CN1618241A - 在混合通信网络中使用加密密钥的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种方法，它使用受第一移动交换控制站(10)控制的第一蜂窝通信系统内的第一基站(12)到受第二移动交换控制站控制的第二不同的蜂窝通信系统内的第二基站的移动站(18)内的加密密钥。该方法包括为移动站生成一加密密钥，在第二蜂窝通信系统内通信期间由移动站所使用，该加密密钥是由移动站从分配给第二蜂窝通信系统的移动站的私有密钥以及第二蜂窝通信系统生成的随机数生成的，将加密密钥传递给第一移动系统，且在第一蜂窝通信系统内的通信期间，为移动站生成由移动站使用的私有长码。

Description

在混合通信网络中使用加密密钥的装置和方法
相关申请
本申请对于美国临时专利申请序列号60/340755有优先权，后者题为“Methodand Apparatusfor Effecting Handoff Between Different CellularCommunications Systems”，提交于2001年11月7日；且本申请还对美国专利申请序列号10/077502有优先级，后者题为“Method and Apparatus ForEffecting Handoff Between Different Cellular Communications Systems”，提交于2002年2月14日；本申请还对于美国临时专利申请序利号60/350401有优先权，后者题为“GSM Authentication，Encryption and Other FeatureSupport in a CDMA 1x Network Using a GSM-1x MSC”，提交于2002年1月17日。
                         发明背景
本发明领域
本发明一般涉及使用加密密钥的方法和装置。
相关技术的描述
所谓的码分多址(CDMA)调制技术是便于有大量系统用户的通信的几种技术之一。虽然其他技术诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和诸如幅度压缩扩展单边频带的AM调制方案可用，但CDMA有优于其他这些调制技术的重要优势。在多址通信系统内使用CDMA技术在美国专利号4901307内有揭示，题为“Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using SatelliteOr Terrestrial Repeaters”，被转让给本发明的受让人，在此引入作为参考。
在美国专利号4901307内，描述了一种多址技术，其中大量移动电话系统用户，每个有一个收发机，使用码分多址(CDMA)扩频通信信号通过卫星中继器或陆地基站(又被称为小区基站或小区站点)通信。使用CDMA通信，则频谱可以被重复使用多次，从而能增加系统用户容量。使用CDMA技术比起其他多址技术可取得更高的频谱效率。
在常规的蜂窝电话系统内，可用的频带被分成一般带宽为30KHz的信道，而使用模拟FM调制技术。系统服务区域在地域上被分成不同大小的小区。可用的频率信道被分成集合，每个集合一般包括等数量的信道。频率集合被分配给小区的方式是为了最小化同信道干扰可能。例如，考虑一个系统，其中有七个频率集合，且小区为等大小的六边形。用于一个小区的频率集合不能在该小区的六个最近或周围邻域内被使用。更进一步，则在一个小区内使用的频率集合不能在该小区的十二个最近的邻域内使用。
在常规的蜂窝系统中，实现的切换方案用于使得呼叫或其他类型的连接(例如数据链路)能在移动站跨越两个小区边界时保持连续。从一个小区到另一小区的切换在小区基站内的接收机处理呼叫或连接注意到来自移动站的接收到信号强度落到预定阀值以下时开始。较低的信号强度指示意味着移动站必定接近小区边界。当信号电平落到预定阀值之下，则基站要求系统控制器确定相邻基站是否以比当前基站更好的信号强度接收移动站信号。
响应当前基站查询的系统控制器用切换请求将消息发送到相邻基站。邻近当前基站的基站使用特定的扫描接收机，它们寻找在特定信道上的来自移动站的信号。如果其中一个相邻基站向系统控制器报告了足够的信号电平，则尝试切换。
切换然后在选择了用于新基站的信道集合的空闲信道时开始。控制消息被发送到移动站，命令它从当前信道切换到新的信道。在相同时刻，系统控制器将呼叫从第一基站切换到第二基站。
