專利名稱：移動式無線電通信系統(tǒng)中的同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在沒有公用時(shí)間基準(zhǔn)的移動式無線電通信系統(tǒng)(即，在該系統(tǒng)中，沒有全部移動臺和基地臺所公用的時(shí)間基準(zhǔn))中的同步方法。雖然不僅僅如此，但是，更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及使隨機(jī)位流同步的方法，該隨機(jī)位流是在各基地臺與各移動臺之間發(fā)射通話和發(fā)射數(shù)據(jù)信號的期間內(nèi)被秘密地疊加到正常業(yè)務(wù)流上的。所提出的方法只能應(yīng)用于所謂時(shí)分多址(TDMA)系統(tǒng)(即借助于時(shí)間多路復(fù)用，以幀和時(shí)隙為單位來傳送通話的移動式無線電通信系統(tǒng))上。
在移動式無線電通信系統(tǒng)中，特別是在時(shí)分多址(TDMA)系統(tǒng)中，理想情況是，能夠使通話保密，以便防止未被批準(zhǔn)的人借用這種網(wǎng)絡(luò)接通并進(jìn)行通話。為了滿足這一要求，已經(jīng)提出了對于通話進(jìn)行加密，例如，見EP-A-273289。
通過在保密器中處理話音信息，對于基地臺與移動臺之間的通話進(jìn)行加密，該保密器把話音信號根據(jù)給定的密碼表變換成為隨機(jī)序列。例如，可以把話音信號與持續(xù)時(shí)間相當(dāng)長(幾分鐘)的位隨機(jī)序列疊加起來。在這種情況下，密碼表就是對于該序列中整個位結(jié)構(gòu)的了解以及對于該序列開始時(shí)間的了解。被批準(zhǔn)的用戶可以在設(shè)備中插入一個存有該序列和所述起始時(shí)間點(diǎn)的電路組件，因此，就能夠把輸入通話解碼了。
某些時(shí)分多址移動式無線電通信系統(tǒng)沒有公用的時(shí)間基準(zhǔn)，即沒有用于移動式電話交換中的裝置，該裝置包括對于整個系統(tǒng)公用和有效的時(shí)鐘，以便對于該系統(tǒng)中的全部基地臺和移動臺產(chǎn)生同一的時(shí)間基準(zhǔn)。這種公用時(shí)間基準(zhǔn)的用途是，當(dāng)不論由于什么原因，來自發(fā)碼、數(shù)據(jù)或話音信號的同步消失時(shí)，允許各移動臺與各基地臺以一定的幀和時(shí)隙為單位彼此同步。當(dāng)從一個無線電通道轉(zhuǎn)到另一個無線電通道來傳送(“手動切斷”)通話時(shí)，在移動臺和其基地臺之間可能會失掉同步，因?yàn)樵趯?shí)際發(fā)射通話或切換通話的期間內(nèi)，會出現(xiàn)短暫的中斷。如果該通話還是已加密的，就會出現(xiàn)另一個問題由于實(shí)際上與密碼表相關(guān)的同步逐漸劣化，因此，就不可能進(jìn)行去密了。
雖然所述問題在“手動切斷”(hand-off)期間內(nèi)最為顯著，但是，當(dāng)接通加密通話時(shí)，這些問題也會出現(xiàn)。
本發(fā)明基于在不同幀內(nèi)，對于業(yè)務(wù)流進(jìn)行時(shí)間復(fù)用(時(shí)分多址原理);還基于訪問一個持續(xù)時(shí)間(發(fā)生耦合或“手動切斷”的持續(xù)時(shí)間)是相當(dāng)長的(約3分鐘)的、給定的加密序列。本發(fā)明還基于通過把位序列疊加到正常業(yè)務(wù)流(數(shù)據(jù)、話音和發(fā)碼)上進(jìn)行加密。在“手動切斷”通話以前、或者在“手動切斷”期間內(nèi)的給定時(shí)間間隔中，序列加密的同步已經(jīng)中斷，執(zhí)行不加密發(fā)碼，此后，以周期等于一幀時(shí)間間隔的周期性位序列對于業(yè)務(wù)流進(jìn)行加密。這允許與加密業(yè)務(wù)流同時(shí)，把同步數(shù)據(jù)從基地臺發(fā)射給移動臺，這還表明何時(shí)應(yīng)該開始正常加密。
