专利名称：混合通信网络中的切换的制作方法
相关申请本申请要求下列优先权，序列号为60/340,242的美国临时申请，题为“Methodand Apparatus for Effecting Handoff Between Different CellularCommunication Systems”，提交于2001年12月7日；代理人案卷号020043的美国申请，题为“Method and Apparatus for Effecting Handoff Between DifferentCellular Communication Systems”，提交于2002年2月14日；以及序列号为60/350,401的美国临时申请，题为“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.发明领域本发明一般涉及用于在不同的蜂窝通信系统之间有效切换的方法和系统。
II.相关技术描述所谓的码分多址(CDMA)调制技术是数种用于促进存在大量系统用户的通信的技术中的一种。尽管同样存在其他的技术，比如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)以及诸如幅度压扩单边带调制(ACSSB)AM调制技术，CDMA和这些其他的调制技术相比较具有显著的优势。在一多址接入通信系统中对于CDMA技术的应用在美国专利4,901,307号，题为“Spread Spectrum Multiple Access Communication SystemUsing Satellite Or Terrestrial Repeaters”中公开，其转让给本申请的受让人，公开的内容通过引用结合于此。
在美国专利4,901,307中描述了一种多址接入技术，其中每一个具有一收发机的大量移动电话系统用户通过卫星中继器或者地面基站(也称为小区基站或者小区站点(cell-site)使用码分多址(CDMA)扩频通信信号进行通信。在使用CDMA的通信中，频谱可以被多次地重新使用，从而允许增加系统用户容量。使用CDMA技术可以得到比使用其他多址接入技术所能达到的更高的频域效率。
在传统的蜂窝电话系统中，可用的频带被分成多个信道，当使用模拟FM调制技术时，一般一个信道的带宽为30KHz。系统服务区域被地理划分成大小不等的小区。可用的频率信道被分成多个组，每一个组通常包括相等数量的信道。频率组以最小化共信道(co-channel)干扰可能性的方式被分配给小区。例如，考虑一系统，其中有7个频率组且小区为大小相等的六边形。在一个小区中使用的频率组将不会在该小区的6个最近的或者说周围的邻居中被使用。而且，在一个小区中的频率将不会在12个次近的邻居中被使用。
在传统的蜂窝系统中，实施的切换方法希望在一移动站穿越两个小区之间的边界时允许一呼叫或者其他类型的连接(即数据链路)能继续。当小区基站中处理呼叫或连接的接收机注意到了从该移动站接收的信号强度跌至一预定的门限值以下时，起动从一个小区至另一个小区的切换。一个低的信号强度指示意味着移动站肯定是靠近了小区的边界。当信号电平跌至预定的门限值以下时，基站要求系统控制器确定是否一邻近的基站接收到的移动站信号比当前的基站具有更好的信号强度。
基站控制器响应当前基站的查询向邻近的基站发送带有切换请求的消息。邻近当前基站的基站使用特定的扫描接收机，该接收机在特定的信道上搜寻来自移动站的信号。当有一个邻近的基站向系统控制器报告一足够的信号电平时，将试图实施一切换。
当来自新基站所使用的信道组中的一空闲信道被选择时，切换开始。一控制消息被发送给移动站以指令它从当前信道切换到新的信道。同时，系统控制器将呼叫从第一基站切换到第二基站。
在传统的系统中，如果切换至新的基站不成功，呼叫将不再继续。很多原因将导致切换的失败。切换可能因为邻近的小区中没有空闲的信道可用于通信呼叫而失败。切换的失败也可能因为另一个基站报告收听到了所论的移动站，其实该基站实际上在收听另一个完全不同的小区中使用相同的信道的一个不同的移动站。该报告错误将导致呼叫被切换到一个错误的小区中，一般是一个信号强度不足以维持通信的小区中。此外如果移动站收听切换信道的命令失败，切换也会失败。实际的操作经验表明由于系统可靠性的问题，切换失败经常发生。
在传统的电话系统中，另一个普遍的问题会在移动站接近两个小区之间的边界时发生。在这种情况下，两个基站中的信号电平都会出现波动(fluctuate)。该信号电平的波动导致了一“乒乓(pingponging)”现象，其中会做出反复的请求以在这两个基站之间来回切换。这些额外的不需要的切换请求增加了移动站不正确收听信道切换命令或者收听命令完全失败的可能性。此外，乒乓现象增加了呼叫不再继续的可能性，如果该呼叫无意中转移至一个其中所有的信道当前都在被使用因而无法用于接收该切换的小区。
