CN1783822A - 通过宽带接入网关提供增强型广域网支持的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线宽带接入网关，具有兼容多种商业无线广域网标准的无线接口，通过宽带网提供增强型广域网覆盖。所述网关可用作具有小覆盖范围的无线广域网基站，可通过宽带接入提供商与宽带无线控制器通信连接，共同协调接入设备例如蜂窝电话和多媒体移动手持终端的呼叫管理。所述宽带网包括线缆、数字用户线路、卫星、T1或T3型网络，可传送与无线广域网呼叫的信令、控制、语音和多媒体信息无关的业务。所述无线宽带接入网关包括机顶盒，可实现无线广域网的移动手持终端通信使用的空中接口协议与宽带网使用的基于分组协议之间的相互转换。

Description

通过宽带接入网关提供增强型广域网支持的系统及方法
技术领域
本发明涉及广域网通信，尤其涉及一种通过宽带接入网关提供增强型广域网支持的通信系统及方法。
背景技术
无线和有线通信服务提供商们目前面临的一个主要的问题是市场竞争。在如今的竞争市场环境中，移动服务提供商发现一种为其提高市场份额并保护其已有业务的方法是先发制人并建立联盟，与线缆通信服务提供商合作。此外，移动通信服务提供商寻求能够提供具有特色的服务，并希望通过满足不断增长的访问各种媒体格式的需求来获得最大的市场占有份额，例如MP3编码音频、静止和视频图像、数据、即时消息和电子邮件。同样的，线缆通信服务提供商发现要增长其市场占有率以抵挡竞争，他们也需要主动出击并结成联盟，并与无线通信服务提供商合作。因而只有支持对这些通信的各种媒体格式的经济的访问，才能获得无束缚的市场增长。为了支持最新手持终端的发展和使用，需要提供更高级别的移动多媒体通信服务。
尽管建立联盟以及移动通信服务提供商和线缆通信服务提供商建立合作能够抵挡竞争，但是这种联盟和合作关系还面临着其他问题。例如，移动通信网络基础设施例如移动通信塔的建设是一项昂贵的冒险，因为这需要获得土地使用权，无论是直接购买的还是租用的。移动通信基础设施还需要建立一个或多个昂贵的主干链路以处理核心网络业务。移动通信的另一个问题是蜂窝信号不能很好的在建筑物例如家内或办公室内穿透和传输，特别是在美国一般采用800MHz到1900MHz或1.9GHz之间变化的频率的情况下。为了解决商业无线广域网内小地域覆盖的问题而安装设备和通信设施受到了成本的限制。这一问题经常都没能得到解决，或者服务提供商们调整其他设备来覆盖受到影响的地区以获得补偿。这样会导致频段资源的滥用，并导致小于最优系统容量。
通过与本申请后续部分结合附图介绍的本发明提出的系统相比较，现有的和传统的方法进一步的局限性和缺点对于本领域的普通技术人员来说是很明显的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的不足，提出一种通过宽带接入网关提供增强型广域网支持的系统和/或方法。
根据本发明的一个方面，提出一种通过宽带接入网关提供增强型广域网支持的通信系统，所述系统包括：
支持与多个无线接入设备进行呼叫通信的无线广域网；
包括至少一个能兼容所述多个无线接入设备的无线接口的网关设备，所述网关设备通过宽带网与所述无线广域网通信地连接，并与至少一个无线广域网用户相关联；
其中所述网关设备和所述无线广域网操作使得无线接入设备呼叫通信能够在所述至少一个无线接口与所述无线广域网之间进行切换。
优选地，所述无线广域网包括蜂窝网。
优选地，所述多个无线接入设备包括以下之一种：蜂窝电话、移动多媒体手持终端和个人计算机。
优选地，所述网关设备包括提供有线电视服务的电视机机顶盒。
优选地，所述宽带网包括商业有线电视网。
优选地，所述宽带网包括数字用户线路(DSL)网。
优选地，所述宽带网包括公共分组网。
优选地，仅在确定所述接入设备与所述网关设备具有预定的关系后允许接入设备的切换。
优选地，所述宽带网传输与所述无线广域网的通信活动无关的多媒体信息。
优选地，所述网关设备执行无线接入设备使用的空中接口消息传递和用于通过所述宽带网与所述无线广域网通信的消息传递之间的转换。
优选地，所述宽带网使用分组协议。
优选地，所述分组协议包括至少以下之一种：传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)。
根据本发明的一个方面，提出一种通过至少一个无线接口与多个无线接入设备通信的网关设备，所述网关设备支持所述至少一个无线接口与无线广域网之间通过宽带网进行的无线呼叫通信，并调整(adapting)用于与无线接入设备通信的空中接口协议和用于通过宽带网通信的分组协议之间的呼叫相关的消息传递。
优选地，所述无线广域网包括蜂窝网。
优选地，所述多个无线接入设备包括以下之一种：蜂窝电话、移动多媒体手持终端和个人计算机。
优选地，所述网关设备包括提供有线电视服务的电视机机顶盒。
优选地，所述宽带网包括商业有线电视网。
优选地，所述宽带网包括数字用户线路(DSL)网。
优选地，所述宽带网包括公共分组网。
优选地，所述网关设备仅向与所述网关设备相关联的特定无线广域网用户提供无线服务。
根据本发明的一个方面，提出一种通过宽带接入网关向多个接入设备提供增强型无线广域网服务的方法，所述方法包括：
使用第一协议通过宽带网接收来自所述无线广域网的第一消息；
使用第二协议向所述多个接入设备中的一个设备传送基于所述第一消息的第一无线消息；
使用所述第二协议从所述多个接入设备中的所述一个设备接收第二无线消息；
使用所述第一协议通过所述宽带网向所述无线广域网发送基于所述第二无线消息的第二消息。
优选地，所述第一协议包括分组协议。
优选地，所述分组协议包括以下之一种：传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)。
优选地，所述第二协议包括用于公共无线网的空中接口协议。
优选地，所述空中接口协议包括时分多址协议。
优选地，所述空中接口协议包括码分多址协议。
优选地，所述宽带接入网关包括连接电视机的机顶盒。
优选地，所述多个接入设备包括蜂窝电话。
