TWI272020B - Apparatus and method of using a ciphering key in a hybrid communications network - Google Patents

Description

1272020 (2) 玖、發观說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 相關申請案 本案主張美國的暫時專利中請案之優先權，該暫時申請 案之發明名稱"Method and Apparatus for Effecting Handoff Between Different Cellular Communications Systems',，序號 60/340,755，2001年12月7日申請；主張美國專案申·請案之 優先權，該申請案之發明名稱為”Method And Apparatus For Effecting Handoff Between Different Cellular Communications Systems”，序號10/077,502，2002年2月14日申請；以及美國 暫時專利申凊案’發明；^稱為nGSM Authentication, Encryption and Other Feature Support in a CDMA lx Network Using a GSM-lx MSC”，序號 60/35 0,401，2002年 1 月 1 7 日申請。 發明背景 I. 發明範疇 本發明與使用加密餘之裝置及方法有關。 II. 相關技藝之描述 被稱為劃碼多向近接（CDMA)的調變技術只是幫助一些 大多數系統的使用者進行通訊的幾個技術中的一種，雖然 其他的技術，例如劃時多向近接（TDMA)、劃頻多向近接 (FDMA)與調幅（AM)調變的方法，例如振幅壓縮單側波帶 (ACSSB)均可以使用，但是CDMA技術具有超越其他調變技 術很大的優點，在多向近接的通訊系統中，CDMA技術是 公開在吴國專利第4,901，307號，取名為"Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite Or 1272020 __ (3) 發明說明續頁

Terrestrial Repeaters”，指定給本發明之受託人（assignee)，該 公開文章將以引用的方式併入本文中。 一種多數行動電話系統使用者之多向近接技術在美國專 利第4,901，307號中敘述，每一個系統有一無線電機 (transceiver)，其使用劃碼多向近接（CDMA)展頻通訊信號， 經由衛星中繼器（satellite repeaters)或是陸地的（terrestrial)基 地台（如熟知的單元基地台或是基地台）進行通訊，在使用 CDMA通訊時，頻率頻譜能夠重新使用許多次，因此容許 增加系統使用者的容量，CDMA技術的使用比其他使用多 向近接達到目的之技術產生更多且較高之光譜效能。

