專利名稱：在蜂窩無線電通信網(wǎng)中控制信道切換的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電通信領(lǐng)域，尤其涉及蜂窩網(wǎng)中所用的密碼技術(shù)。
本發(fā)明尤其可以應(yīng)用在使用碼分多址(CDMA)技術(shù)的UMTS(“通用移動電信系統(tǒng)”)型第三代蜂窩網(wǎng)絡(luò)中。
下面將就本發(fā)明在UMTS網(wǎng)絡(luò)(

圖1顯示了其結(jié)構(gòu))中的應(yīng)用對其進行描述。
屬于核心網(wǎng)絡(luò)(CN)的移動業(yè)務(wù)交換機10連接至一個或多個固定網(wǎng)絡(luò)11，或通過被稱為Iu接口的裝置連接到控制設(shè)備12或RNC(“無線網(wǎng)絡(luò)控制器”)。每個RNC 12通過被稱為Iub接口的裝置連接至一個或多個基站13。分布在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域上的基站13能夠通過無線電和被稱為UE(“用戶設(shè)備”)的移動終端14、14a、14b進行通信?；究梢员环纸M在一起，以形成稱為“B節(jié)點”的節(jié)點。某些RNC 12還可以通過被稱為Iur接口的裝置進一步在相互間進行通信。RNC和基站形成被稱為UTRAN的接入網(wǎng)絡(luò)(“UMTS地面無線電接入網(wǎng)絡(luò)”)。
UTRAN包括OSI模型的第1層和第2層元件，以提供無線電接口上所需的鏈路(被稱為Uu)，UTRAN還包括用于控制屬于第3層的無線電資源(RRC，“無線電資源控制”)的一級15A，如3GPP(第三代合作項目)2000年3月所公布的3.4.0版3G TS 25.301技術(shù)規(guī)范“無線電接口協(xié)議”。從更高層的角度而言，UTRAN只是簡單地作為UE和CN間的中繼。
圖2顯示了RRC級15A、15B以及屬于UTRAN和UE的較低層的各級。在每一側(cè)，第2層再被劃分成無線電鏈路控制(RLC)級16A、16B以及媒體訪問控制(MAC)級17A和17B。第1層包括編碼和復(fù)用級18A、18B。無線電級19A、19B服務(wù)于發(fā)送從級18A、18B提供的碼元序列中得到的無線電信號，以及按照相反的方向接收信號。
存在著多種方式將根據(jù)圖2的協(xié)議結(jié)構(gòu)適配于根據(jù)圖1的UTRAN硬件結(jié)構(gòu)，通常而言，依據(jù)信道類型可以采用各種組織方式(參見3GPP 2000年1月所公布的3.1.0版3G TS 25.401技術(shù)規(guī)范“UTRAN總述”的11.2節(jié))。RRC、RLS和MAC級位于RNC 12中。第1層位于例如B節(jié)點中。該層的一部分可以位于RNC 12中。
當一些RNC參與和UE的通信時，和第2層有關(guān)的模塊(RLC和MAC)通常位于被稱為服務(wù)RNC(SRNC)的RNC中，至少一個漂移RNC(DRNC)被連接到基站，該基站和UE間存在著無線電鏈路。合適的協(xié)議服務(wù)于通過Iur接口在這些RNC之間進行交換，例如ATM(“異步傳輸模式”)和AAL2(“ATM自適應(yīng)層(AdaptationLayer)No.2”)。還可以在Iub接口上采用這些相同的協(xié)議，用來在B節(jié)點及其RNC之間進行交換。
第1層和第2層都由RRC子層來控制，在3GPP 1999年10月所公布的3.1.0版3G TS 25.331技術(shù)規(guī)范“RRC協(xié)議規(guī)范”中描述了RRC子層的特征。RRC級15A、15B監(jiān)督無線電接口。另外，它根據(jù)“控制計劃”處理將被發(fā)送至遠程站的流，和“控制計劃”相對的是“用戶計劃”，它對應(yīng)于對從第3層產(chǎn)生的用戶數(shù)據(jù)的處理。
在3GPP 2000年3月所公布的3.2.0版3G TS 25.322技術(shù)規(guī)范“RLC協(xié)議規(guī)范”中描述了RLC子層。在發(fā)送方向上，RLC級16A、16B根據(jù)各自的邏輯信道接收第3層產(chǎn)生的由服務(wù)數(shù)據(jù)單元(RLC-SDU)組成的數(shù)據(jù)流。級16A、16B的RLC模塊和每個邏輯信道相關(guān)，以特別使得可以將該流中的RLC-SDU單元分段成協(xié)議數(shù)據(jù)單元(RLC-PDU)，這些協(xié)議數(shù)據(jù)單元被定址到MAC子層并包括可選RLC報頭。在接收方向上，RLC模塊反向地將從MAC子層接收到的數(shù)據(jù)單元重組成邏輯信道的RLC-SDU單元。
RLC級16A、16B可以有多種運行模式，這是邏輯信道類型的特別功能。在本文接下來的描述中，將考慮RLC子層的透明模式。該模式適合于與電路模式下通信有關(guān)的邏輯信道。在該透明模式中，RLC模塊進行分段，并在需要時進行重組操作，它將不把任何報頭引入RLC-PDU單元中。
