專利名稱：混合通信網絡中的切換的制作方法
相關申請本申請要求下列優(yōu)先權，序列號為60/340,242的美國臨時申請，題為“Methodand Apparatus for Effecting Handoff Between Different CellularCommunication Systems”，提交于2001年12月7日；代理人案卷號020043的美國申請，題為“Method and Apparatus for Effecting Handoff Between DifferentCellular Communication Systems”，提交于2002年2月14日；以及序列號為60/350,401的美國臨時申請，題為“GSM Authentication，Encryption and OtherFeature Support in a CDMA 1x Network Using a GSM-1x MSC”，提交于2002年1月17日。
I.發(fā)明領域本發(fā)明一般涉及用于在不同的蜂窩通信系統(tǒng)之間有效切換的方法和系統(tǒng)。
II.相關技術描述所謂的碼分多址(CDMA)調制技術是數種用于促進存在大量系統(tǒng)用戶的通信的技術中的一種。盡管同樣存在其他的技術，比如時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)以及諸如幅度壓擴單邊帶調制(ACSSB)AM調制技術，CDMA和這些其他的調制技術相比較具有顯著的優(yōu)勢。在一多址接入通信系統(tǒng)中對于CDMA技術的應用在美國專利4,901,307號，題為“Spread Spectrum Multiple Access Communication SystemUsing Satellite Or Terrestrial Repeaters”中公開，其轉讓給本申請的受讓人，公開的內容通過引用結合于此。
在美國專利4,901,307中描述了一種多址接入技術，其中每一個具有一收發(fā)機的大量移動電話系統(tǒng)用戶通過衛(wèi)星中繼器或者地面基站(也稱為小區(qū)基站或者小區(qū)站點(cell-site)使用碼分多址(CDMA)擴頻通信信號進行通信。在使用CDMA的通信中，頻譜可以被多次地重新使用，從而允許增加系統(tǒng)用戶容量。使用CDMA技術可以得到比使用其他多址接入技術所能達到的更高的頻域效率。
在傳統(tǒng)的蜂窩電話系統(tǒng)中，可用的頻帶被分成多個信道，當使用模擬FM調制技術時，一般一個信道的帶寬為30KHz。系統(tǒng)服務區(qū)域被地理劃分成大小不等的小區(qū)?？捎玫念l率信道被分成多個組，每一個組通常包括相等數量的信道。頻率組以最小化共信道(co-channel)干擾可能性的方式被分配給小區(qū)。例如，考慮一系統(tǒng)，其中有7個頻率組且小區(qū)為大小相等的六邊形。在一個小區(qū)中使用的頻率組將不會在該小區(qū)的6個最近的或者說周圍的鄰居中被使用。而且，在一個小區(qū)中的頻率將不會在12個次近的鄰居中被使用。
在傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)中，實施的切換方法希望在一移動站穿越兩個小區(qū)之間的邊界時允許一呼叫或者其他類型的連接(即數據鏈路)能繼續(xù)。當小區(qū)基站中處理呼叫或連接的接收機注意到了從該移動站接收的信號強度跌至一預定的門限值以下時，起動從一個小區(qū)至另一個小區(qū)的切換。一個低的信號強度指示意味著移動站肯定是靠近了小區(qū)的邊界。當信號電平跌至預定的門限值以下時，基站要求系統(tǒng)控制器確定是否一鄰近的基站接收到的移動站信號比當前的基站具有更好的信號強度。
基站控制器響應當前基站的查詢向鄰近的基站發(fā)送帶有切換請求的消息。鄰近當前基站的基站使用特定的掃描接收機，該接收機在特定的信道上搜尋來自移動站的信號。當有一個鄰近的基站向系統(tǒng)控制器報告一足夠的信號電平時，將試圖實施一切換。
當來自新基站所使用的信道組中的一空閑信道被選擇時，切換開始。一控制消息被發(fā)送給移動站以指令它從當前信道切換到新的信道。同時，系統(tǒng)控制器將呼叫從第一基站切換到第二基站。
在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，如果切換至新的基站不成功，呼叫將不再繼續(xù)。很多原因將導致切換的失敗。切換可能因為鄰近的小區(qū)中沒有空閑的信道可用于通信呼叫而失敗。切換的失敗也可能因為另一個基站報告收聽到了所論的移動站，其實該基站實際上在收聽另一個完全不同的小區(qū)中使用相同的信道的一個不同的移動站。該報告錯誤將導致呼叫被切換到一個錯誤的小區(qū)中，一般是一個信號強度不足以維持通信的小區(qū)中。此外如果移動站收聽切換信道的命令失敗，切換也會失敗。實際的操作經驗表明由于系統(tǒng)可靠性的問題，切換失敗經常發(fā)生。
在傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)中，另一個普遍的問題會在移動站接近兩個小區(qū)之間的邊界時發(fā)生。在這種情況下，兩個基站中的信號電平都會出現(xiàn)波動(fluctuate)。該信號電平的波動導致了一“乒乓(pingponging)”現(xiàn)象，其中會做出反復的請求以在這兩個基站之間來回切換。這些額外的不需要的切換請求增加了移動站不正確收聽信道切換命令或者收聽命令完全失敗的可能性。此外，乒乓現(xiàn)象增加了呼叫不再繼續(xù)的可能性，如果該呼叫無意中轉移至一個其中所有的信道當前都在被使用因而無法用于接收該切換的小區(qū)。
美國專利號5,101,501，題為“Method And System For Providing A SoftHandoff In Communication In A CDMA Cellular Telephone System”，該專利轉讓給本申請的受讓人，其公開的內容通過引用結合于此。該專利中公開了一種在切換期間通過多于一個基站來向移動站提供通信的方法和系統(tǒng)，在該環(huán)境中，蜂窩系統(tǒng)中的通信不會從對應于移動站正在離開的小區(qū)的基站至對應于移動站正在進入的小區(qū)的基站間的最終的切換所打斷。這種類型的切換被稱為小區(qū)基站之間與移動站通信的“軟”切換，其中兩個或更多的基站或者基站的扇區(qū)進發(fā)地向移動站發(fā)射。使用這種“軟”切換的技術已經被發(fā)現(xiàn)能夠顯著地降低在一對基站之間反復進行切換請求的乒乓現(xiàn)象的影響。
一種改進的軟切換技術在美國專利號5,267,261公開，題為“Mobile StationAssisted Soft Handoff In A CDMA Cellular Communications System”，已轉讓給本申請的受讓人，其公開的范圍通過引用結合于此。該軟切換技術通過在移動站測量由系統(tǒng)中的每個基站發(fā)射的“導頻”信號的強度而得到改進。這些導頻強度測量在軟切換處理中通過幫助識別可行的基站切換候選而提供援助。
改進的軟切換技術規(guī)定了移動站監(jiān)視來自鄰近基站的導頻信號的強度。當測量的信號強度到達一給定的門限時，移動站通過該移動站正在使用其進行通信的基站發(fā)射一信號強度消息至系統(tǒng)控制器。命令消息從基站控制器到一新基站，還到該移動站以通過該新基站和當前的基站建立同時的通信。當移動站檢測到對應于移動站正在進行通信的至少一個基站的信號強度跌落到一預定電平之下，移動站通過其正在進行通信的基站向系統(tǒng)控制器報告測量的指示對應的基站的信號強度。從基站控制器至識別的基站以及移動站的命令消息終止通過對應的基站的通信，而通過另一個基站或者其他基站的通信則繼續(xù)。
盡管前述的技術能很好地適應同一個蜂窩系統(tǒng)中的小區(qū)之間的呼叫發(fā)送，一種更加困難的情況會在移動站進入一個由來自另一個蜂窩系統(tǒng)的基站進行服務的小區(qū)中時出現(xiàn)。這種“系統(tǒng)間”切換的一個復雜因素是鄰近的蜂窩系統(tǒng)通常具有不同的特性。例如，相鄰的蜂窩系統(tǒng)通常運行在不同的頻率上，并且可能維持不同的基站輸出功率電平或者導頻強度。這些不同有效地排除了移動站使用現(xiàn)存的移動輔助軟切換技術進行導頻強度比較等的企圖。
當不存在用于進行軟系統(tǒng)間切換的資源時，如果要維持不間斷的服務，將呼叫或者是連接從一個系統(tǒng)切換至另一個系統(tǒng)的定時變得很關鍵。也就是說，系統(tǒng)間的切換必須在最有可能導致系統(tǒng)間的呼叫或者是連接成功的發(fā)送的時間上進行。在這種切換中，此處稱為硬切換，移動站和一個系統(tǒng)之間的通信必須在該移動站與另一個系統(tǒng)之間的通信開始之前停止。切換應當僅僅在下列的情況時發(fā)生，包括(i)在新的小區(qū)中存在一空閑的信道，(ii)移動站確實在新的小區(qū)基站的范圍內，但是在它失去與當前小區(qū)基站聯(lián)系之前，以及(iii)移動站位于保證能接收到切換信道的命令的位置。
理想的，每一個這種硬系統(tǒng)間切換將以最小化潛在的不同系統(tǒng)的基站之間的“乒乓”切換請求的方式進行。然而，由于現(xiàn)存的切換程序不能識別何時、通過哪一個基站可向移動站提供新的頻率、信道信息以及指令以發(fā)送現(xiàn)存的呼叫或連接而使上述切換變得困難。
這些以及其他即將到來的現(xiàn)存系統(tǒng)間切換的技術影響蜂窩通信的質量，并且隨著互相競爭的蜂窩系統(tǒng)越來越多，性能可能進一步降低。因此，需要一種能可靠導向不同蜂窩通信系統(tǒng)的基站間的呼叫或者連接的切換的切換技術。
美國專利號5,697,055，題為“Mobile Station Assisted Soft Handoff InA CDMA Cellular Communication System”，轉讓給本申請的受讓人，其公開的內容通過引用結合于此，其描述了一種用于為第一和第二蜂窩系統(tǒng)的基站之間進行通信的移動站進行系統(tǒng)間切換的方法和系統(tǒng)。在移動站，由第二系統(tǒng)的第二基站發(fā)射的信號的可定量表示的參數被測量。當經測量的可定量化參數的值通過第一預定電平時，移動站通過第一系統(tǒng)的第一基站將信號質量消息發(fā)射至第一移動交換控制站。
