基於無線區域網和/或藍牙網絡的個人通信系統的製作方法

2023-06-16 00:04:21

專利名稱：基於無線區域網和/或藍牙網絡的個人通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種綜合了無線區域網(WLAN)、藍牙(Bluetooth)、數字用戶線(xDSL)、PSTN技術以語音為主要業務的無線通信系統，屬於通信領域。
背景技術：
現階段電信網面臨幾種壓力第一，行動電話網對固定電話網的替代趨勢加速，行動電話的技術替代和業務分流使固定電話網在話務量、收入和電話主線三方面全面進入衰退階段；第二，數據業務對PSTN話音業務形成巨大衝擊；第三，IP對電信商務模式產生破壞作用。為了維持電信基礎設施的持續效用和語音業務，目前有兩種措施一是在原銅質雙絞線的基礎上引入數字用戶線(Digital Subscriber LineDSL)技術，如ADSL、VDSL等，實現家庭或小辦公室用戶對網際網路的接入。這樣可以不必鋪設光纜到戶(樓、小區)，從而極大節省地了接入成本，且可以在不影響原電話通信的同時，基本滿足用戶瀏覽網際網路的需求。二是引入PHS系統(在中國稱為「個人通信接入系統」、PAS、或「小靈通」)，對固定電話網實現移動延伸，作為到用戶銅線的補充。這兩種技術分別進一步發揮了通信網絡本地交換局和雙絞線兩個方面的作用。
xDSL技術是最重要的接入技術之一。xDSL包括多種類型，主要有ADSL、VDSL和HDSL等。它們的主要差別在於對雙絞線的頻段使用範圍、調製方式和雙工方式等的不同。xDSL技術主要採用「離散多音頻」(DMT，與OFDM相同)線路編碼方式，充分發揮了其適應雙絞線頻率選擇性衰落的特性，擴大了雙絞線可使用的頻率範圍，在不影響POTS的情況下，可使數據速率達到幾Mbps甚至幾十Mbps。但是目前的xDSL系統還只可以在傳送數據的同時實現單路的語音通信，即還是在原POTS頻段(4KHz以下)上傳送模擬語音，而在其他更高的頻段上只傳送數據。VoDSL(Voice Over DSL)技術將改變這種狀況，使多路數字語音可以在DSL上傳送，其原理一般是首先通過一個安裝在用戶端的「綜合接入設備」(IADIntegrated Access Device)，把模擬話音(多路)和數據信息流復用在一個電話線路上傳送本地局端。然後，在本地局端通過「數字用戶線接入復用設備」(DSLAMDSL AccessMultiplexer)，把多個DSL線路中的語音/數據復用起來，這是用戶側DSL線路終結點，再傳送到ATM交換機(根據VoDSL的體制也可能是其他設備)。在遠端，通過數據網絡的數據經過語音網關分離出語音數據後，送到當地局端交換機，經IAD後轉換到xDSL線上，最終至被叫用戶。
PAS(Persional Access System)系統是一種過渡性的通信技術，是在移動通信發展初期階段暫時的一種低檔補充。它利用了現有的固定電話網絡設備，將有線接入變為無線接入，提供了一種可移動的通信功能。其基本工作原理是來自手持機的信號首先被基站接收，然後通過無線接入設備發送到市話網。手持機的通信體制基於TDMA，雙工方式為TDD，系統採用微蜂窩結構。由於可支持的移動性、容量、業務種類和帶寬，以及使用頻段的限制等原因，目前並沒有在世界範圍內大量布設，屬於隨著無線通信技術在WLAN、3G/4G及超寬帶(UWB)等方面的發展而會被逐漸淘汰的技術種類。
VoIP(Voice Over IP)是一項新興的技術，它利用IP網絡的普及性及廉價性，採用分組數據將語音在網絡上傳輸，在遠端通過語音網關再轉到PSTN網絡上實現對POTS電話的呼叫。這種電話的優點是廉價，問題是QoS(Quality of Service)比較難以保障，且缺少移動性。
