專利名稱：用于無線個人通信的鑒權(quán)及切換的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，更具體地，涉及在廣域蜂窩網(wǎng)絡內(nèi)使用的無線個人通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線通信系統(tǒng)正在被越來越多地用于無線通信。蜂窩電話網(wǎng)是無線通信系統(tǒng)的一個實例。蜂窩無線通信系統(tǒng)是采用頻率(信道)復用方式的廣域通信網(wǎng)絡。Blecher在IEEE Transactions on VehicularTechnology，1980年5月第二期，卷VT29，238-244頁發(fā)表的題為“先進的蜂窩終端電話業(yè)務”的文章中描述了一個模擬蜂窩電話系統(tǒng)的設計和操作。模擬蜂窩系統(tǒng)也稱為“AMPS”系統(tǒng)。
最近還提出并實現(xiàn)了采用時分多址(TDMA)結(jié)構(gòu)的數(shù)字蜂窩電話系統(tǒng)。電子工業(yè)協(xié)會(EIA)和電信工業(yè)協(xié)會(TIA)為美國數(shù)字蜂窩(ADC)結(jié)構(gòu)制定了標準，ADC是遵循EIA/TIA文件IS-54B的模擬和數(shù)字雙模系統(tǒng)。實現(xiàn)IS-54B雙模結(jié)構(gòu)的電話正在由本發(fā)明的受讓人銷售。歐洲已公布了不同的數(shù)字蜂窩電話系統(tǒng)標準。歐洲的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，也稱為GSM，也采用TDMA結(jié)構(gòu)。
最近提出了將蜂窩電話系統(tǒng)擴展為無線個人通信系統(tǒng)的建議。無線個人通信系統(tǒng)用蜂窩終端提供話音，數(shù)字，視頻和/或多媒體通信。因此可以發(fā)送和接收任何形式的信息。蜂窩終端包括諸如蜂窩電話的無線電話，還可以包括用于話音，數(shù)字，視頻和/或多媒體通信的其他部件。
一個無線個人通信系統(tǒng)包括至少一個電話基站，在此也稱為“基站”。一個基站是在例如幾十米的有限本地區(qū)域內(nèi)，與諸如蜂窩電話的蜂窩終端進行通信的一個低功率收發(fā)器，并且與傳統(tǒng)的公共有線電話網(wǎng)電氣相連。基站允許蜂窩終端用戶在位于本地區(qū)域時直接接入有線電話網(wǎng)，而不通過一般接入費用昂貴的蜂窩電話網(wǎng)。當位于基站的本地區(qū)域之外時，蜂窩終端按普通接入費用自動與廣域蜂窩網(wǎng)絡通信。
基站與蜂窩終端之間通信的安全性是實現(xiàn)無線個人通信系統(tǒng)的一個主要問題?，F(xiàn)代蜂窩電話網(wǎng)絡包括防止竊聽和電話盜用的安全系統(tǒng)和方法。通過利用對蜂窩電話與蜂窩網(wǎng)絡之間的無線傳輸進行加密可以防止竊聽。除非在蜂窩電話和蜂窩網(wǎng)絡之間成功地交換了標識信息，否則禁止在蜂窩電話與蜂窩網(wǎng)絡之間進行無線電話傳輸，從而防止了盜用。諸如AMPS系統(tǒng)，ADC系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)的現(xiàn)存蜂窩系統(tǒng)都包括各自的安全系統(tǒng)和方法。無線個人通信系統(tǒng)的蜂窩終端和基站之間的通信不應危害安全性。
安全性是在蜂窩終端進入電話基站的本地區(qū)域時，從廣域蜂窩網(wǎng)絡向電話基站切換過程中主要關(guān)心的問題。在切換過程中，為了證實蜂窩終端有權(quán)與電話基站通信，電話基站一般啟動鑒權(quán)處理。如果是合法的，蜂窩終端與廣域蜂窩網(wǎng)絡斷開并固定接入電話基站。在此種切換中，必須維持安全性，而不給系統(tǒng)性能增加額外的開銷。
在1994年3月3日由PaulW.Dent和本發(fā)明的發(fā)明人JaapHaartsen提交的題為“安全的無線個人通信系統(tǒng)和方法”、轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、所公開的內(nèi)容在此引入作為參考的序號08/205,705的申請中，描述了提供安全的電話基站的一個重要進展。在此申請中，基站在廣域蜂窩網(wǎng)絡和蜂窩終端之間通過有線電話網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)蜂窩證實信號。因此，當蜂窩終端位于基站的本地區(qū)域內(nèi)時，通過在蜂窩網(wǎng)絡與蜂窩終端之間經(jīng)過基站在有線電話網(wǎng)絡上交換數(shù)據(jù)，經(jīng)基站選路到蜂窩終端的無線電話呼叫可以是安全的。通過基站選路的來自公共交換電話網(wǎng)的呼叫可以采用與廣域蜂窩網(wǎng)絡所采用的相同或相似的安全系統(tǒng)和方法。因此，在蜂窩終端和電話基站之間的通信的安全得以維護。而且，由于使用相同的蜂窩證實信號，減少了切換過程的額外的開銷。