一信道請求消息接下來被從第一移動交換控制站發(fā)射至第二系統(tǒng)中的第二移動交換控制站。在第二基站，接收來自移動站的一可定量化的參數同樣被測量。當經測量的可計量參數的值通過一預定電平時，第二基站建立與移動站的通信。或者，由第一基站發(fā)射的第一導頻信號的信號強度在移動站被測量。當經測量的第一導頻信號的信號強度變得比第二預定電平弱時，一切換請求消息接下來被發(fā)送至第二基站，因而移動站通信被建立。移動交換控制站之間提供的語音鏈路允許轉發(fā)第一和第二蜂窩系統(tǒng)指之間的一現(xiàn)存的連接，并啟用軟系統(tǒng)間切換的動作(performance)。
當兩個系統(tǒng)都是基于CDMA的系統(tǒng)并且都能都進行軟切換時，這種安排能工作得很好，留下的問題是當一個或多個系統(tǒng)不能進行這樣的軟切換時，如何實現(xiàn)系統(tǒng)間切換。例如，稱為GSM的標準沒有用于軟切換的機制。于是，將一使用空中接口的呼叫從CDMA網絡切換至GSM網絡就存在問題。此外，GSM的認證不能進行，因為CDMA 2000機制不能發(fā)送進行GSM認證所要求的數據。GSM中的加密不同于CDMA2000中的加密。
解決上述問題的一個方法是改進GSM使其能夠有效切換至一個非GSM系統(tǒng)，例如CDMA系統(tǒng)。然而，GSM相對說來已經建立了很長的時間，且運營商都不愿意對現(xiàn)存的設備做昂貴的改進以使其能夠容納一相鄰的不兼容的系統(tǒng)。如果新的消息被增加到空中接口以支持雙模的移動站，則必須進行改進以支持這些新的消息。坦白地講，這從運營商的角度是不愿意做的。
在CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)之間進行切換的另一個問題是CDMA和GSM認證使用兩種不同的方法和密鑰。GSM和CDMA 1X的認證方法基本是相同的，但是密鑰卻具有不同的大小。CDMA 1X具有額外的程序例如唯一的查詢應答(challenge)和計費方法，其分別防止信道劫持(hi jacking)和回放(replay)攻擊。
發(fā)明概述本發(fā)明解決了上述的問題。
按照本發(fā)明的一方面，提供一種將由第一移動交換控制站控制的第一蜂窩通信系統(tǒng)中的第一基站有效切換至由第二移動交換控制站控制的不同的第二蜂窩通信系統(tǒng)中的第二基站，該方法包括在移動站處測量由所屬第一基站發(fā)射的信號的參數；在移動站處測量由所述第二基站發(fā)射的信號的參數；當所述參數到達一預定條件時，通過所述第一基站將信號質量消息從所述移動站發(fā)射至所述第一移動交換控制站；在所述第一移動交換控制站產生信息用于所述第二移動交換控制站的信道請求消息；從所述第一移動交換控制站向所述移動站發(fā)射信息；在所述移動站從來自所述第一移動交換控制站的信息中產生用于第二移動交換控制站的信道請求消息；以及從所述移動站發(fā)送所述信道請求消息至所述第二移動交換控制站。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種移動站包括一第一收發(fā)機鏈用于與第一蜂窩通信系統(tǒng)中的第一基站進行接收和發(fā)射信號；一第二收發(fā)機鏈用于與第二蜂窩通信系統(tǒng)中的第二基站進行接收和發(fā)射信號；以及一控制器用于測量由所述第一基站發(fā)射的信號的參數；測量由所述第二基站發(fā)射的信號的參數；當所述參數到達一預定條件時，通過所述第一基站從所述移動站發(fā)送信號質量信息至所時第一蜂窩通信系統(tǒng)；從所述第一基站接收用于第二蜂窩通信系統(tǒng)的信道請求消息的信息；從所述來自第一基站的信息中產生用于所述第二蜂窩通信系統(tǒng)的信道請求消息；以及發(fā)送所述信道請求消息至所述第二移動站。
本發(fā)明的上述以及其他的特征在所附的權利要求中具體說明，這些特征及其優(yōu)勢將在考慮下面的本發(fā)明的一示例性實施例的結合附圖的詳細說明之后變得更加清楚。
附圖簡述在附圖中

圖1是一蜂窩系統(tǒng)的示意性說明；圖2是兩個蜂窩系統(tǒng)之間的邊界的示意性說明；圖3是雙模移動站的示意性圖示；以及圖4是GSM系統(tǒng)中數據交換的示意性說明；圖5時單模移動站的示意性的圖示。
本發(fā)明的一實施例的詳述圖1是一示例蜂窩電話系統(tǒng)的示意性說明。圖示的系統(tǒng)可用于任何種類的用于幫助一般是大量系統(tǒng)移動用戶或者移動電話以及基站之間的通信的多址接入調制技術。這些多址接入通信系統(tǒng)技術包括時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)以及諸如幅度壓擴單邊帶調制的AM調制方案。CDMA擴頻調制技術，例如在上述的美國專利號4,901,307中所公開的，相比較于其他的用于多址接入通信系統(tǒng)的調制技術具有顯著的優(yōu)勢，因而是優(yōu)選的。
