TWI317216B - Mthod,apparatus,and mobile station for handoff in a hybrid communication network - Google Patents

Description

1317216 ⑴ 玖、發明說明 (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説明） I. 技術領域 本發明係廣泛關於在不同細胞式通訊系統中之實行介 於不同細胞式通訊系統間之交遞的方法及裝置。 II. 先前技術 所謂的分碼多向近接（code division multiple access ; CDMA) 調變技術僅僅是用於促進大量系統使用者之通訊的數種 技術之一。雖然也可使用其他技術（例如，分時多向近接 (time division multiple access; TDMA)、分頻多向近接（frequency division multiple access ; FDMA)、如振幅對信號侧頻段 (amplitude companded single sideband : ACSSB)調變之類的 AM 調變原理），但是CDMA的優點顯然優於其他調變技術。下 列美國專利已發表在多向近接通訊系統中使用CDMA技 術：美國專利案號 4,901，307，標題為"Spread Spectrum Miiltiple Access Communication System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters"，該專利已讓渡給本受讓人，其内容以引用方式 併入本文。 在美國專利案號4,901，307中發表一種多向近接技術，其 中大量行動電話系統使用者（每個使用者都具有收發器） 使用分碼多-向近接（code division multiple access ; CDMA)展頻 通訊信號，以透過衛星中繼器（repeater)或地面通訊基地台 (也稱為單元基地台（cell base station)或基.地台（cell-site))。 使用CDMA通訊時，會多次重複利用頻譜，因此能夠增加 系統使用者容量。CDMA技術之運用所達成的光譜效率高v. 1317216 (2) 於使用其他多向近接技術。 在傳統行動電話系統中，可用的頻率頻段被分割成頻道 (頻寬通常是30 KHz)，同時使用FM調變技術。系統服務區 域在地理上被分割成不同大小的單元（cell)。可用的頻率 頻道被分割成數組，每組通常包含相等數目的頻道。頻率 組被指派給單元，以使同等頻道（co-channel)干擾的可能性 降至最低限度。例如，考慮到有七組頻率組且單元是相等 大小之六邊形的系統。一個單元中使用的一組頻率組不會 被用在六個最接近或周圍鄰接的單元中。另外，一個單元 中使用的該組頻率組不會被用在十二個次要最接近鄰接 的單元中。 在傳統細胞式通訊系統中，所實施之交遞的作用為，當 行動台橫跨單元邊界時，能夠持續呼叫或其他類型連接 (即，資料鏈路）。當處理呼叫或連接的單元基地台通知從 行動台所接收的信號強度下降至預先決定限定值以下 時，就會起始從某單元交遞至另一單元。低信號強度指示 意謂著行動台必定在單元邊界附近。當信號位準下降至預 先決定限定值以下時，基地台要求系統控制器決定鄰近基 地台接收行動台信號的信號強度是否比目前基地台接收 的信號強度更強。 系統控制器響應目前基地台的詢問，而將具有交遞要求 的訊息傳送至鄰近基地台。鄰近於目前基地台的基地台採 用特殊掃描接收器，用於在指定頻道尋找該行動台的信 號。萬一鄰近基地台將足夠的信號位準回報給系統控制 1317216 (3) 器，則會嘗試交遞。 接著，當從新基地台中使用的頻道集選取閒置頻道時， 則會起始交遞。一控制訊息被傳送至該行動台，以命令該 行動台從目前頻道切換至新頻道。同時，系統控制器將呼 叫從第一基地台切換至第二基地台。 