I 在熟知的細胞式的電話系統所獲得的頻率波段是將頻寬 分割成3 0 KHz的頻道，同時使用類似於頻率調變（FM)技 術，系統服務的區域也劃分成不同尺寸之單元（cell)，可使 用的頻率頻道再劃分成集（sets)，而每個集通常包含一些相 同的頻道，該頻率集以最小化共同頻道（co-channel)干擾的 可能性這樣的方式分配給單元，例如，考慮一種具有七個 頻率集之系統，而且該單元具有相同的六角形（hexagons)尺 寸。一種頻率使用在一單元後將不會在該單元之六個最接 近或疋周圍的鄰近點（neighb〇rs)中再被使用，此外，在一 單元中之該頻率集也不會使用在該單元之十二個緊鄰的最 接近的鄰近點。 在熟悉的細胞式系統中，當行動台交會到兩個單元間之 邊界時’執行交遞（handoff)的方法主要是希望提供呼叫或 是其他形式的持續連接（也就是資料連結），當單元基地台 1272020 _ (ΛΛ I發朋說明續頁 中之接收者處理該呼叫或是連接時，將會開始由一單元到 另一個單元實施交遞，值得注意的是由行動台接收之信號 強度將落在低於預先決定的門檻值下，一種低的信號強度 指示器讀數（indication)意味著行動台必須比較接近單元的 邊境（border)，當信號量落在低於預先決定的門檻值之下 時，基地台會詢問系統控制器來決定鄰近的基地台所接收 行動台的信號是否比目前的基地台具有更好的信號強度。 系統控制器會回應目前的基地台的詢問，並送出具有交 遞要求之訊息至鄰近的基地台，鄰近於目前基地台之基地 台使用特殊的掃描接收器，以在指定的頻道中找尋來自行 動台之信號，鄰近的基地台之一對系統控制器回報適當的 信號量（level)，然後嘗試一傳送動作。 當選擇在新基地台之頻道集中之閒置的頻道時，將會開 始進行交遞，一控制訊息將送至行動台，並且命令它由目 前的波道切換至新的波道，同時系統控制器將由第一基地 台切換該呼叫至第二基地台。 在熟知的系統中，如果新的基地台的交遞不成功的話， 呼叫將會中斷，在交遞時有許多可能發生錯誤的原因，在 進行該呼叫之通訊時，如果鄰近的單元沒有獲得閒置（idle) 的頻道，交遞將會發生錯誤，事實上基地台在完全不同的 單元中，使用相同的頻道聽到不同的行動台時，如果另一 個基地台回報所聽到的行動台發生問題時，交遞也會發生 錯誤，這種錯誤的回報將會導致該呼叫切換至錯誤的單 元，其信號強度要來維持通訊是不能夠滿足的，此外該行 1272020 (5) 動台將不能聽到切換頻道之指令，因此交遞 實際上的操作經驗顯示在系統可靠性的問題 遞錯誤。 當行動台接近兩個單元之間的邊境時，會 一般電話系統中的常見問題。在這種情況下 台之信號量會有所波動（fluctuate)，信號量的 兵球n (ping-ponging)π的情形，即該呼叫在兩 來回的執行重複的要求，這種不必要的交遞 動台不正確的聽到切換指令或是聽到所有錯 能性，此外，如果不慎將目前使用之所有頻 元，兵乓球的情形將會產生呼叫中斷的可能 可之傳送動作將是達不到的（unavailable)。 在美國專利第5，101，501號，取名為"Method Providing A Soft Handoff In Communications In A Telephone System”，指定給本發明之受託人， 按照參考文獻被包含在這裡，其提出在交遞 單元基地台，提供與行動台通訊之方法及系 系統這個環境中可進行連續的通訊，其藉由 台之該單元相對應之基地台交遞至與加入行 相對應之基地台，傳送的形式可以視為進个 的（soft)"交遞，即在單元基地台與兩個甚至 台間或是部分的基地台同時傳送至行動台ε 性的”交遞技術已經發現大大的減低乒乓球 即在一組基地台之間進行重複的交遞要求。 發明說明續頁 將發生錯誤， 上常常發生交 發生另一種在 ，在兩個基地 波動會導致兵 個基地台之間 要求增加了行 誤的指令之可 道轉移至一單 性，因此所認 And System For CDMA Cellular 該公開文章將 期間經由更多 統，在細胞式 與存在的行動 動台之該單元 t通訊之π軟性 更多行動基地 這種使用'’軟 情沉之影響， -9- 1272020 _ “、 I發明說明續頁 一種改良柔軟的傳送的技術是公開在美國專利第 5,267,261 號，取名為 ’’Mobile Station Assisted Soft Han doff In A CDMA Cellular Communications System·’，指定給本發明之受 託人，該公開文章將以引用的方式併入本文中，這種柔軟 的傳送技術是藉由在行動台上測量系統内每一個基地台所 傳送的”指示器（pilot) ”信號的強度而加以改善，這些指示 器強度的測量藉由使可行的基地台傳送候選者（candidates) 的身分更加容易，其對於柔軟的傳送方法是有幫助的。 一種改善軟性的交遞技術要求行動台由鄰近的基地台監 控指示（pilot)之信號強度，當測量之信號強度超出預定的 門植值時，行動台將經由i地台透過正在進行通信之行動 台發送一信號強度之訊息至系統控制器，由該系統控制器 指揮訊息至新的基地台，並且指揮行動台透過新的以及目 前的基地台同時建立通訊，當行動台透過落在低於預先決 定的量之下且正在進行通訊的行動台，偵測到相當於至少 一基地台的指示信號強度時’行動台經由正在進行通信之 基地台回報，說明了對應之基地台到系統控制器所測量之 信號強度。由系統控制器指揮訊息至被確認的基地台’並 且該行動台將透過對應之基地台終止通訊，同時透過其他 的基地台或是連續的基地台進行通訊。 雖然前面的技術適合在相同的細胞式系統之單元間進行 呼叫轉移，然而一種更困難的情況，其藉由移動行動台到 另一個細胞式系統之基地台所服務之單元將會提出，一種 在’’系統間（intersystem)"交遞之複雜因素就是鄰近的細胞式 • 10- 1272020 _ n\ I發明說明續頁 系統常常有不同的特性，例如，鄭近的細胞式系統常常操 作在不同的頻率，而且維持不同的基地台輸出功率的量或 是指示強度，這些實際上的不同阻止了行動台進行指示強 度的比較，而且同樣的涵蓋了現行行動協助（mobile-assisted) 的軟性交遞技術。 當不能獲得資源來管理軟性的系統間的交遞時，如果連 續的服務繼續維持，傳送呼叫的時間或是一系統到另一個 系統的連接將會變的非常重要（critical)，也就是說，系統 間的交遞很可能在那時候就執行，而造成呼叫的成功轉移 或是系統間的連接，這樣的一個交遞，在這裡稱為硬性的 (hard)交遞，行動台及一系統間之通訊在行動台與其它的 系統開始通訊之前必須停止。下面應該嘗試進行該交遞， 例如： (i)在新單元中獲得一閒置的頻道； (i i)行動台是真的在新單元基地台之範圍内，但是之前 並未與目前的單元基地台接觸；及 (iii)行動台確定位於接收切換頻道之指令的位置。 理想上，每一個這種硬性的系統間之交遞將以一種方式 處理，即在不同系統的基地台之間最小化這種可能的”兵 乓球”交遞要求，然而，由於透過基地台識別現行的交遞 程序的錯誤是很困難的，因此行動台必須提供新的頻率及 頻道資訊，並且指示轉移現行的呼叫或連接。 這些現行的系統間交遞技術的缺點降低了細胞式通訊的 品質，而且可預期的就是當競爭的（competing)細胞式系統 豢明就明趣頁 1272020 (8) 持續擴散時更降低效能，因此，有一種決足系統間交遞技 術的必要，其具有能夠可靠的指揮呼叫之交遞或是連接不 同的細胞式通訊系統之基地台間之能力。 美國專利第 5,697,055號，取名為’’Mobile Station Assisted Soft Handoff In A CDMA Cellular Communications System”，指定給 本發明之受託人，該公開文章將以引用的方式併入本文 中，其描述一種與執行第一及第二細胞式系統之基地台間 的行動台系統間通訊之傳送的方法及系統。在行動台上， 一種可以計量之信號參數經由第二系統之第二基地台測量 後進行傳送，當所測量的可以計量之參數通過第一預先決 定的量時，行動台經由第一系統之第一基地台傳送一信號 品質訊息至第一行動切換控制台。 然後一頻道要求訊息由第一行動切換控制台傳送至第二 系統内之第二行動切換控制台，在第二基地台上，一種可 以計量之信號參數由行動台測量後進行接收，當所測量的 可以計量之參數通過一預先決定的量時，第二基地台與行 動台就建立通訊，此外，第一指示信號之信號強度由第一 基地台在行動台上進行量測後進行傳送，當所測量的第一 指示信號之信號強度變的比第二預先決定的量更少時，則 送出一交遞要求訊息至第二基地台，因此就建立了行動台 的通訊。行動切換控制台間之聲音連結的規定提供了在第 一及第二細胞式系統之間一種現行的連接之轉送 (forwarding)，並且完成軟性的系統間之交遞。 當兩個系统所安排工作的情況均為CDMA且兩個均有執 -12 - 1272020 _ ,ΟΛ I發明說明續頁 行軟性的傳送之能力時，存在了如何處理系統間交遞的問 題，也就是一或是更多系統不能夠執行這樣的交遞，例如， 這種稱為GSM標準並沒有軟性傳送的機制，所以使用由 CDMA網路到GSM網路之空氣介面來進行交遞呼叫時有一 個問題產生，此外，GSM鑑別（authentication)也不能夠進行， 因為CDMA 2000的機制不能夠轉移所需要的資料來進行 GSM鑑別，而且在GSM上進行加密比在CDMA 2000上進行加 密更加困難。 一種處理這個問題的方法是來修改GSM，使其能夠有效 的傳送至非GSM的系統，例如CDMA系統。然而，現在的GSM 已經建立了 一段長的時間，而且為了適應不相容的系統， 操作者不希望對現行的設備進行比較昂貴的修改，如果將 新的訊息加入到支援雙模行動台下之空氣介面，那麼必須 進行修改以支援這些新的訊息，很明顯的，就操作的觀點 上這是令人討厭的。 另一個處理CDMA系統及GSM系統間傳送的問題是CDMA 及GSM的鑑別是使用兩種不同的方式和鑰匙，GSM及CDMA IX的鑑別方法基本上是相同的，但是鑰匙卻有不同的尺 寸，CDMA IX有額外的程序，例如唯一的質疑（challenge)及 計算（count)的方法，其分別在防止頻道攔截（hijacking)與重 送攻擊（replay attacks)。 發明摘要 本發明提出了上面所討論的問題。 根據本發明之一方面，有提供了一種在行動台使用密碼