在一典型的CDMA系統(tǒng)中，每個基站發(fā)射唯一的導頻信號，其包括在相應的導頻信道上發(fā)送“導頻載波”。導頻信號是未經調制的、直接序列的擴頻信號，由每一個基站使用公共偽隨機噪聲(PN)擴展碼在所有的時間發(fā)射。導頻信號除了提供解調的相位基準和用于切換確定中的信號強度的測量基準以外，還允許基站獲得始發(fā)系統(tǒng)同步，即定時。由每個基站發(fā)射的導頻信號可以經常是相同的PN擴展碼，但是它們具有不同的碼相位偏移。
在圖1所示的系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制器以及交換機10，也稱為移動交換中心(MSC)，一般包括接口和處理電路(未示出)用于為多個基站12、14以及16提供系統(tǒng)控制?？刂破?0還控制從公共交換電話網(PSTN)至合適的基站的電話呼叫的路由用于傳輸至合適的移動站?？刂破?0還包括控制從移動站通過至少一個基站址到PSTN的呼叫的路由?？刂破?0可通過合適的基站導向移動用戶之間的呼叫，因為這些移動站一般不直接與另一個進行通信。
控制器10可通過多種方式耦合至基站，例如專用電話線路、光纖鏈路或者微波通信鏈路。在圖1中圖示了三個這樣的基站，12、14和16以及一示例移動站18，其包括一蜂窩電話。箭頭20a和20b定義了基站12和移動站18之間可能的通信鏈路。箭頭22a和22b定義了在站14和移動站18之間可能的通信鏈路。類似地，箭頭24a和24b定義了基站16和移動站18之間可能的通信鏈路。
基站服務區(qū)域或者小區(qū)被設計為地理的形狀，使得移動站通常將最接近一個基站。當移動站空閑時，沒有呼叫發(fā)生，移動站保持監(jiān)控來自每一個鄰近的基站的導頻信號。如圖1中所示的導頻信號分別由基站12、14和16在通信鏈路20b、22b和24b上發(fā)射給移動站18。移動站接下來通過比較來自這些特定基站的導頻信號強度來確定它處于哪一個小區(qū)內。
在圖1所示的例子中，移動站18可被認為是最接近基站16。當移動站18始發(fā)一呼叫時，一控制消息被發(fā)射給最接近的基站，此處是基站16?；?6在接收呼叫請求消息后，向系統(tǒng)控制器10發(fā)出信號并發(fā)送呼叫號碼。系統(tǒng)控制器10接下來通過PSTN連接該呼叫至期望的接收者。
如果呼叫是在PSTN中始發(fā)，控制器10發(fā)射呼叫信息至該區(qū)域內的所有基站。作為回應，基站向預計的接收移動站發(fā)射尋呼消息。當移動站收聽到尋呼消息時，它以發(fā)射到最近的基站的控制消息作為響應?？刂葡l(fā)信號給系統(tǒng)控制器這個特定的基站正在與移動站進行通信?？刂破?0接下來通過最近的基站向該移動站路由呼叫。
如果移動站18移出了始發(fā)基站，即基站16的覆蓋范圍，可以通過將呼叫通過其他基站的路由來繼續(xù)。在切換過程中，有多種不同的始發(fā)呼叫的切換或者通過其他基站路由的方法。
在基站始發(fā)的切換方法中，始發(fā)基站即基站16，注意到由移動站18發(fā)射的信號跌至一特定的門限電平之下?；?6然后會向系統(tǒng)控制器10發(fā)射切換請求，系統(tǒng)控制器10將請求傳遞到基站16的所有鄰居基站12、14。控制器發(fā)射的請求包括相關該信道的信息，包括由移動站18使用的PN碼序列?；?2和14調諧一接收機至該移動站正在使用的信道并測量信號強度，一般使用數字技術。如果基站12和14接收機其中之一報告一強于始發(fā)基站報告的信號強度，則對那個基站進行切換。
或者移動站自己可以始發(fā)一被稱為移動輔助的切換。每一個基站發(fā)射導頻信號，導頻信號除了其他的事情外還能識別出該基站。移動站裝備有搜尋接收器，用于搜尋鄰近基站12和14傳輸的導頻信號，作為對執(zhí)行其他功能的補充。如果鄰近的基站12和14中的一個的導頻信號的強度被發(fā)現(xiàn)強于給定的門限，則移動站18向當前的基站16發(fā)射一關于此現(xiàn)象的消息。
移動站和基站之間的互動程序允許移動站通過一個或多個基站12、14和16來進行通信。在此程序中，移動站識別并測量它接收的導頻信號的信號強度。該信息通過正在與此移動站進行通信的基站與MSC進行通信。MSC在接收到該信息后，啟用或終止移動站和基站之間的連接，從而影響移動站輔助的切換。
前述的程序也可以被理解為移動站同時通過一個以上的基站進行通信時的“軟”切換。在軟切換期間，MSC可結合或選擇從移動單元在不同的小區(qū)之間移動時與移動單元進行通信的每個基站接收的信號。以相似的方式，MSC可將信號從PSTN轉發(fā)(relay)至每一個與移動單元進行通信的基站。如果移動站恰好位于同一個蜂窩系統(tǒng)的兩個或更多個基站的覆蓋范圍之內，即不由同一個MSC所控制時，移動輔助的切換會更加復雜一些。