优选地，所述多个接入设备包括移动多媒体手持终端。
优选地，仅向与所述宽带接入网关相关联的特定无线广域网用户提供服务。
优选地，所述宽带网包括有线电视网。
优选地，所述宽带网包括数字用户线路(DSL)网。
本发明的各种优点、目的和创新特征以及具体实施例的细节，将在以下的说明书和附图中进行详细介绍。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是根据本发明一个实施例的通信系统的结构框图；
图2是根据本发明一个实施例的通信网络的结构框图；
图3是根据本发明一个实施例的通信系统中无线宽带接入网关的结构框图；
图4是根据本发明一个实施例提供增强型广域网支持的无线宽带接入网关的操作流程图。
具体实施方式
本发明涉及广域网(包括各种有线和/或无线广域网)与位于家庭或其他商业环境(如办公室或商业场所)内的多个有线和/或无线局域网以及个人网之间的无缝结合。更具体地，本发明涉及利用宽带接入网关来扩大广域网的无线通信业务的服务覆盖范围，这些无线通信服务包括例如蜂窝电话或个人通信服务(PCS)。本发明的实施拓展了日益增加的消费群和商业应用以及宽带通信服务如有线、数字用户环路(DSL)和卫星宽带服务的可用性。通过使用宽带接入网关作为广域网服务提供商通过宽带网管理的本地低功率接口进行通信，多媒体移动手持终端的用户可以享受无缝广域网接入，并具有更好的服务质量(QoS)。
图1是根据本发明一个实施例的通信系统的结构框图。图1中示出了第一位置102、第二位置104、宽带接入提供商(BAP)106、公共交换电话网(PSTN)108、传输网110、无线网包括CDMA网络112和GSM网络114以及接入设备126和128。第一位置102包括带有调制解调器116的网关118、无线接口模块120和接入设备122、124。接入设备122、124、126、128可包括能通过一个广域网如GSM网络114通信的蜂窝电话或移动多媒体手持终端。除了具有标准的语音通话性能外，接入设备122、124、126、128还可具有高级功能性，例如数字视频或照相机、便携式音频(MP3)播放器、个人数字助理和语音手持终端的一个或多个功能。除了可以通过一个或多个广域网工作外，接入设备122、124、126、128还可以使用例如遵循蓝牙、IEEE 802.11a/b/g/n和/或IEEE802.15.3a超宽带标准的个人网和/或无线局域网来工作。第二位置104包括带有调制解调器132的路由器130，并可具有多个无线接入设备。第二位置104处的多个无线接入设备可包括个人计算机(PC)138、膝上型电脑136和无线个人数字助理(PDA)134。外围设备如数字照相机142可连接在个人计算机138上。个人计算机138和/或膝上型电脑136上还可以连接其他外设，例如打印机、数字扫描仪、扬声器等。本发明的一个具体实施例中，无线接口模块120可支持各种无线广域网，如蜂窝式数字分组数据(CDPD)、全球移动电话系统(GSM)、GSM通用分组无线业务(GPRS)、GSM短消息业务(SMS)、GSM增强数据率演进(EDGE)、北美时分多址(TDMA)、iDEN、码分多址(CDMA)以及CDMA200 1xRT、通用移动电信系统(UMTS)网，且不限于此。具体实施例中，无线接口120可包括一个或多个接口，如蓝牙接口、IEEE202.15.3a超宽带接口以及IEEE 802.11a，b，g和/或n接口的各种组合。
图1中还包括一个“其他宽带接入提供商”模块144，一个“其他蜂窝电话/PCS服务提供商”模块146，一个中央控制和管理模块148以及一个内容提供商150。“其他宽带接入提供商”模块144可以是有线电视、DSL或其他类型的宽带接入提供商。中央控制和管理模块148可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于处理内容分发和安全功能，如认证、验证、密钥或证书管理以及授权。中央控制和管理模块148还可用于处理资源配置和服务管理。具体实施例中，中央控制和管理模块148可使用真实或虚拟连接与例如网关118、宽带接入提供商106、其他宽带接入提供商144、其他蜂窝电话/PCS服务提供商146、CDMA网络112以及GSM网络114建立通信链路。
宽带接入提供商106可以是例如有线电视提供商、电话公司或提供因特网接入以及其他通信服务的卫星服务提供商。BAP 106是电话公司的情况下，可通过DSL或其他宽带接入技术向位置102、104提供宽带服务。相应地，调制解调器116、132是DSL调制解调器。BAP 106是有线电视提供商的情况下，可通过线缆向位置102、104提供宽带服务。相应地，调制解调器116、132是遵循DOCSIS或其他类型的线缆调制解调器。由于在过去的十年甚至更久的时间内租用电话线的成本急速降低，与位置102、104的连接还可以是T1或T3连接。例如，可使用位于中央局(CO)(图中未示出)的交换机来耦合第二位置104和PSTN 108之间的T1或T3连接。其他示例中，BAP 106可以是本地多点分配业务(LMDS)宽带服务提供商。
网关118可包括一个集成的DSL调制解调器、线缆调制解调器或其他高速调制解调器，用于处理一个连接，例如T1或T3连接。可选择地，网关118可与能处理连接例如T1或T3连接的外部DSL调制解调器、线缆调制解调器或其他高速调制解调器连接。网关118可访问分别与GSM和/或CDMA网络112、114相关的协议栈信息。网关118还可为与“其他蜂窝电话/PCS服务提供商”模块146的通信提供协议支持。