美国专利号5,101,501，题为“Method And System For Providing A SoftHandoff In Communication In A CDMA Cellular Telephone System”，该专利转让给本申请的受让人，其公开的内容通过引用结合于此。该专利中公开了一种在切换期间通过多于一个基站来向移动站提供通信的方法和系统，在该环境中，蜂窝系统中的通信不会从对应于移动站正在离开的小区的基站至对应于移动站正在进入的小区的基站间的最终的切换所打断。这种类型的切换被称为小区基站之间与移动站通信的“软”切换，其中两个或更多的基站或者基站的扇区进发地向移动站发射。使用这种“软”切换的技术已经被发现能够显著地降低在一对基站之间反复进行切换请求的乒乓现象的影响。
一种改进的软切换技术在美国专利号5,267,261公开，题为“Mobile StationAssisted Soft Handoff In A CDMA Cellular Communications System”，已转让给本申请的受让人，其公开的范围通过引用结合于此。该软切换技术通过在移动站测量由系统中的每个基站发射的“导频”信号的强度而得到改进。这些导频强度测量在软切换处理中通过帮助识别可行的基站切换候选而提供援助。
改进的软切换技术规定了移动站监视来自邻近基站的导频信号的强度。当测量的信号强度到达一给定的门限时，移动站通过该移动站正在使用其进行通信的基站发射一信号强度消息至系统控制器。命令消息从基站控制器到一新基站，还到该移动站以通过该新基站和当前的基站建立同时的通信。当移动站检测到对应于移动站正在进行通信的至少一个基站的信号强度跌落到一预定电平之下，移动站通过其正在进行通信的基站向系统控制器报告测量的指示对应的基站的信号强度。从基站控制器至识别的基站以及移动站的命令消息终止通过对应的基站的通信，而通过另一个基站或者其他基站的通信则继续。
尽管前述的技术能很好地适应同一个蜂窝系统中的小区之间的呼叫发送，一种更加困难的情况会在移动站进入一个由来自另一个蜂窝系统的基站进行服务的小区中时出现。这种“系统间”切换的一个复杂因素是邻近的蜂窝系统通常具有不同的特性。例如，相邻的蜂窝系统通常运行在不同的频率上，并且可能维持不同的基站输出功率电平或者导频强度。这些不同有效地排除了移动站使用现存的移动辅助软切换技术进行导频强度比较等的企图。
当不存在用于进行软系统间切换的资源时，如果要维持不间断的服务，将呼叫或者是连接从一个系统切换至另一个系统的定时变得很关键。也就是说，系统间的切换必须在最有可能导致系统间的呼叫或者是连接成功的发送的时间上进行。在这种切换中，此处称为硬切换，移动站和一个系统之间的通信必须在该移动站与另一个系统之间的通信开始之前停止。切换应当仅仅在下列的情况时发生，包括(i)在新的小区中存在一空闲的信道，(ii)移动站确实在新的小区基站的范围内，但是在它失去与当前小区基站联系之前，以及(iii)移动站位于保证能接收到切换信道的命令的位置。
理想的，每一个这种硬系统间切换将以最小化潜在的不同系统的基站之间的“乒乓”切换请求的方式进行。然而，由于现存的切换程序不能识别何时、通过哪一个基站可向移动站提供新的频率、信道信息以及指令以发送现存的呼叫或连接而使上述切换变得困难。
这些以及其他即将到来的现存系统间切换的技术影响蜂窝通信的质量，并且随着互相竞争的蜂窝系统越来越多，性能可能进一步降低。因此，需要一种能可靠导向不同蜂窝通信系统的基站间的呼叫或者连接的切换的切换技术。
美国专利号5,697,055，题为“Mobile Station Assisted Soft Handoff InA CDMA Cellular Communication System”，转让给本申请的受让人，其公开的内容通过引用结合于此，其描述了一种用于为第一和第二蜂窝系统的基站之间进行通信的移动站进行系统间切换的方法和系统。在移动站，由第二系统的第二基站发射的信号的可定量表示的参数被测量。当经测量的可定量化参数的值通过第一预定电平时，移动站通过第一系统的第一基站将信号质量消息发射至第一移动交换控制站。
