecomunicações.

Essa solução, entretanto, além de não atender a todos os possíveis utilizadores, também apresenta graves inconvenientes, principalmente no que se refere ao elevado custo de instalação de toda a infraestrutura necessária em cada pequena vila ou aglomerado e à total falta de privacidade das comunicações, uma vez que qualquer pessoa pode interceptar uma determinada chamada desde que disponha do equipamento adequado.

Com o intuito de solucionar os inconvenientes acima discutidos e proporcionar um sistema de telecomunicações eficiente para as áreas rurais, foi proposta então a utilização de um sistema de telefonia celular.

Resumidamente, um sistema de telefonia celular é um sistema de radiotelefonia no qual a banda de frequências disponíveis é dividida em grupos de frequências, denominados células, cujas células estão geograficamente distribuídas de tal forma que os grupos de frequências de duas células vizinhas são sempre diferentes um do outro, de modo a eliminar qualquer possibilidade de interferência nas comunicações.

Da mesma forma, as frequências de um determinado grupo de frequências somente são repetidas quando a distância entre as células assegura que já não existe mais a possibilidade de interferência entre essas frequências numa célula e as mesmas frequências utilizadas numa outra célula.

Como cada célula dispõe de um determinado grupo de frequências, é possível a realização ou condução de um determinado número de conversações simultâneas. Entretanto, como as áreas 4

cobertas por cada célula podem apresentar diferentes densidades de tráfego telefónico, a dimensão das células varia em função da densidade desse tráfego telefónico. Em outras palavras, dependendo da densidade de tráfego, o tamanho da célula pode variar entre aproximadamente 1 e 5 Km de raio.

Embora a tecnologia presentemente disponível limite o menor tamanho de célula a um raio de aproximadamente 1 Km, pois abaixo desse limite já começam a surgir problemas de interferência que não conseguem ser superados dentro do grupo de frequências utilizadas, o maior tamanho de célula depende, actualmente, da capacidade de captação do aparelho receptor do utilizador, cuja antena normalmente possui uma baixa potência de captação. Com isso, o tamanho médio das células nesses sistemas de radiote-lefonia celular presentemente conhecidos varia numa faixa de 5 a 15 Km de raio.

Tipicamente, um sistema de radiotelefonia celular convencional compreende: (i) uma central de comutação e controlo (CCC) ligada à rede nacional de telefonia por cabo e em comunicação com diversas células através de ondas de radio; (ii) uma estação radio base (ERB) colectora e retrans-missora em cada célula compreendendo uma torre e um conjunto de antenas; e (iii) uma pluralidade de estações terminais móveis possuindo antenas com baixa potência de captação capazes de estabelecer uma comunicação por radiofrequência com cada uma das referidas estações radio base.

Devido aos problemas acima discutidos de: densidade de tráfego, tamanho de célula e interferência entre frequências, os sistemas de radiotelefonia celular convencionais utilizam, em suas estações radio base, antenas de baixa potência, montadas em torres relativamente baixas, preferivelmente instaladas em locais não muito elevados, de modo a evitar ao máximo qualquer interferência entre as frequências de cada grupo.

Sumário da Invenção

Existe portanto, a necessidade de se proporcionar um sistema de telefonia eficiente para áreas rurais, o que é um dos objectivos da presente invenção.

Um outro objectivo da presente invenção é proporcionar um tal sistema de telefonia eficiente para áreas rurais que atenda a todos os possíveis utilizadores.

Um objectivo adicional da presente invenção é proporcionar um tal sistema de telefonia eficiente para áreas rurais que não apresente os problemas acima discutidos de elevado custo de instalação e dificuldade de passagem e manutenção de cabos.

Um outro objectivo adicional da presente invenção é proporcionar um tal sistema de telefonia para áreas rurais que não apresente os problemas acima discutidos de elevado custo de implantação de infraestruturas dos sistemas de radiotelefonia rural convencionais.

Um outro objectivo adicional da presente invenção é proporcionar um tal sistema de telefonia para áreas rurais que 6

não apresente os problemas acima discutidos de falta de privacidade das comunicações.

