JPH04501944A - How to synchronize mobile radio systems - Google Patents

How to synchronize mobile radio systems

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JPH04501944A
JPH04501944A JP2512660A JP51266090A JPH04501944A JP H04501944 A JPH04501944 A JP H04501944A JP 2512660 A JP2512660 A JP 2512660A JP 51266090 A JP51266090 A JP 51266090A JP H04501944 A JPH04501944 A JP H04501944A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 移動無線システムの同期方法 （技術分野） 本発明は、全体的時間基準をもたない移動無線システムの同期方法に関する。す なわち、そのシステムは、その中にすべての移動局およびベース基地局に共通す る時間基準をもたない。特に、本発明はそればかりでなく、ベース基地局と移動 局との間の呼出し送信またはデータ送信の間で正常トラヒック・フローに暗号を 用いて重ねられるランダム・ビット・フローを同期する方法に関する。通称ＴＤ ＭＡシステムに、単に適用することができる方法がめられる。すなわち、それは 呼出しを時間多重装置でクレームおよびタイム・スロット内に転送される移動無 線システムである。[Detailed description of the invention] How to synchronize mobile radio systems (Technical field) The present invention relates to a method for synchronizing mobile radio systems without a global time reference. vinegar That is, the system includes common components for all mobile stations and base stations. It has no time standard. In particular, the present invention not only provides base station and mobile Encrypt normal traffic flow between call or data transmissions to and from the station. The present invention relates to a method for synchronizing random bit flows that are used to synchronize superimposed random bit flows. Commonly known as TD A method that can be simply applied to MA systems is presented. That is, it is Calls are claimed on a time multiplexer and transferred within a time slot. It is a line system.

（背景技術） 移動無線システム、特にＴＤＭＡシステムにおいて、要員でない者がネットワー ク全体をセット・アップし、呼出しすることを防止するように呼出しの安全性を 維持できることが望ましい。この要求に添うよう、例えば欧州出願第２７３２８ 号を参考とする、呼出しを暗号化する提案がされてきた。(Background technology) In mobile radio systems, especially TDMA systems, non- personnel Set up the entire network and set up call safety to prevent calls. It is desirable that it can be maintained. In order to comply with this requirement, for example, European Application No. 27328 Proposals have been made to encrypt calls, with reference to the code.

ベース基地局と移動局との間の呼出しは、交信書間の音声メツセージの方法を暗 号式で処理し、備え付けの電けんによって音声信号をランダム・シーケンスに変 換する機能を持つ。例えば、音声信号は、比較的長時間（数分間）ビットのラン ダム・シーケンスと共に重ねることができる。この場合、暗号電けんは、シーケ ンスの全ビット・パターンの知識およびシーケンスが開始された時間の知識にも 存在する。権限のある使用者は、このシーケンスおよび前記開始時点を記憶する 装置の回路モジュールにプラグすることができ、こうして受信した呼出しを解読 することができる。The calls between the base station and the mobile station involve the method of voice messages between correspondence. The audio signal is processed in a random sequence and converted into a random sequence using a built-in electric kettle. It has the function to exchange. For example, an audio signal may be a relatively long run (several minutes) of bits. Can be stacked with dumb sequences. In this case, cryptocurrencies are knowledge of the complete bit pattern of the sequence and the time at which the sequence started. exist. The authorized user remembers this sequence and said starting point. Can be plugged into the device's circuit module, thus decoding received calls can do.

（発明の開示） 若干のＴＤＭＡ移動無線システムは、全体時間基準をもたない。すなわち、それ は、全システムに共通し、システム内のすべてのベース基地局および移動局に同 時間基準を作ることができるクロックを含む移動電話交信の装置である。何らか の理由で信号またはデータ／音声信号から同期しないときに、そのような共通時 間基準の目的は、一定のフレームおよびタイム・スロットで移動およびベース基 地を相互に同期可能にすることである。１つの無線チャネルから別の無線チャン ネルに呼出しを転送する（ハンド・オフ）とき、移動局とベース基地局との間で 同期しなくなるのは、呼出しの実際の送信またはスイッチングの間に短い割り込 みが生じるからである。(Disclosure of invention) Some TDMA mobile radio systems do not have a global time reference. i.e. it is common to the entire system and is the same for all base stations and mobile stations in the system. A device for mobile telephony that includes a clock that can create a time reference. Somehow When such common time is not synchronized from the signal or data/audio signal due to The purpose of the Interval Reference is to move and base reference in fixed frames and time slots. The goal is to enable the two regions to synchronize with each other. from one radio channel to another between the mobile station and the base station (handoff). What goes out of sync is a short interruption between the actual sending or switching of a call. This is because it causes pain.

