CN1158782C - 无线专用小交换机及其操作方法 - Google Patents

Abstract

使专用小交换机(104)能够通过在无线接口上通信以成本效率高的方式增加通信容量的装置及方法。无线专用小交换机(104)包括手持收发机站(116)，连接到与多个终端(122)连接的专用小交换机(118)。在入站信息处理过程中，无线通信网(102)将入站信息发送到无线PBX(104)。无线通信网(102)发送的入站信息由HTS(116)接收。HTS对入站信息解码，进行从GSM格式到ISDN格式的协议转换，然后将入站信息转发到PBX(118)。PBX(118)则将入站信息路由选择到恰当的终端(122)。在出站信息处理过程中，HTS(116)从PBX(118)接收出站信息。HTS(118)进行从ISI)N到GSM的协议转换，并对出站信息编码。无线通信网(102)再将出站信息路由选择到目标外部电话网终端。所提供的示范实施例用于移动通信全球系统(GSM)协议并可用于其它数字技术。

Description

无线专用小交换机及其操作方法

                        有关申请

本申请是美国专利No.6,173,177的部分继续申请，而该申请是美国专利No.5,734,979的继续申请，在这里结合参照。

本申请享受1998年1月15日提交的美国Prov.No.60/071,075的优先权。

                          领域

本发明涉及无线专用小交换机。具体来说，发明涉及使专用小交换机能够使用无线通信网与外部电话网通信、以成本效率高的方式增加专用小交换机通信容量的系统及方法。

                          背景

随着通信服务(语音与数据)重要性的日益增加，对经济地提供成本效率高的通信方式的需求快速增长。常规的公共电话业务，通常称为公共交换电话网(PSTN)或有线电话，仍是全世界上百万用户所使用的占主要地位的通信网。有线电话使两个用户仅当彼此之间有一条物理线路连接时才能彼此通信。用户之间物理连接的必要性对PSTN系统用户施加了几个限制。

首先，PSTN在给定时刻能够服务的用户容量受到用户之间存在的物理线路数目的限制。因此，PSTN的容量仅可以通过安装/铺设新线路以支持附加用户来增加——这是非常昂贵而且费时的解决方案。因此，PSTN的容量通常被经济考虑所制约。因此非常希望有一种能够用成本效率高的方式增加容量的通信网。

现有PSTN系统的另一个问题是铺设新线路的方法通常是在地下。包括大量挖路和房地产。在很多情况下，没有另外的选择。在人口众多的都市地区，象城市和郊区，更是如此，那里对通信业务的需求很高，但是只有很少的土地可供铺设新的PSTN线路。此外，由于PSTN线路在用户之间延伸很长的距离，其维护非常昂贵而且耗时。因此，需要一种不仅增加通信容量而且也容易安装和维护的通信系统。

有线PSTN系统的上述问题和限制主要影响诸如办公室和宾馆这需要很大通信容量的商业机构。这些商业机构中的大多数使用专用小交换机(PABX)来解决呼叫处理的需要。PBX通常是为单个组织服务的电话交换机，例如，具有通常处于用户房屋处的交换板及有关设备的办公楼。PBX通常连接到处于典型办公环境中的多个专用内部电话用户(被叫终端)。PBX提供一个或多个这些终端之间的内部呼叫交换。PBX也通过PSTN线路连接到外部电话网。PBX使用PSTN线路在PBX终端和外部电话网终端之间进行呼叫路由选择。

随着普遍性PBX所服务的商业机构规模的发展，常常希望以合理的代价增加PBX的外部通信容量。但是，由于PBX链接到固定容量的物理PSTN线路，容量的增加只能通过安装附加的PSTN线路成为可能。正如前面提到的，在大多数情况下，这种选择太昂贵而且不实际。因此，这些PBX的外部呼叫容量被强制为现有PSTN物理线路的数目。因此希望能够提供以成本效率高而且实际的方式增加现有PBX容量的系统。

无线电话(或移动通信)技术的出现已经找到了将电话从线路上脱开从而解决有线PSTN网络所施加的一些限制的方法。在无线通信网中，例如GSM，电话被移动站(MS)或手机所取代。蜂窝网络所服务的地理区域被分成服务小区——每个小区由一个基收发站(BTS)服务。信息在移动站和BTS之间通过无线接口交换。BTS再与在无线网中执行基本交换功能的移动业务交换中心(MSC)通信。MSC也作为无线网和其它外部通信网之间的网关——在GSM和其它外部电话网之间执行互连和交换功能。