De acordo com a presente invenção, esses objectivos são realizados com um sistema de radiotelefonia celular, particularmente projectado para utilização em áreas rurais, caracterizado t pelo facto de compreender uma central de comutação e controlo ligada à rede nacional de telefonia e em comunicação com diversas células; uma estação radio base colectora e retransmissora em cada célula, compreendendo a referida estação radio base uma torre e um conjunto de antenas, sendo a referida torre preferivelmente de grande porte, estando instalada em local elevado e possuindo antenas de grande potência de modo a cobrir uma grande ãrea; e uma pluralidade de estações terminais fixas distribuídas dentro do raio de alcance de cada uma das referidas estações radio base, tendo cada referida estação terminal fixa uma antena direccional de grande potência de captação acoplada à mesma voltada em direcção â estação radio base.

De acordo com a presente invenção, o aumento da potência das antenas da estação radio base, sua colocação num local elevado e o aumento da capacidade de captação das estações terminais fixas, agora acopladas a uma antena direccional de grande potência de captação voltada em direcção à estação radio base, tornam possível o aumento do tamanho de cada célula individual até um raio de aproximadamente 60 Km em superfície plana, praticamente quadruplicando o raio das maiores células dos sistemas de radiotelefonia celular da técnica anterior.

Assim, pela inversão dos princípios básicos dos sistemas de radiotelefonia celular da técnica anterior, o tamanho de cada célula pode ser estendido até aos limites geográficos 7

naturais do terreno, sem qualquer problema de" interferência entre os grupos de frequências de duas células vizinhas.

Adicionalmente, e ao contrário do que se observa nos sistemas de radiotelefonia celular convencionais, o aumento da potência das antenas da estação radio base não implica em problemas de interferência, pois o próprio tamanho e distribuição das células, sem mencionar a baixa densidade de tráfego telefónico normalmente observada nas áreas rurais, elimina esse tipo e problemas.

I

Breve Descrição dos Desenhos A presente invenção será descrita a seguir em maiores detalhes, a título de exemplo não limitativo, com referência à sua realização ilustrada nos desenhos anexos, nos quais: a figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de radiotelefonia celular de acordo com a presente invenção do tipo possuindo uma configuração centralizada; e a figura 2 é uma representação esquemática de um sistema de radiotelefonia celular de acordo com a presente invenção do tipo possuindo uma configuração descentralizada.

Descrição da Realização Preferida

Com referência agora mais particularmente aos desenhos, um sistema de radiotelefonia celular com célula ampliada de acordo com a presente invenção está representado nas figuras 1 e 2 como compreendendo, basicamente, uma central de comutação e δ

controlo CCC, uma pluralidade de estações ra'dio base ERB e uma pluralidade de estações terminais fixas ETF. A central de comutação e controlo CCC é um equipamento de comutação electrõnica digital que utiliza técnicas operacionais de processamento distribuído e de controlo por programa armazenado para controlar as estações radio base ERB e as estações terminais fixas ETF de modo a proporcionar um sistema de comunicações eficiente.

Preferivelmente, a central de comutação e controlo CCC é de um tipo conhecido na técnica, capaz de comutar circuitos de voz e dados e de efectuar conversões analógico-digital (A/D) e digital-analógico (D/A), motivo pela qual a mesma não será descrita aqui em maiores detalhes. A central de comutação e controlo CCC tem por finalidade realizar uma interface entre as estações radio base ERB do sistema de radiotelefonia celular com célula ampliada de acordo com a presente invenção e a rede nacional de telefonia por cabo RNT. Essa interface pode ser tanto local quanto a nível de tráfego.

Dessa forma, através da central de comutação e controlo CCC é possível a realização de uma interligação automática entre uma estação terminal fixa ETF e uma central telefónica, quer seja nacional ou internacional. A central de comutação e controlo CCC compreende, basicamente, uma central de controlo principal CCP e uma central de comutação CC. A central de controlo principal CCP tem por função estabelecer uma interface entre o operador e o sistema, para o que possui um banco de dados para todo o sistema, e permitir a realização de funções administrativas e de manutenção do sistema, através de menus dedicados à comunicação homem-máquina. A central de comutação CC, por sua vez, tem por função controlar o processamento de chamadas, gerir os equipamentos das estações radio base ERB e executar as funções administrativas e de manutenção, quer sejam iniciadas a partir de equipamentos periféricos da central de controlo principal CCP quer de uma interface terminal local da própria central de comutação CC. A central de comutação CC, adicionalmente, é responsável por todas as fases de conexão e desconexão de chamadas, incluindo sinalização, supervisão, comutação e alocação de canais de radiofrequência.