呼出しも暗号化されると、関係する実際の暗号電けんの同期が減少するような別 の問題が生じることがあり、それによって、再暗号化が不可能になる。If the calls are also encrypted, other A problem may occur, which makes re-encryption impossible.

暗号呼出しがセット・アップされるときもこれらの問題が生じるが、前記問題は 「ハンド・オフＪ中に最も顕著に表われる。These problems also arise when crypto calls are set up; “This is most noticeable during hand-off J.

本発明は、トラヒック・フロー（ＴＤＭＡ原理）の別のフレームの時間共存に基 づき、結合または「ハンド・オフ」が起きる間の時間に関して比較的長時間（３ 分程度）の与えられた暗号シーケンスのアクセスにも基づく。The invention is based on the time coexistence of different frames of traffic flow (TDMA principle). and a relatively long period of time (3 It is also based on the access of a given cryptographic sequence (of the order of minutes).

本発明は、正常トラヒック・フロー（データまたは音声および信号）にビット・ シーケンスを重ねる暗号化にも基づく。呼出しをハンド・オフする前にまたは暗 号シーケンスの同期が停止されるハンド・オフの与えられた時間間隔中に、暗号 化していない信号は影響を受け、次にトラヒック・フローは、フレーム時間間隔 と等しい時間ビット・シーケンスで暗号化される。これは、暗号化されたトラヒ ック・フローと同時にベース基地局から移動局まで送信されるように同期データ を使用可能にし、かつ正常暗号が開始されるときに現れる。The present invention provides a method for adding bits to normal traffic flows (data or voice and signaling). It is also based on sequence-overlapping encryption. before handing off the call or During a given time interval of handoff, the synchronization of the code sequence is stopped. The unaltered signal is affected and the traffic flow is then is encrypted with a time bit sequence equal to . This is an encrypted traffic Synchronous data is sent from the base station to the mobile station at the same time as the Enables and appears when a successful cipher is started.

つまり、本発明の目的は、共通時間基準をもたない移動電話システムで、セット ・アップまたは「ハンド・オフ」呼出しのときに暗号シーケンスの同期を達成す ることである。In other words, it is an object of the present invention to provide a mobile telephone system that does not have a common time reference. Achieving cipher sequence synchronization during up or “handoff” calls Is Rukoto.

本発明は、後述の特許請求の範囲の記述によって特徴づけられる。The invention is characterized by the following claims.

（簡単な図面の説明） 本発明は、いま付図に関して一段と詳細に説明される。(Simple drawing explanation) The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

第１図は２箇所のベース基地局と移動ユニットの概略図、第２図はＴＤＭＡ原理 による送信と受信の時間経過図、第３図は要求された方法による暗号の時間経過 図、および第４図は第３図のＥ、による与えられた時間間隔の間の一段と詳細な 信号図を示す。Figure 1 is a schematic diagram of two base stations and a mobile unit, Figure 2 is the TDMA principle Fig. 3 shows the time course of the encryption using the requested method. , and FIG. 4 shows more detailed information during a given time interval according to A signal diagram is shown.