在3GPP 2000年3月所公布的3.3.0版3G TS 25.321技術(shù)規(guī)范“MAC協(xié)議規(guī)范”中描述了MAC子層。它將一條或多條邏輯信道調(diào)換至一條或多條傳輸信道TrCH上。在該發(fā)送方向上，MAC級17A和17B能夠在一個相同的傳輸信道中復(fù)用一條或多條邏輯信道。在這樣的傳輸信道上，MAC級17A、17B傳遞連續(xù)的傳輸分組TrBK，每個分組TrBK都由一個可選MAC報頭和源自相關(guān)邏輯信道的一個RLC-PDU單元所組成。
對于每個TrCH，RRC子層將提供給MAC子層一組傳輸格式(TFS，“傳輸格式組”)。傳輸格式包括發(fā)送時間間隔(TTI)(等于10、20、40或80毫秒)、傳輸分組大小、傳輸分組集大小以及定義保護機制的參數(shù)，該保護機制將被第1層應(yīng)用在TrCH中，以檢測并糾正發(fā)送錯誤。根據(jù)邏輯信道或者與TrCH有關(guān)的信道上的當前比特速率，MAC級17A、17B從RRC子層分派的TFS中選擇一個傳輸格式，并在每個TTI中傳遞一個遵從所選格式的傳輸分組集，并同時向第1層指明該格式。
第1層可以將多個TrCH復(fù)用在一個給定的物理信道上。此時，RRC子層向該物理信道分派一個傳輸格式組合集(TFCS，“傳輸格式組合集”)，MAC子層從該TFCS集中動態(tài)地選擇一個傳輸格式組合，因此定義了將被用在各復(fù)用的TrCH中的傳輸格式。
UMTS使用擴頻CDMA技術(shù)，也就是說發(fā)送的碼元與被稱為“碼片”(chip)的采樣所組成的擴展碼相乘，碼片的速率(在UMTS中為3.84Mchip/s)大于發(fā)送的碼元速率。擴展碼區(qū)分出重疊在由載波頻率組成的相同傳輸資源上的各物理信道(PhCH)。擴展碼的自相關(guān)和互相關(guān)性使得接收機能夠分開PhCH，并提取出其中試圖發(fā)送的碼元。對于在下行鏈路上處于FDD(“頻分復(fù)用”)模式的UMTS，一個擾碼被分配給每個基站，由該基站所使用的各物理信道可以通過相互正交的信道編碼(信道化編碼)被區(qū)分出來。基站也可以使用若干互相正交的擾碼。在上行鏈路上，基站使用擾碼來分開發(fā)送UE，并可能用信道碼來分開源自一個相同UE的物理信道。對于每個PhCH，總的擴展碼是信道碼和擾碼的乘積。擴展因子(等于碼片速率和碼元速率之比)是2的冪，且介于4和512之間。作為將在PhCH上發(fā)送的碼元的比特率的函數(shù)來選擇該因子。
各物理信道被組織成10毫秒幀的形式，它們在基站所用的載波頻率上一個接著一個。每個幀被再分成15個666微秒的時隙。每個時隙能夠承載一個或多個物理信道的疊加成分，物理信道包括公共信道和DPCH(“專用物理信道”)專用信道。每個DPCH用源自MAC子層的傳輸格式組合指示符來輸送數(shù)據(jù)，使得目標MAC模塊能夠重新得到TrBK的結(jié)構(gòu)。
對于一個以及相同的通信，可能建立多個對應(yīng)于不同信道碼的DPCH，它們的擴展因子可以相等，也可以不同。當DPCH不足以提供應(yīng)用所要求的傳輸比特率時尤其會遇到這種情況。此外，這種相同的通信可以使用一個或多個傳輸信道。在3GPP 1999年10月所公布的3.0.0版3G TS 25.212技術(shù)規(guī)范“復(fù)用和信道編碼(FDD)”中描述了源自PhCH上的TrCH的信息碼源流的編碼和復(fù)用。
對每個邏輯信道而言，RLC子層的處理模塊為其工作在透明模式下，MAC級17A，17B還服務(wù)于發(fā)送信息的加密以及接收信息的解密。在相應(yīng)的傳輸信道上，和該邏輯信道有關(guān)的每個TrBK都是由RLC-PDU單元組成，該RLC-PDU單元根據(jù)上述3G TS 25.301規(guī)范的第8章所描述的被加密。
圖3展示了RNC或UE的MAC級17A、17B的加密模塊20，它被用于邏輯信道。執(zhí)行加密算法21以生成一個二進制掩碼，該二進制掩碼通過異或操作(門22)和RLC-PDU的信息位組合，該RLC-PDU單元是以透明模式從RLC接收到的?？捎孟嗤哪K來解密。算法21在下列參數(shù)的基礎(chǔ)上計算掩碼-CKM＝32比特的秘密加密密鑰，在核心網(wǎng)絡(luò)和UE間的驗證初級階段中被定義；-CSN加密由M＝32比特組成的順序號；-承載體(BEARER)邏輯信道標識符，服務(wù)于為各邏輯信道生成不同的掩碼；-方向(DIRECTION)指明發(fā)送方向(上行鏈路或下行鏈路)的比特位，服務(wù)于在兩個方向上生成不同的掩碼；-長度(LENGTH)掩碼的長度(比特數(shù))，作為傳輸格式的函數(shù)由RRC級給出。
為了防止用相同的掩碼加密不同的分組，算法21將密鑰CK與M-比特的數(shù)CSN組合。該數(shù)CSN以10毫秒無線電幀的速率遞增。圖3因此顯示了32位計數(shù)器23，它傳遞參數(shù)CSN。該計數(shù)器將數(shù)CSN遞增每個邏輯信道新分組的量N，N是在函載該邏輯信道的傳輸信道上每個TTI中的幀個數(shù)(N＝1、2、4或8)。計數(shù)器因此每10毫秒遞增1，每20毫秒遞增2，每40毫秒遞增4或者每80毫秒遞增8。在初始化加密通信時，RRC級提供數(shù)CSN的初始值CSN0以及針對計數(shù)器23的啟動命令(START)。這些操作在執(zhí)行MAC任務(wù)的RNC中進行，并且也在UE中進行。