VoWLAN(Voice Over WLAN)是當前最新的技術之一，是基於WLAN的語音傳輸技術，利用了WLAN將語音業務接入到IP網絡中，然後再轉入PSTN網絡。這種技術目前有許多公司在研究，並且在探討將其與蜂窩手機結合起來形成雙模或多模終端的問題。但是目前WLAN手機系統的問題是經過數據網絡的技術過分複雜，設備兼容性差，投資過大。
蜂窩移動通信技術、無線區域網(WLAN)技術、藍牙(Bluetooth)技術的發展，正走向互連互通階段。蜂窩移動通信技術構建了大範圍移動終端(手機為主)之間以語音為主要業務的通信網絡，無線區域網構建了小範圍移動終端(筆記本電腦、PDA、PC為主)之間以數據為主要業務的網絡，而藍牙則構建了以個人系統為主的無線個人網絡(WPAN)。它們佔有不同的無線頻段，有不同的工作方式和主流業務。這些技術將是長久性發展和應用的技術，如何將這些技術相結合發揮更大的作用，正是目前業界致力於研究的問題。
雖然通信技術的發展及其應用沒有止境，但是其階段性的發展，卻需要綜合考慮技術基礎、未來需求、成本投入和市場大小等因素。對現有系統進一步開發利用，或者組合成新的系統是每一個階段都有必要考慮的問題。
本發明正是針對通信領域現階段這種需求，提出了一種基於無線區域網WLAN(和/或藍牙)、DSL技術，可以取代PAS的無線通信系統。

發明內容
根據對現有各種通信技術、通信網絡的分析，特別是固定電話網的潛力以及受移動通信的影響，本發明的目的在於提供一種個人通信系統，通過xDSL技術在現有PSTN網絡的基礎上實現基於WLAN或BLUETOOTH的移動語音通信。它可以充分簡化技術的複雜性，充分利用現有PSTN網絡的潛力，消弱蜂窩移動通信業務對固定電話網絡業務的衝擊，同時也可以取代小靈通系統業務衰落或者被禁後的空白。
本發明的目的是通過下述技術方案實施的按本發明的無線區域網(WLAN)和/或藍牙(Bluetooth)網絡的個人通信系統，包括具有WLAN和/或Bluetooth功能的手持式移動終端、由這些移動終端和其他具有WLAN和/或Bluetooth功能的數字終端構成的WLAN和/或Bluetooth網絡、POTS電話、用戶側的綜合無線接入設備、局端的DSL接入復用設備(DSLAM)、以及PSTN網絡和其他數據網絡。所述手持式移動終端通過空中接口與所述綜合無線接入設備相連；所述POTS電話通過雙絞線與所述綜合無線接入設備相連；所述綜合無線接入設備通過雙絞線與所述局端DSLAM復用設備相連；所述DSLAM設備分別與本地局交換機和數據網絡相連。
進一步，所述的綜合接入設備包括一復用/解復用器，並以該復用/解復用器為中心，分別以雙向電路連接方式依次連接的無線區域網接入點和收發天線；以雙向電路連接方式依次連接的藍牙網絡接入點和其天線；以雙向連接方式連接的電子開關，以及以XDSL方式雙向連接的的合併/分離器；該電子開關為單刀雙擲結構，該復用/解復用器的連接該電子開關的常開擲、固定電話的雙絞線通路連接到常閉擲，該復用/解復用器的一個控制端連接到電子開關的控制輸入端，另一個檢測端連接到POTS電話線；該電子開關的常閉擲以電路連接該合併/分離器而形成POTS電話通道；由該合併/分離器以雙絞線連接局端DSLAM接入復用設備。
所述局端DSL接入復用設備包括處理模塊和分別與該處理模塊成雙向電路連接的位於接入側的XDSL接入模塊和位於上行側的ATM模塊、IP模塊和PSTN模塊，以及網絡管理接口模塊。
所述的具有WLAN和/或藍牙功能的手持式移動終端包括手機、PDA(個人數字助理)、和筆記本電腦等。更具體的是具備有WLAN(符合IEEE802.11系列標準)或者Bluetooth標準的手持式行動裝置。