在常规系统中，如果到新基站的切换不成功，则呼叫会被中断。切换失败的发生有许多原因。如果在相邻小区内没有可用的空闲信道用于该呼叫通信，则切换会失败。如果另一基站报告从该移动站获得信息，而实际上该基站听到的是在完全不同的另一小区内使用相同信道的不同移动站，则切换会失败。该报告差错会使得呼叫被切换到错误的小区，一般是一个信号强度不足以维持通信的小区。另外，如果移动站不能接听到指令以切换信道，切换会失败。实际操作经验表明切换失败发生频繁会导致系统不可靠。
常规电话系统内的另一经常的问题是当移动站接近两个小区的边界时。在该情况下，信号电平在两个基站处波动。该信号电平波动导致“乒乓”情况，即在两个基站间来回地进行切换呼叫的重复请求。该种附加的不需要的切换请求增加了移动站不正确地接听信道切换命令或完全不能接听到命令的概率。另外，如果不幸地被转到一所有信道都被使用而没有可以接受切换的可用信道的小区内，则乒乓情况增加了呼叫被中断的概率。
在美国专利号5101501内，题为“Method and System For Providing A SoftHandoff In Communications In a CDMA Cellular Telephone System”，被转让给本发明的受让人，并在此引入作参考，揭示了一种方法和系统，用于向在切换期间通过多于一个小区基站的移动站提供通信。在该环境中，蜂窝系统内的通信为从第一基站到第二基站的最终切换而中断，第一基站对应移动站要退出的小区，而第二基站对应移动站要进入的小区。该类型的切换可以被认为是小区基站和移动站间通信的“软”切换，其中两个或多个基站或基站的扇区并发地向移动站发送。使用该种“软”切换技术可以大大减少乒乓情况的发生概率，该情况指在一对基站间进行重复的切换请求。
在美国专利号5267261内揭示了改善的软切换技术，题为“Mobile StationAssisted Soft Handoff In A CDMA Cellular Communications System”，转让给本发明的受让人，在此引入作为参考。软切换技术通过在移动站处测量系统内每个基站发送的“导频”信号强度而得以改善。通过方便识别可行的基站切换的候选站这些导频强度的测量有助于软切换过程。
改善的软切换技术要求移动站监视来自相邻基站的导频的信号强度。当测量的信号强度超过给定阀值时，移动站通过基站向系统控制器发送信号强度消息，移动站正通过该基站通信。来自系统控制器到新基站和到移动站的命令消息建立新的和当前基站间的临时通信。当移动站检测到对应至少一个基站的导频的信号强度落到预定电平以下时，其中移动站正通过该基站通信，移动站通过基站将指示对应基站的所测量得的信号强度汇报告给系统控制器，它正通过该基站进行通信。从系统控制器到经标识的基站和移动站的命令消息中止通过对应基站的通信，而通过其它基站的通信继续。
虽然以上的技术合适于相同蜂窝系统内的小区间的呼叫转移，但当移动站进入由来自另一蜂窝系统的基站服务的小区时会有更难处理的问题。在该种“系统间”切换的复杂因素是相邻蜂窝系统经常有不同的特征。例如，相邻的蜂窝系统经常以不同频率操作，且可能维持基站输出功率或导频强度的不同电平。这些差异有效地防止移动站实现由现存的移动辅助软切换技术考虑的导频强度比较及类似操作。
当没有资源可以供进行软系统间切换时，如果要维持服务不中断，则从一个系统到另一个系统的呼叫或连接的切换的定时很关键。即系统间切换必须在最能导致系统间呼叫或连接成功转移的时刻进行。在该种切换中，这里被称为硬切换，移动站和一个系统间的通信必须在移动站和其它系统间的通信开始前中止。切换只在当例如以下情况下被尝试：
(i)    在新小区内有可用的空闲信道
(ii)   但在移动站失去与当前基站的联系之前，移动站实际上在新小区
       基站范围内，以及
(iii)  移动站所处于的位置保证它能接收到切换信道的指令
理想情况下，每个该种硬系统间切换会以一种方式进行，以最小化不同系统的基站间的潜在的“乒乓”切换请求。然而，现存的切换过程在以下的标识失败时使得这更加困难，即标识何时且通过哪个基站，移动站应被提供新频率和信道信息并被指示转移现存呼叫和连接。
现存系统间切换技术的这些和那些缺点损害了蜂窝通信的质量，且可能会在蜂窝系统进一步扩展时恶化性能。相应地，需要一种系统间切换技术，能可靠地引导不同蜂窝通信系统的基站间的呼叫或连接的切换。