一信道请求消息接下来被从第一移动交换控制站发射至第二系统中的第二移动交换控制站。在第二基站，接收来自移动站的一可定量化的参数同样被测量。当经测量的可计量参数的值通过一预定电平时，第二基站建立与移动站的通信。或者，由第一基站发射的第一导频信号的信号强度在移动站被测量。当经测量的第一导频信号的信号强度变得比第二预定电平弱时，一切换请求消息接下来被发送至第二基站，因而移动站通信被建立。移动交换控制站之间提供的语音链路允许转发第一和第二蜂窝系统指之间的一现存的连接，并启用软系统间切换的动作(performance)。
当两个系统都是基于CDMA的系统并且都能都进行软切换时，这种安排能工作得很好，留下的问题是当一个或多个系统不能进行这样的软切换时，如何实现系统间切换。例如，称为GSM的标准没有用于软切换的机制。于是，将一使用空中接口的呼叫从CDMA网络切换至GSM网络就存在问题。此外，GSM的认证不能进行，因为CDMA 2000机制不能发送进行GSM认证所要求的数据。GSM中的加密不同于CDMA2000中的加密。
解决上述问题的一个方法是改进GSM使其能够有效切换至一个非GSM系统，例如CDMA系统。然而，GSM相对说来已经建立了很长的时间，且运营商都不愿意对现存的设备做昂贵的改进以使其能够容纳一相邻的不兼容的系统。如果新的消息被增加到空中接口以支持双模的移动站，则必须进行改进以支持这些新的消息。坦白地讲，这从运营商的角度是不愿意做的。
在CDMA系统和GSM系统之间进行切换的另一个问题是CDMA和GSM认证使用两种不同的方法和密钥。GSM和CDMA 1X的认证方法基本是相同的，但是密钥却具有不同的大小。CDMA 1X具有额外的程序例如唯一的查询应答(challenge)和计费方法，其分别防止信道劫持(hi jacking)和回放(replay)攻击。
发明概述本发明解决了上述的问题。
按照本发明的一方面，提供一种将由第一移动交换控制站控制的第一蜂窝通信系统中的第一基站有效切换至由第二移动交换控制站控制的不同的第二蜂窝通信系统中的第二基站，该方法包括在移动站处测量由所属第一基站发射的信号的参数；在移动站处测量由所述第二基站发射的信号的参数；当所述参数到达一预定条件时，通过所述第一基站将信号质量消息从所述移动站发射至所述第一移动交换控制站；在所述第一移动交换控制站产生信息用于所述第二移动交换控制站的信道请求消息；从所述第一移动交换控制站向所述移动站发射信息；在所述移动站从来自所述第一移动交换控制站的信息中产生用于第二移动交换控制站的信道请求消息；以及从所述移动站发送所述信道请求消息至所述第二移动交换控制站。
按照本发明的另一方面，提供一种移动站包括一第一收发机链用于与第一蜂窝通信系统中的第一基站进行接收和发射信号；一第二收发机链用于与第二蜂窝通信系统中的第二基站进行接收和发射信号；以及一控制器用于测量由所述第一基站发射的信号的参数；测量由所述第二基站发射的信号的参数；当所述参数到达一预定条件时，通过所述第一基站从所述移动站发送信号质量信息至所时第一蜂窝通信系统；从所述第一基站接收用于第二蜂窝通信系统的信道请求消息的信息；从所述来自第一基站的信息中产生用于所述第二蜂窝通信系统的信道请求消息；以及发送所述信道请求消息至所述第二移动站。
本发明的上述以及其他的特征在所附的权利要求中具体说明，这些特征及其优势将在考虑下面的本发明的一示例性实施例的结合附图的详细说明之后变得更加清楚。
附图简述在附图中
图1是一蜂窝系统的示意性说明；图2是两个蜂窝系统之间的边界的示意性说明；图3是双模移动站的示意性图示；以及图4是GSM系统中数据交换的示意性说明；图5时单模移动站的示意性的图示。
本发明的一实施例的详述图1是一示例蜂窝电话系统的示意性说明。图示的系统可用于任何种类的用于帮助一般是大量系统移动用户或者移动电话以及基站之间的通信的多址接入调制技术。这些多址接入通信系统技术包括时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)以及诸如幅度压扩单边带调制的AM调制方案。CDMA扩频调制技术，例如在上述的美国专利号4,901,307中所公开的，相比较于其他的用于多址接入通信系统的调制技术具有显著的优势，因而是优选的。
在一典型的CDMA系统中，每个基站发射唯一的导频信号，其包括在相应的导频信道上发送“导频载波”。导频信号是未经调制的、直接序列的扩频信号，由每一个基站使用公共伪随机噪声(PN)扩展码在所有的时间发射。导频信号除了提供解调的相位基准和用于切换确定中的信号强度的测量基准以外，还允许基站获得始发系统同步，即定时。由每个基站发射的导频信号可以经常是相同的PN扩展码，但是它们具有不同的码相位偏移。