每个CDMA和GSM网络112、114均包括多个基站(a/k/a蜂窝塔)，位于每个网络的地理区域内。在GSM网络114内，每个基站例如基站114a可包括一个收发基站(BTS)，且一个或多个收发基站与无线载波中央局114b连接。无线载波中央局114b可包括一个基站控制器/无线网络控制器(BSC/RNC)，例如BSC/RNC 114d。一个或多个基站控制器/无线网络控制器(BSC/RNC)与核心网114e连接，该核心网114e包括一个网络边缘交换机，又称为移动交换中心(MSC)如MSC 114g，以及一个GSM网络114的GPRS服务支持节点(SGSN)/分组数据服务节点(PDSN)114f。移动交换中心可通过传输网110与例如PSTN108连接。当一个接入设备离开第一基站的覆盖范围而进入第二基站的覆盖范围时，从第一基站接收的信号功率的减小和从第二基站接收的信号功率的增大促使呼叫从第一基站切换到第二基站。若没有可以切换的第二基站时，呼叫仍由第一基站功率来维持，直到功率减弱至一个不能再维持呼叫的阈值。当功率降至该阈值或低于该阈值时，呼叫被断开，并释放掉所有相关的呼叫资源。在家庭和/或办公室环境中，通常都期望能有第二网络来切换呼叫。
例如，用户回家的路上，当用户接近家门时，信号功率可能会降至需要维护呼叫的最小信号功率阈值。这时，可将该呼叫切换至位于用户家内的本地或简化覆盖范围电话网，而不会使呼叫掉线。该本地电话网可与无线广域网一起支持用户的呼叫。例如，参考图1，当接入设备126从邻近GSM网络114中服务基站114a的地方移向第一位置102内的无线接口120时，呼叫可从GSM网络114的基站114a切换至与第一位置102处的网关(GW)118连接的无线接口120的本地覆盖网内。因此，取代呼叫被断开，该呼叫被无缝切换，并由网关118通过无线接口120来处理。随后该呼叫产生的语音和信令信息由网关118通过到BAP 106的宽带连接传输给GSM网络114，BAP 106还与宽带无线控制器(BWC)114c连接。
上述示例中，接入设备126的用户被切换到其家或办公场所内的本地小范围电话网。但是，也可以将用户切换到位于其他位置的另一个本地电话网，如一个邻居家或一个小的商业场所或办公室，例如图中所示的位置104。无论如何，网关和无线接口，例如网关118和无线接口120，都可以通过宽带接入提供商，如有线电视或DSL BAP 106向无线广域网服务提供商(如GSM网络114、CDMA网络112和其他蜂窝网/PCS服务提供商146)提供无线广域网服务的本地化支持。具体实施例中，网关118、中央控制和管理模块148、宽带无线控制器114c以及MSC 114g可一起工作以支持在无线接口120的本地小范围覆盖网与无线广域网如GSM网络114的大范围覆盖网之间的呼叫切换。用户将收到切换至本地小范围电话网的通知，或者执行切换时不通知用户。例如，当从服务基站如GSM网络114内的基站114a到第一位置102处的无线接口120的软或硬服务切换完成时，可在接入设备126上显示一个图标或者一条文本消息，还可以采用一个特别的音调或其他声音提醒来指出呼叫已经切换至无线接口120。
图2是根据本发明一个实施例的通信网络100的结构框图。如图2所示，通信网络100包括第一位置102处的无线接口120和带有调制解调器116的网关(GW)118。接入设备如接入设备124是可移动的，可在无线接口120提供的无线广域网覆盖范围和例如GSM网络114的基站114a提供的无线广域网覆盖范围之间移动。图2中所示的接入设备124可对应于图1中所示的接入设备122、124、126。第一位置102可以是接入设备124的用户可能经过的地方，例如接入设备124的用户家内、接入设备124的用户的朋友或亲属家内、或办公室、商业场所等。具体实施例中，网关118可包括例如一个机顶盒，以有线和/或无线的方式连接至接入设备如膝上型电脑或电视机，例如图2中所示的膝上型电脑117和电视机115。对如前所述的宽带网络的通信宽带的接入可通过图2中所示的网关118和调制解调器116提供给位置102处的多个接入设备。调制解调器116通过宽带连接107与宽带接入提供商(BAP)106连接。宽带连接107包括例如数字用户线路(DSL)连接、有线网络连接、卫星连接、T1或T3网络连接、本地多点分布系统(LMDS)或类似的宽带通信链路。调制解调器116与宽带连接107相适配，可以是例如DSL调制解调器、遵循DOCSIS的线缆调制解调器、卫星服务调制解调器或兼容T1或T3的调制解调器型设备。该宽带连接可通过BAP 106和传输网110提供对例如GSM网络114的接入。
尽管上述示例结合GSM网络114对操作进行了描述，本发明的各具体实施例还可以采用其他无线广域网，如图1中所示的CDMA网络112和其他蜂窝网/PCS服务提供商146。
本发明的一个具体实施例中，无线宽带接入网关如网关118可用作兼容无线广域网的接入设备如蜂窝电话或移动多媒体手持终端的低功率基站。例如，图2中所示的网关118可为接入设备例如图2中的接入设备124提供无线广域网接入。网关118和相关联的无线广域网如GSM网络114之间的通信可通过一宽带网来支持，该宽带网还可传输与支持无线广域网的操作无关的分组业务，而且发往/发自网关118的信令/控制消息以及语音/数据/多媒体业务也可以通过同一宽带网传送，例如包括BAP 106和传输网110的宽带网。网关118的一个功能是执行协议的转换，即与网关118连接的BAP 106使用的通信协议与无线广域网如GSM网络114使用的空中接口协议之间的转换。
在本发明的一个具体实施例中，关于接入设备以及相关联的无线宽带接入网关的信息可存在归属位置寄存器例如GSM网络114的集成VLR/HLR 114h内、或者与GSM网络114相连的独立HLR内、或者另一个无线广域网服务提供商的HLR内，例如其他蜂窝网/PCS服务提供商146的HLR 147内。VLR/HLR如VLR/HLR114h内的信息包括有为未与宽带接入网关如网关118连接的接入设备存储的信息，还包括与接入设备和网关118以及通过网关118对增强型无线广域网服务的支持之间的关联相关的附加信息。