本發(fā)明中所考慮的一個問題是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中服務(wù)于加密功能的MAC模塊發(fā)生漂移時CSN計數(shù)器的傳輸問題。在涉及無線電接入資源的改變(切換)的傳輸過程環(huán)境中將發(fā)生這樣的移動。因此，傳輸過程可以造成SRNC的改變，并因此要求新SRNC的CSN計數(shù)器和先前的SRNC(以及UE)的計數(shù)器同步，而Iu接口和/或提供給RNC用于在相互間進行通信的Iur接口是異步的。還可能設(shè)想這樣一種情況，其中如果RNC在傳輸之前或之后使用不同的電路來管理該接入資源，MAC模塊的移動將在這同一個RNC中發(fā)生。
在3GPP 1999年10月所公布的3.0.0版3G TR 25.832技術(shù)規(guī)范“切換與SRNX再分配的公開”中描述了傳輸過程的各種可能情況。一種情況在軟切換(SHO)和硬切換(HHO)之間進行了區(qū)分，軟切換使用宏分集模式，并可能隨后發(fā)生SRNC的改變(被稱為“再分配”)；而硬切換例如對應(yīng)于載頻的改變(RNC發(fā)生或不發(fā)生改變)和/或在兩個不能通過Iur接口互相通信的RNC(屬于一個相同的接入網(wǎng)絡(luò)，或?qū)儆诓煌慕尤刖W(wǎng)絡(luò))之間的切換。如果若干個載波頻率被分配給它的操控者，或如果在該UTRAN的所有RNC之間沒有提供Iur接口，則HHO能夠在UTRAN內(nèi)發(fā)生。HHO還能夠在兩個獨立的接入網(wǎng)絡(luò)之間發(fā)生，例如，在兩個UTRAN之間或在一個UTRAN和一個不同類型的系統(tǒng)之間，該系統(tǒng)基于類似功能結(jié)構(gòu)并使其尤其可能使用相同加密過程，如GERAN類型的系統(tǒng)(“GSM/EDGE無線接入網(wǎng)”)。
在FDD模式中，UMTS支持宏分集技術(shù)，該技術(shù)用于為UE制定規(guī)定，使其能和不同的基站以如下的一種方式同時地進行通信，在下行鏈路上UE接收若干次相同的信息，在上行鏈路上基站收集UE發(fā)送的無線信號，使得形成不同的估計，接下來這些估計在UTRAN中被組合。
宏分集提供接收增益，它通過組合對一條相同信息的不同觀察提高了系統(tǒng)的性能。這還使得可能在UE移動時進行小區(qū)間軟傳輸(SHO)。
在宏分集模式中，傳輸信道對從UTRAN或UE來的多個發(fā)送所進行的路由以及這些信道在接收時的組合是負責(zé)選擇和組合屬于第1層的模塊的操作。該模塊位于和MAC子層的接口處，且其處于為UE服務(wù)的RNC中。若涉及的基站依賴于通過IUR接口所進行的不同RNC通信，則這些基站之一起到SRNC的作用，而其它的則起到DRNC的作用。
當完成一次SHO時，UE和原始基站之間的無線鏈路被斷開。隨后可能發(fā)生該UE所處的覆蓋范圍的基站將不依賴于SRNC。
UTRAN很有可能繼續(xù)以此方式支持通信。然而，這不是最佳的，因為可能省卻發(fā)生在Iur接口上的交換，并釋放先前的SRNC，通過計劃事件使得該DRNC變成正在進行的通信的新SRNC。這是再分配過程(“SRNC再分配”，參見前述的3G TS 25.401規(guī)范的第7.2.3.2節(jié))的主題，該過程在前一個SRNC的初始被觸發(fā)。
該再分配過程包括將RLC和MAC實例(以及在維持宏分集情況下的第1層模塊選擇和重組)從先前的SRNC傳輸?shù)较惹暗腄RNC。
由此引起的一個問題是加密算法在透明RLC模式下所采用的CSN計數(shù)器的傳輸。具體而言，該計數(shù)器必須和位于UE端的MAC子層中的計數(shù)器保持同步，而RNC之間的鏈路(通過Iu接口和核心網(wǎng)絡(luò)或通過Iur接口)原則上是異步的。
32位數(shù)CSN可以被分成對應(yīng)于CSN的P個最低位(LSB)的連接幀數(shù)CFN和對應(yīng)于CSN的32-P個最高位(MSB)的超幀數(shù)(HyperFrame)HFN(根據(jù)前述的3G TS25.301規(guī)范的第8章P＝8)。
監(jiān)控基站13所服務(wù)的每個小區(qū)的RNC為這些小區(qū)更新系統(tǒng)幀數(shù)SFN(在Q＝12比特的基礎(chǔ)上編碼)，該系統(tǒng)幀數(shù)SFN每隔一個新的10毫秒無線幀就遞增。這個SFN號被基站在它的公共控制信道上廣播。