-13 - 發明說明續頁 1272020 (10) 输之方法，其從第一行動交換控制台來控制第一細胞式通 信系統之第一基地台到第二細胞式通信系統之第二基地 台，且對於第二行動交換控制台控制不同的細胞式系統加 以描述。該方法包含行動台在第二細胞式通訊系統進行通 訊期間由行動台使用所產生之密碼鑰，該密碼鑰是由行動 台從分配至第二細胞式通訊系統之行動台所產生之私密鑰 及從第二細胞式通訊系統所產生之隨機號碼所共同產生， 然後隊第一行動台使用密碼鑰進行通訊，並且行動台在第 一細胞式通訊系統通訊期間，使用行動台所產生之一私密 長的編碼（private long code)。 根據本發明之另一方面，有提供了 一行動台包含：一種 在第一細胞式通信系統中，可以用來接收及傳送基地台信 號之對話機鏈（transceiver chain);及產生一行動台之密碼 鑰，讓行動台在細胞式通訊系統之通訊期間能夠使用，密 碼餘由分配給細胞式通訊系統之私鑰及接收的隨機號碼產 生。 因此實踐本發明不需要很大的修改GSM行動服務切換中 心（MSC)就能使CDMA之實體層在GSM系統内使用的一種方 法就是在CDMA實體層上重新使用GSM鑑別方法，這提供 了該系統不需要支援兩種型態的鑑別中心、兩種型態的SIM 卡等等的好處。 本發明上面的及進一步的特色特別在附加的申請專利範 圍中提出，而且經由本發明下面具體實施例範例的詳細描 述與參考伴隨的圖示，其優點將變的非常清楚。