尽管无线电话取消了线路的限制，但是它有自己存在的问题。首先，移动站与普通电话相比非常昂贵。因此，用移动站取代电话不总是经济可行的。这一点对于已经将PBX连结到PSTN电话网的交易及其它商业机构来说特别重要。用无线网络取代整个现有的PSTN基础不是成本效率高的。其次，专用小交换机提供的很多功能是无线电话业务所不支持的。因此希望商业机构可以保留现有的基于PSTN的PBX系统并且具备可用的无线技术的好处。

                         概述

本发明涉及无线专用小交换机。具体来说，发明涉及使专用小交换机能够使用无线通信网与外部电话网通信、以成本效率高的方式增加其通信容量的系统及方法。所提供的示范实施例用于移动通信全球系统(GSM)协议并可用于其它蜂窝通信及数字技术。

无线专用小交换机包括手持收发机站(HTS)，连接到为多个终端服务的专用小交换机。在入站信息处理过程中，手持收发机站接收无线通信网发送的入站信息。手持收发机站对入站信息解码并进行从GSM格式到PBX所支持的ISDN格式的协议转换，然后将入站信息转发到PBX，后者将其路由选择到恰当的终端。

在出站信息处理过程中，手持收发机站从PBX接收将被路由选择到外部电话网终端的出站信息。手持收发机站将出站信息从ISDN格式转换到GSM格式。然后手持收发机站对出站信息编码并将其发送到无线通信网。出站信息被无线通信网路由选择到目标外部电话网终端。

在一个实施例中，HTS包括天线、接收机、发射机、处理器和协议转换器。接收机接收入站信息，发射机发送出站信息。处理器连接到接收机和发射机，负责对入站信息解码并对出站信息编码。协议转换器负责在GSM和ISDN之间转换信息格式。

在发明的一个实施例中，PBX连接到HTS，并通过物理链路连接到外部PSTN网。在这个实施例中，PBX被配置为仅当有线PSTN接口已经在满容量上操作时才将呼叫通过无线接口路由选择。这样使PBX最佳利用现有的PSTN链路以及无线接口。

在发明的另一个实施例中，无线专用小交换机的并发容量可以通过多个HTS来增加，每个HTS都有自己的接收和发送周期。按照需要并在需要时增加附加HTS的能力为PBX管理员提供了一种增加PBX通信容量的容易而且廉价的方式。

发明的好处包括增加PBX通信容量而不需要安装附加PSTN线路的能力。此外，在发明的一个实施例中，PBX可以最佳利用现有PSTN链路以及无线接口。由于本发明所需的设备处于用户位置，很容易安装及维护。本发明为PBX用户提供了在需要时增加PBX容量的灵活性。

                    附图的简要描述

当结合附图时，可以很容易地从如下详细描述以及所附权利要求中明确本发明附加的特性、方面以及优势，其中：

图1描述了结合本发明的示范电话网；

图2表示发明实施例中入站信息处理所包括步骤的流图；

图3表示发明实施例中出站信息处理所包括步骤的流图；

图4是描述发明实施例中手持收发机站内部结构的框图；

图5描述本发明的替代实施例；以及

图6描述本发明的另一个替代实施例。

                      详细描述

本发明涉及无线专用小交换机。具体来说，发明涉及使专用小交换机能够使用无线通信网与外部电话网通信、以成本效率高的方式增加其通信容量的系统及方法。所提供的示范实施例用于移动通信全球系统(GSM)协议并可用于其它蜂窝通信及数字技术。

本发明参考结合了特殊配置以及协议的各种实施例进行描述。本领域技术人员将会理解在本发明范围之内可以对实施例进行各种改变和修改。为了描述方便，术语“信息”包括语音、数据或二者。

参考图1，其中表示了结合本发明的示范电话网100。使用GSM协议的无线通信网102通过无线接口与无线专用小交换机104通信。无线通信网102是常规的无线网络，包括基收发站108(BTS)，连接到基站控制器110(BSC)，后者再连接到移动业务交换中心112(MSC)。在典型的无线网络中，使用天线112的BTS 108通过无线接口与移动站或手持机通信，后者提供端用户借以接入无线网的接口。在图1所示的电话网100中，移动站或手持机被无线专用小交换机104所取代。MSC 112作为无线通信网102和外部电话网106之间的网关。因此，MSC112负责提供无线网102和其它外部网106之间的互连。GSM的概述在美国专利No.5,781,582中描述，这里结合参照。