本发明的一个具体实施例中，无线宽带接入网关(例如图2中带有无线接口120的网关118)可以广播信号以使接入设备(例如蜂窝电话或移动多媒体手持终端)将带无线接口120的网关118识别为无线广域网服务例如GSM网络114的有效提供商。相关的无线广域网例如GSM网络114可为网关118配置操作参数，以允许网关118支持在GSM网络114的大覆盖范围和无线接口120的小覆盖范围之间无缝衔接。对网关118的配置可由中央控制和管理模块148和/或GSM网络114的部件如BWC 114c和/或MSC 114g来执行。配置参数包括一个或多个无线电频率或信道、时隙、信号长度、阈值、识别信息、无线广域网周围的邻近基站的清单、加密参数、物理位置、地理坐标、广播给接入设备的信息等。
本发明的一个具体实施例中，当位于无线宽带接入网关如网关118的覆盖范围内的一个接入设备如蜂窝电话或移动多媒体手持终端试图向服务网络(即网关118)登记时，即使其没有处于呼叫活动状态，也会被检测到。例如，上电启动并检测兼容的无线广域网信号时，接入设备如接入设备124(可以是蜂窝电话或移动多媒体手持终端)试图向提供服务的无线广域网(例如网关118)执行上电登记。在执行该登记操作的过程中，接入设备124向服务网络(即通过网关118)标识其身份，登记接收器(即网关118)被识别为当前服务基站。一个具体实施例中，可由接入设备在网关118的覆盖范围内执行其他形式的登记操作，例如，掉电登记、周期性或定时登记、基于距离登记以及基于区间登记等。从接入设备接收到登记信息后，无线宽带接入网关可通过宽带连接107、BAP 106和BWC 114c将其自身身份和其他参数提供给访问位置寄存器和/或归属位置寄存器，例如集成的VLR/HLR 114h或与其他蜂窝网/PCS服务提供商模块146连接的HLR 147。驻存在VLR和/或HLR或功能类似的部件中的信息可用于确定无线广域网如GSM网络114内的接入设备的行踪和详细情况。
本发明的一个具体实施例中，接入设备例如由无线宽带接入网关如网关118和无线接口120提供服务的接入设备124的用户可能想发起一次呼叫。由网关118提供服务的接入设备124的用户可以像在无线广域网如GSM网络114内一样使用相同的呼叫发起(即拨号)程序。由网关118通过无线接口120接收到的无线消息将从接入设备124采用的协议格式(即GSM网络114的空中接口使用的协议格式)转换成适于通过由宽带连接107和BAP 106支持的分组协议传输给GSM网络114的BWC 114c的格式。GSM网络114的响应可以以相同的方式通过宽带连接107和BAP 106由网关118从BWC 114c中接收，并根据需要转换成与接入设备通信使用的空中接口格式。中央控制和管理模块148、BWC 114c、MSC 114g或其任何组合可管理从GSM网络114发往网关118或者从网关118发往GSM网络114的信令与控制的映射、语音和多媒体消息。此外，一个具体实施例中，接入设备124、BWC 114c、MSC 114g和中央控制和管理模块148均参与接入设备在无线接口120的覆盖范围和GSM网络114的基站覆盖范围(如，基站114a)之间的切换的管理。
本发明的一个具体实施例中，与无线广域网，如GSM网络114进行通信的无线接入设备，例如接入设备124，正在进行通话，并确定在通话过程中何时信号条件促使接入设备124和GSM网络114之间的通信切换至网关118和无线接口120。这一决定可基于信号长度、信噪比、地理或物理位置或距离、出错率或上述参数的结合来作出，还可包括GSM网络114使用的其他参数。作出该决定使用的参数的类型以及切换通信的条件可由中央控制和管理模块148和/或GSM网络114的宽带无线控制器114c提供给接入设备124和/或网关118以及无线接口120。这些参数和条件可在经由接口120和网关118从GSM网络提供无线广域网服务时或者稍后进行定义。
在本发明的一个具体实施例中，无线广域网例如GSM网络114可支持接入设备124与另一个可通过GSM网络访问到的用户之间的呼叫。因为GSM网络114正为接入设备124提供无线服务，因而其知道接入设备124的用户/主人的身份。请求服务时从接入设备124处接收并标识其用户身份的信息，例如国际移动设备身份码(IMEI)、电子序列号(ESN)、国际移动终端设备识别码(IMSI)和类似信息，可用于访问一个数据库例如图2中的VLR/HLR 114h内的用户信息。这些信息可用于确定接入设备124的用户/主人是否与已知位置处的无线宽带接入网关(例如，图2中第一位置102处的网关118)相关联。使用这一信息，GSM网络114(例如BWC 114c)可周期性地通知图2中的网关118服务于接入设备124的无线通信链路的当前操作参数。例如，GSM网络114可将占用的无线电频率或信道、分配的时隙、语音信道、当前服务基站的身份、信号长度、位误码率、一个或多个操作阈值、信号传输延迟、加密密钥和一些其他参数通知给网关118。一个具体实施例中，接收该信息后，网关118开始监测标识的无线电频率或信道，以检测网关118的邻近区域内的接入设备124的存在。网关118可通过宽带连接107将无线接口120的覆盖范围内存在接入设备124的检测结果通知给GSM网络114。网关118可在通知信息中包含指示其他事情的信息，例如信号长度和传输延迟。一个具体实施例中，GSM网络114的BWC 114c和/或MSC 114g可使用从网关118接收的信息确定将接入设备124从一个基站例如基站114a切换至网关118和无线接口120是否合适。另一个实施例中，接入设备(例如接入设备124)可检测网关118的无线接口120的存在，并传输信息给GSM网络114以通知GSM网络114检测网关118是否存在的结果以及相关的参数(例如，可用的无线电频率或信道、时隙、网关118的身份、信号长度信息、位误码/帧误码率、操作阈值或参数、信号传输延迟、加密密钥和一些其他参数)。
当确定服务的切换合适时，GSM网络114的BWC 114c和/或MSC 114g将开始通过无线接口120和网关118提供服务，并停止通过GSM网络114的无线设施例如基站114a提供的空中服务。一个具体实施例中，GSM网络114可通过BAP 106和宽带连接107通知网关118将要执行从基站114a到网关118的无线接口120的切换。然后，网关118、GSM网络114和中央控制和管理模块148通过BAP 106和宽带连接107交换控制和信令信息以实现想要的接入设备124的切换。