雖然Dent等人的上述申請取得了較大進展，仍然需要用于無線個人通信的鑒權(quán)/切換的方法和系統(tǒng)，以維護蜂窩通信的安全而不增加額外開銷。
發(fā)明簡述根據(jù)本發(fā)明，蜂窩終端在從廣域蜂窩網(wǎng)絡向一個基站切換過程中，在基站與廣域蜂窩網(wǎng)絡之間通過蜂窩終端轉(zhuǎn)發(fā)鑒權(quán)消息。蜂窩終端與有線電話網(wǎng)之間的通過基站的通信受到阻止，直到鑒權(quán)發(fā)生之后為止。換句話說，蜂窩終端一進入基站的本地區(qū)域，即由蜂窩終端在基站與廣域蜂窩網(wǎng)絡之間轉(zhuǎn)發(fā)鑒權(quán)消息。避免使用有線電話網(wǎng)進行蜂窩終端與基站之間的鑒權(quán)。
在從廣域蜂窩網(wǎng)絡切換到電話基站的過程中，廣域蜂窩網(wǎng)絡已經(jīng)對蜂窩終端進行了鑒權(quán)，本發(fā)明正是源于對此的認識。因此，電話基站，而不是蜂窩終端，應該是鑒權(quán)的主題。利用蜂窩終端在電話基站和廣域蜂窩網(wǎng)之間轉(zhuǎn)發(fā)鑒權(quán)消息，從而使電話基站被廣域蜂窩網(wǎng)絡所證實。如果鑒權(quán)成功，蜂窩終端從廣域蜂窩網(wǎng)切換到電話基站。
本發(fā)明產(chǎn)生了一個意想不到的好處。尤其是，因為本發(fā)明對電話基站進行鑒權(quán)而不需要在有線電話網(wǎng)上通信，鑒權(quán)避免了交納可能由作為鑒權(quán)過程的一部分的有線電話網(wǎng)的運營者所設立的費用。因為對蜂窩終端的鑒權(quán)經(jīng)常由于蜂窩終端無權(quán)與特定的基站通信而失敗，所以避免使用有線電話網(wǎng)(和它的潛在費用)在蜂窩終端與電話基站之間鑒權(quán)是理想的。從而提供了安全切換而沒有給系統(tǒng)增加額外的開銷，也沒有給蜂窩終端用戶增加不必要的有線網(wǎng)絡的費用。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，通過檢測蜂窩終端位于基站的本地區(qū)域內(nèi)提供蜂窩終端與電話基站之間的鑒權(quán)，其中電話基站在一個廣域蜂窩網(wǎng)絡的一個小區(qū)中的一個本地區(qū)域內(nèi)連接有線電話網(wǎng)和蜂窩終端。一個鑒權(quán)要求(challenge)通過與蜂窩終端的無線通信從廣域蜂窩網(wǎng)絡被傳遞到基站。鑒權(quán)應答通過與蜂窩終端的無線通信從基站傳遞到廣域蜂窩網(wǎng)絡。作為對一個有效的鑒權(quán)應答的反應，在有線電話網(wǎng)絡與蜂窩終端之間的通信通過基站開始。
為了起到中繼的作用，蜂窩終端與電話基站和廣域蜂窩網(wǎng)絡都建立無線通信。可以順序建立這些通信。具體地，使用從蜂窩網(wǎng)絡頻譜的若干信道中所選擇的第一信道從廣域蜂窩網(wǎng)絡向蜂窩終端傳遞鑒權(quán)要求。然后，使用從蜂窩網(wǎng)絡頻譜的若干信道中所選擇的第二信道從蜂窩終端向基站傳遞鑒權(quán)要求。使用第二信道從基站向蜂窩電話傳遞鑒權(quán)響應，使用第一信道從蜂窩終端向廣域蜂窩網(wǎng)絡傳遞鑒權(quán)響應。因為蜂窩終端一般在一個給定的時間只能在一個單個的蜂窩信道上進行發(fā)送和接收，所以采用這些通信鏈路的順序建立。
采用時分多址(TDMA)的蜂窩終端能夠順序接入不同的通信鏈路。因此在這樣一個TDMA系統(tǒng)中，蜂窩終端可以充當中繼，而不需要切斷和恢復到廣域蜂窩網(wǎng)絡和到電話基站的連接。廣域蜂窩網(wǎng)絡與電話基站之間的鏈路被置于不同的時隙。如果TDMA與頻分多址(FDMA)結(jié)合使用，還可以使用不同的載波頻率。在任何情況下，蜂窩終端一旦進入基站的本地區(qū)域，廣域蜂窩網(wǎng)絡使用蜂窩終端作為中繼，對基站進行鑒權(quán)，只在基站被鑒權(quán)之后才允許蜂窩終端與有線電話網(wǎng)絡通過基站進行通信。
圖簡述

圖1A和1B圖解說明一個無線個人通信系統(tǒng)，包括一個基站和一個蜂窩終端，并且分別具有終端與基站之間以及終端與廣域蜂窩網(wǎng)絡之間的無線通信。
圖2圖解說明一個用于蜂窩電話的已知的鑒權(quán)技術(shù)。
圖3A是一個說明基于本發(fā)明的鑒權(quán)的流程圖。
圖3B圖解說明執(zhí)行圖3A的基于本發(fā)明的鑒權(quán)的一個無線個人通信系統(tǒng)。
圖4A-C說明圖3B所說明的鑒權(quán)的順序操作。
圖5說明在一個時分多址(TDMA)系統(tǒng)中的基于本發(fā)明的鑒權(quán)。