一UE測量它從和它當前小區(qū)相鄰的小區(qū)收集到的信號與它自己的時鐘之間的時間偏移量。在對目標小區(qū)觸發(fā)SHO之前，該UE提供它相對于該目標小區(qū)所測得的偏移量給它的SRNC，該偏移量對應(yīng)于目標小區(qū)的SFN計數(shù)器(在公共信道上獲得)和它自己的CFN計數(shù)器之間的偏移量(在2P×10毫秒的范圍內(nèi))。在檢測同步模式的基礎(chǔ)上，用實質(zhì)上小于10毫秒的時間精度，例如，以碼元時間的數(shù)量級確定該偏移量。它用于暫停新基站的發(fā)送，它通過Iur接口訪問該基站，使得在宏分集模式中，UE從各個站接收到的信息項目不至于相互偏移太多，這將要求十分大的存儲器來組合觀測結(jié)果。
由于提供了這種偏移，DRNC先驗地知道用于加密和解密的CSN計數(shù)器的P個最低位。然而，這并不提供最高位(HFN)。目前的3GPP規(guī)范規(guī)定了再分配過程，以包含在Iu接口上用消息“Relocation_Required”的SRNC來進行發(fā)送，其中HFN數(shù)被插入，使得DRNC能夠同步它的加密序列計數(shù)器。在接收到該消息后，核心網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)一個任務(wù)，該任務(wù)將導(dǎo)致將通信路由到DRNC，并且核心網(wǎng)絡(luò)重新透明地發(fā)送HFN到后者。
這些安排并不能解決前述的問題，因為在SRNC發(fā)送HFN值的時刻和DRNC接收到它的時刻之間，UE端的有效HFN已經(jīng)能夠被遞增了。每當DRNC要花超過2.56秒的時間才能接收到HFN的時候，這就會發(fā)生，該問題被確信是很難避免的，因為在異步核心網(wǎng)絡(luò)中消息會遇到的隊列問題和交換機10用于處理“Relocation_Required”消息的時間問題。若HFN只用了更短的時間到達DRNC，也能會產(chǎn)生誤差若HFN是在例如CFN等于255的時刻被發(fā)送的，則它很有可能將在UE處的HFN值遞增之后才被DRNC接收到。
在進行不使用宏分集模式的HHO時將更嚴重地遭遇到上面的問題。
在HHO過程中，通常有一個雙重廣播階段，在此期間，將同時在兩個接入資源上發(fā)送相同項的下行鏈路信息。這使得UE能夠在一當切換至第二接入資源時，盡快不受干擾地接收給它的信息。因而，當HHO要被執(zhí)行時負責(zé)目標小區(qū)的RNC必須迅速地覺察到與UE相關(guān)的加密序列計數(shù)器CSN。另外，若目標小區(qū)的RNC與先前的SRNC不同，則它通常不會預(yù)先覺察到CFN計數(shù)器，因為沒有宏分集。先前的SRNC發(fā)送的值因此必須包括CSN盡可能多的最低幾位，使得它可能在被目標小區(qū)的RNC接收到時作廢，給出了在異步網(wǎng)絡(luò)上的路由時間。沒有基站的同步將很難消除該缺陷，此種同步不是UMTS網(wǎng)絡(luò)操作所必需的，并且沒有被采用為標準。
應(yīng)該注意的是，在RLC子層的非透明模式中，上面所考慮的問題將不會產(chǎn)生。這些非透明模式用于分組發(fā)送，在切換或再分配過程中暫時地中斷發(fā)送對此類分組發(fā)送將不會產(chǎn)生損害，使得通過例如確認機制來保證接收到了正確的計數(shù)值。另外，通過使用每個RLC-PDU單元的報頭的序列號來加密該RLC-PDU單元中所包含的數(shù)據(jù)，RLC子層可以服務(wù)于非透明模式下的加密/解密功能。該序列號被不加密地發(fā)送，使得加密計數(shù)器不需要在兩端同步。
在使用時分多址(TDMA)技術(shù)的第二代GSM系統(tǒng)(“全球移動通信系統(tǒng)”)中，加密只在空中接口是有效的。加密密鑰的遞增是在相對于TDMA超幀的同步的基礎(chǔ)上進行的，該同步是在時間復(fù)用方案的框架下以一種明確的方式在無線鏈路的兩端實現(xiàn)的。因此，也不會產(chǎn)生上面的問題。
WO98/09458揭示了從GSM衍生出的無線接入系統(tǒng)，其中通信的加密只在空中接口進行。該系統(tǒng)的一個限制是它要求在TDMA多幀的尺度上對基站的同步。另外，當基站間的交換耗時大于多幀的相對較短的持續(xù)時間(120ms)時，加密計數(shù)器的同步被丟失。
本發(fā)明的一個目的提供同步加密計數(shù)器問題的解決方法，尤其是在HHO的情況下。
本發(fā)明因此提出了一種控制無線終端和蜂窩無線通信基礎(chǔ)設(shè)備間的電路模式通信邏輯信道的方法。該基礎(chǔ)設(shè)備包括至少一個核心網(wǎng)絡(luò)、連接到核心網(wǎng)絡(luò)并包括第一和第二控制器的無線網(wǎng)絡(luò)控制器以及具有無線接口并分別連接至一個無線網(wǎng)絡(luò)控制器的基站。該方法包括下列步驟-建立核心網(wǎng)絡(luò)和終端間的至少一個第一通信路徑，經(jīng)過使用第一無線接入資源基站之一，以及經(jīng)過構(gòu)成所述第一路徑主控制器的第一控制器；-沿著第一通信路徑發(fā)送和該邏輯信道有關(guān)的信息；-建立核心網(wǎng)絡(luò)和終端間的至少一條第二通信路徑，經(jīng)過使用不同于第一資源的第二無線接入資源的基站之一，以及通過構(gòu)成所述第二路徑主控制器的第二控制器；以及-沿著第二通信路徑發(fā)送和該邏輯信道有關(guān)的信息。