无线专用小交换机104包括天线114、手持收发机站116(HTS)以及连接到多个终端122的专用小交换机118(PBX)。PBX 118所服务的终端122包括电话、传真终端以及计算机。PBX 118支持常规PBX系统所执行的功能，例如呼叫路由选择、呼叫重定向、呼叫转发以及呼叫等待。在图1描述的实施例中，PBX 118支持ISDN协议并通过ISDN链路120连接到HTS 116。但是，在替代实施例中，PBX 118也可以支持本领域技术人员已知的其它电话网协议。

HTS 116仿真典型移动站的功能。因此HTS 116使PBX终端122能够通过无线接口与外部电话网106通信。总的来说，本发明进行的信息处理可以归为入站信息处理和出站信息处理两类。入站信息处理指的是从外部电话网终端到PBX 118所服务的终端传递入站信息所包括的步骤。出站信息处理指的是从连接到PBX 118的终端到外部电话网终端传递出站信息所包括的步骤。

HTS 116从PBX 118接收出站信息并通过天线114在无线接口上将其发送到BTS 108。类似地，HTS 116通过天线114在无线接口上从BTS 108接收入站信息，并将接收的入站信息转发到PBX 118。用这种方式，PBX 118可以通过无线网与外部电话网106通信，不需要PBX 118终端以及外部电话网终端之间的物理PSTN连接。

入站信息处理

图2描述了流图130，表示发明的实施例中入站信息处理所包含的步骤。如图2所示，入站信息处理从步骤132开始，此时MSC 112从外部电话网终端接收将被转发到PBX 118所服务的一个或多个终端的入站信息。为了将入站信息路由选择到恰当的BTS，MSC 112能够访问用户信息数据库，其中包含那个特定MSC所支持的所有移动站的列表。正如前面提到的，在发明的这个实施例中，无线专用小交换机仿真移动站。因此，PBX 118的所有终端122被映射到用户信息数据库的同一用户项。MSC 112使用入站信息中包含的目标信息查找与无线专用小交换机104对应的用户数据库项。然后MSC 112入站信息路由选择到负责与无线专用小交换机104通信的BTS 108。在步骤134，BTS108将入站信息发送到无线专用小交换机104。

在步骤136，无线专用小交换机104的HTS 116接收BTS 108发送的入站信息。在步骤138，HTS 116对入站信息解码。由于GSM信息格式不同于PBX 118所支持的ISDN信息格式，在步骤140，HTS 116将入站信息从GSM格式转换到ISDN格式。在一个实施例中，用于将数据发送到PSTN的数据格式用于从HTS 116通过ISDN 120发送数据。关于从GSM到ISDN协议转换的更多信息参见M.Mouly， The GSM System for Mobile Communications，Chapter 3，pg.140-142(1992)(《移动通信的GSM系统》，第3章140-142页)(国际标准书号2-9507190-0-7)。进行了GSM到ISDN协议转换之后，在步骤142，HTS 116将入站信息转发到PBX 118。在步骤114，PBX 118使用入站信息中包含的目标信息，将入站信息路由选择到恰当的一个(多个)终端。这就完成了入站信息处理过程。

出站信息处理

图3描述了流图150，表示发明实施例中出站信息处理所包含的步骤。如图3所示，出站信息处理在步骤152开始，此时PBX 118从它的一个或多个终端122接收请求，请求将出站信息传递到外部电话网终端。在步骤154，PBX 118将出站信息转发到HTS 116。如前面提到的，从PBX 118接收的信息是ISDN格式的，在可以通过无线接口发送之前需要转换成GSM格式。在步骤156，HTS 116将出站信息从ISDN格式转换成GSM格式。在一个实施例中，用于将数据发送到PSTN的数据格式用于将数据通过ISDN 120发送到HTS 116。关于从ISDN到GSM协议转换的更多信息参见M.Mouly， The GSM System for Mobile Communications，Chapter 3，pg.140-142(1992)(《移动通信的GSM系统》，第3章140-142页)。

在步骤158，HTS 116对出站信息编码，并准备传输。在步骤160，HTS 116使用天线114通过无线接口向BTS 108发送编码的出站信息。在步骤162，BTS 108接收HTS 116发送的出站信息。然后通过BSC 110将出站信息路由选择到MSC 112。根据出站信息中包含的目标信息，在步骤164，MSC 112执行必要的互连功能并将出站信息路由选择到恰当的外部电话网终端。这就结束了出站信息处理过程。