圖6A和圖6B說明可用來執(zhí)行基于本發(fā)明的鑒權(quán)的TDMA幀。
優(yōu)選實施例詳述現(xiàn)在參考說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例的附圖，對本發(fā)明進行更全面的描述。本發(fā)明可以以許多不同形式具體實現(xiàn)，而不限于在此所述的實施例。提供這些實施例使得所公開的內(nèi)容完全詳盡，將本發(fā)明的范圍全面地傳達給那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
現(xiàn)在參考圖1A和圖1B說明基于本發(fā)明的無線個人通信系統(tǒng)的原理框圖。這種系統(tǒng)在一個廣域蜂窩網(wǎng)絡內(nèi)運行，該廣域蜂窩網(wǎng)絡為各個地理小區(qū)分配頻譜內(nèi)的多個信道的一部分信道。因此，系統(tǒng)提供了一個廣域無線通信網(wǎng)絡，能夠使用分配給廣域蜂窩網(wǎng)絡的有限的頻率，向大量用戶提供高質(zhì)量的無線通信。如圖1A所示，一個廣域蜂窩網(wǎng)絡包括至少一個諸如蜂窩電話小區(qū)站的無線網(wǎng)絡小區(qū)站102，用于在104所示的網(wǎng)絡小區(qū)的范圍內(nèi)，通過小區(qū)天線106發(fā)送和接收消息。
無線網(wǎng)絡小區(qū)站102用專用的中繼線和信令線路與有線網(wǎng)絡108接口。有線網(wǎng)絡108也稱為公共交換電話網(wǎng)(PSTN)。PSTN108是由諸如地區(qū)的Bell運營公司提供的常規(guī)的有線電話系統(tǒng)，可以采用銅線，無線本地環(huán)路延伸，寬帶電纜，光纖或其他固定傳輸通道。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，一個廣域蜂窩網(wǎng)絡一般包括許多無線網(wǎng)絡小區(qū)站102(沒有表示出來)以覆蓋較大的區(qū)域。在這種系統(tǒng)中，每個無線網(wǎng)絡小區(qū)站102覆蓋廣域蜂窩網(wǎng)絡內(nèi)的一個小區(qū)104并且可以通過專用電話線或微波(無線)鏈路與一個蜂窩交換中心(MSC)連接，MSC是用于蜂窩終端電話的特殊形式的電話交換機，MSC又通過專用中繼線和信令線路與有線網(wǎng)絡108連接，從而提供蜂窩網(wǎng)絡的任何小區(qū)站102與外界的連接。
仍然參考圖1A，電話基站110位于廣域蜂窩網(wǎng)絡的網(wǎng)絡小區(qū)站102的小區(qū)104內(nèi)?；?10包括一個通過基站天線112，在有限的基站本地區(qū)域114(一般在幾十米的量級)內(nèi)進行發(fā)送和接收的低功率收發(fā)器。因此，基站可以用于在家中或辦公室中的無線個人通信的發(fā)送和接收?；?10通過諸如普通的電話插座與有線網(wǎng)絡108電氣連接?；?10可以直接與有線網(wǎng)絡108連接(例如在家庭應用中)或在諸如辦公環(huán)境下通過PABX連接(沒有表示)。
仍然參考圖1A，說明了一個通過天線122與基站110或無線網(wǎng)絡小區(qū)站102進行無線通信的蜂窩終端120。蜂窩終端120包括一個諸如蜂窩電話的無線電話。終端120還可能包括，例如，一個完備的計算機鍵盤和監(jiān)視器，一個文件掃描儀，以及全部的圖形和多媒體功能。
如在圖1A中所說明的那樣，當終端120位于基站110的本地區(qū)域114時，它們之間建立一個無線鏈路124。無線鏈路124優(yōu)選蜂窩信道鏈路，并且最優(yōu)選使用不同于在包括基站110的小區(qū)104中所使用的蜂窩信道。如圖1B所示，當終端120位于基站110的本地區(qū)域114之外，但在網(wǎng)絡小區(qū)站102的小區(qū)104內(nèi)時，自動建立與網(wǎng)絡小區(qū)站102之間的一個新的無線鏈路126，從而建立與廣域蜂窩網(wǎng)絡的通信。因此，當用戶相對靠近基站110時(即在家或辦公室中)，與基站進行無線通信，從而避開了高費用結(jié)構(gòu)的廣域蜂窩網(wǎng)絡。當用戶離基站110相對較遠時，與蜂窩網(wǎng)絡進行通信。
當蜂窩終端在廣域蜂窩網(wǎng)絡執(zhí)行空閑操作過程中，它不斷地掃描來自其授權(quán)與之通信的電話基站的信號。這些掃描信號優(yōu)選地在廣域蜂窩網(wǎng)絡不使用的信道上發(fā)送。信號可以(但不需要)包括唯一標識電話基站的信息。當蜂窩終端識別出這樣的一個電話基站信號時，它將請求接入該電話基站。在允許接入之前，電話基站為了防止非法蜂窩終端接入基站而執(zhí)行鑒權(quán)。