在從主控制器到無線終端的所述路徑的一部分中，沿著每條通信路徑發(fā)送的信息被加密。加密是作為多個參數(shù)的函數(shù)完成的，這些參數(shù)包括密鑰和與所述密鑰結(jié)合在一起的加密序列號。主控制器和終端以確定持續(xù)時間的幀速率一起遞增加密序列號，使得它們具有相同的加密參數(shù)，以允許對信息的解密。第二路徑建立在傳輸過程中，該傳輸過程包括從第一控制器發(fā)送調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)到第二控制器；由不同的第一和第二路徑的基站在第一和第二接入資源上同時發(fā)送無線信號的階段；然后抑制第一路徑。在同時發(fā)送階段中，在第一和第二接入資源上發(fā)送的無線信號傳輸相同的信息，所述信息被第二控制器用加密序列號加密，該加密序列號相對于第一控制器用來加密沿著第一路徑發(fā)送的信息所用的序列號進行了提前的偏移。無線終端在同時發(fā)送的階段中通過提前加密序列號以使得將其和第二控制器所用的偏移號相對準而從第一接入資源切換至第二接入資源。
在第二控制器接收到調(diào)整數(shù)據(jù)之后，傳輸過程最好包括從第二控制器通過第一控制器發(fā)送切換控制消息到無線終端。對于提供給無線終端和第二控制器的時間參考，該消息可以指出偏移加密序列號碼的初始值所對應(yīng)的初始幀，所述初始值可由無線終端和第二控制器確定。
在該方法的一個實施例中，加密序列號碼被表示為M個比特，調(diào)整數(shù)據(jù)包括由第一控制器所使用的加密序列號的當前值的M-P個最高位所表示的量，M和P是符合0≤P＜M的整數(shù)。切換控制消息隨后可以指出對應(yīng)于所述量的偏移加密序列號的初始值的P個最低位和/或它的M-P個最高位，提高這個量以確保偏移加密序列號的提前。偏移號的該初始化值對應(yīng)于可由終端和第二控制器確定的一初始化幀。
調(diào)整數(shù)據(jù)選擇性地包括表示第一控制器所用的加密序列號碼和提供給第二控制器的一個時間參考之間的偏移的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的另一方面涉及蜂窩無線通信系統(tǒng)的一種接入網(wǎng)絡(luò)，它包括至少一個安排用于實現(xiàn)這里所定義的一種方法的無線網(wǎng)絡(luò)控制器。
通過下面對非限制性示范實施例的描述，并參考附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得更加清楚，其中-圖1是UMTS網(wǎng)絡(luò)的示意圖。(前面已有評述)-圖2是在UMTS網(wǎng)絡(luò)的無線接口上所采用的通信協(xié)議各層中的組織的示意圖。(前面已有評述)-圖3是UMTS網(wǎng)絡(luò)的MAC層中所用的加密模塊的概要圖。(前面已有評述)-圖4是可以應(yīng)用本發(fā)明的UMTS網(wǎng)絡(luò)的簡化圖。
-圖5至7是圖4的網(wǎng)絡(luò)的示意圖，它們顯示了在各種通信情況下的活動鏈路。
圖4中簡要概括出的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有故意簡化的配置，以清楚地解釋本發(fā)明。核心網(wǎng)絡(luò)包括用于電路模式的移動服務(wù)交換MSC(“移動服務(wù)交換中心”)30，它通過Iu接口連接至兩個無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(SRNS)，它們具有RNC 60、61。兩個RNC60、61分別通過Iub接口監(jiān)視基站70、71(節(jié)點B)。在所表示的例子中，在兩個RNC 60、61之間沒有Iur接口。應(yīng)該指出的是，兩個RNC之間也可以有這樣的Iur接口，但不用于切換，例如，由于后者在兩個不同的載波頻率之間。在另一個實施例中，RNC 60、61屬于不同的接入網(wǎng)絡(luò)(例如，UTRAN和GERAN)。
圖5至7顯示了在圖4的網(wǎng)絡(luò)配置的典型HHO場景中，當UE 14移動時，核心網(wǎng)絡(luò)和UE 14之間的活動通信路徑。一開始(圖5)，在核心網(wǎng)絡(luò)的MSC 30和UE 14之間通過源RNC 60和其所依賴的基站70以常規(guī)方式建立一條路徑。SRNC 60和UE針對電路模式下的每條專用邏輯信道和每個通信方向都具有一個MAC實例，實例以參考圖3所指出的方式服務(wù)于和在該第一路徑上發(fā)送的信息有關(guān)的加密和解密功能。模塊20的靜態(tài)參數(shù)(CK、BEARER、DIRECTION、LENGTH)以及計數(shù)器23的初始化參數(shù)已經(jīng)在RRC級被提供。