As estações radio base ERB definindo as células individuais estão ligadas à central de comutação e controlo CCC por intermédio de um canal analógico ou digital a quatro fios, sendo a comunicação entre as mesmas através de radiofrequência, feixe PCM ou fibras ópticas, de acordo com a especificação de cada projecto. Nesse sistema de comunicação fluem voz e dados, porém com enlace específico de dados para enviar e receber controlos, supervisão e mensagens informativas.

Cada estação radio base ERB tem como função principal a promoção de interface dos assinantes locais entre si e/ou a promoção de interface dos assinantes locais entre os assinantes da rede nacional de telefonia RNT.

Para isso, a estação radio base ERB compreende, preferivelmente, pelo menos dois bastidores, denominados de radiofrequência e comum, ligados a duas antenas omnidireccionais instaladas a uma altura adequada que permita uma cobertura total num raio médio de 60 Km em torno da estação radio base ERB, configurando assim uma célula ampliada. A comunicação da estação radio base ERB com as estações terminais fixas ETF é realizada por canais de radiofrequência, que se utilizam de protocolos padronizados para envio e recebimento de dados de controlo e sinais de voz, sendo essa comunicação realizada através da modulação em frequência de um sistema de radio operando na faixa de 800 MHz. Por outras palavras, a comunicação entre a estação radio base ERB e uma determinada estação terminal fixa ETF é realizada através de canais de controlo e de voz. 0 canal de controlo fornece dados entre o controlador da estação radio base ERB e as estações terminais fixas ETF de cada célula, e suas funções são: enviar informações para as estações terminais fixas e monitorar seus registos, incluindo os parâmetros de registo de mensagem e a frequência que é transmitida para as estações terminais fixas; controlar as chamadas originadas e terminadas; e determinar a disponibilidade das estações terminais fixas para receber uma chamada. O canal de voz fornece a interface de audio entre as estações terminais fixas ETF e a central de comutação CC. Através do canal de voz são enviados o tom de supervisão de audio TSA e o tom de sinalização TS.

As funções do canal de voz são: fornecer o enlace de audio e a conversão de sinal para manter a chamada; monitorar a intensidade do sinal de radiofrequência; monitorar a estação terminal fixa para acesso de facilidades ao assinante; e realizar a desconexão do tom de supervisão de audio TSA durante a chamada.

As estações terminais fixas ETF compreendem um transre-ceptor de baixa potência acoplado a uma antena direccional 11

voltada em direcção à estação radio base, e contendo ainda o terminal de assinante, que é fixo e especial para o sistema de telefonia celular da presente invenção. 0 funcionamento de sistema de telefonia celular com célula ampliada de acordo com a presente invenção será descrito aqui a seguir com relação a três tipos de chamadas: uma chamada de uma estação terminal fixa ETF para a rede nacional de telefonia RNT; uma chamada da rede nacional de telefonia RNT para uma estação terminal fixa ETF; e uma chamada de uma estação terminal fixa ETF para uma outra estação terminal fixa ETF.

Na chamada de uma estação terminal fixa ETF para a rede nacional de telefonia RNT, quando o assinante da estação terminal fixa ETF origina a chamada a estação radio base ERB recebe e identifica esse pedido através do canal de controlo e o repassa à central de comutação CC juntamente com todas as demais informações necessárias para completar a chamada, quais sejam: o número do telefone do assinante, o número de série do assinante e o número discado. A central de comutação CC selecciona então um canal vago para ser usado para realização da chamada e sinaliza a estação radio base ERB para instruir a estação terminal fixa ETF a usar o canal seleccionado. Adicionalmente, a central de comutação CC executa a validação dos dígitos discados para garantir que o assinante está autorizado a fazer a chamada e para determinar o roteamento requerido, bem como o tipo de chamada. A conexão estabelecida através da comutação digital da central de comutação CC completa o enlace de voz oriundo da estação terminal fixa ETF e da estação radio base ERB com a rede nacional de telefonia RNT.