-14- !272〇2〇 發明說明;續頁 (Π) 圖示簡述 在這些圖示中： 圖1是一細胞式系統之概要圖； 圖2是兩個細胞式系統間邊界之概要圖； 圖3是雙模（dual mode)行動台之概要圖； 圖4是在GSM系統中資料交換的概要圖；及 圖5是單模（single mode)行動台之概要圖。 本發明具體實施例之細部描述 圖1是細胞式電話系統之範例之概要說明，被說明之系 統可以利用任何不同的多向近接調變技術，以使一些較多 數的系統行動台或行動電話及基地台更容易通訊，這樣的 多向近接通訊系統的技術包含：劃時多向近接（ΤΓ)Μα)、 劃頻多向近接（FDMA)、劃碼多向近接（CDMA)及調幅（ΑΜ) 調變的方法，例如振幅壓縮單側波帶。CDMA的展頻調變 技術是公開在上面所參考之美國專利第4,901，307號，其在 多向近接通訊系統中具有超越其他調變技術很大的優點， 所以被提出。 在CDMA系統中，每一個基地台傳送唯一的指示信號， 其包含在對應之指示頻道上進行”指示載子（pU〇t Carrier)’’之 傳送，該指示信號是未經調變的、直接序列、展頻信號’ 全部藉由一個使用一般的虛擬隨機雜訊（PN)展開編碼的站 台進行傳送，該指示器信號提供行動台來獲得剛開始的系 統同步，也就是時間，此外還提供一致性的解凋又之相位 參考及用於傳送確定之信號強度別虽的參考由每個基 -15- 1272020 _— (12) 鮝明說明續頁 地台傳送之該指示信號常常具有相同的PN編碼，但是具有 不同碼相彳乂的偏移。 在圖1的系統中，系統控制器及切換器丨〇也稱為行動切 換中心（MSC)，包含了對於複數個基地台12、14及16提供 系統控制之介面及處理電路（並未表示出來），控制器1 0也 控制由公眾交換電話網路（PSTN)到傳送至適當的行動台之 適當的基地台之電話呼叫路線（routing)，控制器10也控制 從行動台經由至少一基地台至PSTN之呼叫路線，由於這樣 的行動台不會直接與另一個行動台通訊，所以控制器1 0可 以藉著適當的基地台直接在行動的使用者間進行呼叫。 控制器1 0可以藉由各種不同之裝置與基地台連接，例如 專屬的電話線、光纖鏈路（link)或是微波通信鏈路。在圖1 中，將對三個示範的（exemplary)基地台12、14及16與一示 範之行動台1 8 (包含一細胞式電話）進行說明，箭頭2 0 a及 2 0b說明了基地台1 2及行動台1 8之間可能的通信鏈路，箭 頭2 2 a及2 2 b說明了基地台1 4及行動台1 8之間可能的通信鏈 路，同樣的，箭頭24a及24b說明了基地台16及行動台18之 間可能的通信鏈路。 基地台所服務之區域或是單元是以地理的狀態進行設 計，使的行動台通常能夠較接近基地台，當行動台是閒置 時，也就是說沒有進行任何呼叫，則行動台將會不斷的監 聽每一個附近的基地台之指示信號的傳送，如圖1中所說 的，指示信號將會藉由基地台12、14及16,在通信鏈路20b、 2 2b及24b上分別傳送至行動台1 8，然後行動台將比較由這

-16- 1272020 發明說明續頁 (13) 些特定的基地台所傳送之指示信號強度，來決定信號在哪 一個單元。 在圖1所說明的範例中，行動台1 8可以視為最接近基地 台1 6，當行動台開始進行呼叫時，一控制訊息將會傳送至 最接近的基地台，在這裡是基地台1 6，基地台1 6接收該呼 叫要求的訊息，發出信號至系統控制器1 0，並且傳送呼叫 號碼，然後系統控制器1 0將會經由PSTN連結該呼叫至預期 的接收者。 萬一呼叫在PSTN内開始進行，控制器1 0將傳送該呼叫資 訊到這個區域内的所有基地台，回答的基地台傳送一呼叫 訊息至預期接收者的行動台，當行動台聽到呼叫訊息時， 它就回覆一控制訊息並且傳送至最近的基地台，系統控制 器的控制訊息信號使的基地台能與行動台進行通訊，然後 控制器1 0經由最近的基地台安排呼叫的路線至行動台。 萬一行動台1 8移動至最初的基地台（也就是基地台1 6)之 收斂區域外，將嘗試安排該呼叫藉由另一基地台，以持續 該呼叫，在傳送的過程中有開始實施該呼叫之傳送或是安 排經由另一基地台路線之不同的方法。 在基地台開始進行交遞的方法中，最初的基地台，即基 地台1 6，通知行動台1 8所傳送之信號會落在低於一定的門 檻值量之下，然後基地台1 6傳送一交遞要求給系統控制器 1 〇，其轉送該要求至基地台1 6所有相鄰的基地台1 2及1 4， 控制器傳送的要求包含與頻道有關之資訊，其包含由行動 台1 8所使用之PN碼序列。基地台1 2及1 4調整接收器至將由 發明說明績頁 1272020 (14) 行動台使用之該頻道，並且使用數位技術測量信號強度， 如果基地台1 2及1 4接收器其中之一回報比最初的基地台所 報告的信號強度之更強的信號，那麼將執行交遞至該基地 台。 此外，自己本身的行動台可以開始進行一種稱為行動協 助之交遞，每一個基地台會傳送一指示信號，以在其他的 基地台中進行識別，行動台配有搜尋接收器，除了執行其 他的功能之外，還用來掃描相鄰的基地台1 2及1 4之指示信 號的傳送，如果發現了相鄰的基地台1 2及1 4其中之一的指 示信號比預定的門檻值更強時，那麼行動台1 8將傳送這個 結果的訊息至目前的基地台1 6。 一種行動台及基地台間相互作用的方法，其允許行動台 藉由一或是更多基地台12、14及16來進行通信，進行這個 方法期間，行動台識別及測量所接收之指示信號之信號強 度，這資訊將藉由基地台與經由MSC通訊之行動台傳送， 該MSC根據接收的這個資訊，開始或是終止行動基地台的 連接，因此將影響行動協助之交遞。 行動台同時經由多於一的基地台進行通訊時，前面的程 序也被視為”軟性的”轉移，在軟性的交遞期間，MSC可以 在信號之間加以組合或是選擇，該信號可在不同的單元間 移動的期間，由每一基地台與進行通信中之行動單元接 收。同樣的方式，MSC能夠從PSTN回覆信號至每一個基地 台與進行通訊中的行動單元，如果行動台設置於兩個或是 更多基地台的收斂區域内而不在相同的細胞式系統内（也