（発明を実行する最良方法） 第１図は、概略的に２箇所のベース基地局ＢＳ、とＢＳ２、およびベース基地局 ＢＳ、からベース基地局ＢＳ、へ移動すると仮定される移動基地局ＭＳを表示し ている。ベース基地局ＢＳ、は六角区域Ｃ２内でトラヒックを受信し、ベース基 地局ＢＳ、は六角区域Ｃ！内でトラヒックを受信する。六角区域ＣＩおよびＣ７ は共通の境界Ｇを有する。移動基地局ＭＳが境界Ｇに近ずくとき与えられた無線 チャネルに、にわたるベース基地局ＢＳ、によって供給された結合呼出しのため の音声の品質は低下する。周知の原理によって無線信号の電解強度を測定し、計 算されることで、ＢＳ＋からＭＳへの新しい無線チャネルに、がスイッチングさ れる。この新しいチャネルに、はＢＳ、によって供給される。約１００ｍ５の持 続時間を有する実際のスイッチング・シーケンス中に、ＭＳは受信せず、ＭＳの 受信回路は、トラヒック・フロー、すなわちフレームの時間位置およびベース基 地ＢＳ、からのタイム・スロットの同期はずれとなることがある。(Best way to carry out invention) FIG. 1 schematically shows two base stations BS and BS2, and a base base station Displays the mobile base station MS that is assumed to move from the base station BS to the base station BS. ing. The base station BS receives traffic within the hexagonal area C2 and Local station BS is hexagonal area C! receive traffic within. Hexagonal areas CI and C7 have a common boundary G. The radio given when the mobile base station MS approaches the boundary G For a combined call served by the base station BS, over the channel The quality of the voice will deteriorate. Measures and calculates the electrolytic strength of radio signals using well-known principles. switching from the BS+ to the new radio channel to the MS. It will be done. This new channel is served by the BS. Approximately 100m5 During the actual switching sequence with duration, the MS does not receive and the MS The receiver circuit determines the traffic flow, i.e. the time position and base base of the frame. The time slots from the local BS may become out of synchronization.

第２図は、移動局ＭＳのフレームの送信およびフレームの受信（それぞれＲＸお よびＴＸと表わす）を表示している。Figure 2 shows the frame transmission and frame reception (RX and RX, respectively) of the mobile station MS. and TX) are displayed.

「ハンド・オフ」する前にトラヒック・フローは一定電けんＥ、によって暗号化 されると想定される。この電けんは、１ビツト・シーケンスまたは一段と長く、 ランダムなシーケンスの部分Ｅ（例えば、長さ約３分）から成るが、これはビッ トに対するモジュロ２の追加ビットを経てトラヒック・フローに重ねられる。理 解されると思うが、電けんＥはこれが呼出しを送受信すると思われるときに、移 動局ＭＳに知らされ、またベース基地局ＢＳ、は、開始時間点、すなわちビット ・フローが開始するシーケンスＥ内の位置に関するデータを送信する。Before “handing off,” the traffic flow is encrypted by a constant It is assumed that This line is a 1-bit sequence or even longer. It consists of a random sequence of part E (e.g. approximately 3 minutes long), which is a bit is superimposed on the traffic flow via an additional bit modulo 2 for each point. Reason As you can see, when Denken E is supposed to send and receive calls, The mobile station MS is informed and the base station BS is also informed of the starting time point, i.e. the bit - Send data about the position in sequence E where the flow starts.

つまりＥ！は移動局ＭＳに知らされる。この暗号技法は技術的に知られている。In other words, E! is informed to the mobile station MS. This cryptographic technique is known in the art.

第３図は、「ハンド・オフ」中の応用方法を表示する時間経過図である。ベース 基地局ＢＳ、が移動局ＭＳと通信し、かつその通信（音声）が、時間点ｔ、まで 暗号電けんＲ２によって暗号化されると仮定される。ハンド・オフは時ｒｔＲｔ 　Ｉで起こる。FIG. 3 is a time-lapse diagram displaying the application method during a "handoff." base The base station BS, communicates with the mobile station MS, and the communication (voice) is transmitted until time point t, It is assumed that the code is encrypted by the cryptographic code R2. Handoff is at rtRt It happens in I.