圖2說明了用于傳統(tǒng)的蜂窩電話應用的一種已知的鑒權(quán)技術(shù)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，可以使用替代的鑒權(quán)技術(shù)。參考圖2，廣域蜂窩網(wǎng)絡提供了一個唯一標識蜂窩終端的密鑰。密鑰Ki存儲在蜂窩終端和廣域蜂窩網(wǎng)絡中。在鑒權(quán)過程開始時，廣域蜂窩網(wǎng)絡產(chǎn)生一個隨機數(shù)字RAND，優(yōu)選地，每次一個新的鑒權(quán)過程開始執(zhí)行，RAND改變。該RAND被用作為一個要求代碼并發(fā)送給蜂窩終端。蜂窩終端使用以Ki和RAND作為輸入的秘密算法A產(chǎn)生一個蜂窩電話響應RESP-M。在廣域蜂窩網(wǎng)絡中，執(zhí)行具有相同Ki和RAND的相同秘密算法A，為廣域蜂窩網(wǎng)絡提供匹配的響應RESP-N。如圖2所示，蜂窩終端送回其應答RESP-M，廣域蜂窩網(wǎng)絡將RESP-M與RESP-N比較。如果它們是匹配的，蜂窩終端具有正確的密碼，從而它的身份得到證實。
上述的鑒權(quán)過程可以反過來，使得蜂窩終端可以證實其是否被正確的網(wǎng)絡所要求，不需要向一個假要求者提供個人信息。雙向鑒權(quán)，也稱為雙邊鑒權(quán)，在授與Paul W.Dent的題為“用于數(shù)字蜂窩通信的鑒權(quán)系統(tǒng)”的，轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人的美國專利5,091,942中進行了描述，此專利的公開內(nèi)容在此引入作為參考。
為了安全和效率，所有網(wǎng)絡接入嘗試使用同樣的密鑰是理想的，所以只需要在蜂窩終端中存儲一個密鑰。但是，出于安全的考慮，應該避免在所有電話基站之間分配密鑰。密鑰應該優(yōu)選在廣域蜂窩網(wǎng)絡內(nèi)的一個地方存儲，例如在歸屬位置寄存器中存儲。因此，如在以上引入的專利申請序列號08/205,705中所描述的，一個電話基站為了鑒權(quán)進入其本地區(qū)域的蜂窩終端，可以與廣域蜂窩網(wǎng)絡連接。利用有線電話網(wǎng)，基站充當廣域蜂窩網(wǎng)絡和蜂窩終端之間的一個中繼。
需要鑒權(quán)的不是蜂窩終端，而是電話基站，本發(fā)明便是源于對此的認識。假設蜂窩終端在一個廣域蜂窩網(wǎng)絡中運行，從而在一進入廣域蜂窩網(wǎng)絡時已被鑒權(quán)。當蜂窩終端進入基站的本地區(qū)域時，不需要再被鑒權(quán)。而廣域蜂窩網(wǎng)絡應證實覆蓋蜂窩終端所進入的本地區(qū)域的電話基站是否有權(quán)運行，以及電話基站是否有權(quán)接受進入本地區(qū)域的蜂窩終端。
根據(jù)以上引入的Dent等人的專利申請序列號08/205,705，這些鑒權(quán)可以利用廣域蜂窩網(wǎng)絡與電話基站之間的有線電話網(wǎng)連接進行。但是，有線電話網(wǎng)連接使用陸線，由控制廣域蜂窩網(wǎng)絡和基站的無線運營者以外的實體所控制。因此，每個鑒權(quán)步驟需要額外的費用。而且，廣域蜂窩網(wǎng)絡與基站之間的直接的無線鏈路一般是不可能的，因為它們都被設計為在下行鏈路信道上發(fā)送，在上行鏈路信道上接收。
根據(jù)本發(fā)明，蜂窩終端用作為廣域蜂窩網(wǎng)絡和電話基站之間的直接無線鏈路的中繼。蜂窩終端可以交替地從廣域蜂窩網(wǎng)絡接收信號并將其轉(zhuǎn)發(fā)到電話基站，以及從電話基站接收信號并將其轉(zhuǎn)發(fā)到廣域蜂窩網(wǎng)絡。
現(xiàn)在參考圖3A和圖3B描述基于本發(fā)明的鑒權(quán)。鑒權(quán)優(yōu)選地在存儲程序控制下由小區(qū)站102，基站110和蜂窩終端120的控制處理器完成。也可以采用專用硬件或?qū)Ｓ糜布c控制處理器的組合。參考圖3A和圖3B，在圖3A的方塊310，采用傳統(tǒng)技術(shù)檢測蜂窩終端120是否進入本地區(qū)域114。然后，在方塊320，用蜂窩終端120作中繼，從廣域蜂窩網(wǎng)絡102向基站110傳遞要求。具體地，廣域蜂窩網(wǎng)絡產(chǎn)生一個隨機要求碼RAND，通過傳輸126a發(fā)送給蜂窩終端。蜂窩終端單元將此隨機要求碼通過傳輸124a轉(zhuǎn)發(fā)給電話基站。
仍參考圖3A，在方塊330，用蜂窩終端120作中繼，從基站110向小區(qū)站102傳遞一個鑒權(quán)響應。具體地，基站用RAND和其唯一標識該基站或一組電話基站的密鑰Kj，計算出一個響應，并將此響應(RESP-L)通過傳輸124b送回給蜂窩終端。蜂窩終端然后通過傳輸126b將電話基站的響應RESP-L發(fā)送給廣域蜂窩網(wǎng)絡。廣域蜂窩網(wǎng)絡將RESP-L與用Kj作秘密算法的輸入而產(chǎn)生的RESP-N進行比較。