-18- 1272020 _ (15) 發明說明續頁 就是不是由相同的MSC來控制），行動協助之交遞將會更為 複雜。 一種在不同系統内的基地台之間執行交遞之方法將參考 圖2後進行描述，其表示細胞式通信網路3 0之概要的類型， 其中包含了在一 CDMA行動切換中心MSCc之控制下的CDMA 細胞式系統（例如IS-95 IX)與在一 GSM行動切換中心MSCg之 控制下的GSM細胞式系統，在圖2中，已經說明了代表五 個這類的示範基地台B1 A到B5A，分別設置在CDMA系統的 單元C1A到C5A的範圍内，而且五個基地台B1B到B5B，分 別設置在GSM系統的單元C1B到C5B的範圍内。為了方便來 說明，儘管單元C“到C5A及C1B到C5B以圓形的方式表示， 吾人應了解那些單元可設計成其他的樣子，而且實際上其 類型將依據它們設置的區域的地勢及地形而定。在下面的 C1A到C3A及C1B到C3B可稱為，，邊界（border)，，單元，因為這 些單元較接近第一及第二細胞式系統之間的邊界，這種設 計提供每一個系統内剩餘（remainder)之單元可被稱為”内部 的（internal)π 單元。 在下面的描述將會參考到行動台，其在CDMA及GSM細 胞式系統範圍内具有由基地台接收及回應信號的能力，然 而，仔細考量在使用任何型態的通信系統時，例如CDMA One、CDMA 2000、CDMA 2000 lx、CDMA 3x、高資料速率原 理（HDR)、CDMA lxEV、CDMA 1XEVDO、TDMA、TDSCDMA、 W-CDMA、GPRS及其他。到最後，組態具有雙頻無線電機 之行動台，使其對於兩個細胞式系統之不同操作頻率具有 -19· 1272020 _ (16) 發明說明績頁 接收可調的電路，這樣的行動台之概要圖在伴隨圖示的圖 3中。如在那裡所表示的，行動台40包含經由多工器（dipiexer) 44連接到CDMA傳送及接收鏈路（chain)46與GSM傳送及接收 鏈路4 8之天線4 2，該傳送/接收鏈路4 6及4 8分別為常見的 CDMA及GSM系統，該鏈路的輸出經過適當的解調且轉換 至常見的基頻電路5 〇，並且接收由基頻電路4 0所傳送之資 料，該傳送/接收鏈路4 6及4 8由控制器5 2在這些鏈路中進 行控制，並回應來自CDMA及GSM系統之控制信號且在兩 個鍵路之間切換，因此’在這個具體貫施例中，兩個鍵路 不能在相同的時間動作，而在另一具體實施中，兩個鏈路 能在相同的時間動作。 在另一具體實施例中，組態具有單一無線電機之行動 台，使其對兩個細胞式系統其中之一具有接收可調的鏈 路，這樣的行動台之概要圖在伴隨圖示的圖5中’如在那 裡所表示的，行動台W包含天線’ 一多工器（diplexer) 55 連接到CDMA傳送及接收鏈路56(如果這是CDMA電話），否 則，行動台5 3將連接到GSM傳送及接收鏈路5 7 ’該傳送/接 收鏈路56及57分別為常見的CDMA及GSM系統，該鏈路輸 出經過適當的解調並且轉換至常見的基頻電路5 8 ’並且接 收由基頻電路5 8所傳送之資料’該傳送/接收鏈’不是鏈 路5 6就是鏈路5 7 ’均由控制器5 9進行控制。 參考圖2，CDMA行動切換中心（MSCc)控制從公眾交換電 話網路（PSTN)至適當的基地台到A之電話呼叫之路 線，以傳送至指定之基地台，CDMA行動切換中心MSCc也 -20- 1272020 發明說明績頁 (17) 控制從第一細胞式系統之收斂區内的行動台，經由至少一 基地台到PSTN之呼叫路線，CDMA行動切換中心MSCc以同 樣的方式作業，來管理基地台B1B到B5B之運作，而且在 PSTN及GSM細胞式系統間安排呼叫路線，控制訊息及類似 的訊息透過系統内資料鏈路34，在MSCc及MSCg之間進行 通訊。 當行動台設置在CDMA系統的内部單元範圍内時，行動 台將被規劃來監聽由每一個附近的（内部的及/或邊界）基地 台所傳送之指示信號，然後行動台將會比較附近的基地台 所傳送的指示信號強度，以決定哪一個内部呼叫，當行動 台接近内部單元的邊界時，行動協助之交遞可以藉由參考 在上面所描述之美國專利第5,267,261號來開始進行。 存在一種不同的情形是當行動台設置在邊界單元C 1 A到 C3 A或是C1B到C3B其中之一的範圍内，例如’考慮一種情 況就是行動台設置在單元C2A内，但是接近單元C2B，在 這個例子中行動台能夠由基地台B2B接收有用的信號量， 然後回報至基地台B2 B及任何與行動台進行通信之其他的 基地台。此時有用的信號量將由所決定之行動或是基地台 進行接收，其藉由測量該接收信號之一或是更多可以計量 的參數（例如信號強度、信號對雜訊比、頁框消除率（frame erasure rate)、位元錯誤率、及/或相對的時間延遲）來决足’ 這個機制類似於上面所描述之美國專利第5,697,0)5號。 如果兩個系統都是CDMA系統，那麼描述在美國專利第 5,697,055號之交遞機制將能夠有效的達到單元C2A及單元 -21 - 1272020 _ (18) 發明說明續頁 C2B之間的交遞，然而有一個問題就是目前沒有從CDMA網 路到GSM網路使用空氣介面進行交遞呼叫的機制，而GSM 鐘別不能夠進行就是因為CDMA機制不能夠轉移所需要的 貪料來進行GSM鑑別。在GSM加密不同於在CDMA加密，如 果將新的訊息加入至支援雙模行動台之空氣介面，那麼就 必須進行修改以支援這些新的訊息，這是令人討厭的。 這個問題的解答就是使用一般包含指令的訊息，使行動 台能夠由CDMA網路轉移到GSM網路，一般的訊息必須能 夠傳送所需要的資料，以達成GSM之鑑別及加密，更可取 的是其他在GSM所補充的特性也應該由一般的訊息所支 援’另一方面，在現行的GSM系統建立GSM的協足必須完 整的保持以便使任何的變化減到最小。部分的交遞操作包 含建立電話用戶（subscriber)的身分，而且一旦完成該叉遞’ 吾人必須維持信號的發射及實體連接的資料機密（密碼）’ 這些電話用戶身分鑑別的定義及操作上的要求已在GSM 02.09中說明。 鑑別的方法也可用來設定密碼鑰，所以鑑別方法將會在 該網路建立了電話用戶的身分之後及加密該頻道之前來進 行，為了達到它自己的鑑別方法與系統内鑑別及加始、瑜的 管理，因此兩個網路的功能均是必要的。 想到這裡，使用穿隧（tunnelling)技術的想法可以在任何 時間工作（在交遞情況及非交遞的情況期間）’而且可以單 向（uni-directional)或是雙向（bi-directional)。〆種穿 I 技衍的 類型是稱為應用資料傳送服務（ADDS)的訊息’而且短的貝 •22- 1272020 (19) 發明說明讀頁 料爆發（burst)訊息明顯的經過CDMA系統範圍 一般不會藉由GSM基地台控制器BSC來檢查 雙模行動台來檢查。ADDS訊息與資料爆發 般的資料部分（payload)在網路之行動服務切本 是其他的網路元件中（例如SMS、方位指定 OTASP)傳送，該系統利用它在網路及行動台 來傳遞GSM資訊，而不需要對CDMA BSCc或 改變。 在圖2所表示之網路配置中，ADDS訊息是 轉移的資料，例如從MSCc經由BSCc到行動 及鑑別資料。然後行動台使用稱為行動應用 訊息來運送轉移資料到GSM網路的MSCg，這 做一些小改變，使其能夠來翻譯在MAP訊息 此控制行動台，當然其他轉移資料的選擇也 當行動台在CDMA及GSM系統（例如在單元 單元C2B)間的邊界的時候，行動台藉由送出 而開始交遞程序，被告知的MSCc的這種狀 動台將交遞至GSM系統。 