時間ｔ２で「ハンド・オフ」工程が終了すると、ＭＳは新しいベース基地局Ｂ　 Ｓ　ｘと同期される。すなわちＢＳ、とＭＳとの間で続けられる呼出し通信のた めにフレームの時間点および割り当てられたタイム・スロットを示す同期シーケ ンスが、時間ｔ、〜ｔ２間でこのベース基地局から与えられた制御チャンネル（ 第２図のＳＹ）に送信される。これは、ＭＳの相関工程によって周知の方法で行 われる。つまり、時間ｔ　”　ｔ　ｘで、ＢＳ。When the "hand-off" step ends at time t2, the MS transfers to the new base station B. Synchronized with Sx. That is, for the paging communication that continues between the BS and the MS. A synchronization sequence that indicates the time point of the frame and the assigned time slot for The control channel ( SY) in FIG. This is done in a well known manner by the MS correlation process. be exposed. In other words, at time t"tx, BS.

とＭＳとの間の音声／データ送信用フレーム同期があるが、暗号用ではない。時 ｒｌＲｔ　＝　ｔ　ｔで、ベース基地局ＢＳｔは、電けんＥ！による暗号化が再 開される時間を示す暗号化されていない信号を送信する。すなわちＢＳ、が時間 点ｔ、を知らせることである。トラヒック・フロー（音声／データ）は、フレー ム間隔に等しい同期を育する周期的なランダム・ビット・シーケンスから成る電 けんＥｌによって次のフレーム内で暗号化される。There is frame synchronization for voice/data transmission between and the MS, but not for encryption. Time rlRt = t t, the base station BSt is Denken E! encryption is re-encrypted It sends an unencrypted signal indicating the time it will be opened. In other words, BS is time The purpose is to notify the point t. Traffic flow (voice/data) An electric current consisting of a periodic random bit sequence that develops synchronization equal to the time interval. It is encrypted in the next frame by KenEl.

電けんＲ２による暗号化がＢ、によって開始されるまで、これは、移動局ＭＳに フレーム間隔（暗号化されていない信号によって知らされた）の数をカウントさ せる。おそらく暗号電けんＥ、は複数の０だけから成ると思われる。すなわち次 のフレームのトラヒック・フローは暗号化されずに（間隔、ｔ２〜ｔ、）送信さ れる。時間点ｔ、から制御チャネルＳＹにおけるフレーム周期の存在により、電 けんＥｌに周期ビット・シーケンスの存在がないにもかかわらず移動局ＭＳは、 とにかくフレーム間隔の数をカウントすることができる。This causes the mobile station MS to Counts the number of frame intervals (signaled by the unencrypted signal) let It is thought that the cryptographic electronic code E, consists only of multiple 0's. i.e. next The traffic flow of frames is sent unencrypted (interval, t2~t,). It will be done. Due to the presence of a frame period in the control channel SY from time point t, the voltage Despite the absence of a periodic bit sequence in KenEl, the mobile station MS You can count the number of frame intervals anyway.

第４図は、時間間隔ｔ、〜ｔ８の間のシーケンスを一段と明瞭に表示している。FIG. 4 displays more clearly the sequence during the time interval t, .about.t8.