在图1所示的系统中，系统控制器以及交换机10，也称为移动交换中心(MSC)，一般包括接口和处理电路(未示出)用于为多个基站12、14以及16提供系统控制。控制器10还控制从公共交换电话网(PSTN)至合适的基站的电话呼叫的路由用于传输至合适的移动站。控制器10还包括控制从移动站通过至少一个基站址到PSTN的呼叫的路由。控制器10可通过合适的基站导向移动用户之间的呼叫，因为这些移动站一般不直接与另一个进行通信。
控制器10可通过多种方式耦合至基站，例如专用电话线路、光纤链路或者微波通信链路。在图1中图示了三个这样的基站，12、14和16以及一示例移动站18，其包括一蜂窝电话。箭头20a和20b定义了基站12和移动站18之间可能的通信链路。箭头22a和22b定义了在站14和移动站18之间可能的通信链路。类似地，箭头24a和24b定义了基站16和移动站18之间可能的通信链路。
基站服务区域或者小区被设计为地理的形状，使得移动站通常将最接近一个基站。当移动站空闲时，没有呼叫发生，移动站保持监控来自每一个邻近的基站的导频信号。如图1中所示的导频信号分别由基站12、14和16在通信链路20b、22b和24b上发射给移动站18。移动站接下来通过比较来自这些特定基站的导频信号强度来确定它处于哪一个小区内。
在图1所示的例子中，移动站18可被认为是最接近基站16。当移动站18始发一呼叫时，一控制消息被发射给最接近的基站，此处是基站16。基站16在接收呼叫请求消息后，向系统控制器10发出信号并发送呼叫号码。系统控制器10接下来通过PSTN连接该呼叫至期望的接收者。
如果呼叫是在PSTN中始发，控制器10发射呼叫信息至该区域内的所有基站。作为回应，基站向预计的接收移动站发射寻呼消息。当移动站收听到寻呼消息时，它以发射到最近的基站的控制消息作为响应。控制消息发信号给系统控制器这个特定的基站正在与移动站进行通信。控制器10接下来通过最近的基站向该移动站路由呼叫。
如果移动站18移出了始发基站，即基站16的覆盖范围，可以通过将呼叫通过其他基站的路由来继续。在切换过程中，有多种不同的始发呼叫的切换或者通过其他基站路由的方法。
在基站始发的切换方法中，始发基站即基站16，注意到由移动站18发射的信号跌至一特定的门限电平之下。基站16然后会向系统控制器10发射切换请求，系统控制器10将请求传递到基站16的所有邻居基站12、14。控制器发射的请求包括相关该信道的信息，包括由移动站18使用的PN码序列。基站12和14调谐一接收机至该移动站正在使用的信道并测量信号强度，一般使用数字技术。如果基站12和14接收机其中之一报告一强于始发基站报告的信号强度，则对那个基站进行切换。
或者移动站自己可以始发一被称为移动辅助的切换。每一个基站发射导频信号，导频信号除了其他的事情外还能识别出该基站。移动站装备有搜寻接收器，用于搜寻邻近基站12和14传输的导频信号，作为对执行其他功能的补充。如果邻近的基站12和14中的一个的导频信号的强度被发现强于给定的门限，则移动站18向当前的基站16发射一关于此现象的消息。
移动站和基站之间的互动程序允许移动站通过一个或多个基站12、14和16来进行通信。在此程序中，移动站识别并测量它接收的导频信号的信号强度。该信息通过正在与此移动站进行通信的基站与MSC进行通信。MSC在接收到该信息后，启用或终止移动站和基站之间的连接，从而影响移动站辅助的切换。
前述的程序也可以被理解为移动站同时通过一个以上的基站进行通信时的“软”切换。在软切换期间，MSC可结合或选择从移动单元在不同的小区之间移动时与移动单元进行通信的每个基站接收的信号。以相似的方式，MSC可将信号从PSTN转发(relay)至每一个与移动单元进行通信的基站。如果移动站恰好位于同一个蜂窝系统的两个或更多个基站的覆盖范围之内，即不由同一个MSC所控制时，移动辅助的切换会更加复杂一些。
现在参考图2描述在不同的系统的基站之间进行切换的一种方法，图2图示了一蜂窝通信网络30的示意性形式，其中包括一由一CDMA移动切换中心MSCc控制的CDMA蜂窝系统(例如IS-95 1X)和一由GSM移动交换中心MSCg控制的一GSM蜂窝系统。在图2中，说明性地表示了分别位于CDMA系统的小区C1A至C5A中的5个示例性基站B1A至B5A，以及分别位于GSM系统的小区C1B至C5B中的5个基站B1B至B5B。尽管为了说明方便小区C1A至C5A和小区C1B至C5B被示为圆形的，应当理解小区一般将被设计为其他的形状，并且实际上具有根据其所在区域的地面和地形的形状。下面的描述中，小区C1A至C3A以及C1B至C3B将被称为“边界”小区，由于这些小区大约位于第一和第二蜂窝系统之间的边界上。这种命名方法允许将每个系统中的其余小区方便地称为“内部”小区。