一單元資料庫（並未顯示出來）可以用來作 程序，資料庫是用來在GSM網路中提供基本 台，所以它能夠在CDMA MSC與GSM之間執冇 在GSM系統中可以利用兩種交遞的類型， 非同步，同步交遞的容易執行是比較受歡迎 動台被告知該交遞將對GSM有一同步的交遞 内，GSM參數 ，但是必須由 的使用提供一 务中心（MSC)或 位置伺服器、 的端對端之間 是BTSc做任何 用來運送GSM 台之時間資訊 j協定（MAP)的 只需要對MSCg 的資料並且因 是可行的。 C2A及接近的 訊息回到MSCc 況，使的該行 為部分的交遞 的資訊給行動 _轉移。 也就是同步及 的，所以該行 。由行動台接 -23- 1272020 (20) 發明說明續頁 收交遞的順序之後，行動台首先送出一些存取爆發至gsm 基地台控制器BSCg，一直到它後面收到一 MAP轉移訊息（其 將傳回至CDMA MSCc，使GSM鑑別能夠發生並且提供給行 動台使用）。GSM有一同步交遞與資料爆發的程序，其繁助 BSCg得到行動台的時間，所以ADDS訊息包含一，，作用時間 (action time)1’的訊息，即指定發生交遞的特定時間，可是 一旦該資料已經收到，行動台將會開始正常的傳送。 另一個CDMA與GSM之間轉移的問題就是CDMA與GSM的 鑑別使用兩種不同的方法及餘匙，在GSM與CDMA IX中的 鑑別方式基本上是相同的，但是鑰匙有不同的尺寸，CDMA IX有額外的程序例如唯一的盤問（challenge)及計算方法， 其分別用來防止頻道攔截（hijacking)與重送攻擊。在GSM系 統内使用CDMA實體層不需要對GSM MSCg作很大的修改， GSM鑑別方法應該重新使用在CDMA的實體層上，這提供 了該系統的優點’即不必要支援兩種不同的鑑別中心的類 型、兩種SIM卡的類型等等。 鑑別的程序由系統及行動台之間的一串交換所組成，該 系統傳送非預期之號碼RAND到行動台，接著行動台計算 一結果SRES，如熟知的RAND號碼的簽章，其係使用一演 算法（如A3演算法）。A3演算法使用RAND及一獨特的電話 用戶鑑別鑰匙Ki來計算SRES，首先當顧客同意該服務並且 儲存在電話用戶身分模組（SIM)及系統的家庭指定位置註 冊器（HLR)中，將對電話用戶鑑別鑰匙Ki進行分配，Ki在 加密過程中是私密金鑰，而且從不透過網路傳送，最後·， -24- 1272020 (21) 發明說明續頁 行動台傳送該簽章SRES到系統並測試它的有效性。 吾人應注意該密碼鑰的使用及鑑別程序與傳送方法是不 相關的，在伴隨圖示的圖4中說明了如何在GSM MSC中完 成鑑別，在GSM中的鑑別鑰匙稱為Ki，而且有128位元的長 度，該網路產生一隨機號碼（RAND)，其也是128位元長， 將RAND及Ki輸入到A3演算法，其由輸入的資料中計算32 位元的結果（SRES)，同時RAND號碼藉著空中的訊息傳送 至行動台，在GSM系統中，每一個行動台包含一智慧卡 (smart card)，也就是稱為電話用戶身分模組（SIM)卡，標準 的SIM鑑別指令是詳細說明在GSM 11.11，如果這些指令不 干擾GSM應用之正確的功能，這些指令將能夠提供執行， 如果在呼叫期間從行動台將SIM移除的話，該呼叫將立刻 結束，如GSM 11.11所定義。 在行動台之SIM也應用A3演算法對於接收的RAND號碼來 計算SRES，並且儲存複製Ki，計算的結果是SRES，並且應 該與網路所計算之SRES相同，因此這結果SRES將由行動台 送至網路中，其中它將與網路所計算之SRES值進行比較， 如果兩個SRES值相同的話，該行動台是可靠的，在圖2的 系統中RAND號碼將使用ADDS訊息在空氣介面傳送，並且 將傳回結果SRES。 SRES的值也可用在熟知白勺A8演算法中，以計算64位元的 加密或是密碼鑰Kc，藉由GSM鑑別產生Kc鑰匙，而且藉由 行動台之SIM來加密演算法，並代替私有長的編碼遮罩 (private long code mask)而用於CDMA的實體層，其一般是由 -25 - 1272020 _ (22) 發明說明續葬 CDMA CAVE演算法所產生。64位元Kc鑰匙對應到42位元私 有長的編碼，並且用來做為”私有長的編碼遮罩"的基礎 (basis)，以產生聲音隱私。私有長的編碼遮罩繞過CDMA訊 息並且與CAVE演算法所產生的沒有不同的翻譯，在混合 的CDMA/GSM網路内使用聲音隱私的方法提供該系統保有 了唯一的鑑別中心及唯一的SIM類型。 GSM對於訊框的量（level)進行加密，每個訊框使用訊框 號碼及64位元Kc鑰匙，其中鑰匙係由圖4中所討論之方式 獲得，訊框號碼及Kc遮罩將使用在每個訊框中，在CDMA 1 X 系統中是使用42位元私有長的編碼進行加密，在圖2的混 合系統中使用Kc鑰匙來獲得42位元私有長的編碼遮罩，並1 具有一對應演算法在Kc及私有長的編碼之間進行對應，該 對應動作是在MSCc中進行，然後告訴BSC使用私有長的編 碼。 ADDS的操作提供了陸地網路元件（例如MSC、SMS、PDC) 及行動台之間透明的（transparent)服務之轉移，該系統使用 這個操作來將鑑別資訊RAND轉移至MS，並且轉移SRES回 到MSC，ADDS訊息操作由MSCc進入BSCc，並且提供資料 透過呼叫頻道送到行動台，ADDs轉移操作由BSCc進入 MSCc，並且提供資料透過存取頻道由行動台送至網路， ADDS傳送操作由MSCc進入BSCc，或是由BSCc到MSCc，並 且提供資料透過運輸（traffic)通道在行動台及網路之間送 出。ADDS參數已經定義為，’ADDS使用者部分，1，其中所包 含6位元”資料爆發類型”表應用資料訊息的格式，ADDS操 -26· 1272020 (23) 發戶月說明績頁 作利用ADDS使用者部分參數來包含服務特定的資料，鑑 別操作利用ADDS使用者部分來運送鑑別資料，所描述之 系統是使用一種稱為"GSM對應（GSM-MAP)鑑別”之新的資 料爆發類型，其將由行動台照著進行翻譯。 吾人應注意該具體實施例範例不論在什麼儲存關於存在 於接收端鑑別方法或是接收端可以使用之資料庫都可以執 行，該具體實施例範例之處理器可以用來在一方一種密碼 學的方法及另一方的另一種密碼學的方法中執行，因為與 分散的雙方可經由媒介而發生通訊，所以該基本的具體實 施例範例的實踐可以不需要對中間的（intermediary)資源進 行實體連接就可以進行。 那些熟悉此技藝之人士能夠了解與在此所描述具體實施 例範例之不同的說明邏輯區塊、模組、電路及演算法的步 驟均可以電子硬體、電腦軟體或是兩者的組合而予以執 行，不同的說明元件、區塊、模組、電路及步騾已經就它 們的功能進行描述，不管是該功能以硬體或是軟體的方式 執行，均依賴加在系統上的特別的應用及設計的限制而 定，熟練的技工了解在這些環境之下硬體及軟體的可交換 性，及如何最佳的執行每一個特別應用所描述的功能。例 如，在此所描述具體實施例範例之不同說明的邏輯區塊、 流程圖、視窗及步驟均可以實施或是以硬體或軟體與一特 殊應用積體電路（ASIC)、可程式邏輯設備、分離閘或電晶 體邏輯、分離的硬體元件，例如先進先出（FIFO)之暫存器、 執行一組勃體（Hrmware)指令之處理器、任何常見的可程式 -27· (24) 1272020 發明説明績頁 軟體及處理器、一場效可昶斗、日日土 了锃式閘陣列（FPGA)或是其 程式邏輯設備、或是任何彡人 、、且合而執行，該處理器當 控制器是非常有利的，但I 2 。、〇〇 另一種選擇，處理器可 般的處理器、控制器、微控 咨或狀態機。該軟體 留在RAM記憶體，快閃（n