綜上所述，本發明的優點是1.本發明通過XDSL技術，在現有PSTN網絡的基礎上，實現對基於WLAN和/或藍牙的語音或數據通信，充分簡化技術的複雜性而實現多種移動通信通道，即(a)固定電話的POTS通道維持不變，並可增加到同一區域網其它移動終端的通信功能；(b)移動終端以VoDSL方式經過數據網絡實現與遠端區域網路終端的語音通信；(c)本區域網內的移動終端到移動終端之間、移動終端到固定電話之間的通信；(d)區域網移動終端與蜂窩網移動終端間通過基站進行的通信。
2.本發明建立在現有的基礎設施上，僅僅增加部分設備的功能即可完成語音的傳誦，充分利用現有的PSTN網絡潛力，削弱蜂窩移動通信業務對固定電話網絡的衝擊，同時也可取代小靈通系統業務衰落或者被禁止後的空白。


圖1是本發明的組成示意圖；圖2是本發明中的用戶側主要設備之一綜合接入設備的原理圖；圖3是本發明中的局端設備DSLAM原理圖；圖4是本發明移動終端與各種終端之間的通信路徑圖；具體實施方式
本發明實際上是通過基於xDSL的WLAN和/或Bluetooth接入點以固定電話網絡為主的移動通信系統，主要是現有技術的改造和組合。本發明的實施主要涉及到移動終端、無線綜合接入設備(IAD)和數字用戶線接入復用設備(DSLAM)，其他依賴於現有的電信網絡和數據網絡。
本發明一個較好實施例的基本構成如圖1所示。它由本地以xDSL接入點1-2為中心的無線區域網(和/或者藍牙網絡)1和更多的類似的區域網(和/或藍牙網絡)2、銅質雙絞線3-1～3-2、多功能的DSL接入復用設備(DSLAM)4-1、PSTN網絡6、數據網絡7、蜂窩通信小區5(包括GSM、CDMA、GPRS、WCDMA等)，以及遠端類似的DSL接入復用設備(DSLAM)8-1、無線區域網(和/或藍牙網絡)10～11、蜂窩通信小區12等構成。整個系統可以實現特定的移動用戶終端1-4～1-7在PSTN網絡6進行語音通信、在數據網絡7上進行數據交換的功能，並同時保持POTS電話系統1-1不受任何影響。可以看到，該系統建立在現有的基礎設施上，僅僅需要增加部分設備的功能即可完成語音的傳送。
在圖1中實現的重要話音通道是具有WLAN或藍牙功能的手持終端1-4等通過綜合DSL接入點1-2到其它遠端類似的用戶手持式終端。而基本的語音通道包括多種，一是固定電話1-1的POTS通道維持不變，但是可以增加到同一區域網路其它移動終端1-4～1-7的通話功能；二是移動終端1-4～1-7以VoDSL方式經過數據網絡實現語音通信；三是無線區域網(和/或藍牙網絡)內部終端間的通信，包括移動終端到移動終端、移動終端到固定電話之間；四是區域網(和/或藍牙網絡)1～2中的移動終端與蜂窩網5中的移動終端間進行的通信。
本實施例中的移動終端1-4～1-7是個人手持式設備(手機、PDA、筆記本電腦等)，可以具有不同組合功能，但首要的是具有WLAN(符合IEEE802.11系列標準)或者BLUETOOTH功能模塊。這種多功能組合的手持式設備1-4～1-7在本發明中是WLAN手機、PDA、WLAN/GSM雙模手機、WLAN/CDMA雙模手機、WLAN/WCDMA雙模手機，以及具有Bluetooth中CTP(Cordless Telelphony Profile)應用協議棧功能的手機等。手持式終端，比如手機1-4是具有蜂窩通信功能和WLAN功能(和/或藍牙功能)的手機，蜂窩通信支持常規的語音業務，當手機1-4檢測到在無線區域網1內時，就選擇通過無線區域網1傳送語音或者交換數據，而當手機5-1檢測不到可用的無線區域網或不處於無線區域網範圍時，則通過常規的蜂窩移動通信網絡5傳送語音或者數據。