下列的描述将基准移动站进行，该移动站能够接收并反应来自CDMA以及GSM蜂窝系统的中的基站的信号。然而，可以预期，任何其他类型的通信系统也是可以使用的，例如CDMA一、CDMA 2000、CDMA 2000 1x、CDMA 2000 3x、高数据率原理、CDMA 1xEV、CDMA 1xEVDO、TDMA、TDSCDMA、W-CDMA、GPRS或者其他。为此，在一个实施例中，移动站被配置成具有一双频带收发器，其具有一能够调整两个蜂窝系统的不同操作频率的接收链。一个这样的移动站的示意性图示在图3中给出。如所示，移动站40包括通过天线共用器44连接至CDMA发送和接收链46和GSM传输接收链48的天线42。发送/接收链46、48传统上分别用于CDMA和GSM系统。链的输出被合适地调制并转换数据至传统的基带电路50。发送/接收链46、48由控制器52控制，控制器52除其他外还响应于来自CDMA或者GSM系统的命令信号在两个链之间进行切换。因此，在该实施例中，两个链不在同一时刻活动。在另一个实施例中，两个链可在同一时刻活动。
在另一个实施例中，移动站被配置成具有单个的收发器，其具有可调谐到两个蜂窝系统其中之一的接收链。一个这样的移动站的示意性图示在图5中被示出。如所示，移动站53包括一天线54。天线共用器55连接至一CDMA发送和接收链56(如果它是CDMA手持机)。另外，移动站53连接至GSM发送和接收链57。发送/接收链56、57传统分别用于它们各自的CDMA和GSM系统。链输出被合适地调制并转换数据至一常规的基带电路58，并从基带电路58接收用于传输的数据。发送/接收链，无论是链56或者是链57由控制器59控制。
回到图2，CDMA移动交换中心(MSCc)控制从公共交换电话网(PTSN)至合适的基站B1A至B5A的电话呼叫的路由用于传输至指定的移动站。CDMA移动交换中心MSCc还控制来自第一蜂窝系统的覆盖区域中的移动站的呼叫的路由，通过至少一个基站路由至PSTN。GSM移动交换中心MSCg以相类似的方式控制基站B1B至B5B的操作，并在PTSN和GSM蜂窝系统之间路由呼叫。控制消息等等通过系统间数据链路34在MSCc和MSCg之间通信。
当移动站位于CDMA系统的内部小区内时，移动站一般被编程为监视来自每一个邻近(即内部和/或边界)基站的导频信号传输。移动站然后通过比较发射自周围基站的导频信号强度来确定其在哪一个内部小区内。当移动站逼近内部小区的边界时，移动辅助的切换可以例如上述的基准美国专利号5,267,261号描述的方式开始。
当移动站位于小区C1A至C3A或者C1B至C3B中的一个小区的边界时，存在不同的情况。例如，考虑一种情况，其中移动站位于小区C2A中，并在向小区C2B移动。在这种情况下，移动站可以开始从基站B2B接收可用的信号电平，并接下来向基站B2B报告并向任何其他正在与移动站进行通信的基站报告。有用的信号电平正由移动站或基站接收的时刻可通过测量接收的信号的一个或多个可定量化的参数(例如，信号强度、信噪比、帧删除率、比特差错率和/或相关的时间延迟)而被确定。该机制类似于上面指出的美国专利号5,697,055中所描述的。
如果两个系统都是CDMA系统，则在美国专利号5,697,055中描述的切换机制可被用于实现小区C2A和小区C2B之间的切换。然而，其中的问题是当前没有用于实现将使用空中接口的呼叫从CDMA网络切换至GSM网络的机制。GSM认证不能被进行因为CDMA机制不能传送进行GSM认证所要求的数据。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双模式移动站，则必须进行修改以支持这些新的消息。这是不期望的。
解决这个问题的方法是使用一包含启用移动站从CDMA网络发送至GSM网络的指令的通用消息。该通用消息必须能够携载实现GSM认证和加密的必要的数据。较佳的，其他GSM中的其它辅助特征同样需要由该通用消息支持。换句话说，建立的GSM协议必须保持完整无缺的以能最小化对于现存系统的任何改变。切换操作的部分包括建立订户识别以及一当切换进行时，需要维持信令以及物理连接的数据保密性(加密)。订户识别认证的定义以及操作要求在GSM02.09中被给出。
认证程序还用于设置加密密钥。因此，认证程序在网络建立订户识别之后而在信道被加密之前进行。两个网络功能是实现这个，亦即认证过程本身，所必须的以及在系统中对认证和密钥的管理。