图4描述根据本发明一个实施例的HTS 116内部结构的框图。如图4所示，HTS 116包括天线114、双工器168、接收机170、发射机176、处理器182以及协议转换器184。天线114用于接收BTS 108发送的入站信息以及将出站信息发送到BTS 108。共用天线184可以用于接收和发送信息，因为GSM无线通信网的发射频段与接收频段是隔离的。对于GSM通信，每个频段占据大约25MHz，GSM发射频段大约在890-915MHz的范围内，接收频段大约在935-960MHz范围内。天线114通过双工器168连接到接收机170和发射机176。

在入站信息处理过程中，接收机170负责接收BTS 108发射的入站信息。这对应于图2中的步骤136。接收机170包括接收机频综器172和接收机混频器174。接收机频综器172被编程为产生HTS 116的接收频率，对应于BTS 108的发射频率。当使用天线114接收入站信息时，频综器172向接收机混频器174提供信息频率，混频器174将接收信号下变频并向处理器182提供入站信息。

在出站信息处理过程中，发射机176负责将出站信息发送到BTS108。这对应于图3中的步骤160。发射机176包括发射机频综器178和发射机混频器180。发射机频综器178被编程为产生HTS 116的发射频率，对应于BTS 108的接收频率。发射机频综器178向发射机混频器180提供频率，混频器180将从处理器182接收的出站信息信号上变频并提供通过天线114发射到BTS 108的射频信号。

处理器182连接到接收机170、发射机176和协议转换器184。处理器182负责对入站信息信号解码(对应于图2中的步骤138)，并对将通过天线发送到BTS 108的出站信息信号编码(对应于图3中的步骤158)。协议转换器184构成GSM域和PBX 118所支持的ISDN域之间的边界。协议转换是将GSM域互连到ISDN域所需要的。协议转换器184将入站信息从GSM格式转换成ISDN格式(对应于图2中的步骤140)并将出站信息从ISDN格式转换成GSM格式(对应于图3中的步骤156)完成这个任务。关于ISDN和GSM之间协议转换的更多细节参见M.Mouly， The GSM System for Mobile Communications，Chapter 3，pg.140-142(1992)(《移动通信的GSM系统》，第3章140-142页)。对本领域技术人员显然的是协议转换器184的范围不限于GSM-ISDN转换。本领域已知的其它电信协议之间的转换也在发明范围内。

协议转换器184通过ISDN链路120连接到PBX 118。协议转换器184使用链路120将入站信息转发到PBX 118(对应于图2中的步骤142)并从PBX 118接收出站信息(对应于图3中的步骤154)。PBX 118连接到多个终端122，其中包括但不限于电话、传真机和计算机。正如前面提到的，PBX 118支持典型的现有技术PBX系统所执行的功能，例如呼叫路由选择、呼叫重定向、呼叫转发以及呼叫等待。

替代实施例

图5描述了结合本发明替代实施例的电话网190。正如图5的描述，PBX 118不仅连接到HTS 116，而且通过物理链路192连接到外部PSTN网106。这种设置通常在已经有了现有的PSTN基础但是需要使用无线通信能力进一步增加PBX容量的商业机构中出现。在这种配置中，PBX 118可以选择使用有线PSTN接口192或无线射频接口同外部电话网通信。由于通过有线接口通信的成本比使用无线接口便宜，因此希望PBX 118仅当有线PSTN接口192在满容量上操作并且不能处理更多的PBX呼叫请求的情况下才使用无线接口。实际上，超过PSTN容量的PBX呼叫请求通过无线接口选择路由。

因此，在这个实施例中，PBX 118被配置为首先尝试使用有线PSTN接口进行连接。如果PSTN接口已经在满容量上操作而且呼叫请求不能成功完成，那么PBX 118就将连接请求通过无线接口选择路由。用这种方式，PBX 118不仅使PSTN网的使用最大化，而且允许使用无线接口扩充容量。这种对现有有线PSTN业务和无线业务的最佳使用大大降低了成本。对本领域技术人员显然的是：在不背离发明真实范围前提下这个实施例的各种实现都是可能的。

图6描述了结合本发明另一个替代实施例的电话网194。正如图6所描述的，PBX 118连接到多个HTS 114-1到114-n。对于给定的HTS，可以同时在无线接口上维持的PBX终端连接数依赖于组成GSM帧的时隙数。典型的GSM帧包括八个时隙。因此，包括单个HTS的无线专用小交换机在无线接口上同时可以支持多达八条连接。