本发明的另一个具体实施例中，无线广域网例如GAM网络114正在为接入设备例如接入设备124提供呼叫支持。因为GSM网络114正为接入设备124提供服务，其知道接入设备124的用户/主人的身份。因而可以确定接入设备124的用户/主人是否与无线宽带接入网关例如图2中位置102处的网关118有联系。GSM网络114内的最近时期提供服务的基站的位置可在与GSM网络114关联的HLR例如前述的VLR/HLR 114h中找到。使用用户信息以及最近时期向接入设备124提供服务的基站(例如基站114a)的位置，GSM网络114可确定接入设备124正处于与使用接入设备124的用户相关联的网关(例如图2中的网关118)的邻近区域内。GSM网络114可以使用当前服务基站的相关信息以及与接入设备124的用户相关联的网关118的信息调整发送给接入设备124的参数，接入设备124使用这些参数搜索可能使用的新的服务基站。例如，GSM网络114可修改邻近基站列表中的基站信息或者向该列表中增加信息，标识与接入设备124关联的无线宽带接入网关118的无线接口120的各种特征(例如访问寻呼、和/或控制信道、伪噪声代码、时隙、加密信息、代码信道，以及类似的基站参数和特征)。然后接入设备124使用该邻近基站列表信息来搜索新的服务基站。通过这种方式，当接入设备124位于相关联的无线宽带接入网关118的覆盖范围内时，接入设备124可检测到。接入设备124可通过当前服务基站(例如基站114a)将检测到的切换机会回传给GSM网络114的BWC 114c和/或MSC 114g。如果可以切换，GSM网络114随后与接入设备124和网关118通信，实施从基站114a到网关118的呼叫切换。切换后，GSM网络114可通过网关118、无线接口120、BAP 106和宽带连接107往/从接入设备124传送与该呼叫相关的语音/多媒体信息以及信令和控制信息。为接入设备124提供无线服务时，网关118和无线接口120可执行对采用接入设备124和网关118的接口120之间的空中接口协议格式的消息的处理和转换任务，并处理和转换网关118和无线广域网例如GSM网络114之间通信所使用的协议和消息传递。该转换包括在利用空中接口传送的语音帧与宽带连接107上传送给无线广域网的话音包之间的相互转换。此外，消息传递包括切换控制消息、空中接口的测试、呼叫的建立和断开、参数的传递的消息，以及接收和/或发送给接入设备124、和/或网关118使用的、由网关118转换和/或处理的其他消息。
为了执行上述任务，在本发明的实施例中，无线宽带接入网关可包括用于无线广域网协议(例如，用于空中接口和/或基站与MSC之间的接口)(如上述的GSM、CDMA、TDMA、GPRS等无线广域网)和分组协议(如宽带连接所采用的，例如图2中连接网关118和GSM网络114的宽带连接107)的协议栈信息。适用的分组协议包括网际协议(IP)、传输控制协议(TCP)和实时协议(RTP)等。上述协议在此用网际协议或分组协议来代表。无线宽带接入网关例如网关118可对IP消息流内的信令和控制信息进行转换和/或打包，该IP消息流通过宽带接入提供商例如BAP 106提供的基于分组的链路将从无线接口120接收的语音、数据和多媒体信息传送给GSM网络114的BWC 114c。网关118侧可以以相同的方式从GSM网络114的BWC 114c处接收到的包含语音、数据和多媒体信息的数据包流内提取出包含于其中的信令和控制信息。具体实施例中，无线宽带接入网关例如网关118以及广域网侧的功能模块例如GSM网络114的BWC 114c可安排通过分组网络例如可经由BAP 106访问的分组网络中的其他业务(例如语音、数据和多媒体信息)来混合和/或隧道式调制(blend and/ortunnel)信令和控制信息。
支持多媒体信息(如网际协议上的语音和音频或视频流)交换的宽带接入提供商(例如图2中的BAP 106)可支持服务质量特性。这些服务质量特性可确保之前在无线广域网设施内传输的呼叫通信的服务质量在转换至网关118和BWC 114c之间的宽带网分组环境后仍能得到维持。宽带无线控制器例如BWC114c可为与无线宽带接入网关例如支持增强型无线广域网支持的网关118相关的多媒体和控制消息制定合适的服务质量水平。
根据本发明的实施例，无线宽带接入网关例如图2中的网关118可调整分组网络例如由BAP 106支持的宽带网内传输和/或往返延迟所带来的偏差。宽带网支持的IP信令信号的使用以及在无线宽带接入网关118处的缓冲可实现对分组网络内典型的传输网延迟的变动进行调整。
由于在与其相关联的网关通信范围内的接入设备可以非常低的RF发射功率工作，不再需要从提供服务的广域网发射信号，因而本发明的一个具体实施例有助于释放无线电频率频段资源以利于再次使用。接入设备的这种低功率操作具有很小的覆盖范围，可简化无线广域网的地理位置活动，因为与网关联系的接入设备的位置是很容易知道的(例如位于网关118的有限覆盖范围内)。本发明的一个实施例中，将由无线宽带接入网关提供服务的用户从无线广域网例如GSM网络114的基站移除，可以释放无线广域网的基站例如基站114a的资源(例如无线电频率、时隙、语音信道、和从基站到各自的MSC的通信链路)。这样便可以允许无线广域网为更多的用户提供服务，从而降低单个用户的服务成本，因为无线广域网的有限频段资源可以多次重复使用。
本发明的一个具体实施例中，可使用一个接入设备(例如多媒体移动手持终端)进行所有用户的呼叫。当该手持终端进入无线宽带接入网关例如网关118的服务区或离开其服务区时，无需对该手持终端进行切换，这是因为网关118的无线接口120可支持周围的无线广域网(例如GSM网络114)的空中接口。
本发明充分利用了在家庭或商业场所日益常见的宽带服务。通过利用普遍使用的宽带设施，本发明可增加宽带链路的占用率，将链路的成本分摊到更多的用户和/或应用上面。