考虑这一点，想到使用通道“tunneling”机制，其可以在任何时间(在切换情况以及非切换情况)工作，并可以是单向或者双向的。通道机制的一种类型被称为ADDS(应用数据传输服务)消息和短数据突发(burst)消息以在CDMA系统中透明地传输GSM参数，这些参数一般不会由GSM基站控制器BSC检验，但却是双模式移动站所需要的。同时使用ADDS消息和数据突发消息允许在网络的移动服务交换中心(MSC)或者其他网络元件(例如，SMS、位置定位服务器、OTASP)之间发送一通用有效负载(payload)。系统利用这一点来在网络和移动站之间端对端传输GSM信息而不要求对于CDMA BSC或者BTS的任何改变。
在图2所示的网络布置中，ADDS消息用于携载GSM切换数据，例如定时信息和从MSCc通过BSCc至移动站的认证数据。移动站然后用使用称为MAP(移动应用协议)消息来携载切换数据至GSM网络中的MSCg。这仅仅需要对于MSCg的很小的改变就可以使其解释MAP消息中的数据并依此控制移动站。其他的用于发送数据的选择当然也是可能的。
当移动站位于CDMA和GSM系统(例如，位于小区C2A内并向小区C2B逼近)之间的边界时，移动站开始切换程序，发送回一消息至MSCc以告知MSCc移动站将要切换至GSM系统的情况。
小区数据库(没有示出)可被用作切换程序的一部分。该数据库被用于向移动站提供关于GSM网络的基本信息，以使其能够在CDMA MSC和GSM之间根据需要进行切换。
在GSM系统中存在两种类型的切换，称为同步切换和异步切换。为了便于实施，异步切换是较佳的。移动站会告诉GSM切换将是异步切换。在切换指令由移动站接收且移动站首先发送一些接入突发数据至GSM基站控制器BSCg直至它接收回一MAP切换消息，MAP切换消息被传回CDMA MSC以使GSM认证数据被产生并提供给移动站。GSM具有用于异步切换的过程，以及帮助BSCg获取用于移动站定时的突发数据。因此ADDS消息包括“动作时间”消息，用于指定切换开始的特定时间。仅仅当数据被接收时移动站开始正常的传输。
在CDMA和GSM之间进行切换的另一个问题是CDMA和GSM的认证使用两种不同的方法和密钥。在GSM和CDMA 1x中认证的方法基本上相同，但是密钥具有不同的大小。CDMA1具有额外的程序例如唯一查询应答(Unique Challenge)和计费方法，分别是用于防止信道劫持和回放攻击。为了在GSM系统中使用CDMA物理层而不对GSM MSCg进行显著的改变，GSM认证方法应该在CDMA物理层上被再使用。这提供了系统不需要支持两个不同类型的认证中心、两个类型的SIM卡等等的优势。
认证程序包括系统和移动站之间的一系列交换。系统发射非预测的数RAND至移动站。接下来，移动站计算一结果SRES，也被称为RAND数的签名，使用称为A3算法的算法。A3算法使用RAND以及个人订户认证密钥Ki来计算SRES。订户认证密钥Ki在客户第一次定购服务时分配并保存在SIM(用户识别模块)卡和系统的归属位置寄存器(HLR)中。Ki是加密中的私人密钥并因此从不被发送到网络。最终，移动站发射签名SRES至其检测有效性的系统。
图4说明了在GSM MSC中如何实现认证，GSM中认证密钥称为Ki并且长度为128比特。网络产生一随机数(RAND)，也是128比特长。RAND和Ki被输入到A3算法，用于从输入的数据计算一32比特的结果(SRES)。RAND数也通过空中消息的方式被发射到移动站。在GSM系统中，每个移动站包括一智能卡，即所谓的SIM(用于识别模块)卡。用于认证的标准SIM命令在GSM11.11中指定。这些命令仅在它们不干扰GSM应用的正确功能的时候被允许执行。如果SIM在呼叫期间从移动站上被删除，呼叫立即终止，就如GSM11.11所定义的。
移动站中的SIM还通过应用A3算法至接收的RAND数和本地保存的Ki的拷贝来计算SRES。结算的结果还是SRES并应该与网络计算的SRES相同。因此结果SRES被移动站发送至网络，在网络中该结果SRES与网络计算的SRES进行比较。如果两个SRES的值相同则移动站被认证。在图2所示的系统中，RAND数使用ADDS消息在空中接口上被发送而结果SRES被发送回来。
SRES值还被用于称为A8的算法中以计算64比特的加密或密钥Kc。由GSM认证产生的Kc密钥和由移动站的SIM中产生的加密算法被应用于CDMA物理层来取代通常使用CDMA CAVE算法产生的私人长码掩码。64比特的Kc密钥被唯一地映射至42比特的私人长码并因此被用作“私人长码掩码”的基础以提供语音私密性。私人长码掩码围绕CDMA消息被传输并且被解释为与从CAVE算法产生的没有区别。使用这种语音私密性方法允许系统在混合CDMA/GSM网络中保持唯一的认证中心和唯一的SIM类型。