UfUsh)記憶體、R〇M記馎體、 記憶體、EEPROM記憶體、、 6 ^ DVD-ROM、暫存器、或是任合 可矛夕動式磁碟、CD· 那些熟知此技藝之人 可”他的磁性或光學儲存 士將會更能夠 令、資訊、信號、位元、# w 幻仏會这貝枓才曰 上面所描述的以電懕：唬、及晶片都可以完全的 ―、光學：或：；子電磁波、電磁場或是 有利的。 丄、或是任何組合所表 他的可 做一微 當作一 可以駐 EPROM ROM、 媒體。 參考， 電磁粒 示都是 因此藉由參考較佳 充分的了解討論之I 擁有適當的知識及拍^ 具體實施 體實施例 巧之人士 相同的條件下， 及變化都可以進 在没有偏離本 行0 例所描述之本發明，吾人能 只是一種範例，而且對那些 而Τ，如同在附加的專利及 發明之精神及範圍下，修改 圖式代表符號說明 10 系統控制器及切換器 12,14,16 基地台 1 8,40,5 3 行動台 20Α,20Β，22Α， 22Β，24Α，24Β 箭頭 34 系統内資料鏈路 '28. 1272020 (25) 發明說明續頁 42.54 44.55 46.56 48.57 50.58 52.59 天線 雙多工器 劃碼多向近接（CDMA)傳送及接收鏈路 GSM傳送及接收鏈路 基頻電路 控制器