現(xiàn)在參考圖2描述在不同的系統(tǒng)的基站之間進行切換的一種方法，圖2圖示了一蜂窩通信網絡30的示意性形式，其中包括一由一CDMA移動切換中心MSCc控制的CDMA蜂窩系統(tǒng)(例如IS-95 1X)和一由GSM移動交換中心MSCg控制的一GSM蜂窩系統(tǒng)。在圖2中，說明性地表示了分別位于CDMA系統(tǒng)的小區(qū)C1A至C5A中的5個示例性基站B1A至B5A，以及分別位于GSM系統(tǒng)的小區(qū)C1B至C5B中的5個基站B1B至B5B。盡管為了說明方便小區(qū)C1A至C5A和小區(qū)C1B至C5B被示為圓形的，應當理解小區(qū)一般將被設計為其他的形狀，并且實際上具有根據其所在區(qū)域的地面和地形的形狀。下面的描述中，小區(qū)C1A至C3A以及C1B至C3B將被稱為“邊界”小區(qū)，由于這些小區(qū)大約位于第一和第二蜂窩系統(tǒng)之間的邊界上。這種命名方法允許將每個系統(tǒng)中的其余小區(qū)方便地稱為“內部”小區(qū)。
下列的描述將基準移動站進行，該移動站能夠接收并反應來自CDMA以及GSM蜂窩系統(tǒng)的中的基站的信號。然而，可以預期，任何其他類型的通信系統(tǒng)也是可以使用的，例如CDMA一、CDMA 2000、CDMA 2000 1x、CDMA 2000 3x、高數據率原理、CDMA 1xEV、CDMA 1xEVDO、TDMA、TDSCDMA、W-CDMA、GPRS或者其他。為此，在一個實施例中，移動站被配置成具有一雙頻帶收發(fā)器，其具有一能夠調整兩個蜂窩系統(tǒng)的不同操作頻率的接收鏈。一個這樣的移動站的示意性圖示在圖3中給出。如所示，移動站40包括通過天線共用器44連接至CDMA發(fā)送和接收鏈46和GSM傳輸接收鏈48的天線42。發(fā)送/接收鏈46、48傳統(tǒng)上分別用于CDMA和GSM系統(tǒng)。鏈的輸出被合適地調制并轉換數據至傳統(tǒng)的基帶電路50。發(fā)送/接收鏈46、48由控制器52控制，控制器52除其他外還響應于來自CDMA或者GSM系統(tǒng)的命令信號在兩個鏈之間進行切換。因此，在該實施例中，兩個鏈不在同一時刻活動。在另一個實施例中，兩個鏈可在同一時刻活動。
在另一個實施例中，移動站被配置成具有單個的收發(fā)器，其具有可調諧到兩個蜂窩系統(tǒng)其中之一的接收鏈。一個這樣的移動站的示意性圖示在圖5中被示出。如所示，移動站53包括一天線54。天線共用器55連接至一CDMA發(fā)送和接收鏈56(如果它是CDMA手持機)。另外，移動站53連接至GSM發(fā)送和接收鏈57。發(fā)送/接收鏈56、57傳統(tǒng)分別用于它們各自的CDMA和GSM系統(tǒng)。鏈輸出被合適地調制并轉換數據至一常規(guī)的基帶電路58，并從基帶電路58接收用于傳輸的數據。發(fā)送/接收鏈，無論是鏈56或者是鏈57由控制器59控制。
回到圖2，CDMA移動交換中心(MSCc)控制從公共交換電話網(PTSN)至合適的基站B1A至B5A的電話呼叫的路由用于傳輸至指定的移動站。CDMA移動交換中心MSCc還控制來自第一蜂窩系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域中的移動站的呼叫的路由，通過至少一個基站路由至PSTN。GSM移動交換中心MSCg以相類似的方式控制基站B1B至B5B的操作，并在PTSN和GSM蜂窩系統(tǒng)之間路由呼叫?？刂葡⒌鹊韧ㄟ^系統(tǒng)間數據鏈路34在MSCc和MSCg之間通信。
當移動站位于CDMA系統(tǒng)的內部小區(qū)內時，移動站一般被編程為監(jiān)視來自每一個鄰近(即內部和/或邊界)基站的導頻信號傳輸。移動站然后通過比較發(fā)射自周圍基站的導頻信號強度來確定其在哪一個內部小區(qū)內。當移動站逼近內部小區(qū)的邊界時，移動輔助的切換可以例如上述的基準美國專利號5,267,261號描述的方式開始。
當移動站位于小區(qū)C1A至C3A或者C1B至C3B中的一個小區(qū)的邊界時，存在不同的情況。例如，考慮一種情況，其中移動站位于小區(qū)C2A中，并在向小區(qū)C2B移動。在這種情況下，移動站可以開始從基站B2B接收可用的信號電平，并接下來向基站B2B報告并向任何其他正在與移動站進行通信的基站報告。有用的信號電平正由移動站或基站接收的時刻可通過測量接收的信號的一個或多個可定量化的參數(例如，信號強度、信噪比、幀刪除率、比特差錯率和/或相關的時間延遲)而被確定。該機制類似于上面指出的美國專利號5,697,055中所描述的。
如果兩個系統(tǒng)都是CDMA系統(tǒng)，則在美國專利號5,697,055中描述的切換機制可被用于實現(xiàn)小區(qū)C2A和小區(qū)C2B之間的切換。然而，其中的問題是當前沒有用于實現(xiàn)將使用空中接口的呼叫從CDMA網絡切換至GSM網絡的機制。GSM認證不能被進行因為CDMA機制不能傳送進行GSM認證所要求的數據。GSM中的加密不同于CDMA中的加密。如果新消息被增加到空中接口以支持雙模式移動站，則必須進行修改以支持這些新的消息。這是不期望的。