在鑒權(quán)過程中，蜂窩終端起中繼的作用。它與廣域蜂窩網(wǎng)絡和電話基站都保持雙工連接。大多數(shù)的蜂窩終端在某一時刻只限于一個(雙工)連接。在這種情況下，信息的轉(zhuǎn)發(fā)順序進行。
圖4A-4C圖解說明信息的順序轉(zhuǎn)發(fā)。如圖4A所示，蜂窩終端120一進入本地區(qū)域114，即在小區(qū)站102與蜂窩終端120之間建立一個鏈路126a，傳遞RAND。
參考圖4B，廣域蜂窩鏈路126a被斷開，到基站110的本地連接124a被建立。蜂窩終端發(fā)送它所接收的RAND并通過鏈路124b等待回復本地應答RESP-L。優(yōu)選地，鏈路124a和124b使用相同的蜂窩信道。如在由PaulW.Dent和本發(fā)明人Jaap Haartsen提交的，題為“無線個人通信系統(tǒng)和方法”的申請序列號08/148,828，現(xiàn)在為美國專利5,428,668中所描述的那樣，最優(yōu)地，該信道被選擇以不干擾小區(qū)104內(nèi)所使用的蜂窩信道，該申請轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人，所公開的內(nèi)容在此引入作為參考。
參考圖4C，斷開到基站110的連接，并再建立廣域蜂窩連接126b。優(yōu)選地使用與第一個連接126a所用相同的信道。蜂窩終端向廣域蜂窩站發(fā)送RESP-L，廣域蜂窩站將RESP-L與所計算的響應比較。
再參考圖3A，在方塊340，如果響應匹配并且蜂窩終端有權(quán)使用電話基站，則基站110可以決定蜂窩終端120是否能夠接入電話基站。通過將蜂窩終端的密鑰Ki與允許蜂窩終端接入的電話基站的不同的密鑰Kj關(guān)聯(lián)而確定鑒權(quán)。如果當蜂窩終端進入本地區(qū)域時，電話基站不能提供一個唯一標識，仍然可以用Kj找到它的標識。因為廣域蜂窩網(wǎng)絡開始不知道Kj，所以難以確定廣域蜂窩網(wǎng)絡的響應RESP-N。作為替代，廣域蜂窩網(wǎng)絡一般必須用與蜂窩終端的Ki關(guān)聯(lián)的所有本地密鑰Kj計算所有的響應RESP-Nj。該組密鑰表示所有對該蜂窩終端授權(quán)的電話基站。
如果本地響應RESP-L與任一所計算的響應RESP-Nj匹配，蜂窩終端在圖3A的方塊350切換到基站110。以這種方式，所有的電話基站可以使用相同的“標志”信號指示其出現(xiàn)。鑒權(quán)的步驟將具體指出所涉及的電話基站。因而，蜂窩終端只需要掃描一種本地標志信號。
采用順序接入不同信道的廣域蜂窩網(wǎng)絡是時分多址(TDMA)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以同時提供兩個雙工鏈路，在開始一個鏈路之前，不斷開另一個鏈路。因此，與圖4A-4C所說明的相比，在一個TDMA系統(tǒng)中的操作可以簡化。
參考圖5，描述了一個TDMA實現(xiàn)。如圖所示，一對時隙(RX-N和TX-N)用于到廣域蜂窩網(wǎng)絡102的上行和下行連接，另一對時隙(TX-L和RX-L)用于到電話基站110的上行和下行連接。為了分開上行和下行鏈路，上行鏈路和下行鏈路時隙最好不重疊。
如在圖6A所說明的那樣，為了維持兩個雙工鏈路，TDMA幀優(yōu)選提供至少四個時隙。在當前的D-AMPS系統(tǒng)中(由IS-54標準規(guī)定)，當系統(tǒng)用于半速率方式時，每幀可以得到六個時隙?？梢哉J識到，對鑒權(quán)，半速率方式是可以接受的，因為傳遞的只是控制信息，而不是語音。蜂窩終端在交替信道上以全速率方式運行。
在泛歐GSM蜂窩系統(tǒng)中，相鄰時隙之間可能沒有足夠的空閑時間切換載波頻率(在發(fā)送與接收之間，或在廣域蜂窩和基站之間)。因此，每幀至少需要八個時隙，使得兩個工作時隙之間至少存在一個空閑時隙。GSM的幀長是每幀八個時隙。但是，規(guī)定在上行和下行鏈路之間錯開三個時隙。因此，可能需要采用半速率方式，每幀提供16個時隙。參看圖6B。
應當理解，TDMA是順序接入系統(tǒng)的一個例子。根據(jù)本發(fā)明，采用順序處理的其它系統(tǒng)(例如CSMA或ALOHA或其它隨機時間接入系統(tǒng))也可以允許蜂窩終端在基站和廣域蜂窩系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)發(fā)鑒權(quán)信號。
也應當理解，廣域蜂窩網(wǎng)絡和電話基站一般不會彼此同步。但是，缺少同步不影響本發(fā)明。蜂窩終端可能需要與廣域蜂窩網(wǎng)絡鏈路126和基站鏈路124分別同步。用已知的蜂窩終端可以實現(xiàn)。例如，為了提供在廣域蜂窩網(wǎng)絡的小區(qū)之間的平滑小區(qū)切換，蜂窩終端一般與至少兩個，通常七個或更多的(在GSM中)網(wǎng)絡小區(qū)站同步。因此，當蜂窩終端用作中繼時，維持與兩個不同的，相互之間不同步的源站(小區(qū)站102和基站110)的同步可能是容易的。