本发明的一个具体实施例可以实现对无线广域网的正常覆盖范围外的接入设备例如多媒体移动手持终端的支持。例如，只能用于城市内无线广域网的接入设备的用户可以享受郊外的使用本发明的无线宽带接入网关的住所或商业场所内的无线支持。此外，由于建筑、结构、地形等原因造成的服务的空白区也可以很容易很经济的访问到。
图3是根据本发明一个实施例的通信系统300中无线宽带接入网关例如图2中的网关118的结构框图。通信系统300包括网关118、无线接口120、宽带连接107、膝上型电脑117和接入设备124。无线接口120可兼容前述的各种无线广域网标准，例如GSM、CDMA、TDMA、TD-CDMA和/或W-CDMA。接入设备124可包括蜂窝电话或移动多媒体手持终端，与无线接口120的无线空中接口标准相适配。宽带连接107对应于图2中所示的宽带连接107，可包括例如DSL、卫星、T1、T3、线缆或类似的宽带网连接。图3中的网关118可包括处理器150，其与调制解调器116通信连接。该处理器还与无线接口120通信连接。调制解调器116与宽带连接107通信连接并相适配。网关118还包括存储器151，可由处理器150访问。图3中的存储器151包括有可执行代码，例如无线广域网协议栈代码152、宽带网协议栈代码153、呼叫处理代码154、信令和控制代码155、参数156，以及其他应用和数据代码157。
本发明的一个具体实施例中，无线宽带接入网关例如图3中的网关118可与无线广域网通信以通过宽带网提供无缝的无线广域网覆盖。该无线广域网包括，例如图1中的GSM网络114、CDMA网络112或其他蜂窝网/PCS服务提供商146。处理器150可与宽带无线控制器例如图2中的宽带无线控制器(BWC)114c通信，以使无线宽带接入网关118用作无线广域网的一个本地小覆盖范围基站。处理器150可以使用存储器151中的代码，通过宽带网往/从无线广域网的宽带无线控制器114c传输信令、控制信息、语音、数据和多媒体信息等。用于传输呼叫相关业务的宽带网还可以传送其他与呼叫无关的业务，例如数字语音、数据、数字图像、数字视频、流视频和广播视频。需要清楚的是，即使在第一位置102处还同时发生其他通信活动，普通的宽带连接例如宽带连接107的容量足以支持用于无线广域网例如GSM网络114的接入设备的带宽需求。
本发明的一个具体实施例中，呼叫相关信息的传输包括消息的空中接口协议到分组或IP协议的翻译/转换，反之亦然，该传输还包括与无线广域网交换的数据的缓冲，以调整通过宽带网产生的各种传输延迟。存储器151中的代码内的QoS算法可提供动态带宽分配，以确保接入设备切换至图3中的无线接口120和网关118提供的服务时呼叫质量不会受到影响。
如前所述，无线接口例如图3中的无线接口120可支持各种空中接口协议，包括IS-95CDMA、GSM、IS-136TDMA、W-CDMA、TD-CDMA、TS-SCDMA等。为了支持当前可使用的各种空中接口，并能适应将来无线标准的变化，无线接口120包括有软件可定义的无线收发装置以与接入设备通信。这种软件可定义无线收发装置的可执行代码和参数可从无线广域网(例如GSM网络114)传递给无线接口120和网关118，网关118与该无线广域网通信并与之交换接入设备服务职责。还可以向网关118传送相关可执行代码以使网关118与多个无线广域网通信，例如图2中的GSM网络114、CDMA网络112或其他蜂窝网/PCS服务提供商146。这些可执行代码在呼叫通话期间能够处理多媒体信息例如语音和数据的交换的消息，，处理用于网关例如网关118的控制的消息、以及接入设备的管理消息的转换和处理的消息。
本发明的一个具体实施例中，可对接入设备如接入设备124的操作参数进行调整，以使接入设备124搜索相关联的宽带接入网关118发射的信号(例如导频、寻呼或空中接口的其他广播信道)，随后立即建立无线广域网呼叫。检测到上述信号后，接入设备将通知网络部件，例如BWC 114c、MSC 114e和/或其他能够协调和管理呼叫路由选择和资源配置的网络部件。
图4是根据本发明一个实施例提供增强型广域网支持的无线宽带接入网关的操作流程图。如图4所示，该方法开始于启动一次无线广域网呼叫之前，如步骤410所示。然后，无线广域网例如图2中的GSM网络114接收要求在无线广域网和移动手持终端例如蜂窝电话或移动多媒体手持终端之间建立呼叫通信的请求(步骤412)。然后，无线广域网访问用户信息(步骤414)，建立呼叫(步骤416)。接着，无线广域网确定该用户是否具有相关联的无线宽带接入网关(步骤418)。如果确定该用户没有相关联的无线宽带接入网关(步骤418)，该方法通过确定呼叫条件是否适于切换来管理呼叫(步骤422)。如果呼叫条件不适合切换(步骤422)，该呼叫继续进行(步骤432)，并检查呼叫是否结束(步骤434)。如果呼叫已经结束(步骤434)，该方法终止(436)。如果呼叫未结束，该方法跳回到确认呼叫条件是否适于切换的步骤(步骤422)。
如果确定该用户具有相关联的无线宽带接入网关(步骤418)，无线广域网将调整系统参数以支持无线广域网呼叫到相关联的无线宽带接入网关的切换(步骤420)。这一步骤包括将识别相关联的无线宽带接入网关的信息写入记载该宽带接入网关附近的无线广域网基站的邻近清单内。然后，确定呼叫条件是否适于切换(步骤422)。如果呼叫条件适于进行切换时(步骤422)，选择一个新的服务基站(步骤424)。然后，该方法确定新的服务基站是否是与该用户相关联的无线宽带接入网关(步骤426)。如果确定选择的新服务基站是与该用户相关联的无线宽带接入网关(步骤426)，则建立从无线广域网到相关联的无线宽带接入网关之间的宽带网络连接(步骤428)。然后引导该移动手持终端使用新选择的与该用户相关联的服务基站(即无线宽带接入网关)通信(步骤430)。然后呼叫继续进行(步骤432)，并检查呼叫是否结束(步骤434)。如果确定新选择的服务基站不是与该用户关联的无线宽带接入网关(步骤426)，则引导该移动手持终端使用新选择的服务基站(例如，无线广域网的多个基站中的一个)进行通信(步骤430)。然后呼叫继续(步骤432)，并检查呼叫是否结束(步骤434)。如果呼叫已经结束(步骤434)，该方法终止(436)。如果呼叫未结束(步骤434)，该方法环回到确认呼叫条件是否适于切换的步骤(步骤422)。