美国专利号5697055描述了一种方法和系统，用于实现第一和第二蜂窝系统的基站间的移动站通信的系统间切换，题为“Mobile Station Assisted SoftHandoff In A CDMA Cellular Communications System”，被转让给本发明的受让人。在移动站处，测量第二系统的第二基站发送的信号的可定量化的参数。当测量的可定量化参数值超过第一预定水平时，移动站通过第一系统的第一基站将信号质量消息传递给第一移动切换控制站。
信道请求消息然后从第一移动切换控制站传递到第二系统内的第二移动切换控制站。在第二基站处，还测量从移动站接收到的信号的可定量化参数。当可定量化的参数的测量值超过预定水平，第二基站建立与移动站的通信。或者，第一基站发送的第一导频信号的信号强度在移动站处被测量。当第一导频信号的测量的信号强度少于第二预定水平，切换请求消息然后被发送到第二基站，从而建立移动站通信。提供移动切换控制站间的语音链路使得能在第一和第二蜂窝系统间转发存在的连接，并使得能进行软系统间切换。
虽然该方式对于两个系统都基于CDMA从而能实现软切换的情况适用，但仍存在一问题即如何处理一个或多个系统不能实现该种软切换的问题。例如，GSM标准没有软切换机制。因此，在处理从使用CDMA网络到GSM网络的空中接口的呼叫的切换中存在问题。另外，GSM认证不能被完成，因为CDMA 2000机制不能传递GSM认证需要的数据。GSM内的加密也不同于CDMA 2000内的加密。
一种处理该问题的方式是修改GSM，使得它能实现到诸如CDMA系统的非GSM系统的切换。然而，GSM已经存在很久了，相对而言，操作者不会很情愿耗费巨资以对现存的设备进行修改以适应相邻的不兼容系统。如果支持双模式移动站的空中接口中加入新的消息，则必须要进行修改以支持这些新消息。很明显，从操作者的角度这是不期望的。
CDMA系统和GSM系统间的切换的另一问题在于CDMA和GSM认证使用两种不同的方法和密钥。GSM和CDMA 1X内的认证方法基本相同，但密钥大小不同。CDMA 1X有附加过程，诸如唯一的询问应答和计数方法，这相应地防止信道劫持和重播攻击。
                         本发明概述
本发明解决以上问题。
根据本发明的一方面，提供了一种方法，使用由在一系统内经第一移动交换控制站控制的第一蜂窝通信系统内的第一基站到经第二移动交换控制站控制的第二不同的蜂窝通信系统内的第二基站的移动站内的加密密钥，该方法包括：为移动站生成一加密密钥，在第二蜂窝通信系统内通信期间为移动站使用，所述加密密钥是由移动站从分配给第二蜂窝通信系统的移动站的私有密钥以及第二蜂窝通信系统生成的随机数生成的；将加密密钥传递给第一移动系统；以及在第一蜂窝通信系统内的通信期间，为移动站生成为移动站使用的私有长码。
根据本发明的另一方面，提供了一移动站，包括：收发机链，用于与蜂窝通信系统内的接收和发送信号；以及一控制器，用于：接收第二蜂窝通信系统生成的随机数；以及为移动站生成加密密钥，为移动站在蜂窝通信系统内的通信期间使用，所述加密密钥从为该蜂窝通信系统的移动站分配的私有密钥和接收到的随机数生成。
因此，本发明一方面建立在GSM系统内使用的CDMA物理层而不需要对GSM移动服务交换中心(MSC)进行重大修改，以在CDMA物理层上重新使用GSM认证的方法。这提供的好处是系统不需要支持两种不同类型的认证中心、两种不同类型的SIM卡等。
以上本发明的特征在所述的权利要求书内提出，且其优势会随着本发明的示例实施例参考附图的以下详细描述中变得明显。
                           附图的简要描述
在附图中：
图1是蜂窝系统的示意图；
图2是两个蜂窝系统间的边界示意表示；
图3是双模式移动站的示意图；
图4是GSM系统内的数据交换的示意表示；以及
图5是单模式移动站的示意表示。
                       本发明实施例的详细描述
图1是示例蜂窝电话系统的示意说明。说明的系统可以使用任何一种多址调制技术以方便大量系统移动站或移动电话和基站间的通信。该种多址通信系统技术包括：时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)以及诸如幅度压缩扩展单边频带的AM调制方案。CDMA的扩频调制技术在上述的美国专利号4901307内揭示，它有许多优于其它多址通信系统的调制技术的优势，且因此为最优的。