解決這個問題的方法是使用一包含啟用移動站從CDMA網絡發(fā)送至GSM網絡的指令的通用消息。該通用消息必須能夠攜載實現(xiàn)GSM認證和加密的必要的數據。較佳的，其他GSM中的其它輔助特征同樣需要由該通用消息支持。換句話說，建立的GSM協(xié)議必須保持完整無缺的以能最小化對于現(xiàn)存系統(tǒng)的任何改變。切換操作的部分包括建立訂戶識別以及一當切換進行時，需要維持信令以及物理連接的數據保密性(加密)。訂戶識別認證的定義以及操作要求在GSM02.09中被給出。
認證程序還用于設置加密密鑰。因此，認證程序在網絡建立訂戶識別之后而在信道被加密之前進行。兩個網絡功能是實現(xiàn)這個，亦即認證過程本身，所必須的以及在系統(tǒng)中對認證和密鑰的管理。
考慮這一點，想到使用通道“tunneling”機制，其可以在任何時間(在切換情況以及非切換情況)工作，并可以是單向或者雙向的。通道機制的一種類型被稱為ADDS(應用數據傳輸服務)消息和短數據突發(fā)(burst)消息以在CDMA系統(tǒng)中透明地傳輸GSM參數，這些參數一般不會由GSM基站控制器BSC檢驗，但卻是雙模式移動站所需要的。同時使用ADDS消息和數據突發(fā)消息允許在網絡的移動服務交換中心(MSC)或者其他網絡元件(例如，SMS、位置定位服務器、OTASP)之間發(fā)送一通用有效負載(payload)。系統(tǒng)利用這一點來在網絡和移動站之間端對端傳輸GSM信息而不要求對于CDMA BSC或者BTS的任何改變。
在圖2所示的網絡布置中，ADDS消息用于攜載GSM切換數據，例如定時信息和從MSCc通過BSCc至移動站的認證數據。移動站然后用使用稱為MAP(移動應用協(xié)議)消息來攜載切換數據至GSM網絡中的MSCg。這僅僅需要對于MSCg的很小的改變就可以使其解釋MAP消息中的數據并依此控制移動站。其他的用于發(fā)送數據的選擇當然也是可能的。
當移動站位于CDMA和GSM系統(tǒng)(例如，位于小區(qū)C2A內并向小區(qū)C2B逼近)之間的邊界時，移動站開始切換程序，發(fā)送回一消息至MSCc以告知MSCc移動站將要切換至GSM系統(tǒng)的情況。
小區(qū)數據庫(沒有示出)可被用作切換程序的一部分。該數據庫被用于向移動站提供關于GSM網絡的基本信息，以使其能夠在CDMA MSC和GSM之間根據需要進行切換。
在GSM系統(tǒng)中存在兩種類型的切換，稱為同步切換和異步切換。為了便于實施，異步切換是較佳的。移動站會告訴GSM切換將是異步切換。在切換指令由移動站接收且移動站首先發(fā)送一些接入突發(fā)數據至GSM基站控制器BSCg直至它接收回一MAP切換消息，MAP切換消息被傳回CDMA MSC以使GSM認證數據被產生并提供給移動站。GSM具有用于異步切換的過程，以及幫助BSCg獲取用于移動站定時的突發(fā)數據。因此ADDS消息包括“動作時間”消息，用于指定切換開始的特定時間。僅僅當數據被接收時移動站開始正常的傳輸。
在CDMA和GSM之間進行切換的另一個問題是CDMA和GSM的認證使用兩種不同的方法和密鑰。在GSM和CDMA 1x中認證的方法基本上相同，但是密鑰具有不同的大小。CDMA1具有額外的程序例如唯一查詢應答(Unique Challenge)和計費方法，分別是用于防止信道劫持和回放攻擊。為了在GSM系統(tǒng)中使用CDMA物理層而不對GSM MSCg進行顯著的改變，GSM認證方法應該在CDMA物理層上被再使用。這提供了系統(tǒng)不需要支持兩個不同類型的認證中心、兩個類型的SIM卡等等的優(yōu)勢。
認證程序包括系統(tǒng)和移動站之間的一系列交換。系統(tǒng)發(fā)射非預測的數RAND至移動站。接下來，移動站計算一結果SRES，也被稱為RAND數的簽名，使用稱為A3算法的算法。A3算法使用RAND以及個人訂戶認證密鑰Ki來計算SRES。訂戶認證密鑰Ki在客戶第一次定購服務時分配并保存在SIM(用戶識別模塊)卡和系統(tǒng)的歸屬位置寄存器(HLR)中。Ki是加密中的私人密鑰并因此從不被發(fā)送到網絡。最終，移動站發(fā)射簽名SRES至其檢測有效性的系統(tǒng)。
圖4說明了在GSM MSC中如何實現(xiàn)認證，GSM中認證密鑰稱為Ki并且長度為128比特。網絡產生一隨機數(RAND)，也是128比特長。RAND和Ki被輸入到A3算法，用于從輸入的數據計算一32比特的結果(SRES)。RAND數也通過空中消息的方式被發(fā)射到移動站。在GSM系統(tǒng)中，每個移動站包括一智能卡，即所謂的SIM(用于識別模塊)卡。用于認證的標準SIM命令在GSM11.11中指定。這些命令僅在它們不干擾GSM應用的正確功能的時候被允許執(zhí)行。如果SIM在呼叫期間從移動站上被刪除，呼叫立即終止，就如GSM11.11所定義的。
移動站中的SIM還通過應用A3算法至接收的RAND數和本地保存的Ki的拷貝來計算SRES。結算的結果還是SRES并應該與網絡計算的SRES相同。因此結果SRES被移動站發(fā)送至網絡，在網絡中該結果SRES與網絡計算的SRES進行比較。如果兩個SRES的值相同則移動站被認證。在圖2所示的系統(tǒng)中，RAND數使用ADDS消息在空中接口上被發(fā)送而結果SRES被發(fā)送回來。