本发明的各种具体实施例中，无线宽带接入网关的无线接口可兼容各种广域网，包括蜂窝数字分组数据(CDPD)、GSM、GPRS、SMS、EDGE、北美TDMA、iDEN、CDMA和CDMA2000 1xRT、UTMS网络等。此外，无线接口可兼容个人/局域网，例如位于家内、热点或办公室内的蓝牙网络、遵循IEEE802.11a/b/g/n的无线网络或IEEE 802.15.3a超宽带网络。这些局域网可运行在免许可的无线电频率频段内，例如2.4和5千兆赫的区域内。
个人区域网/无线局域网可包括数据网络，例如遵循802.15.3a的超宽带无线网络。这种个人网可运行在免许可的无线电频率频段内，例如2.4和5千兆赫的区域内。蓝牙SIG于2003年11越5日发布的“蓝牙核心规范V1.2”对个人区域网进行了详细的介绍，本申请在此引用该文件公开的全部的内容。例如，在蓝牙无线PAN内，第一蓝牙无线接入设备可在该PAN内与第二蓝牙无线接入设备通信。因此，第一和第二蓝牙无线接入设备均可以通过该蓝牙无线PAN与因特网、无线局域网或其他LAN或WAN通信。
本发明的一个具体实施例中，无线宽带接入网关可用于提供无线广域网和该无线宽带接入网关提供的本地无线覆盖网之间的无缝透明化的通信。该网关的功能可分为应用内容功能和配置以及管理功能。应用内容功能可处理网关所支持的应用的类型，以及由网关接收的、处理的和/或发送的各种类型的数据。在这点上，应用内容功能还包括其他设备和/或系统利用来自网关的数据的方式。
本发明一个实施例所支持的内容和应用服务意义重大，因为从WAN侧(即宽带连接侧)或从PAN/WLAN侧(即接入设备侧)输入或输出家庭网络的所有信息都在网关处汇集。PAN/WLAN侧包括蓝牙/IEEE 802.15.3a、无线LAN(802.11a/b/g)和/或蜂窝网等。尽管如此，该网关还可用于将无线接收的GSM格式的信息转换成IP格式的信息，反之亦然，可将IP格式的信息转换成无线GSM格式适于空中传送的信息。一个具体实施例中，该网关可包括有合适的电路、逻辑和/或代码，用于接收和处理MPEG数据，以适于在显示屏上显示。该网关还可以用作汇集来自多个有线和无线服务的数据的焦点。在本发明的一个具体实施例中，尽管网关实际很少进行内容的聚集，但是却存在数据的虚拟聚集。这些汇集的数据可以集成在一起，或可用于提供从一个单一的战略位置上载各种内容和应用服务的极难得的机会。由于该网关是数据汇集的焦点，因而可以使用一个或多个协议栈以上载各种内容和应用服务。
本发明的一个具体实施例中，通过采用安装在家内、办公室内或小型商业场所内的无线宽带接入网关可以达到解决成本和家内及小型商业场所信号传播或穿透问题。根据本发明的一个无线宽带接入网关可利用许可频段例如用于商业无线广域网的频段，以及2.4或5.8GHz的免许可频段，并可用作网关和/或网桥。在本发明的其他实施例中，宽带接入网关实际上更像一个网桥而不是实际网关。该网关使用的主干链路可调整目前多数家庭和商业场所广泛使用的宽带网设施。因为消费者已经为其家内或办公室内的宽带设施支付了费用，调节对用于主干链路的现有宽带设施的使用可以使通信成本最小或不增加额外的通信成本。该宽带主干设施可以是例如线缆或DSL设施。
本发明的一个具体实施例中提供了改进的服务质量，这归功于来自所支持的有限覆盖范围内的无线宽带接入网关的信号的质量。信噪比的改善可带来更高的数据率和更低的位误码率。无线宽带接入网关的小面积覆盖范围可改善频率再使用，可允许无线广域网服务提供商增加系统用户负载。无线宽带接入网关的使用还可移除传统基站设施的无线广域网负载，释放资源以用于服务更多的用户。支持无线宽带接入网关的宽带网还适于传输大量数据，并同样能传输语音业务，具有易于管理的服务质量。
本发明的一个具体实施例中，例如位于家内的无线宽带接入网关提供的无线接口功能可用于将大量的业务通过宽带连接路由给有线网络例如宽带网或者无线网络例如GSM或CDMA网络。换句话说，依靠在宽带服务提供商已提供给家内、办公室或商业场所的现有接入设施，家内的无线宽带接入网关设施提供了一种可调节的网络结构。此外，无线宽带接入网关提供的该可调结构还可解决了信号穿透和传播的问题，从而提供改进后的服务质量(QoS)。从市场调查来看，无线服务提供商现在已经介入该必要的设施以为家庭或办公室内的用户提供更好的无线服务。因此，为了加快其增长，无线服务提供商的目标锁定在室内通讯线路或简易老式电话系统(POTS)业务，这些业务传统上由现任本地电话交换运营商(ILEC)或其他LEC来处理。
上述的免许可移动接入网关可占用大量的处理功率。本发明的无线宽带接入网关能提供各种基本的和增强型通信服务。接入设备，例如结合有蜂窝电话高级功能的移动多媒体手持终端、个人数字助理、静态和/或视频照相机以及音频播放器，可使用这些新的数字技术实现的基本和增强型通信服务。本发明为上述各种接入设备的日常使用提供了各种需要的支持。
本发明涉及一种通信系统，通过宽带接入网关提供增强型广域网支持。这一系统可包括能支持与多个无线接入设备的呼叫通信的无线广域网和网关设备。该网关设备包括至少一个能兼容多种无线接入设备的无线接口。该网关设备通过宽带网与无线广域网通信连接，并与至少一个无线广域网用户相关联。一个具体实施例中，该网关设备和无线广域网可工作以允许无线接入设备通信呼叫在至少一个无线接口和该无线广域网之间切换。
本发明的一个具体实施例中，无线广域网包括蜂窝网，所述多个无线接入设备包括以下一种：蜂窝电话、移动多媒体手持终端和个人计算机。所述网关包括提供有线电视服务的电视机顶盒，所述宽带网包括商业有线电视网。本发明的其他实施例中，所述宽带网包括数字用户线路(DSL)网络以及公共分组网。只有确定接入设备与网关设备具有预定的关系时，才允许执行接入设备的切换。所述宽带网可传输与无线广域网的通信活动无关的多媒体信息。所述网关设备可执行无线接入设备使用的空中接口消息与通过宽带网与无线广域网通信使用的消息之间的转换。所述宽带网可使用分组协议，该分组协议包括以下之一种：传输控制协议和网际协议。