可以認識到，當基站110不被廣域蜂窩網(wǎng)絡覆蓋時，蜂窩終端一般不能用作中繼，因為它不能與廣域蜂窩網(wǎng)絡連接。在這種情況下，如已描述的那樣，可以在廣域蜂窩網(wǎng)絡與電話基站之間建立一個有線連接。
本發(fā)明進行了有關(guān)蜂窩終端系統(tǒng)的描述，其中蜂窩電話系統(tǒng)提供整個廣域蜂窩網(wǎng)絡，電話基站提供家庭或辦公室的個人無線電話系統(tǒng)。但是，隨著未來全球覆蓋的發(fā)展，廣域或宏網(wǎng)絡可能由衛(wèi)星系統(tǒng)提供，而本地網(wǎng)絡的范圍可以從一個蜂窩電話系統(tǒng)一直到上述的一個基站110，并且包括如ISDN光纖鏈路，有線電視等的多種網(wǎng)絡。
本發(fā)明特別適合這樣的一個全球系統(tǒng)。在這樣一個系統(tǒng)中，為節(jié)省費用，蜂窩終端連接到一個本地網(wǎng)絡是最理想的。根據(jù)本發(fā)明，從歸屬國的歸屬寄存器向本地網(wǎng)絡傳遞鑒權(quán)信息不需要啟動復雜的國際鏈路。而且，可以給用戶提供同在歸屬國一樣水平的鑒權(quán)安全。因此，本發(fā)明有利于用于無線終端從一個宏網(wǎng)絡切換到一個本地網(wǎng)絡，其中的本地網(wǎng)絡不是宏網(wǎng)絡的網(wǎng)絡等級的一部分。本地網(wǎng)絡和宏網(wǎng)絡都能使用空中接口但互相不需要任何直接的連接。因而，一旦無線終端進入本地網(wǎng)絡，無線終端即在本地網(wǎng)絡和宏網(wǎng)絡之間轉(zhuǎn)發(fā)鑒權(quán)信息，使宏網(wǎng)絡鑒權(quán)與無線終端通信的本地網(wǎng)絡。
在附圖及說明書中，公開了本發(fā)明的典型的優(yōu)選實施例，雖然使用了專用術(shù)語，但只具有通用的，描述性的意義，而不是為了限制的目的，本發(fā)明的范圍在以下的權(quán)利要求中陳述。
權(quán)利要求
1.在一個蜂窩終端與一個電話基站之間的一種鑒權(quán)方法，電話基站連接有線電話網(wǎng)絡與在廣域蜂窩網(wǎng)絡的一個小區(qū)中的一個本地區(qū)域內(nèi)的蜂窩終端，該小區(qū)使用蜂窩網(wǎng)絡頻譜內(nèi)的若干信道，所述的鑒權(quán)方法包括步驟檢測所述的蜂窩終端位于所述的本地區(qū)域；通過與所述的蜂窩終端進行無線通信，從所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡向所述的電話基站傳遞一個鑒權(quán)要求；通過與所述的蜂窩終端進行無線通信，從所述的基站向所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡傳遞一個鑒權(quán)響應；以及根據(jù)一個有效的鑒權(quán)響應，通過所述的基站，在所述的有線電話網(wǎng)絡與所述的蜂窩終端之間開始通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鑒權(quán)方法，其特征在于，其中所述的從所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡向所述的基站傳遞一個鑒權(quán)要求的步驟包括使用選自所述的蜂窩網(wǎng)絡頻譜內(nèi)的若干信道的第一信道從所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡向所述的蜂窩終端傳遞所述的鑒權(quán)要求；以及使用選自所述的蜂窩網(wǎng)絡頻譜內(nèi)的若干信道的第二信道從所述的蜂窩終端向所述的基站傳遞所述的鑒權(quán)要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的鑒權(quán)方法，其特征在于，其中所述的傳遞鑒權(quán)響應的步驟包括使用所述的第二信道，從所述的基站向所述的蜂窩電話傳遞所述的鑒權(quán)響應；以及使用所述的第一信道，從所述的蜂窩終端向所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡傳遞所述的鑒權(quán)響應。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的鑒權(quán)方法，其特征在于，其中所述的檢測步驟包括在所述的蜂窩終端檢測電話基站標志的步驟，所述的電話基站標志沒有標識所述的電話基站的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的鑒權(quán)方法，其特征在于，其中在所述的開始步驟之前，將鑒權(quán)響應與和所述的蜂窩終端相關(guān)聯(lián)的若干有效的授權(quán)響應進行比較。