GSM在帧层次上进行加密。每个帧使用帧号和64比特的Kc密钥进行加密，该密钥如结合图4讨论的那样被导出。帧号和Kc掩码被应用于每一个帧。在CDMA 1x系统中，加密使用42比特私人长码进行。在图2所示的混合系统中，Kc密钥被用于导出一42比特的私人长码掩码，以及一映射算法在Kc和私人长码掩码之间进行映射。映射在MSCc中进行，其接下来简单地告诉BSC使用哪一个私人长码。
65]ADDS操作允许地面网络单元(例如，MSC、SMS、PDC)和移动站之间的透明服务的传送。系统使用该操作来传送认证信息RAND至MS并传送回SRES至MSC。ADDS消息操作从MSCc至BSCc，并允许数据在寻呼信道上发送至移动站。ADDS传送操作从BSCc至MSCc并允许数据通过接入信道从移动站发送到网络。ADDS传递操作从从MSCc至BSCc或者从BSCc至MSCc，并允许数据通过话务信道在移动站和网络之间发送。ADDS参数被定义为“ADDS用户部分”，其包括一指示应用数据消息类型的6比特“数据突发类型”。ADDS操作使用ADDS用户部分参数来包含服务指定的数据。认证操作使用ADDS用户部分来携带认证数据。被描述的系统使用称为“GSM映射认证”的新数据突发类型，由移动站依次解释。
需要注意的是示例实施例在用于只要保存属于认证程序信息的数据库存在的接收端或者是可被该接收端访问都可被实施。示例实施例的处理器可被用于在一方实施一种一密码方案而在另一方实施另一种密码方案。示例实施例的基础实施可被执行而不需要物理连接至中间资源，因为不同部分之间的通信通过无线媒质完成。
熟悉本领域的人员还应该认识到和这里公开的实施例相关的各种图示的逻辑框图、模块、电路和算法步骤可以作为电子硬件、计算机软件或者它们的组合来实现。为了清楚地表示硬件和软件的互换性，通常以功能性描述的形式来说明上述的各种图示的部件、框图、模块、电路和步骤。这些功能是用硬件还是软件来实现取决于具体的应用和对总体系统设计的限制。熟练的技术人员应该意识到这些电路中硬件和软件的互换性，以及对于每一个特定的应用如何最佳地实现所描述的功能。比如和这里公开的实施例相关的各种图示的逻辑框图、模块和电路可以用特定应用专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件，比如FIFO中的寄存器、执行一组固件指令的处理器、任何传统可编程软件和一处理器、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备或者任何它们的组合。处理器较佳的是微控制器，或者，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微处理器或状态机。软件可以放置在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬件、可移动磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、寄存器或任何其他磁性或者光学存储媒质中。熟悉本领域的人员将进一步理解贯穿于上述说明中的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以用电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或者任何他们的组合。
此前结合较佳实施例描述本发明，需要理解该实施例仅仅是用于示例。对于具有相当知识和技术的人员来说可以进行各种修改和变化而不脱离本发明的原理和范围，本发明的原理和范围在所附的权利要求或其相当的内容中说明。
权利要求
1.一种实现将一移动站从由第一移动交换控制站控制的第一蜂窝通信系统的第一基站切换至由第二移动交换控制站控制的第二，不同的蜂窝通信系统的第二基站的方法，该方法包括在所述移动站处测量由所述第一基站发射的信号的参数；在所述移动站处测量由所述第二基站发射的信号的参数；当所述参数到达预定条件时，从所述移动站通过所述第一基站向所述第一移动交换控制站发送信号质量消息；在所述第一移动交换控制站产生用于第二移动交换控制站的用于信道请求消息的信息；从所述第一移动交换控制站发送所述信息至所述移动站；在所述移动站从所述来自所述第一移动交换控制站的信息中产生用于第二移动交换控制站的信道请求消息；以及从所述移动站向所述第二移动交换控制站发送该信道请求消息。
2.如权利要求1所述的方法，还包括产生第二移动交换控制站信道信息以识别在所述第二通信系统中用于所述移动站的信道。
3.如权利要求2所述的方法，还包括在所述识别的信道中在所述移动单元和所述第二基站之间建立通信。