本发明还涉及一种网关设备，能够通过至少一个无线接口与多个无线接入设备通信。所述网关设备可通过宽带网络支持所述至少一个无线接口和无线广域网的通信，可在无线接入设备通信使用的空中接口协议和用于通过宽带网通信的分组协议之间对呼叫相关信息进行转换。所述无线广域网包括蜂窝网，所述多个无线接入设备包括以下之一种：蜂窝电话、移动多媒体手持终端和个人计算机。所述网关包括提供有线电视服务的电视机顶盒，所述宽带网包括商业有线电视网。所述宽带网包括数字用户线路(DSL)网络，所述宽带网还包括公共分组网。一个具体实施例中，所述网关设备仅仅向与该网关设备相关联的特定无线广域网用户提供无线服务。
本发明还涉及一种通过宽带接入网关为多个接入设备提供增强型无线广域网服务的方法。所述方法包括使用第一协议通过宽带网接收来自所述无线广域网的第一消息；使用第二协议向所述多个接入设备中的一个设备传送基于所述第一消息的第一无线消息。所述方法还包括使用所述第二协议从所述多个接入设备中的所述一个设备接收第二无线消息；使用所述第一协议通过所述宽带网向所述无线广域网发送基于所述第二无线消息的第二消息。所述第一协议包括分组协议。所述分组协议包括以下之一种：传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)。所述第二协议包括用于公共无线网的空中接口协议。所述空中接口协议包括时分多址协议。所述空中接口协议包括码分多址协议。所述宽带接入网关包括连接电视机的机顶盒。所述多个接入设备包括蜂窝电话和移动多媒体手持终端。一个具体实施例中，仅向与所述宽带接入设备相关联的特定无线广域网用户提供服务。所述宽带网包括有线电视网和数字用户线路(DSL)网。
因此，本发明可以通过硬件、软件或硬件和软件的结合来实现。本发明可由至少一个计算机系统内的集中模式来实现，也可由不同部件分散在几个互连的计算机系统中的分散模式来实现。任何一种能够实现本申请中介绍的方法的计算机系统以及其他设备都是可适用的。一种典型的硬件和软件的结合是带有计算机程序的通用计算机系统，该计算机程序被装载和执行时能控制计算机系统实现本申请所述的方法。
本发明还可嵌入包括有能够实现所述方法的各种特征的计算机程序产品中，当该程序加载到计算机系统中时能够实现本申请所述的方法。本文中所述的计算机程序是指，例如，以任何语言、代码或符号表示的一组指令，能够直接使具有信息处理能力的系统执行特定功能，或者经过以下一种或各种处理后使具有信息处理能力的系统执行特定功能：a)转换成另一种语言、代码或符号；b)以不同的材料复制。
本申请已结合一定的实施例对本发明进行了描述，本领域的普通技术人员可知，可以对本发明进行各种改变或等同替换而不脱离本发明的范围。此外，根据本发明的指导进行的各种修改以适应特定的环境或材料也并未脱离本发明的范围。因此，本发明并不限于公开的那些具体实施例，本发明包括落入权利要求范围内的所有实施例。
引用文件
本申请要求申请日为2004年11月9日、申请号为60/626,223的美国临时专利申请“通过宽带接入网关实现广域网支持的方法和系统”的优先权，并在本申请中全文引用。
本申请还引用申请日为2004年4月16日、申请号为60/563,894的美国临时专利申请“使用宽带接入网关从有线和/或无线WAN、LAN和/或PAN处理和回传数据的方法和系统”，并在本申请中全文引用。

Claims (10)

1、一种通过宽带接入网关提供增强型广域网支持的通信系统，所述系统包括：
支持与多个无线接入设备进行呼叫通信的无线广域网；
包括至少一个能兼容所述多个无线接入设备的无线接口的网关设备，所述网关设备通过宽带网与所述无线广域网通信地连接，并与至少一个无线广域网用户相关联；
其中所述网关设备和所述无线广域网操作使得无线接入设备呼叫通信能够在所述至少一个无线接口与所述无线广域网之间进行切换。
2、根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述无线广域网包括蜂窝网。
3、根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述多个无线接入设备包括以下之一种：蜂窝电话、移动多媒体手持终端和个人计算机。
4、根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述网关设备包括提供有线电视服务的电视机机顶盒。
5、一种能够通过至少一个无线接口与多个无线接入设备通信的网关设备，所述网关设备支持所述至少一个无线接口与无线广域网之间通过宽带网进行的无线呼叫通信，并调整(adapting)用于与无线接入设备通信的空中接口协议和用于通过宽带网通信的分组协议之间的呼叫相关的消息传递。
6、根据权利要求5所述的网关设备，其特征在于，所述无线广域网包括蜂窝网。
7、根据权利要求5所述的网关设备，其特征在于，所述多个无线接入设备包括以下之一种：蜂窝电话、移动多媒体手持终端和个人计算机。
8、一种通过宽带接入网关向多个接入设备提供增强型无线广域网服务的方法，所述方法包括：
使用第一协议通过宽带网接收来自所述无线广域网的第一消息；
使用第二协议向所述多个接入设备中的一个设备传送基于所述第一消息的第一无线消息；
使用所述第二协议从所述多个接入设备中的所述一个设备接收第二无线消息；
使用所述第一协议通过所述宽带网向所述无线广域网发送基于所述第二无线消息的第二消息。
9、根据权利要求8所述的通过宽带接入网关向多个接入设备提供增强型无线广域网服务的方法，其特征在于，所述第一协议包括分组协议。
10、根据权利要求9所述的通过宽带接入网关向多个接入设备提供增强型无线广域网服务的方法，其特征在于，所述分组协议包括以下之一种：传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)。
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