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的鑒權(quán)方法，其特征在于，其中所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡是以預定速率運行的一個時分多址(TDMA)蜂窩網(wǎng)絡并且其中所述的傳遞步驟以預定速率的一半執(zhí)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的鑒權(quán)方法，其特征在于，其中所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡是一個時分多址(TDMA)蜂窩網(wǎng)絡并且其中所述的傳遞步驟使用至少四個不重疊的TDMA時隙執(zhí)行。
8.在一個蜂窩終端與一個電話基站之間的一種鑒權(quán)方法，電話基站連接有線電話網(wǎng)絡與廣域蜂窩網(wǎng)絡的一個小區(qū)中的一個本地區(qū)域內(nèi)的蜂窩終端，該小區(qū)使用蜂窩網(wǎng)絡頻譜內(nèi)的若干信道，所述的鑒權(quán)方法包括步驟通過所述的本地區(qū)域內(nèi)的所述的蜂窩終端在所述的電話基站與所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡之間轉(zhuǎn)發(fā)鑒權(quán)消息，而不通過所述電話基站接入所述的有線電話網(wǎng)絡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的鑒權(quán)方法，其特征在于其中在所述的轉(zhuǎn)發(fā)步驟之前，是檢測所述的蜂窩終端在所述的本地區(qū)域之內(nèi)的步驟；以及其中在所述的轉(zhuǎn)發(fā)步驟之后，是根據(jù)鑒權(quán)，在所述的有線電話網(wǎng)絡與所述的蜂窩終端之間，通過所述的基站開始通信的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的鑒權(quán)方法，其特征在于，其中所述的檢測步驟包括在所述的蜂窩終端檢測一個電話基站標志，所述的電話基站標志沒有標識所述的電話基站的信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的鑒權(quán)方法，其特征在于，其中所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡是一個以預定速率運行的時分多址(TDMA)蜂窩網(wǎng)絡并且其中所述的轉(zhuǎn)發(fā)步驟以所述的預定速率的一半執(zhí)行。
12.在一個無線終端與一個本地網(wǎng)絡基站之間的一種切換方法，本地網(wǎng)絡基站將一個本地網(wǎng)絡與本地網(wǎng)絡基站的本地區(qū)域內(nèi)的無線終端連接，本地區(qū)域與一個宏網(wǎng)絡重疊，所述的切換方法包括以下步驟檢測所述的無線終端已進入所述的本地區(qū)域；使所述的宏網(wǎng)絡鑒權(quán)所述的基站；以及一旦鑒權(quán)所述的基站，即允許所述的無線終端與所述的本地網(wǎng)絡通過所述的本地網(wǎng)絡基站進行通信。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的切換方法，其特征在于，其中所述的使所述的宏網(wǎng)絡鑒權(quán)所述的基站的步驟包括使所述的宏網(wǎng)絡，通過所述的無線終端，鑒權(quán)所述的本地網(wǎng)絡基站，而不使用所述的本地網(wǎng)絡。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的切換方法，其特征在于，其中所述的使所述的宏網(wǎng)絡鑒權(quán)所述的基站的步驟包括在所述的本地網(wǎng)絡基站與所述的宏網(wǎng)絡之間，通過在本地區(qū)域內(nèi)的所述的無線終端轉(zhuǎn)發(fā)鑒權(quán)消息，而不通過所述的本地網(wǎng)絡基站接入本地網(wǎng)絡。