在一般CDMA系统中，每个基站发送唯一的导频信号，这包括在对应的导频信道上发送“导频载波”。导频信号是在所有时间使用公共伪随机噪声(PN)扩展码由每个基站发送的未经调制的、直接序列、扩频信号。除了提供相干解调的相位基准和用于切换确定的信号强度测量的基准外，导频信号使得移动站能获得初始系统同步，即定时同步。每个基站发送的导频信号通常是相同PN扩展码，但带有不同的码相位偏移。
在图1示出的系统内，系统控制器和交换机10还被称为移动交换中心(MSC)，一般包括接口和处理电路(未示出)，用于提供给多个基站12、14和16系统控制。控制器10还控制从公共交换电话网络(PSTN)到合适基站的电话呼叫用于传输到合适移动站的路由。控制器10还控制通过至少一个基站从移动站到PSTN的呼叫的路由。控制器10还引导通过合适基站的移动用户间的呼叫，因为该种移动站一般相互间不直接通信。
控制器10还通过多种方式诸如专用电话线路、光纤连路或通过微波通信链路耦合到基站。在图1内，说明三个该种示例基站12、14和16以及示例移动站18，该移动站包括蜂窝电话。箭头20a和20b定义基站12和移动站18间可能的通信链路。箭头22a和22b定义基站12和移动站18间可能的通信链路。相同地，箭头24a和24b定义基站16和可能站18间的可能通信链路。
基站服务区域或小区的地理形状的设计使得移动站一般能最接近一个基站。当移动站处于空闲时，即没有进行呼叫，移动站一直监控来自每个相邻基站的导频信号传输。如图1内说明的，导频信号由基站12、14和16在相应的通信链路20b、22b和24b上被发送到移动站。移动站然后通过比较从这些特定基站发送的导频信号强度而确定它在哪个小区。
在图1说明的示例中，移动站18可以被认为最接近基站16。当移动站18开始一呼叫，则控制消息被发送到最近的基站，此处为基站16。基站1在接收到呼叫请求消息时，发送信号到系统控制器10并传送呼叫号码。系统控制器10然后通过PSTN将呼叫连到目标接收者。
如果在PSTN内开始呼叫，则控制器10发送呼叫信息到区域内所有的基站。基站接着将寻呼消息发送到目标接收移动站。当移动站接听到寻呼消息，它以发送到最近基站的控制消息响应。该控制消息发送信号到系统控制器，通知该特定基站在与移动站通信。控制器10然后通过最近基站将呼叫路由到移动站。
如果移动站18移出初始基站即基站16的覆盖区域，则尝试通过将呼叫路由通过另一基站而继续该呼叫。在切换过程中，有不同的开始呼叫切换或通过另一基站路由的方法。
在基站初始切换方法中，初始基站即基站16注意到移动站18发送的信号已经低于一定阀值。基站16然后发送切换请求到系统控制器10，它将请求中继到所有的基站16的相邻基站12、14。控制器发送的请求包括与信道相关的信息，包括移动站18使用的PN码序列。基站12和14将接收机调谐到移动站使用的信道，并测量信号强度，这一般使用数字技术。如果基站12和14接收机的一个报告了比初始基站报告的信号强度更强的信号，则对该基站进行切换。
或者，移动站本身可以开始所谓的移动辅助切换。基站每个发送导频信号，这些信号连同其他东西标识基站。移动站配备了搜索接收机，除了实行其他功能外，它用于扫描相邻基站12和14的导频信号传输。如果发觉相邻基站12和14的一个的导频信号强于给定阀值，则移动站18发送一有关消息到当前基站16。
移动站和基站间的交互过程允许移动站通过一个或多个基站12、14和16通信。在该过程中，移动站标识并测量它接收的导频信号的信号强度。该信息通过与移动站通信的基站传递到MSC。MSC在接收到该信息时，开始或终止移动站和基站间的连接，从而实行移动辅助切换。
以上过程还可以被认为是“软”切换，因为移动站同时通过多于一个基站同时通信。在软切换期间，MSC在从每个基站接收到的信号间组合或选择，移动单元在不同小区间移动时与这些基站通信。这样MSC可以将来自PSTN的信号中继到每个移动单元与之通信的基站。如果移动站正好位于两个或多个基站的覆盖区域内而不是在同一蜂窝系统内即不为相同的MSC控制，移动辅助的切换会更复杂。