因此，本發(fā)明的目的是，在沒有公用時(shí)間基準(zhǔn)的移動式電話通信系統(tǒng)中，在接通或“手動切斷”通話時(shí)，獲得加密序列的同步。
本發(fā)明以下列陣述的特點(diǎn)為特征。
在第一基地臺(BS1)與移動臺(MS)之間的數(shù)據(jù)信息(D)和發(fā)碼信息(S)以具有時(shí)隙的幀為單位進(jìn)行發(fā)射，把隨機(jī)選擇的位流疊加到所述信息(D、S)上，對該信息(D、S)加密，在結(jié)束了所述信息(D、S)的轉(zhuǎn)交之后，執(zhí)行從第二基地臺(BS2)向移動臺(MS)不加密地發(fā)碼(S1)，發(fā)碼(S1)表明按一直到重新開始所述加密(E2)時(shí)將通過的幀時(shí)間間隔(R2-R3)的個數(shù)來計(jì)算的時(shí)間點(diǎn)(t3);一直到該時(shí)間點(diǎn)(t3)，借助于包括周期等于一幀時(shí)間間隔的周期性位序列的加密序列(E1)來發(fā)射該信息(D、S);在緊接在發(fā)射所述信息(D、S)的幀(R2-R6)之前的那一幀(R1)期間內(nèi)，執(zhí)行所述發(fā)碼(S1)，即在所述幀(R1)中分配給移動臺(MS)的時(shí)隙內(nèi)執(zhí)行，當(dāng)移動臺(MS)接收到所述發(fā)碼(S1)時(shí)，向第二基地臺(BS2)發(fā)射確認(rèn)信號(A1);如果第二基地臺(BS2)在給定的時(shí)間間隔之后沒有收到所述確認(rèn)信號(A1)，則第二基地臺執(zhí)行第二不加密發(fā)碼(S2)，(S2)具有與上述第一發(fā)碼(S1)相同的信息，以便得到確認(rèn)信號(A2)。
下面將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1為兩個基地臺和一個移動臺的示意圖;
圖2為用于根據(jù)時(shí)分多址原理進(jìn)行發(fā)射和接收的時(shí)間圖;
圖3為根據(jù)所提出的方法進(jìn)行加密的時(shí)間圖;以及圖4為更詳細(xì)地說明根據(jù)圖3在給定的時(shí)間間隔內(nèi)所執(zhí)行的發(fā)碼。
圖1示意性地說明兩個基地臺BS1、BS2和一個移動臺MS，假定MS從基地臺BS1向基地臺BS2運(yùn)動。基地臺BS1在小區(qū)C1范圍內(nèi)提供通信，基地臺BS2在小區(qū)C2范圍內(nèi)提供通信。小區(qū)C1和C2有公共邊界G。當(dāng)移動臺MS接近于邊界G時(shí)，對于基地臺BS1通過給定無線電通道K1所提供的通話來說，其話音質(zhì)量將劣化。通過測量無線電信號的場強(qiáng)和根據(jù)已知原理進(jìn)行計(jì)算，把移動臺MS與BS1的通道從BS1中切換到新的無線電通道K2上。該新通道K2由BS2來提供。在實(shí)際切換序列的期間(持續(xù)約100ms)內(nèi)，移動臺MS將不接收，并且，MS中的接收電路可以放松業(yè)務(wù)流的同步性，即來自基地臺BS1的幀和時(shí)隙的時(shí)間位置。
圖2說明對于移動臺MS的一個發(fā)射幀和一個接收幀(分別為TX和RX)。
假定在“手動切斷”以前，業(yè)務(wù)流以某一密碼表E2加密。該表包括一個位序列或一段較長(例如，約長3分鐘)的隨機(jī)位序列E，該較長的隨機(jī)位序列E利用逐位的模2加而疊加到業(yè)務(wù)流上。正如將要了解的那樣，當(dāng)密碼表E被批準(zhǔn)用于發(fā)射和接收通話時(shí)，它對于MS是已知的，而且，基地臺BS1發(fā)射與開始時(shí)間點(diǎn)(即在序列E中，位流應(yīng)該開始的那一點(diǎn))有關(guān)的數(shù)據(jù)，即對于移動臺MS來說，E2也是已知的。這種加密技術(shù)在先有技術(shù)中是已知的。