SRES值還被用于稱為A8的算法中以計算64比特的加密或密鑰Kc。由GSM認證產生的Kc密鑰和由移動站的SIM中產生的加密算法被應用于CDMA物理層來取代通常使用CDMA CAVE算法產生的私人長碼掩碼。64比特的Kc密鑰被唯一地映射至42比特的私人長碼并因此被用作“私人長碼掩碼”的基礎以提供語音私密性。私人長碼掩碼圍繞CDMA消息被傳輸并且被解釋為與從CAVE算法產生的沒有區(qū)別。使用這種語音私密性方法允許系統(tǒng)在混合CDMA/GSM網絡中保持唯一的認證中心和唯一的SIM類型。
GSM在幀層次上進行加密。每個幀使用幀號和64比特的Kc密鑰進行加密，該密鑰如結合圖4討論的那樣被導出。幀號和Kc掩碼被應用于每一個幀。在CDMA 1x系統(tǒng)中，加密使用42比特私人長碼進行。在圖2所示的混合系統(tǒng)中，Kc密鑰被用于導出一42比特的私人長碼掩碼，以及一映射算法在Kc和私人長碼掩碼之間進行映射。映射在MSCc中進行，其接下來簡單地告訴BSC使用哪一個私人長碼。
65]ADDS操作允許地面網絡單元(例如，MSC、SMS、PDC)和移動站之間的透明服務的傳送。系統(tǒng)使用該操作來傳送認證信息RAND至MS并傳送回SRES至MSC。ADDS消息操作從MSCc至BSCc，并允許數據在尋呼信道上發(fā)送至移動站。ADDS傳送操作從BSCc至MSCc并允許數據通過接入信道從移動站發(fā)送到網絡。ADDS傳遞操作從從MSCc至BSCc或者從BSCc至MSCc，并允許數據通過話務信道在移動站和網絡之間發(fā)送。ADDS參數被定義為“ADDS用戶部分”，其包括一指示應用數據消息類型的6比特“數據突發(fā)類型”。ADDS操作使用ADDS用戶部分參數來包含服務指定的數據。認證操作使用ADDS用戶部分來攜帶認證數據。被描述的系統(tǒng)使用稱為“GSM映射認證”的新數據突發(fā)類型，由移動站依次解釋。
需要注意的是示例實施例在用于只要保存屬于認證程序信息的數據庫存在的接收端或者是可被該接收端訪問都可被實施。示例實施例的處理器可被用于在一方實施一種一密碼方案而在另一方實施另一種密碼方案。示例實施例的基礎實施可被執(zhí)行而不需要物理連接至中間資源，因為不同部分之間的通信通過無線媒質完成。
熟悉本領域的人員還應該認識到和這里公開的實施例相關的各種圖示的邏輯框圖、模塊、電路和算法步驟可以作為電子硬件、計算機軟件或者它們的組合來實現(xiàn)。為了清楚地表示硬件和軟件的互換性，通常以功能性描述的形式來說明上述的各種圖示的部件、框圖、模塊、電路和步驟。這些功能是用硬件還是軟件來實現(xiàn)取決于具體的應用和對總體系統(tǒng)設計的限制。熟練的技術人員應該意識到這些電路中硬件和軟件的互換性，以及對于每一個特定的應用如何最佳地實現(xiàn)所描述的功能。比如和這里公開的實施例相關的各種圖示的邏輯框圖、模塊和電路可以用特定應用專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯設備、離散門或晶體管邏輯、離散硬件部件，比如FIFO中的寄存器、執(zhí)行一組固件指令的處理器、任何傳統(tǒng)可編程軟件和一處理器、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯設備或者任何它們的組合。處理器較佳的是微控制器，或者，處理器可以是任何傳統(tǒng)處理器、控制器、微處理器或狀態(tài)機。軟件可以放置在RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬件、可移動磁盤、CD-ROM、DVD-ROM、寄存器或任何其他磁性或者光學存儲媒質中。熟悉本領域的人員將進一步理解貫穿于上述說明中的數據、指令、命令、信息、信號、比特、符號和芯片可以用電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或者任何他們的組合。
此前結合較佳實施例描述本發(fā)明，需要理解該實施例僅僅是用于示例。對于具有相當知識和技術的人員來說可以進行各種修改和變化而不脫離本發(fā)明的原理和范圍，本發(fā)明的原理和范圍在所附的權利要求或其相當的內容中說明。
權利要求
1.一種實現(xiàn)將一移動站從由第一移動交換控制站控制的第一蜂窩通信系統(tǒng)的第一基站切換至由第二移動交換控制站控制的第二，不同的蜂窩通信系統(tǒng)的第二基站的方法，該方法包括在所述移動站處測量由所述第一基站發(fā)射的信號的參數；在所述移動站處測量由所述第二基站發(fā)射的信號的參數；當所述參數到達預定條件時，從所述移動站通過所述第一基站向所述第一移動交換控制站發(fā)送信號質量消息；在所述第一移動交換控制站產生用于第二移動交換控制站的用于信道請求消息的信息；從所述第一移動交換控制站發(fā)送所述信息至所述移動站；在所述移動站從所述來自所述第一移動交換控制站的信息中產生用于第二移動交換控制站的信道請求消息；以及從所述移動站向所述第二移動交換控制站發(fā)送該信道請求消息。
2.如權利要求1所述的方法，還包括產生第二移動交換控制站信道信息以識別在所述第二通信系統(tǒng)中用于所述移動站的信道。