一种实现在不同系统内的基站间切换的方法参考图2描述，这以示意图示出一蜂窝通信网络30，该网络包括在CDMA移动交换中心MSC控制下的CDMA蜂窝系统(例如IS-95 1X)和在GSM移动交换中心MSCg控制下的GSM蜂窝系统。在图2中，说明性地示出五个该种示例基站B1A到B5A，相应位于CDMA系统的小区C1A到C5A，且五个基站B1B到B5B相应位于GSM系统的小区C1B到C5B。虽然为了说明方便，小区C1A到C5A和C1B到C5B被示出为圆形，但可以理解小区一般设计成其他形状，且实际上其形状取决于它位于的区域的地形和拓扑。在以下说明中，小区C1A到C3A和C1B到C3B可以被称为“边界”小区，因为这些小区接近第一和第二蜂窝系统的边界。该命名使得每个系统内其余的小区可以被方便地称为“内部”小区。
以下关于一移动站描述将给出，它能接收并对CDMA和GSM蜂窝系统内的基站来的信号作出反应。然而可以考虑使用任何类型的通信系统，诸如CDMA一、CDMA2000、CDMA 2000 1x、CDMA 2000 3x、高数据速率原理(HDR)、CDMA 1xEV、CDMA 1xEVDO、TDMA、TDSCDMA、W-CDMA、GPRS以及其他。为了该目的，移动站用带有接收链的双频带收发机被配置，该收发机调谐到两个蜂窝系统的不同操作频率。在图3的附图内给出该种移动站的示意图。如在此示出的，移动站40包括通过天线共用器44连接到CDMA传输和接收链46以及GSM传输和接收链48的天线42。传输/接收链46、48对于各自的CDMA和GSM系统是常规的。链输出经合适解调并将数据转换到常规基带电路50。传输/接收链46、48由控制器52控制，控制器根据来自CDMA和GSM系统的指令信号还要在两个链间切换。因此，在本实施例中，两个链不是同时活动的。在另一实施例中，两个链可能同时为活动的。
在另一实施例中，移动站用单个收发机配置，该收发机有可以调谐到两个蜂窝系统的蜂窝系统的一个的接收链。图5的附图给出该种移动站的示意图。如在此示出的，移动站53包括天线54。天线共用器55连到CDMA传输和接收链56(如果它是CDMA手机)。否则，移动站53连到GSM传输和接收链57。传输/接收链56、57对于相应的CDMA和GSM系统是常规的。链输出经合适解调并将数据转换到常规基带电路58，并从基带电路58接收传输数据。传输/接收链或是链56或是链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络(PSTN)到合适基站B1A到B5A的电话呼叫的路由以传输到指定的移动站。CDMA移动交换中心MSCc还控制从第一蜂窝系统的覆盖区域内的移动站通过至少一个基站到PSTN的呼叫路由。GSM移动交换中心MSCg以类似的方式进行操作以管理基站B1B到B5B的操作，并路由PSTN和GSM蜂窝系统间的呼叫。控制消息等在系统间数据链路34上在MSCc和MSCg间传递。
当移动站位于CDMA系统的内部小区中时，移动站一般经编程以监视从邻近(即内部和/或边界)的基站的导频信号传输。移动站然后通过比较来自周围基站发送的导频信号强度而确定它在哪个内部小区内。当移动站接近内部小区的边界时，可以以例如美国专利号5267261内描述的方式开始移动辅助切换。
当移动位于边界小区C1A到C3A或C1B到C3B的一个之内时，存在不同的情况。作为一例，考虑一种情况，移动站位于小区C2A内但正在逼近小区C2B。在这个情况下，移动站可以开始从基站B2B接收可用信号电平，该电平然后可以被报告给基站B2B以及任何其他移动站当前与之通信的基站。可用信号电平被移动站或基站接收的时间可以通过测量接收到信号的一个或多个可定量化的参数(例如信号强度、信噪比、帧擦除率、比特差错率和/或相对时间延时)而确定。该机制类似于上述标识的美国专利号5697055内描述的。
如果两个系统均为CDMA系统，则美国专利号5697055内描述的切换机制可以用于实行小区C2A和C2B间的切换。然而有一个问题，因为当前没有机制使用从CDMA网络到GSM网路的空中接口用于切换呼叫的机制。GSM认证不能完成，因为CDMA机制不能传输进行GSM认证需要的数据。GSM内的加密不同于CDMA内的加密。如果为了支持双模式移动站，向空中接口加入新消息，则必须进行修改以支持这些新消息。这不是期望的。
该问题的解是使用通用消息，通用消息包括使得移动站能从CDMA网络发送到GSM网络的指令。该类通用消息必须能传递实现GSM认证和加密所必要的数据。最好，通用消息还可以支持GSM内的其他辅助特征。换而言之，建立的GSM协议必须保持不变动，以最小化现存GSM系统内的任何改变。切换操作的部分包括建立订户身份，且一旦实现了切换，必须维持信令和物理连接的数据机密性(加密)。订户身份认证的定义和操作要求在GSM 02.09内给出。