UE在它的相鄰小區(qū)的公共信道上進行規(guī)定的測量，在圖5所示的情況中具體是連接到RNC 61的基站71的信道。當這些測量的分析顯示希望進行到基站71的HHO時，SRNC 60發(fā)送一個HHO請求消息(“切換_準備”)給它的MSC 30，以指定目標RNC 61。具體而言，對于本發(fā)明的實現(xiàn)，UE 14有利地測量它自己的加密序列號CSN和由基站71在它的公共下行鏈路信道上廣播的幀號SFN之間的瞬時偏移量Δ。測量該偏移量Δ所用的分辨率小于10毫秒幀的分辨率。我們用Δk＝(CSN-SFN)mod 2k來表示偏移量Δ的整數(shù)部分的K個最低位所代表的數(shù)字(以10毫秒為單位)(1≤k≤Q)。CSN用M＝32位表示，SFN用Q＝12位表示，UE測量ΔQ＝Δ12。在宏分集過程的環(huán)境中，UE將Δp＝Δ8報告給UTRAN。
當切換被觸發(fā)時，將建立第二路徑，它開始于下行鏈路(圖6)。從MSC 30(或若干MSC)發(fā)送兩次關(guān)于邏輯信道的相同信息，一次通過RNC 60和基站70，一次通過RNC 61和基站71。在上行鏈路中，終端14維持第一路徑的物理信道的參數(shù)，直到它接收到“切換_命令”消息，要求它切換至另一基站71。在接收到該消息之后，UE 14執(zhí)行該命令，并且一旦同步網(wǎng)絡(luò)完成了第二路徑的建立，它將這么做。第一路徑隨后被抑制(圖7)。
在圖6所展示的情況中，下行鏈路信息在RNC和UE之間的兩條路徑上被加密。RRC層應(yīng)用了例如以下的處理來啟動在目標RNC 61的MAC層中用于編碼和譯碼的計數(shù)器23-在“切換_準備”消息中，源RNC 60包括超越幀號HFN的當前值HFNE，它構(gòu)成了它使用的CSN計數(shù)器的M-P個最高位，這個值HFNE由核心網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給目標RNC61；-在接收到該信息之后，若它接收切換，目標RNC 61相對于目標基站71的SFN幀計數(shù)器確定用于計數(shù)器23的初始化幀號SFNI，以及確定加密序列號的相應(yīng)初始化值CSNI，所采用的方式為該序列號相對于在RNC 60和UE之間的第一路徑上所用的序列號有所提前；-當MAC實例開始加密在下行鏈路上從MSC接收到的信息時，對于目標小區(qū)中號碼為SFN0的幀，RNC 61的RRC層將該MAC實例的計數(shù)器23初始化為值CSN0＝(CSNI-SFNI+SFN0)mod 2M，且它控制基站71對UE 14的發(fā)送。
同時，在通過核心網(wǎng)絡(luò)和源RNC 60定址到UE的切換控制消息(“切換_命令”)中，目標RNC 61指明CSNI和SFNI參數(shù)。因此，在UE進行切換的時刻，它能夠重新初始化它的計數(shù)器23，使得將其與RNC 61的計數(shù)器對準，這將使得能夠在第二路徑上進行加密和解密。
具體而言，在切換的時刻，UE知道先前路徑的ΔQ及其CSN，因此，它能夠從中推斷從目標小區(qū)中的相應(yīng)的SFNSFN＝(CSN-ΔQ)mod 2Q，因而為第二路徑立即將它的計數(shù)器23重新初始化成正確值CSN0＝(CSNI-SFNI+SFN)mod 2M。
一旦它切換到基站71，UE同步它的CSN數(shù)。因此，它能夠立即接收下行鏈路信息，并用正確的加密發(fā)送上行鏈路信息。一旦基站61獲得了同步，就完成了第二路徑。
該CSN計數(shù)器的同步在源RNC發(fā)送“切換_準備”消息和UE的切換之間一當執(zhí)行HHO時是精確的，且不超過2Q×10毫秒＝40秒，這個值是實際實踐中的情況。
新CSN相對于源小區(qū)中所用的CSN的提前用于獲得雙發(fā)送，以最小化由于HHO所造成的中斷，并同時防止產(chǎn)生相同的加密掩碼，使得能夠加密經(jīng)由無線電發(fā)送的不同分組，這是出于安全原因所要求的。
要指出的是，這些結(jié)果可以在不要求目標RNC接收有關(guān)原始CFN以及甚至有關(guān)UE觀察到的偏移Δ的信息的情況下獲得，考慮到經(jīng)由核心網(wǎng)絡(luò)的異步傳輸，這可能會產(chǎn)生問題。
為了防止產(chǎn)生相同的加密掩碼來編碼不同的分組，CSNI的初始值應(yīng)該被確定為從源RNC提供的信息項的函數(shù)，即參數(shù)HFNE。RNC 61對該參數(shù)增加偏移θ＞0，使得形成該初始CSNI值的M-P個最高位，且它將預(yù)先定義的值CFNI分配給P個最低位，例如CFNI＝0。因此有CSNI＝((HFNE+θ)×2P+CFNI)mod 2M。
偏移θ考慮了HHO的可能執(zhí)行時間。在P＝8的情況中，例如可能取θ＝8，因此為HHO的執(zhí)行提供了20秒數(shù)量級的充足余量。該偏移θ還可以是可編程的。
應(yīng)該指出的是，根據(jù)本發(fā)明的變化，以這里參考圖4至7所描述的方式工作的控制器60和61可以是位于網(wǎng)絡(luò)一個給定節(jié)點的一項設(shè)備的兩個獨立的部分。該項設(shè)備可以是UMTS架構(gòu)中的RNC類型，兩個獨立的部分可以是獨立地管理和至少和MAC層有關(guān)的兩條路徑的電路，這些電路以異步方式相互進行通信。這些電路是由例如兩塊卡承載，或者例如包含在RNC的兩個不同機箱內(nèi)。