4.如权利要求3所述的方法，还包括断开所述移动单元和所述第一基站之间的通信。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数对应于信号强度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一蜂窝通信系统是CDMA系统。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二蜂窝通信系统是GSM系统。
8.一移动站，包括第一收发器链，用于在第一蜂窝通信系统中与第一基站接收和发射信号；第二收发器链，用于在第二蜂窝通信系统中与第二基站接收和发射信号；以及控制器，用于测量由所述第一基站发射的信号的参数；测量由所述第二基站发射的信号的参数；当所述参数到达预定条件时，从所述移动站通过所述第一基站向所述第一蜂窝通信系统发送信号质量消息；从所述第一基站接收用于所述第二蜂窝移动通信系统的信道请求消息的信息；从所述来自所述第一基站的信息中产生用于所述第二蜂窝移动通信系统的信道请求消息；以及向所述第二移动站发送信道请求消息。
9.如权利要求8所述的移动站，其特征在于，所述控制器还从所述第二基站接收信道信息以识别在所述第二通信系统中用于所述移动站的信道。
10.如权利要求9所述的移动站，其特征在于，所述控制器被安排为通过在所述识别的信道中在所述移动单元和所述第二基站之间建立通信来响应所述信道信息。
11.如权利要求10所述的移动站，其特征在于，所述控制被安排为通过断开所述移动单元和所述第一基站之间的通信来响应所述信道信息。
12.如权利要求8所述的移动站，其特征在于，所述参数对应于信号强度。
13.如权利要求8所述的移动站，其特征在于，所述第一蜂窝通信系统是CDMA系统。
14.如权利要求14所述的移动站，其特征在于，所述第二蜂窝通信系统是GSM系统。
15.如权利要求8所述的移动站，其特征在于，所述第一收发器链在所述第二收发器链不活动时活动。
16.如权利要求8所述的移动站，其特征在于，所述第二收发器链在所述第一收发器链不活动时活动。
17.一种实现将一移动站从由第一移动交换控制站控制的第一蜂窝通信系统的第一基站切换至由第二移动交换控制站控制的第二，不同的蜂窝通信系统的第二基站的设备，该设备包括用于在所述移动站处测量由所述第一基站发射的信号的参数的装置；用于在所述移动站处测量由所述第二基站发射的信号的参数的装置；用于当所述参数到达预定条件时，从所述移动站通过所述第一基站向所述第一移动交换控制站发送信号质量消息的装置；用于在所述第一交换控制站产生用于第二移动交换控制站的信道请求消息的信息的装置；用于从所述第一移动交换控制站发送所述信息至所述移动站的装置；用于在所述移动站从所述来自所数第一移动交换控制站的信息中产生用于第二移动交换控制站的信道请求消息的装置；以及用于从所述移动站向所述第二移动交换控制站发送信道请求消息的装置。
18.如权利要求17所述的设备，还包括用于在第二移动交换控制站产生信道信息以识别在所述第二通信系统中用于所述移动站的信道的装置。
19.如权利要求18所述的设备，还包括用于在所述识别的信道中在所述移动单元和所述第二基站之间建立通信的装置。
20.如权利要求19所述的设备，还包括用于断开所述移动单元和所述第一基站之间的通信的装置。
21.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述参数对应于信号强度。
22.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述第一蜂窝通信系统是CDMA系统。
23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述第二蜂窝通信系统是GSM系统。
24.如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述第二蜂窝通信系统是GPRS系统。
全文摘要
描述了一种实现将一移动站从由第一移动交换控制站控制的第一蜂窝通信系统(46)的第一基站切换至由第二移动交换控制站控制的第二，不同的蜂窝通信系统(48)的第二基站的方法。该方法包括在所述移动站处测量由所述第一基站发射的信号的参数和由所述第二基站发射的信号的参数。当所述参数到达预定条件时，从所述移动站通过所述第一基站向所述第一移动交换控制站发送信号质量消息，所述第一交换控制站产生用于第二移动交换控制站的信道请求消息的信息并将该信息发送至所述移动站作为响应。
文档编号H04J13/00GK1625851SQ02827760
公开日2005年6月8日 申请日期2002年12月5日 优先权日2001年12月7日
发明者Y·里蒙尼, A·R·霍尔克曼 申请人:高通股份有限公司