第３図によると、時間ｔ、で移動基地ＭＳは新しいベース基地局ＢＳ！に同期さ れ、暗号が用いられていないならば、正常トラヒック・フロー（データ、音声、 同期）は開始されなければならない。しかし、時間ｔｌまでに暗号電けんＥ、の ビット・フローに関する同期は失われる。したがって、電けんＥ、による暗号化 が開始されるまで、ベース基地局にどれだけ多くのフレームが通過するかを示す 信号ＳｌをＭＳに送る。このフレーム数は第４図では１３と仮定される。第２図 で見られる、単フレーム内の受信されたタイム・スロットによって形成された通 称ＦＡＣＣＨ（高速対応制御チャネル）の暗号化されない形で、このメツセージ は送信されると思われる。つまりこのタイム・スロットはフレームＲ３に配置さ れる。フレームＲ２からＲ１までの間、暗号化されていない呼出し情報は送信さ れ、電けんＥ＋によって暗号化される。上述の通り、この電けんは、１フレーム の間に等しい時間を有し、モジュロ２の追加によって呼出し情報に重ねることが できる時間ビット・シーケンスである。その結果、移動局ＭＳは、カウンティン グを開始する時間およびカウントされるフレーム間隔の数をも予知する。移動局 がこれを確認すると、確認信号ＡＩはベース基地局ＢＳ、に返送され、フレーム Ｒ６で受信される。ベース基地局Ｂ　Ｓ　ｔがこの信号を受信すると、ベース基 地局はフレームの一致した数と等しくなる時間の周期、すなわち電けんＥ、によ って暗号化が開始されるフレームＲ＋５（ｔ＝ｔｓ）まで待機する。According to FIG. 3, at time t, the mobile base MS receives a new base station BS! synchronized to normal traffic flow (data, voice, synchronization) must be started. However, by time tl, the cryptodenken E, Synchronization on bit flow is lost. Therefore, encryption by Denken E, Indicates how many frames pass through the base station until the Send a signal Sl to the MS. This number of frames is assumed to be 13 in FIG. Figure 2 The traffic formed by the received time slots within a single frame, as seen in This message is sent in unencrypted form on the FACCH (Fast Capable Control Channel). is likely to be sent. In other words, this time slot is placed in frame R3. It will be done. Between frames R2 and R1, unencrypted paging information is not sent. and is encrypted by Denken E+. As mentioned above, this electrician has one frame have equal time between and can be superimposed on the calling information by adding modulo 2. is a possible time bit sequence. As a result, the mobile station MS It also predicts the time to start recording and the number of frame intervals to be counted. mobile station confirms this, the confirmation signal AI is sent back to the base station BS, and the frame Received by R6. When the base base station BSt receives this signal, the base station The base station receives a period of time equal to the number of matched frames, i.e., E, The process waits until frame R+5 (t=ts) at which encryption begins.

つまりベース基地局Ｂ　Ｓ　２は、確認信号Ａ＋を受信するために与えられた時 間（第４図では５フレ一ム間隔に等しい時間）を待機する。何らかの理由で、与 えられた時間内に、この信号がベース基地局ＢＳ、により受信されないと、信号 Ｓ、は再びフレームＲ７に送信され、新しい確認信号Ａ、が待ち受けられる。例 えば、フェージングまたは信号Ａ１が正確に送信される間隔に対する困難な周囲 の条件のために信号Ａ、は消滅することがある。That is, when the base station B S2 is given to receive the confirmation signal A+, (a time equal to five frame intervals in FIG. 4). For some reason, If this signal is not received by the base station BS within the given time, the signal S, is sent again in frame R7 and a new acknowledgment signal, A, is awaited. example For example, fading or difficult surroundings to the interval at which signal A1 is transmitted accurately. The signal A may disappear due to the condition .

つまり、ベース基地局ＢＳ、からのフレーム（ここではＲ＋ｓ）の数は、上記の 通り実行されるため、反復信号を使用可能にするように十分多くしなければなら ない。In other words, the number of frames (here R+s) from the base station BS is must be large enough to allow repeated signals to be used. do not have.

ベース基地局と移動局との間の信号の遅れは、第４図では約２〜３フレーム間隔 （約１５ｍ５）として仮定されている。この遅れもまた考慮する必要がある。つ まり、暗号化時間点ｔ、が選択されることが好ましいので、ｔ２〜ｔ８間の最大 伝搬回数は４回を越えるものとする。The signal delay between the base station and mobile station is approximately 2 to 3 frame intervals in Figure 4. (approximately 15 m5). This delay also needs to be taken into account. One Therefore, it is preferable to select the encryption time point t, so that the maximum It is assumed that the number of propagation times exceeds four.

この計算が難しくないのは、移動局が、第１図の２個の六角区域Ｃ，，Ｃ，間の 境界、すなわちベース基地局からの最大距離に配置されるからである。This calculation is not difficult because the mobile station is located between two hexagonal areas C, ,C, in Fig. This is because it is placed at the boundary, that is, at the maximum distance from the base station.