還將指出的是，上面的HHO過程可以采取各種等效的形式。因此，從目標RNC返回到UE的控制消息可以僅包含差(CSNI-SFNI)mod 2M或是使得可能提取該差值的任何組合，而不顯示地包含CSNI和SFNI，對于同步而言這就足夠了。
此外，目標RNC在返回給源RNC和UE的控制消息中所指出的數(shù)據(jù)CSNI、SFNI可以是完全或部分隱含的-若偏移θ是固定的，或者源RNC知道該偏移，后者將已經(jīng)具備了參數(shù)CSNI的M-P個最高位(HFNE+θ)，因此如果它自己發(fā)送它們給UE，它將不必再次接收它們；-若CFNI值是固定的(例如0)，它將不需要發(fā)送它給UE。若該值是相對于目標小區(qū)的SFN而定義的，相同的情況成立，因為UE在它的CFN和它測量到的偏移ΔQ的幫助下能夠確定該SFN；-若UE能夠知道SFNI的值，例如由于它是固定的，則不需要與它進行通信。這種情況還只對SFNI的低位部分成立。
在UE已將UE和源RNC一起使用的CSN與目標小區(qū)的SFN之間的偏移值Δk轉(zhuǎn)發(fā)到了源RNC 60的情況下(例如k＝P或k＝Q)，該RNC 60可以把它通知給目標RNC，尤其是用“切換_準備”消息。隨后可以知道提供給UE的時間參考應(yīng)該由前一CSN的k個最低位組成，新CSN計數(shù)器的初始化幀正是相對于該時間參考而定義的。具體而言，在進行HHO并改變到目標RNC的載波上之前，在源RNC和目標RNC之間在第一載波頻率上可能已有一個宏分集階段。此時，目標RNC已經(jīng)具有偏移ΔQ或ΔP，因此并不一定要在HHO時重復(fù)它。還可能發(fā)生的情況是，另一UE在源RNC(SRNC)和目標RNC(DRNC)之間已有一宏分集階段。當UE 14開始HHO過程時，源RNC 60隨后能夠確定偏移Δk的相關(guān)值，而不必從UE 14接收它它從兩個UE的CFN以及另一個UE所測量和指出的偏移可以推導(dǎo)出它。
也可以使用其它時間參考來表示初始化幀號SFNI或任何與該號碼相關(guān)的量，只要它們可供給目標RNC 61和UE或源RNC這兩者使用，這些相關(guān)的量例如-連接到該目標RNC的另一基站的SFN，UE(或由源RNC管理的另一UE)檢測到了該基站的公共控制信道；-任一基站的SFN，尤其是源基站的SFN，若RNC知道各小區(qū)間的SFN偏移，這有時用于客戶定位服務(wù)；-RNC公用的時間參考，例如通過GPS類接收機等裝置檢取衛(wèi)星群所發(fā)送的同步信號來獲得。
權(quán)利要求
1.一種控制無線終端(14)與蜂窩無線通信基礎(chǔ)設(shè)備之間的電路模式通信邏輯信道的方法，基礎(chǔ)設(shè)備包括至少一個核心網(wǎng)絡(luò)(30)、連接到核心網(wǎng)絡(luò)并包括第一和第二控制器的無線網(wǎng)絡(luò)控制器(60、61)以及設(shè)有無線接口并各自連接至無線網(wǎng)絡(luò)控制器中的一個的基站(70、71)，該方法包括以下步驟-建立核心網(wǎng)絡(luò)和終端間的至少一條第一通信路徑，經(jīng)過使用第一無線接入資源的基站(70)之一以及經(jīng)過構(gòu)成所述第一路徑主控制器的第一控制器(60)；-沿著第一通信路徑發(fā)送和該邏輯信道有關(guān)的信息；-建立核心網(wǎng)絡(luò)和終端間的至少一條第二通信路徑，經(jīng)過使用不同于第一資源的第二無線接入資源的基站(71)之一以及經(jīng)過構(gòu)成所述第二路徑主控制器的第二控制器(61)；以及-沿著第二通信路徑發(fā)送和該邏輯信道有關(guān)的信息。其中在從主控制器到無線終端的所述路徑的一部分中，沿著每條通信路徑發(fā)送的信息被加密，加密作為多個參數(shù)的函數(shù)而完成，這些參數(shù)包括密鑰(CK)和與所述密鑰相結(jié)合的加密序列號(CSN)，主控制器和終端以確定持續(xù)時間的幀速率一起遞增加密序列號，使得它們具有相同的加密參數(shù)，以允許對信息的解密，其中第二路徑建立在傳輸過程中，該傳輸過程包括從第一控制器發(fā)送調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)到第二控制器，由不同的第一和第二路徑基站(70、71)在第一和第二接入資源上同時發(fā)送無線信號的階段，然后抑制第一路徑，其中在同時發(fā)送階段中，在第一和第二接入資源上發(fā)送的無線信號傳輸相同的信息，所述信息被第二控制器(61)用加密序列號加密，該加密序列號相對于第一控制器(60)用來加密沿著第一路徑發(fā)送的信息所用的序列號進行了提前的偏移，其中無線終端(14)在同時發(fā)送的階段中通過提前加密序列號以使得將其和第二控制器(61)所用的偏移號相對準而從第一接入資源切換至第二接入資源。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在第二控制器(61)接收到調(diào)整數(shù)據(jù)之后，傳輸過程包括通過第一控制器(60)從第二控制器(61)發(fā)送切換控制消息到無線終端(14)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，相對于提供給無線終端(14)和第二控制器(61)的時間參考，切換控制消息指出偏移加密序列號的初始值所對應(yīng)的初始幀，所述初始值可由無線終端和第二控制器確定。