Alternativamente, para permitir um roteamento de baixo custo, a chamada pode ser roteada pela central de comutação CC do sistema de telefonia celular para uma outra central de comutação CC em um outro sistema de telefonia celular para então alcançar a rede nacional de telefonia RNT, conforme o sistema descentralizado ilustrado na figura 2.

Quando termina a chamada, qualquer das partes que desligar a central de comutação CC liberta todos os recursos usados na chamada. 0 registo correspondente a essa chamada é então transmitido à central de controlo principal CCP para ser posteriormente utilizado na confecção da fita de tarifação e analise de tráfego.

Quando de uma chamada de rede nacional de telefonia RNT para uma estação terminal fixa ETF, a rede nacional de telefonia RNT tem acesso a um tronco na central de comutação e controlo CCC e, através de uma chave digital, passa o dígito de informação correspondente ao assinante da estação terminal fixa ETF. A central de comutação e controlo CCC executa a validação e translação do dígito e instrui a estação radio base ERB correspondente â área localizada para, através do canal de controlo, activar a estação terminal fixa ETF seleccionada de modo a permitir o seu enlace com a rede nacional de telefonia RNT. A estação radio base ERB localiza a estação terminal fixa ETF através do canal de controlo e, quando esta responde ao chamado, a central de comutação CC é notificada pela estação radio base ERB para seleccionar o canal de voz vago para ser usado para chamada. 0 canal seleccionado é informado à estação terminal fixa ETF pela estação radio base ERB, e a central de comutação CC conecta a chave digital correspondente quando a estação terminal fixa ETF está pronta para receber a chamada.

Assim, a estação radio base ERB é instruída para alertar o assinante, e o aparelho telefónico da estação terminal fixa ETF começa a soar. Quando o assinante da estação terminal fixa responde â chamada, o enlace de voz da rede nacional de telefonia RNT é completado.

Novamente, quando termina a chamada, qualquer das partes que desligar a central de comutação CC liberta todos os recursos usados na chamada e gera um registo correspondente a essa chamada, que é então transmitido à central de controlo principal CCP para ser posteriormente utilizado na confecção da fita de tarifação e análise de tráfego.

Na chamada de uma estação terminal fixa ETF para uma outra estação terminal fixa ETF, quando um assinante fixo origina a chamada esta é processada conforme acima até a etapa de translação de dígitos. Neste ponto, a central de comutação CC determina, através de seu banco de dados, que a chamada se destinava a uma outra estação terminal fixa ETF.

Se essa outra estação terminal fixa ETF é atendida pela mesma central de comutação CC, a chamada é processada normalmente. Caso contrário, se o assinante for atendido por outra central de comutação CC, um tronco vago é atribuído para a chamada e esta volta a ser processada como uma chamada do tipo estação terminal fixa ETF para estação terminal fixa ETF. 0 assinante chamado é localizado e, quando este responde, um canal de voz é designado para estabelecer o enlace de voz entre as estações. Esse enlace de voz é estabelecido a partir da 14

central de comutação CC da estação radio base ERB correspondente à estação terminal fixa ETF que deu origem à chamada para a central de comutação CC da estação radio base ERB da estação terminal fixa ETF de destino.

Quando termina a chamada, qualquer das partes que desligar a central de comutação CC liberta todos os recursos usados na chamada e o registo correspondente a essa chamada é gerado na estação radio base ERB de origem para ser transmitido â central de controlo principal CCP para posterior utilização na confecção da fita de tarifação e análise de tráfego.

Neste sistema, as chamadas podem ser feitas através de uma estação terminal fixa ETF para a qual existe um espaço no banco de dados reservado para registar as chamadas efectuadas por cada assinante.

Uma característica importante do sistema de telefonia celular com célula ampliada de acordo com a presente invenção é a possibilidade de sua expansão, através de sectorização e/ou de divisão de células.