认证过程还用于设定加密密钥。因此，认证过程在网络建立了订户身份后且在信道经加密前实现。两个网络功能为了实现该点是必须的，两个功能即为认证过程本身以及系统内的认证和加密密钥的管理。
这样，使用任何时候可用的通道机制(在切换情况和非切换情况下)，且可以是单向或双向的。一种类型的通道机制是在CDMA系统GSM参数内透明传递的所谓的ADDS(应用数据发送服务)消息和短数据突发消息，这些参数一般不由GSM基站控制器BSC检查，而是为双模式移动站所需要。与数据突发一起使用ADDS消息使得能在网络的移动服务交换中心(MSC)或网络其他元件间发送通用有效负荷(诸如SMS、位置定位服务器、OTASP)。系统利用该点以在网络和移动站之间端到端地传递GSM信息，而不需要对CDMA BSC或BTS有任何改变。
在图2示出的网络安排内，用于传递GSM切换数据的ADDS消息，诸如从MSC通过BSC到移动站的定时信息和认证数据。移动站然后使用所谓的MAP(移动应用协议)消息以传递切换数据到GSM网络内的MSCg。这只需要对MSCg进行较小的改变，以使得它能解释MAP消息内的数据，并相应地控制移动站。当然其他的传输数据的方法也是可以的。
当移动站在CDMA和GSM系统的边界时(例如在小区C2A内并接近小区C2B)，移动站通过将消息送回MSCc而开始切换过程，该消息通知MSCc这样的情况，移动应被切换到GSM系统。
小区数据库(未示出)可以用作切换过程的部分。该数据库用于在GSM网络上将必要的信息提供给移动站，从而它能实现CDMA MSC和GSM间的切换，如需要的。
在GSM系统内，有两种类型的切换可供使用，即同步和异步。为了实现简单，更偏向于异步切换。移动站因此被告知切换对于GSM会是异步切换。在移动站接收了切换命令后，移动站首先发送几个接入突发到GSM基站控制器BSCg，直到它接收回MAP切换消息，该消息被送回CDMA MSC，以使得能生成GSM认证数据并被提供给移动站。GSM有异步切换的过程，具有数据突发能帮BSCg获得移动站的定时。ADDS消息因此包括‘行动时间’消息，指明切换要发生的特定时间。只有一旦该数据被接收了，移动站才会开始正常的传输。
CDMA和GSM间切换的另一问题是CDMA和GSM认证使用两种不同的方法和密钥。GSM和CDMA 1X内的认证方法基本相同，但密钥大小不同。CDMA 1X有附加的过程，诸如唯一询问应答和技术方法，这相应地防止信息劫持和重播攻击。对于要在GSM系统内使用的CDMA物理层，GSM认证方法应答在CDMA物理层上被重新使用。这提供给了系统不必要支持两种不同类型的认证中心、两种类型的SIM卡的好处。
认证过程包括一系列系统和移动站间的交换。系统发送不可预测数RAND到移动站。下一步，移动站计算结果SRES，又被称为RAND数的签名，使用的算法被称为A3算法。A3算法使用RAND和单个订户认证密钥Ki以计算SRES。订户认证密钥Ki在用户首次预订服务时被分配，且被存储在SIM(订户身份模块)卡以及系统的本地位置寄存器(HLR)内。Ki是加密中的私有密钥，因此不在网络上被发送。最终，移动站发送签名SRES到系统，在此它经有效性测试。
值得注意的是加密密钥的使用和认证过程独立于切换过程。附图的图4说明认证如何在GSM MSC中实现。GSM内的认证密钥被称为Ki，且是128比特长。网络生成随机数(RAND)，它的长度也是128比特。RAND和Ki被输入A3算法，该算法从输入数据计算32比特结果(SRES)。RAND数还在空中消息上被发送到移动站。在GSM系统中，每个移动站包括智能卡，即所谓的SIM(订户身份模块)卡。用于认证的标准SIM命令在GSM 11.11内规定。这些指令只在它们不与GSM应用的正确功能干扰时才被允许执行。如果SIM在呼叫中从移动站被移去，则呼叫被立即中止，如GSM 11.11定义的。
移动站内的SIM还通过对接收到的RAND数和本地存储的Ki的副本应用A3算法。计算的结果应该与网络计算的SRES相同。结果SRES因此由移动站发送到网络，在网络处与网络计算的SRES值比较。如果两个SRES值相同，则移动站鉴定为真实的。在图2的系统中，RAND数在空中接口上使用ADDS消息被发送，且结果SRES被送回。