3.如權利要求2所述的方法，還包括在所述識別的信道中在所述移動單元和所述第二基站之間建立通信。
4.如權利要求3所述的方法，還包括斷開所述移動單元和所述第一基站之間的通信。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述參數對應于信號強度。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一蜂窩通信系統(tǒng)是CDMA系統(tǒng)。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二蜂窩通信系統(tǒng)是GSM系統(tǒng)。
8.一移動站，包括第一收發(fā)器鏈，用于在第一蜂窩通信系統(tǒng)中與第一基站接收和發(fā)射信號；第二收發(fā)器鏈，用于在第二蜂窩通信系統(tǒng)中與第二基站接收和發(fā)射信號；以及控制器，用于測量由所述第一基站發(fā)射的信號的參數；測量由所述第二基站發(fā)射的信號的參數；當所述參數到達預定條件時，從所述移動站通過所述第一基站向所述第一蜂窩通信系統(tǒng)發(fā)送信號質量消息；從所述第一基站接收用于所述第二蜂窩移動通信系統(tǒng)的信道請求消息的信息；從所述來自所述第一基站的信息中產生用于所述第二蜂窩移動通信系統(tǒng)的信道請求消息；以及向所述第二移動站發(fā)送信道請求消息。
9.如權利要求8所述的移動站，其特征在于，所述控制器還從所述第二基站接收信道信息以識別在所述第二通信系統(tǒng)中用于所述移動站的信道。
10.如權利要求9所述的移動站，其特征在于，所述控制器被安排為通過在所述識別的信道中在所述移動單元和所述第二基站之間建立通信來響應所述信道信息。
11.如權利要求10所述的移動站，其特征在于，所述控制被安排為通過斷開所述移動單元和所述第一基站之間的通信來響應所述信道信息。
12.如權利要求8所述的移動站，其特征在于，所述參數對應于信號強度。
13.如權利要求8所述的移動站，其特征在于，所述第一蜂窩通信系統(tǒng)是CDMA系統(tǒng)。
14.如權利要求14所述的移動站，其特征在于，所述第二蜂窩通信系統(tǒng)是GSM系統(tǒng)。
15.如權利要求8所述的移動站，其特征在于，所述第一收發(fā)器鏈在所述第二收發(fā)器鏈不活動時活動。
16.如權利要求8所述的移動站，其特征在于，所述第二收發(fā)器鏈在所述第一收發(fā)器鏈不活動時活動。
17.一種實現(xiàn)將一移動站從由第一移動交換控制站控制的第一蜂窩通信系統(tǒng)的第一基站切換至由第二移動交換控制站控制的第二，不同的蜂窩通信系統(tǒng)的第二基站的設備，該設備包括用于在所述移動站處測量由所述第一基站發(fā)射的信號的參數的裝置；用于在所述移動站處測量由所述第二基站發(fā)射的信號的參數的裝置；用于當所述參數到達預定條件時，從所述移動站通過所述第一基站向所述第一移動交換控制站發(fā)送信號質量消息的裝置；用于在所述第一交換控制站產生用于第二移動交換控制站的信道請求消息的信息的裝置；用于從所述第一移動交換控制站發(fā)送所述信息至所述移動站的裝置；用于在所述移動站從所述來自所數第一移動交換控制站的信息中產生用于第二移動交換控制站的信道請求消息的裝置；以及用于從所述移動站向所述第二移動交換控制站發(fā)送信道請求消息的裝置。
18.如權利要求17所述的設備，還包括用于在第二移動交換控制站產生信道信息以識別在所述第二通信系統(tǒng)中用于所述移動站的信道的裝置。
19.如權利要求18所述的設備，還包括用于在所述識別的信道中在所述移動單元和所述第二基站之間建立通信的裝置。
20.如權利要求19所述的設備，還包括用于斷開所述移動單元和所述第一基站之間的通信的裝置。
21.如權利要求17所述的設備，其特征在于，所述參數對應于信號強度。
22.如權利要求17所述的設備，其特征在于，所述第一蜂窩通信系統(tǒng)是CDMA系統(tǒng)。
23.如權利要求22所述的設備，其特征在于，所述第二蜂窩通信系統(tǒng)是GSM系統(tǒng)。
24.如權利要求22所述的設備，其特征在于，所述第二蜂窩通信系統(tǒng)是GPRS系統(tǒng)。
全文摘要
描述了一種實現(xiàn)將一移動站從由第一移動交換控制站控制的第一蜂窩通信系統(tǒng)(46)的第一基站切換至由第二移動交換控制站控制的第二，不同的蜂窩通信系統(tǒng)(48)的第二基站的方法。該方法包括在所述移動站處測量由所述第一基站發(fā)射的信號的參數和由所述第二基站發(fā)射的信號的參數。當所述參數到達預定條件時，從所述移動站通過所述第一基站向所述第一移動交換控制站發(fā)送信號質量消息，所述第一交換控制站產生用于第二移動交換控制站的信道請求消息的信息并將該信息發(fā)送至所述移動站作為響應。
文檔編號H04J13/00GK1625851SQ02827760
公開日2005年6月8日 申請日期2002年12月5日 優(yōu)先權日2001年12月7日
發(fā)明者Y·里蒙尼, A·R·霍爾克曼 申請人:高通股份有限公司