4.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，加密序列號(CSN)被以M個比特表示，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包括由第一控制器所使用的加密序列號的當前值的M-P個最高位所表示的量，M和P是符合0≤P＜M的整數(shù)。
5.如權(quán)利要求2和4所述的方法，其特征在于，切換控制消息隨后可以指出偏移加密序列號的初始值的P個最低位。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，第二控制器(61)所用的偏移加密序列號相對于第一控制器(60)所用的加密序列號的提前是通過增加從第一控制器所接收到的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)中所包含的所述量，以及通過將因此而增加的量的M-P位分配給該偏移號的初始值的M-P個最高位而起作用。
7.如權(quán)利要求2和6所述的方法，其特征在于，所述增加的量在切換控制消息中指出。
8.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，偏移號的初始值對應(yīng)于可由無線終端(14)和第二控制器(61)確定的至少一個初始幀。
9.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包括表示第一控制器(60)所用的加密序列號和提供給第二控制器的一個時間參考之間的偏移的數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述偏移是由終端(14)在從連接到第二控制器(61)的基站(71)接收到的信號基礎(chǔ)上測量的，該信號承載了與所述時間參考有關(guān)的信息。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述時間參考包括為連接到第二控制器(61)的基站(71)所維持的幀計數(shù)器。
12.如權(quán)利要求4和10所述的方法，其特征在于，與所述時間參考有關(guān)的信息對應(yīng)于以Q比特表示的幀號，Q是滿足P＜Q＜M的整數(shù)。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)經(jīng)由核心網(wǎng)絡(luò)(30)從第一控制器(60)發(fā)送到第二控制器(61)。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，第一和第二無線接入資源包括不同的載波頻率。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項所述的方法，其特征在于，第一和第二控制器(60、61)屬于不同的接入網(wǎng)絡(luò)。
16.如權(quán)利要求1至14中任一項所述的方法，其特征在于，第一和第二控制器(60、61)位于一個公共的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并包括與第一和第二路徑有關(guān)的獨立電路，針對包括信息加密和解密功能的至少某些通信協(xié)議，所述電路異步地相互進行通信。
17.一種蜂窩無線通信系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)，包括至少一個安排用于實現(xiàn)根據(jù)前面任一項權(quán)利要求的方法的無線網(wǎng)絡(luò)控制器。
全文摘要
加密信息在核心網(wǎng)絡(luò)和終端之間以電路模式在第一通信路徑上發(fā)送，經(jīng)過第一主控制器，然后在核心網(wǎng)絡(luò)和終端間的第二路徑上傳輸，經(jīng)過第二主控制器。第二路徑在一過程中建立，該過程包括從第一主控制器發(fā)送數(shù)據(jù)到第二主控制器，基礎(chǔ)設(shè)備在第一和第二路徑上同時發(fā)送無線電信號的階段，然后抑制第一路徑。在同時發(fā)送階段期間在兩條路徑上發(fā)送的無線電信號傳輸相同的信息，所述信息用偏移序列號加密，無線終端在提前加密序列號以使得將其和第二控制器所用的偏移號對準的同時從第一路徑切換至第二路徑。
文檔編號H04W36/12GK1443428SQ0181291
公開日2003年9月17日 申請日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月23日
發(fā)明者D·法寇尼耶, C·毛賽特 申請人:諾泰網(wǎng)絡(luò)有限公司