国際調査報告international search report

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] １．第１ベース基地局（ＢＳ１）と移動局（ＭＳ）との間のデータ・メッセージ （Ｄ）および信号メッセージ（Ｓ）が、ランダムに選択されたビット・フローを 前記メッセージ（Ｄ，Ｓ）に重ねることによって暗号化されたタイム・スロット （ＴＤＭＡ）を有するフレームに送信される、全体時間基準のない移動無線シス テム内の同期方法であり、第１ベース基地局（ＢＳ１）を有する移動局の通信を 第２のベース基地局（ＢＳ２）にハンドオーバーすると、暗号化（Ｅ２）は、前 記時間基準の欠如によりランダム・ビット・フローの周期が失われるとき、第１ ベース基地局から第２ベース基地局まで前記メッセージを送信する時間から時間 （ｔ１〜ｔ２）の与えられた周期の間に割り込まれ、前記メッセージ（Ｄ，Ｓ） のハンド・オーバー終了に続いて、暗号化されない信号（Ｓ１）が第２ペース基 地局（ＢＳ２）から、前記暗号化（Ｅ２）が開始されるまで、通るべきフレーム 間隔（Ｒ２−Ｒ３）の数でカウントされた時点（ｔ３）を現す移動局（ＭＳ）で 行われる、ことを特徴とする同期方法。1. Data messages between the first base station (BS1) and the mobile station (MS) (D) and a signaling message (S) to signal a randomly selected bit flow. a time slot encrypted by superimposing said message (D,S) Mobile radio systems without an overall time reference, transmitted in frames with (TDMA) It is a synchronization method within the system, and it is a synchronization method for mobile stations having the first base station (BS1). Upon handover to the second base station (BS2), the encryption (E2) When the period of a random bit flow is lost due to the lack of a time reference, the first Time to time of transmitting said message from the base base station to the second base station Interrupted during a given period of (t1-t2), the message (D,S) Following the completion of the handover, an unencrypted signal (S1) is sent to the second pace base. Frames that should pass from the base station (BS2) until the encryption (E2) starts At the mobile station (MS) representing the time point (t3) counted by the number of intervals (R2-R3) A synchronization method characterized by: ２．前記時間点（ｔ２）までにメッセージ（Ｄ，Ｓ）は、フレーム間隔と等しい 周期を有する周期ビット・シーケンスから成る暗号化シーケンス（Ｅ１）によっ て送信される、ことを特徴とする請求項１記載の方法。2. By the time point (t2) the message (D,S) is equal to the frame interval by an encryption sequence (E1) consisting of a periodic bit sequence with a period. The method according to claim 1, characterized in that the method is transmitted by: ３．前記信号（Ｓ１）は、前記メッセージ（Ｄ，Ｓ）を送信するフレーム（Ｒ２ 〜Ｒ４）の直ぐ前にあるフレーム（Ｒ１）の間、および前記フレーム内で移動局 （ＭＳ）に割り当てられたタイム・スロット内で行われること、および前記信号 （Ｓ１）を受信するときに移動局（ＭＳ）が第２ベース基地局（ＢＳ２）に確認 信号（Ａ１）を送信する、ことを特徴とする請求項１記載の方法。3. The signal (S1) is a frame (R2) that transmits the message (D, S). ~R4), and within the frame (R1), the mobile station (MS) to be done within the time slot assigned to the MS and said signal. When receiving (S1), the mobile station (MS) checks with the second base station (BS2) 2. Method according to claim 1, characterized in that the signal (A1) is transmitted. ４．第２ベース基地局（ＢＳ２）が、与えられた時間経過に続いて前記確認信号 （Ａ１）を受信できないならば、さらに暗号化されていない信号（Ｓ２）は、確 認信号（Ａ２）を得るように第１信号（Ｓ１）と同じ情報を有するもう１つのベ ース基地局によって作られる、ことを特徴とする請求項３記載の方法。4. The second base station (BS2) receives the confirmation signal following a given time lapse. If (A1) cannot be received, the unencrypted signal (S2) is Another base having the same information as the first signal (S1) so as to obtain the recognition signal (A2). 4. The method according to claim 3, characterized in that the method is made by a base base station.
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