15.一個無線個人通信系統(tǒng)包括一個包括若干小區(qū)的廣域蜂窩網(wǎng)絡，每個小區(qū)使用蜂窩網(wǎng)絡頻譜內(nèi)的若干信道；一個有線電話網(wǎng)絡；一個蜂窩終端；在所述的一個小區(qū)內(nèi)的一個電話基站，當所述的蜂窩終端位于所述的電話基站的一個本地區(qū)域內(nèi)時，所述的電話基站連接所述的有線電話網(wǎng)絡和所述的蜂窩終端；用于檢測所述的蜂窩終端是否在所述的本地區(qū)域內(nèi)的裝置；響應所述的檢測裝置，用于從所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡向所述的電話基站，通過與所述的蜂窩終端的無線通信，傳遞一個鑒權(quán)要求的要求傳遞裝置；響應所述的要求傳遞裝置，用于從所述的基站向所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡，通過與所述的蜂窩終端的無線通信，傳遞一個鑒權(quán)響應的響應傳遞裝置；以及用于根據(jù)一個有效的鑒權(quán)響應，在所述的有線電話網(wǎng)絡與所述的蜂窩終端之間，通過所述的基站開始通信的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的一個無線個人通信系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的要求傳遞裝置包括使用選自所述的蜂窩網(wǎng)絡頻譜內(nèi)的若干信道的第一信道從所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡向所述的蜂窩終端傳遞所述的鑒權(quán)要求的裝置；以及使用選自所述的蜂窩網(wǎng)絡頻譜內(nèi)的若干信道的第二信道從所述的蜂窩終端向所述的基站傳遞所述的鑒權(quán)要求的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的一個無線個人通信系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的響應傳遞裝置包括使用所述的第二信道從所述的基站向所述的蜂窩電話傳遞所述的鑒權(quán)響應的裝置；以及使用所述的第一信道從所述的蜂窩終端向所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡傳遞所述的鑒權(quán)響應的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的一個無線個人通信系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的檢測裝置包括用于在所述的蜂窩終端檢測一個電話基站標志的裝置，所述的電話基站標志沒有標識所述的電話基站的信息。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的一個無線個人通信系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡是一個以預定速率運行的時分多址(TDMA)蜂窩網(wǎng)絡并且其中所述的要求傳遞裝置和所述的響應傳遞裝置以所述的預定速率的一半運行。
20.一個無線個人通信系統(tǒng)包括一個包括若干小區(qū)的廣域蜂窩網(wǎng)絡，每個小區(qū)使用蜂窩網(wǎng)絡頻譜內(nèi)的若干信道；一個有線電話網(wǎng)絡；一個蜂窩終端；一個位于一個所述的小區(qū)內(nèi)的電話基站，當所述的蜂窩終端位于所述的電話基站的本地區(qū)域內(nèi)時，所述的電話基站連接所述的有線電話網(wǎng)和所述的蜂窩終端；以及在所述的電話基站和所述的廣域蜂窩網(wǎng)絡之間，通過位于所述的本地區(qū)域內(nèi)的所述的蜂窩終端，轉(zhuǎn)發(fā)鑒權(quán)消息，而不通過所述的電話基站接入所述的有線電話網(wǎng)絡的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的一個無線個人通信系統(tǒng)進一步包括響應所述的轉(zhuǎn)發(fā)裝置，用于根據(jù)鑒權(quán)，在所述的有線電話網(wǎng)絡和所述的蜂窩終端之間，通過所述的基站，開始通信的通信開始裝置。
全文摘要
在一個蜂窩終端(120)從一個廣域小區(qū)站(102)向一個基站(110)切換的過程中,鑒權(quán)消息(126a,124a,124b,126b)在廣域小區(qū)站(102)和基站(110)之間通過蜂窩終端(120)轉(zhuǎn)發(fā)。避免蜂窩終端(120)與有線電話網(wǎng)絡(108)之間通過基站(110)進行通信,直到鑒權(quán)之后。因而,蜂窩終端(120)在廣域小區(qū)站(102)和基站(110)之間轉(zhuǎn)發(fā)鑒權(quán)消息。避免了使用有線電話網(wǎng)絡(108)在蜂窩終端(120)與基站(110)之間鑒權(quán)。因而提供了安全的切換,而沒有對系統(tǒng)產(chǎn)生額外的開銷,也沒有給蜂窩終端用戶增加不必要的有線網(wǎng)絡的費用。
文檔編號H04L9/32GK1193449SQ96196383
公開日1998年9月16日 申請日期1996年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月29日
發(fā)明者J·C·哈特森 申請人:艾利森公司