圖3為說明這種方法在“手動切斷”期間應(yīng)用時(shí)的時(shí)間圖。假定基地臺BS1與移動臺MS通信，還假定一直到時(shí)間點(diǎn)t1，借助于密碼表E2對于該通信(語言)進(jìn)行加密?！笆謩忧袛唷卑l(fā)生在時(shí)間t1。
在時(shí)間t2“手動切斷”過程結(jié)束時(shí)，MS已與新的基地臺BS2同步。也就是說，在時(shí)間t1-t2期間內(nèi)，以給定的控制通道(圖2中的SY)，從這個基地臺BS2發(fā)射了同步序列，該同步序列指出為了在BS2與MS之間連續(xù)通話，幀和所分配時(shí)隙的時(shí)間位置。這借助于MS中的相關(guān)處理，以已知的方法來執(zhí)行。因此，在時(shí)間t＝t2時(shí)，存在著用于BS2與MS之間話音/數(shù)據(jù)發(fā)射的幀同步，但是，不用于加密的幀同步。當(dāng)t＝t2時(shí)，基地臺BS2發(fā)射不加密信號，該不加密信號指出何時(shí)應(yīng)該根據(jù)表E2開始加密，即BS2報(bào)告時(shí)間點(diǎn)t3。在以后各幀中，業(yè)務(wù)流(話音、數(shù)據(jù))以表E1加密，表E1包括周期等于一幀時(shí)間間隔的周期性隨機(jī)位序列。這使移動臺MS對不加密信號所報(bào)告的幀時(shí)間間隔的個數(shù)計(jì)數(shù)，一直到BS2開始根據(jù)表E2加密。密碼表E1可能只包括一些零，即不加密地發(fā)射以后各幀(在時(shí)間間隔t2-t3)中的業(yè)務(wù)流。盡管在表E1中沒有周期性的位序列，但是，移動臺MS也能夠以任何方式來計(jì)算幀時(shí)間間隔的個數(shù)，因?yàn)閺臅r(shí)間點(diǎn)t2以后，在控制通道SY中存在著幀同步。
圖4更清楚地說明在時(shí)間間隔t2-t3中的序列。
根據(jù)圖3，在時(shí)間t2時(shí)，移動臺MS同步于新的基地臺BS2，如果已經(jīng)不采用了加密的話，正常業(yè)務(wù)流(數(shù)據(jù)、話音、同步)應(yīng)該已經(jīng)開始了。但是，到時(shí)間t1，相對于密碼表E2中位流的同步已經(jīng)失掉。因此，基地臺BS2把信號S1發(fā)射給MS，S1指明直到根據(jù)表E2開始加密以前將通過多少幀。在圖4的說明中，假定幀的個數(shù)為13。這個信息可以以不加密的形式、在一幀內(nèi)以預(yù)定時(shí)隙所形成的所謂“快速輔助控制通道”(FACCH)發(fā)射出去，見圖2。因此，這一時(shí)隙位于幀R1內(nèi)。在幀R1以后的各幀(R2、R3、……R6)期間內(nèi)，發(fā)射已加密的通話信息，并以表E1加密。如前所述，這一表是一個周期等于一幀時(shí)間間隔的周期性位序列，并且，可以利用模2加把該周期性位序列疊加到通話信息上。因此，移動臺MS不僅知道應(yīng)該開始計(jì)數(shù)的時(shí)間，還知道要計(jì)數(shù)的幀時(shí)間間隔的個數(shù)。當(dāng)移動臺了解了這一點(diǎn)時(shí)，就把確認(rèn)信號A1向基地臺BS2發(fā)射回去，BS2在幀R6中接收A1。當(dāng)基地臺BS2收到這一信號A1時(shí)，BS2將等待一個等于約定幀個數(shù)的時(shí)間周期，即等待到幀R13(t＝t3)，屆時(shí)，開始根據(jù)表E2進(jìn)行加密。
因此，為了接收確認(rèn)信號A1，基地臺BS2等待一個給定長度的時(shí)間(圖4中，它等于5個幀時(shí)間間隔的時(shí)間)。如果在給定的時(shí)間周期內(nèi)，不論由于什么原因，基地臺BS2沒有收到這一信號，則BS2在幀R7內(nèi)重新發(fā)射信號S2，并等待新的確認(rèn)信號A2。例如，由于衰落或環(huán)境不良，在精確的發(fā)射信號A1的時(shí)間間隔內(nèi)，就可能收不到信號A1。因此，來自基地臺BS2的幀個數(shù)(＝13)應(yīng)該足夠大，以便允許根據(jù)上述情況來執(zhí)行重復(fù)發(fā)碼。