WLAN或者Bluetooth支持數據業務也支持語音業務，手機1-6是WLAN手機，可以只具有WLAN功能，實現與其它各種網內具有WLAN功能的終端之間的數據交換，比如同筆記本電腦1-7，或者語音通信，比如同手機1-5。常規的蜂窩移動通信系統主要由接入設備基站5-1和核心網設備5-3構成。
為了簡化網絡的複雜性，本發明中具有多種功能的移動終端(蜂窩/WLAN雙模手機、蜂窩/Bluetooth手機等)，沒有必要實現在蜂窩小區與無線區域網的無縫切換，僅僅以無線區域網作為優先選擇即可。當手持無線終端1-4～1-7有確定的身份時，比如選擇和蜂窩網絡5中的身份相同，可以實現蜂窩網之間的漫遊。特別是當高速、大範圍移動中通話時，可以選擇鎖定使用蜂窩系統。
在用戶側的設備是無線綜合接入設備(IADIntegrated Access Device)1-2。IAD1-2是具有WLAN和BLUETOOTH雙重接入點功能的設備，它溝通了WLAN和/或Bluetooth無線網絡1到xDSL接入設備DSLAM4的通道。從局端向用戶側看，IAD1-2是用戶端的復用/解復用設備，其主要功能是把同一WLAN和/或Bluetooth網絡中來自不同用戶終端的多路話音和數據信息流復用在一條電話線路上傳送，或者將一條線路上的下行信號分離到不同的用戶終端。在本實施例中，IAD1-2同時具有自動識別並轉接固定電話1-1與網內移動終端1-4～1-7通話的功能。
IAD1-2的結構如圖2所示，它有3個途徑可同時接收/發送用戶終端信號，一是通過天線20-1經空中接口接收/發送WLAN終端信號，二是通過天線21-1經空中接口接收/發送藍牙終端信號，三是固定電話機1-1經雙絞線收發的模擬語音信號。WLAN接入模塊20，藍牙接入模塊21，分別實現WLAN和BLUETOOTH接入點功能，它們接收的信號通過復用/解復用器22復用後形成xDSL信號送到合併/分離器23與模擬的POTS信號一起從雙絞線28上發送到局端設備。從雙絞線28來的下行信號可能包含有到POTS 1-1的的模擬語音信號、到多個WLAN終端的語音或數據信號，以及到多個藍牙終端的語音或數據信號。到POTS 1-1的模擬信號由合併/分離器23分離出來後通過電子開關24的常閉點直接送到固定電話機1-1。WLAN信號和藍牙信號通過復用/解復用器22解復用後分別送到WLAN接入模塊20和Bluetooth接入模塊21，然後由空中接口分別經天線20-1和21-1發送到各自的移動終端上。POTS1-1與移動終端的通信由電子開關24和復用/解復用器22一起實現。復用/解復用器22實際是IAD1-2的控制中心，當有來自同一WLAN或者藍牙網絡中的移動終端對固定電話的呼叫時，它檢測到後通過連接22-2將電子開關24置於與觸點22-1連接的狀態上。由於POTS1-1隻能接收或發送模擬語音信號，因此，它還具有將模擬語音轉換為數位訊號並按照所需標準進行壓縮的功能；反之，它也需要具有將數字的壓縮語音信號轉換為模擬信號的功能。電子開關24常態應是POTS1-1與合併/分離器23直接連通的，保障正常的POTS通話在IAD1-2工作異常時也不受影響。固定電話到同網中移動終端1-4～1-7的呼叫，可以通過設定特定的前置號碼、設置特定的按鍵、或先按功能鍵等方式經由22-3輔助復用/解復用器22來識別，並據此經由控制線22-2控制電子開關24接通到觸點22-1上。
本發明的主要傳輸介質是銅質雙絞線，如圖1中的雙絞線3-1～3-2。在它們上面傳輸的是常規的低頻(低於4KHz)POTS模擬語音信號，和包含數字語音及數據的xDSL信號(高於4KHz部分)。