Assim, através de um projecto pré-determinado é possível configurar as células necessárias à cobertura inicial de uma determinada área, determinando precisamente a localização e o número de células e, portanto, de estações radio base ERB necessárias na área a ser atendida. Para atender a esse tráfego, grupos de canais são colocados para cada célula, sempre proporcionais ao tráfego máximo esperado. 0 sistema de telefonia celular com célula ampliada da presente invenção permite, entretanto, que, numa segunda etapa, em função da quantidade de assinantes, densidade de tráfego 15 telefónico e outros factores, inclusive topográficos, cada célula seja sectorizada ou dividida.

No primeiro caso uma determinada célula é dividida em sectores que passam a ser tratados pela central de comutação e controlo CCC como novas células e, no segundo caso, a célula a ser dividida tem sua área reduzida pela diminuição da potência transmitida, sendo a área restante coberta por um nova célula, o que resulta em várias microcélulas em vez de uma macrocélula.

Tendo sido descrita a invenção, é para ser compreendido que a mesma pode sofrer inúmeras modificações e variações em sua forma de realização, desde que tais modificações e variações não se afastem do espírito e escopo da invenção tal como definidos nas reivindicações anexas.

Lisboa, 19 de Maio de 1992

J. PEREIRA DA CRUZ

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 10-A 3.“ 1200 LISBOA

Claims (2)

1. REIVINDICAÇÕES is. - Sistema de telefonia celular com célula ampliada, particularmente projectada para utilização em áreas rurais, caracterizado pelo facto de compreender. uma central de comutação e controlo ligada à rede nacional de telefonia e em comunicação com diversas células; uma estação rádio base colectora e retransmissora em cada célula, compreendendo a referida estação rádio base uma torre e um conjunto de antenas, sendo e referida torre preferivelmente de grande porte, instalada em local elevado e possuindo antenas de grande potência de modo a cobrir uma grande área; e uma pluralidade de estações terminais fixas distribuídas dentro do raio de alcance de cada referida estação rádio base, tendo cada referida estação, terminal fixa uma antena direccional de grande potência de captação acoplada ao mesmo, voltada em direcção à estação rádio base. « 2-. - Sistema de telefonia celular com célula ampliada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de cada estação rádio base estar ligada â central de comutação e controlo por meio de canal análogo ou digital a quatro fios, sendo a comunicação entre as mesmas por radiofrequência, feixe PCM ou fibras ópticas. 3a. - Sistema de telefonia celular com célula ampliada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de cada estação terminal fixa compreender um transreceptor de baixa

   potência acoplado â antena direccional, constituindo um terminal de assinante fixo. 4a. - sistema de telefonia celular com célula ampliada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto das estações rádio base comunicarem com as estações terminais fixas por meio de canais de radiofrequência compreendendo canais de controlo e de audio. 53; - Sistema de telefonia celular com célula ampliada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto da estação rádio base interfacear entre si os assinantes locais e/ou promover a interface entre os assinantes locais e os assinantes da rede nacional de telefonia. 6a. - Sistema de telefonia celular com célula ampliada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto da estação rádio base comunicar com as estações terminais fixas através de canais de radiofrequência que utilizam protocolos padronizados para envio e recebimento de canais de controlo e sinais de audio.
2. 73. - Sistema de telefonia celular com célula ampliada, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto da referida comunicação entre a estação rádio base e as estações terminais fixas ser por modulação em frequência de um sistema de rádio operando na faixa de 800 MHz. 83. - sistema de telefonia celular com célula ampliada, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de cada estação rádio base compreender pelo menos dois bastidores, interligados a antenas omnidireccionais. -3- 9fl. - Sistema de telefonia celular com .célula ampliada, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto das referidas antenas serem instaladas em altura adequada, que permita uma cobertura de raio de aproximadamente 60 km em torno da estação rádio base. 10â. - Sistema de telefonia celular com célula ampliada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto da central de comutação e controlo compreender por uma central de controlo princpal e uma central de comutação, sendo a primeira destinada a promover a interface entre o operador e o sistema e a segunda a controlar o processamento das chamadas e de todas as fases de conexão e desconexão das chamadas. Lisboa, 19 de Maio de 1992

   J. PEREIRA DA CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 10-A 3.» 1200 LISBOA