SRES的值还被用于称为A8的算法中以计算64比特加密或加密密钥Kc。移动站内的SIM的GSM认证和加密算法应用到CDMA物理层，而不是一般使用CDMA CAVE算法生成的私有长码掩码。64比特的Kc密钥唯一地映射到42比特私有长码上，且因此作为“私有长码掩码”的基础以提供语音保密。私有长码掩码通过CDMA消息经传递，且对其的解释与它从CAVE算法生成的没有不同。使用对语音保密的这一方法使得系统能在混合CDMA/GSM网络中保持唯一的认证中心和唯一SIM类型。
GSM在帧层次上实现加密。每个帧使用帧号和64比特Kc密钥进行加密，该密钥如参考图4讨论的导出。该帧号和Kc掩码对每个帧应用，在CDMA 1X系统中，加密使用42比特私有长码实现。在图2的混合系统中，Kc密钥用于导出42比特私有长码掩码，一映射算法在Kc和私有长码间实现映射。该映射在MSCc内实现，MSC简单地告诉BSC使用哪个私有长码。
ADDS操作使得能在陆地网络元件(例如MSC、SMS、PDC)和移动站间进行透明服务传输。系统使用该操作传输认证信息RAND到MS并将SRES传输回MSC。ADDS消息操作从MSCc到BSCc，并允许数据在寻呼信道上被发送回移动站。ADDS传输操作从BSCc到MSCc，且允许数据从移动站在接入信道上发送移动站。ADDS传递操作从MSCc到BSCc，或BSCc到MSCc，并允许数据在移动站和网络间在话务信道上被发送。ADDS参数已被定义为“ADDS用户部分”，这包括6比特的“数据突发类型”，该6比特指明应用数据消息的格式。ADDS操作使用ADDS用户部分参数以包含服务专用数据。认证操作使用ADDS用户部分以携带认证数据。描述的系统使用新的数据突发类型，名为“GSM-MAP认证”，它相应地由移动站解释。
值得注意的是，示例实施例可以在当在接收端存在存储属于认证过程的信息的数据库或该数据库可以在接收端访问时实现。示例实施例的处理器可以被用于与一方实现一加密方案，与另一方实现另一加密方案。示例实施例的基本实现可以不需要到中间资源的物理连接而实现，因为与分开方的通信通过无线媒质而发送。
本领域的技术人员还可以理解，这里揭示的结合这里描述的实施例所描述的各种说明性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以用电子硬件、计算机软件或两者的组合来实现。为清楚地说明硬件和软件的可互换性，各种说明性的组件、方框、模块、电路和步骤一般按照其功能性进行阐述。这些功能性究竟作为硬件或软件来实现取决于整个系统所采用的特定的应用和设计约束。技术人员可以知道在这些情况下硬件和软件的可交换性。作为一例，各种用在此的说明性实施例揭示明性逻辑块、流程图、窗口以及步骤的实现或执行可以在硬件或软件内实现或实行，使用以下列举的以实现在此描述的功能，包括：专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件诸如FIFO内的寄存器、执行固件指令集和的处理器、任何常规可编程软件和处理器、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件或任何以上的组合。通用处理器最好是微处理器，然而或者，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。软件模块可以驻留于RAM存储器、快闪(flash)存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动盘、CD-ROM、DVD-ROM、寄存器或任何其它的磁性或光存储介质。本领域内的技术人员可以理解信息和信号可能使用各种不同的科技和技术表示。例如，上述说明中可能涉及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、码元和码片最好由电压、电路、电磁波、磁场或其粒子、光场或其粒子、或它们的任意组合来表示。
上述优选实施例的描述使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，这里定义的一般原理可以被应用于其它实施例中而不使用创造能力。因此，本发明并不限于这里示出的实施例，而要符合与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。

Claims (16)

1.在一系统内，具有受第一移动交换控制站控制的第一蜂窝通信系统内的第一基站和受第二移动交换控制站控制的第二不同的蜂窝通信系统内的第二基站的移动站，一种方法，其特征在于包括：