在局端設備4中，主要的設備是數字用戶線接入復用設備DSLAM(DSLAccess Multiplexer)4-1，它把多個xDSL線路復用起來傳輸，如來自區域網1從雙絞線3-1上傳輸的xDSL信號，以及來自於區域網2從雙絞線3-2上傳輸的信號，它是用戶側xDSL線路的終結點。在本實施例中，用戶的語音信號主要通過PSTN模塊33被發送到傳統的PSTN話音網絡6，用戶的數據通過IP模塊34或ATM模塊35被發送到數據網絡7傳送。當PSTN語音網絡繁忙，且數據網絡支持語音業務時，語音信號也可以轉到數據網絡7傳送，然後在遠端經過語音網關8後再送到相應的終端。這是目前VoIP的技術途徑，這種選擇過程由DSLAM設備4-1完成。相反地，下行時DSLAM設備4-1解復用來自多條線路的xDSL信號、復用要到同一條線路去的語音與數據信號，發送到不同的用戶區域網1～2去。DSLAM 4-1具有分離/合併POTS與xDSL信號的功能。上行時，將POTS信號分離出來後直接送到PSTN網絡6；下行時，又將一個用戶的POTS信號和其xDSL信號合併一起通過雙絞線3-1～3-2傳送到綜合接入設備IAD1-2。
目前應用的DSLAM設備有2種。一是從下行的線路到上行的接口全部採用ATM方式，這是比較符合DSL自身技術特點的結構。這種DSLAM只能使用ATM網絡作為其接入與核心網絡，可以提供速率達622M的接口，當要與以IP技術為核心的網際網路互通時，則需要一種同時支持ATM和IP兩種協議的伺服器。另一種是以IP為上行的DSLAM設備，可以直接接入網際網路。
這兩種技術目前都可以支持VoIP，但是由於設備昂貴複雜，且需要完全通過數據網絡傳輸語音、質量不太能夠保證，所以仍舊沒有大規模實施。
本實施例中的DSLAM 4-1語音業務主要以PSTN輸出為主，目的是為了減少設備的複雜性及傳輸環節，充分利用現有的PSTN網絡6提供高質量的移動語音業務。但同時也可以以模塊的形式加入現有的DSLAM設備中，形成可以互相轉換和可選擇的輸出方式ATM、IP或PSTN，這種方式也可以以動態的方式控制，視當時PSTN網絡6和數據網絡7的狀態來選擇。
圖3是本發明中DSLAM設備4-1的構成框圖，在接入側，上行時來自不同用戶的xDSL信號被xDSL接入模塊31解調，然後經多功能處理模塊32處理後，分離同一用戶的語音和數據，並將所有用戶的語音信號復用傳送到PSTN模塊33以傳統的TDM方式輸出到交換機，將多個用戶的數據信號經ATM模塊35或者IP模塊34處理後，以ATM信元或IP包的方式送到數據網絡。在網絡側，下行時PSTN模塊33接收多個用戶的語音信號，解復用後再與來自數據網絡的到同一用戶的數據信號復用，然後一起經xDSL接入模塊31調製後經雙絞線30發送到用戶側相應的綜合接入設備IAD。DSLAM設備4-1配置網絡管理接口模塊37，在局端通過連接36給網絡管理系統提供對運行管理、用戶管理等的功能接口。
本發明中可能的語音和數據通信通道在圖4中標示。在無線區域網或者藍牙網絡中的行動電話A1與同一區域網路內的行動電話A2之間的通話以WLAN或者Bluetooth方式通信，傳送的是數字語音或數據；行動電話A1與同一區域網路內的便攜終端計算機A1之間的數據交換以WLAN或者Bluetooth方式；行動電話A1與連接到同一IAD上的固定電話A1之間的通話以WLAN或者Bluetooth方式到IAD，經IAD進行信號轉換後再以POTS方式到固定電話A1；行動電話A1與遠端普通固定電話C1的通話以WLAN或者Bluetooth方式到IAD、xDSL到DSLAM、TDM到PSTN，然後經POTS交換到固定電話C1；行動電話A1與遠端固定電話B1的通話以WLAN或者Bluetooth方式到IAD、xDSL到DSLAM、TDM到PSTN，然後再交換到遠端的DSLAM、xDSL到IAD、無線傳送到固定電話B1；行動電話A1與遠端行動電話B1的通話以WLAN或者Bluetooth方式到IAD、xDSL到DSLAM、TDM到PSTN，然後逆向方式操作直到行動電話B1；固定電話A1、B1、C1之間的通信仍舊以POTS方式進行；行動電話A1與蜂窩行動電話(或者PAS終端)間的通話通過PSTN網絡中轉。