-29-

Claims (1)

1. I272_ 135437號專利申請案 請專利範圍替換本(95年9月）

   拾、申請專利範圍 有一行 胞式通 台所控 ，該方 式通訊 從分配 二細胞 胞式通 在系統 更包含 呼叫頻 信系統 地台， 制台來 方法包 1. 一種於一系統中使用一密碼鑰之方法，該系統具 動台，以自由第一行動切換控制台控制的第一細 訊系統之一第一基地台接至由第二行動切換控制 制的第二不同的細胞式通訊系統之一第二基地台 法包含： 產生一行動台之密碼鑰，讓行動台在第二細胞 系統之通訊期間能夠使用，該密碼鑰藉由行動台 給第二細胞式通訊系統之行動台之私餘及精由弟 式通訊系統產生之隨機號碼而產生； 將密碼鑰傳達至第一行動系統；及 產生一行動台之私有長碼，讓行動台在第一細 訊系統之通訊期間能夠使用。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第一系統包含 及行動台之間轉移資料之頻道，而且其中該方法 使用轉移資料之頻道來傳送密碼鑰給系統。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該頻道是一 道 ° 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第一細胞式通 包含由第一行動切換控制台來進行控制之第一基 而且第二細胞式通信系統包含由第二行動切換控 進行控制之第二基地台手持式無線通信設備，該 含： 在行動台測量由該第一基地台傳送之信號之參數； T2729%#^ I 年月 印 在行動台測量由該第二基地台傳送之信號參數； 當該參數達到預先決定的條件時，由行動台經由第一 基地台傳送一信號品質訊息到第一行動切換控制台； 在第一行動切換控制台對於第二行動切換控制台產生 頻道要求訊息的資訊； 由第一行動切換控制台傳送該資訊至該行動台； 在第一行動切換控制台之行動台對於第二行動切換控 制台產生頻道要求訊息的資訊；及 由行動台傳送頻道要求訊息至第二行動切換控制台。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，尚包含在第二行動切換控 制台產生頻道資訊，在第二行動通訊系統中確認行動台 之頻道。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，尚包含在已確認的頻道 中，在行動單元及該第二基地台之間建立通訊。 7. 如申請專利範圍第6項之方法，尚包含中斷該行動單元及 該第一基地台間之通訊。 8. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該參數相當於信號強 度。 9. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一細胞式通訊系 統是一種劃碼多向近接（CDMA)系統。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該第二細胞式通訊系 統是一種GSM系統。 11. 一種行動台，包含： 一種在細胞式通信系統中可用以接收及傳送基地台信 -2-

   頁 η 號之收發機鏈；以及 一控制器，用以： 接收一由細胞式通信系統所產生之隨機信號；及 產生一行動台之密碼鑰，讓行動台在細胞式通訊系 統之通訊期間能夠使用，密碼鑰由分配給第二細胞式 通訊系統之私鑰及接收的隨機號碼產生。 12. —種於一系統中使用一密碼鑰之裝置，該系統具有一行 動台，以自由第一行動切換控制台控制的第一細胞式通 訊系統之一第一基地台接至由第二行動切換控制台所控 制的第二不同的細胞式通訊系統之一第二基地台，該裝 置包含： 產生一行動台之密碼鑰之裝置，讓行動台在第二細胞 式通訊系統之通訊期間能夠使用，該密碼鑰藉由行動台 從分配給第二細胞式通訊系統之行動台之私输及由第二 細胞式通訊系統產生之隨機號碼產生； 用來與第一行動系統進行通訊之密碼鑰之裝置；及 產生一行動台之私有長的編碼之裝置，讓行動台在第 一細胞式通訊系統之通訊期間能夠使用。 13. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中第一系統包含在系 統及行動台之間轉移資料之頻道，而且其中該裝置更包 含使用轉移資料之頻道來傳送密碼鑰給系統。 14. 如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中該頻道是一種呼叫 頻道。 15. 如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該第一細胞式通訊 系統是一種CDMA系統。

   16.如申請專利範圍第1 5項之方法，其中該第二細胞式通訊 系統是一種GSM系統。