为移动站生成一加密密钥，在第二蜂窝通信系统内在通信期间由移动站使用，所述加密密钥是由移动站从分配给第二蜂窝通信系统的移动站的私有密钥以及第二蜂窝通信系统生成的随机数生成的；
将加密密钥传递给第一移动系统；以及
在第一蜂窝通信系统内在通信期间，为移动站生成由移动站使用的私有长码。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于第一系统包括用于在系统和移动站间传递数据的信道，且其中所述方法还包括将加密密钥使用该用于传输数据的信道发送到系统。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述信道为寻呼信道。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于第一蜂窝通信系统包括由第一移动交换控制站控制的第一基站，且第二蜂窝通信系统包括由第二移动交换控制站控制的第二基站，其特征在于：
在移动站处测量由所述第一基站发送的信号的参数；
在移动站处测量由所述第二基站发送的信号的参数；
当参数到达预定条件时，通过第一基站将来自移动站的信号质量消息传递到所述的第一移动交换控制站；
为第二移动交换控制站在第一移动交换控制站生成用于信道请求消息的信息；
将来自所述第一移动交换控制站的信息传递到所述移动站；
从来自第一移动交换控制站的信息在移动站处为第二移动交换控制站生成一信道请求消息；以及
将来自移动站的信道请求消息传递到第二移动交换控制站。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于还包括在第二移动交换控制站处生成信道信息，为移动站标识第二通信系统内的一信道。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括建立在所述移动单元和经标识的信道内的所述第二基站间的通信。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于还包括中止所述移动单元和所述第一基站间的通信。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述的参数对应于信号强度。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述的第一蜂窝通信系统是CDMA系统。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述第二蜂窝通信系统是GSM系统。
11.一移动站，其特征在于包括：
收发机链，用于在蜂窝通信系统内与基站接收和发送信号；以及
一控制器，用于：
接收由蜂窝通信系统生成的随机数；以及
为移动站生成加密密钥，为移动站在蜂窝通信系统内的通信期间使用，所述加密密钥从为第二蜂窝通信系统的移动站分配的私有密钥和接收到的随机数生成。
12.在一系统内，具有受第一移动交换控制站控制的第一蜂窝通信系统内的第一基站和受第二移动交换控制站控制的第二不同的蜂窝通信系统内的第二基站的移动站，一种装置，其特征在于包括：
一装置，用于为移动站生成一加密密钥，在第二蜂窝通信系统内通信期间由移动站所使用，所述加密密钥是由移动站从分配给第二蜂窝通信系统的移动站的私有密钥以及第二蜂窝通信系统生成的随机数生成的；
一装置，用于将加密密钥传递给第一移动系统；以及
一装置，用于在第一蜂窝通信系统内的通信期间，为移动站生成由移动站使用的私有长码。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于第一系统包括一信道，用于在系统和移动站间转移数据，且其中所述装置还包括一装置，用于使用用于传输数据的信道将加密密钥发送到系统。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于信道为寻呼信道。
15.如权利要求12所述的装置，其特征在于所述的第一蜂窝通信系统为CDMA系统。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于所述第二蜂窝通信系统为GSM系统。
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