權利要求
1.一種基於無線區域網和/或藍牙網絡的個人無線通信系統，其特徵在於系統包括具有WLAN和/或Bluetooth功能的手持式移動終端、由這些手持式移動終端和其他具有WLAN和/或Bluetooth功能的數字終端構成的WLAN和/或Bluetooth區域網路、POTS電話、用戶側的綜合無線接入設備、局端的DSL接入復用設備(DSLAM)，以及PSTN網絡和其他數據網絡，其特徵在於(1)所述手持式移動終端通過空中接口與所述綜合無線接入設備相連；(2)所述POTS電話通過雙絞線與所述綜合無線接入設備相連；(3)所述綜合無線接入設備通過雙絞線與所述的局端DSL設備相連；(4)所述DSL設備分別與本地交換機和數據網絡相連。
2.根據權利要求1中所述的基於無線區域網路和/或藍牙網絡的個人通信系統，其特徵在於(1)所述的綜合無線接入設備包括一復用/解復用器，並以該復用/解復用器為中心，分別以雙向電路聯結方式依次連接的無線區域網接入模塊和其收發天線；以雙向電路聯結方式依次連接的藍牙網絡接入模塊和其收發天線；以雙向電路聯結方式連接的電子開關；以及以XDSL方式雙向連接的合併/分離器；(2)所述的該電子開關為單刀雙擲式電子開關，電子開關的常開點連接到復用/解復用器，電子開關的常閉點連接到合併/分離器形成POTS通道；(3)所述的合併/分離器是通過雙絞線連接到局端的DSL接入設備，復用/解復用器的控制埠分別連接到電子開關的控制端和POTS電話機。
3.根據權利要求1所述的基於無線區域網和/或藍牙網絡的個人無線通信系統，其特徵在於所述局端的DSL接入復用設備包括處理器模塊和分別與其成雙向電路聯結的位於接入側的XDSL接入模塊和位於上行側的ATM模塊、IP模塊、和PSTN模塊，以及網絡接口模塊。
4.根據權利要求1～3中的任一項所述的基於無線區域網和/或藍牙網絡的個人無線通信系統，其特徵在於所述具有WLAN和/或Bluetooth功能的手持式移動終端包括手機、PDA和筆記本電腦等個人手持式數字設備。
全文摘要
一種基於WLAN和/或Blue tooth的個人通信系統，包括具有WLAN和/或Bluetooth功能的手持式移動終端、由這些手持式移動終端和其他具有WLAN和/或Bluetooth功能的數字終端構成的WLAN和/或Bluetooth區域網路、POTS電話、用戶側的綜合無線接入設備、DSLAM及PSTN網絡和其他數據網絡。手持式移動終端通過空中接口與綜合無線接入設備相連，POTS通過雙絞線與綜合無線接入設備相連，綜合無線接入設備通過雙絞線與DSLAM設備相連，DSLAM設備分別與本地交換機和數據網絡相連。本發明充分簡化技術的複雜性，建立在現有的基礎設施上，僅僅增加部分設備的功能，充分利用了現有PSTN網絡的潛力。
文檔編號H04M11/06GK1602038SQ20041006751
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月27日 優先權日2004年10月27日
發明者樊凌濤 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所