在圖4的說明中已假定在基地臺與移動臺之間的信號延時(shí)約為2-3個幀時(shí)間間隔(≈15ms)。這一延時(shí)也應(yīng)該加以考慮。因此，最好是把加密的時(shí)間點(diǎn)t3選擇得以使t2到t3的時(shí)間間隔大于最大傳播時(shí)間的4倍。計(jì)算表明，這是沒有困難的，因?yàn)楦鶕?jù)圖1，移動臺位于兩個小區(qū)C1與C2之間的邊界上，即位于距離基地臺最遠(yuǎn)處。
權(quán)利要求
1.一種在沒有公用時(shí)間基準(zhǔn)的移動式無線電通信系統(tǒng)中的同步方法，在這種方法中，在第一基地臺(BS1)與移動臺(MS)之間的數(shù)據(jù)信息(D)和發(fā)碼信息(S)以具有時(shí)隙的幀為單位進(jìn)行發(fā)射(即時(shí)分多址方式，TDMA)，通過把隨機(jī)選擇的位流疊加到所述信息(D、S)上，對于該信息(D、S)進(jìn)行加密，其中，當(dāng)把與第一基地臺1(BS1)進(jìn)行通信的移動臺的通信轉(zhuǎn)交給第二基地臺1(BS2)時(shí)，由于沒有時(shí)間基準(zhǔn)以致隨機(jī)位流失掉同步時(shí)，使加密中斷一給定的時(shí)間周期(t1-t3)，即從第一基地臺發(fā)射所述信息到從第二基地臺發(fā)射所述信息的時(shí)間，這種方法的特征在于在結(jié)束了所述信息(D、S)的轉(zhuǎn)交之后，執(zhí)行從第二基地臺(BS2)向移動臺(MS)不加密地發(fā)碼(S1)，該發(fā)碼(S1)表明按一直到重新開始所述加密(E2)時(shí)將通過的幀時(shí)間間隔(R2-R13)的個數(shù)來計(jì)算時(shí)間點(diǎn)(t3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的那種方法，其特征在于一直到該時(shí)間點(diǎn)(13)，借助于包括周期等于一幀時(shí)間間隔的周期性位序列的加密序列(E1)來發(fā)射該信息(D、S)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的那種方法，其特征在于在緊接在發(fā)射所述信息(D、S)的幀(R2-R6)之前的那一幀(R1)期間內(nèi)，執(zhí)行所述發(fā)碼(S1)，即在所述幀(R1)中分配給移動臺(MS)的時(shí)隙內(nèi)執(zhí)行;其特征還在于當(dāng)移動臺(MS)接收到所述發(fā)碼(S1)時(shí)，向第二基地臺(BS2)發(fā)射確認(rèn)信號(A1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的那種方法，其特征在于如果第二基地臺(BS2)在給定的時(shí)間間隔之后沒有收到所述確認(rèn)信號(A1)，則第二基地臺執(zhí)行第二不加密發(fā)碼(S2)，(S2)具有與上述第一發(fā)碼(S1)相同的信息，以便得到確認(rèn)信號(A2)。
全文摘要
一種沒有公用時(shí)間基準(zhǔn)的移動式無線電通信系統(tǒng)的同步方法，依給定的密碼表E2加密發(fā)射數(shù)據(jù)和話音，當(dāng)“切斷”通話時(shí)，加密的同步性失掉了。依本方法，在“切斷”(t2)之后，“接管”的基地臺BS2向移動臺發(fā)射不加密信息(S1)。在后續(xù)幀(R2)中發(fā)射通話信息，并借助不同于原始密碼表的表E1進(jìn)行加密。表E1包括周期等于一幀時(shí)間間隔的周期性位序列。
文檔編號H04L9/12GK1050294SQ9010765
公開日1991年3月27日 申請日期1990年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月12日
發(fā)明者揚(yáng)·埃里克·奧克·施泰納·達(dá)林, 沃爾特·吉斯勒, 本特·英弗·佩爾松 申請人:艾利森電話股份有限公司