增加连接数的方便方法是增加手持收发机站数。如图6所示，与每个无线专用小交换机带有一个HTS不同，PBX 118连接到具有自己的接收和发射频率的多个HTS。由于每个HTS可以支持多达八条连接，增加每个附加的HTS就为PBX的容量增加了八条连接。因此，按照需要并在需要的时候通过简单地增加连接到PBX 118的HTS数，PBX容量可以很容易地扩充。

结论

发明的优点包括增加PBX通信容量而不需要安装附加PSTN线路的能力。这将转化为很大的成本节约，否则必须要安装附加的PSTN线路。它为商业机构提供了增加通信带宽的成本效率高的方式。

在将连接请求通过无线接口选择路由之前，发明通过使较便宜的有线通信接口的使用最大化，进一步降低了成本。因此发明能够最佳使用有线PSTN和无线射频接口。

正如上面所解释的，无线PBX的容量可以通过将附加HTS连接到PBX而很容易地扩充。这为PBX管理员提供了调整PBX网络总容量的很大的灵活性。

与现有技术PSTN系统在用户之间长距离地铺设物理PSTN线路不同，本发明中使用的物理设备单元处于PBX位置。因此，发明的安装和维护简单而且廉价。

尽管本发明参考几个特定实施例进行的描述，但是该描述是为了说明发明而不应理解为限制发明。在所附权利要求定义的发明真实精神和范围之内的各种修改对于本领域技术人员来说是显然可以进行的。

Claims (8)

1.与具有基发射站的无线通信网通信的无线专用小交换机，所述无线专用小交换机包括：

手持收发机站，包括：

接收机，配置为在接收频率上从所述基发射站接收入站信息；

发射机，配置为在发射频率上向所述基发射站发送出站信息；

处理器，连接到所述接收机和所述发射机，所述处理器配置为对所述入站信息解码并对所述出站信息编码以便与所述基发射站通信；以及

协议转换器，连接到所述处理器，所述协议转换器配置为将所述入站信息从无线通信格式转换成专用小交换机格式，并将所述出站信息从所述专用小交换机格式转换成所述无线通信格式；以及

专用小交换机，连接到所述手持收发机站和公共交换电话网，其中所述专用小交换机被配置为与所述手持收发机站传递所述入站信息，并与所述手持收发机站传递所述出站信息，并在将信息通过所述无线通信网选择路由之前，将预定量信息通过所述公共交换电话网选择路由。

2.权利要求1中的无线专用小交换机收发机站，其中：

所述处理器被配置为选择性地通过所述无线通信网和所述公共交换电话网为信息选择路由，以便使对所述信息路由选择所关联的成本最小化。

3.权利要求2中的无线专用小交换机收发机站，其中：

所述接收机配置成接收包括电话呼叫的入站信息；和

所述发射机被配置成发送包括电话呼叫的出站信息。

4.权利要求1中的无线专用小交换机收发机站，其中：

所述接收机被配置成接收包括语音和数据的入站信息；和

所述发射机被配置成发送包括语音和数据的出站信息。

5.在具有基收发站的无线通信网和具有接收机、发射机、处理器、协议转换器和连接到多个终端的专用小交换机的无线专用小交换机之间通信的方法，所述方法包括如下步骤：

使用所述接收机从所述基收发站接收入站信息；

使用所述发射机向所述基收发站发送出站信息；

使用连接到所述接收机和所述发射机的处理器，对所述入站信息解码并对所述出站信息编码；

使用协议转换器，将所述入站信息从无线通信格式转换成专用小交换机通信格式，

使用所述协议转换器，将所述出站信息从所述专用小交换机通信格式转换成所述无线通信格式；以及

使用所述专用小交换机在通过所述无线通信网对信息选择路由之前，通过所述公共交换电话网对预定量的信息进行路由选择。

6.权利要求5中的方法，还包括如下步骤：

选择性地通过所述无线通信网和所述公共交换电话网进行所述路由选择步骤，以便使对所述信息路由选择所关联的成本最小化。

7.权利要求6中的方法，还包括如下步骤：

所述接收入站信息的步骤包括接收包括电话呼叫的入站信息。

8.权利要求5中的方法，其中：

所述接收入站信息步骤包括接收包括数据和语音信息的入站信息；以及

所述发送出站信息步骤包括发送包括数据和语音信息的出站信息。

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