在傳統系統中，如果交遞至新基地台失敗，則會中斷呼 叫。有許多原因會造成交遞失敗。如果鄰近單元中沒有可 用於呼叫通訊的閒置頻道，就會發生交遞失敗。如果另一 基地台報告其收訊到（hearing)討論中行動台，實際上，這 個基地台事實上係在完全不同的單元中使用相同的頻道 而收訊到不同行動台時，也會發生交遞失敗。這項報告錯 誤會導致呼叫被切換至錯誤的單元，通常是信號強度不足 以維持通訊的單元。另外，萬一行動台無法收訊到頻道切 換命令，就會發生交遞失敗。實際的操作經驗指出，經常 發生交遞失敗令人質疑系統可靠度。 傳統電話系統中另一項常見問題發生於，當行動台在兩 個單元之間的邊界時。在此情況下，信號位準傾向於在兩 個基地台波動。這項信號位準波動導致「乒乓球」 (ping-ponging)狀況，其中會提出重複的要求，以在兩個基 地台之間來回處理呼叫。此類額外的非必要交遞要求會增 加行動台錯誤收訊到頻道切換命令的可能性，或根據無法 收訊到命令。另外，如果不慎將呼叫轉遞至目前所肴頻道 皆在使用中而無法接受交遞的單元，則乒乓球狀況會引發 呼叫中斷的可能性。 1317216 (4) 下列美國專利已發表在交遞期間，透過一個以上單元為 行動台提供通訊之方法及系統：美國專利案號5,101,501， 標題為"Method And System For Providing A Soft Handoff In Communications In A CDMA Cellular Telephone System"，該專利 已讓渡給本受讓人，其内容以引用方式併入本文。在此環 境中，藉由從相對應於行動台離開之單元的基地台到相對 應於行動台進入之單元的基地台的最終交遞，促使細胞式 通訊系統内的通訊不會被中斷。在單元基地台與行動台之 間的通訊中（其中兩個或兩個以上基地台或基地台扇區同 時傳輸行動台），此類型交遞被視為「软」交遞。經證實 發現使用此類「軟」交遞可實質上降低在一對基地台之間 提出重複交遞要求之乒乓球狀況的發生率。 下列美國專利已發表改良型交遞技術：美國專利案號 5,267,261，標題為"Mobile Station Assisted Soft Handoff In A CDMA Cellular Communications System”，該專利已讓渡給本 受讓人，其内容以引用方式併入本文。改良軟交遞技術的 方式為，在行動台量測系統每個基地台所傳輸之「前導」 信號的強度。這些前導強度測量屬於對軟交遞處理程序的 協助，其方式為促進可實行之基地台交遞候選之識別。 改良型軟交遞技術規定，行動台監視來自鄰近基地台的 前導信號強度。當所量測信號強度超過既定限定值時，行 動台經由正在與行動台通訊的基地台，將一信號強度訊息 傳送至系統控制器。從系統控制器傳至新基地台及傳至行 動台的命令訊息建立透過新基地台和目前基地台的同時 1317216 (5) 通訊。當行動台·<貞測到相對應於正在與行動台通訊之至少 一基地台的前導信號強度已下降至預先決定位準以下，則 行動台經由正在與行動台通訊的基地台，以向系統控制器 報告相對應基地台的所量測信號強度指示。從系統控制器 傳至所識別基地台及傳至行動台的命令訊息終止透過相 對應基地台通訊，同時透過其他基地台繼續通訊。 雖然前述的技術非常適用於同一細胞式通訊系統單元 之間的呼叫轉遞，但是當行動台移動至另一細胞式通訊系 統之基地台所服務的單元時，則會出現更困難的情況。在 此類「系統間」交遞的一項複雜因素為，鄰近細胞式通訊 系統通常具有互異的特性。例如，鄰近細胞式通訊系統通 常係以不同頻率運作，並且可維持不同位準的基地台輸出 功率或前導信號強度。這些差異實際上會妨礙行動台執行 前導信號強度比較，並且如同現有行動台協助型軟交遞技 術的考量。 當無法取得資源來處理系統間軟交遞時，如果要維持無 中斷服務，則系統間之呼叫或連接的交遞時序變成非常關 鍵。也就是說，系統間交遞的執行時機必須很可能導致在 系統間成功轉遞呼叫或連接。在此一交遞中（本文中稱 為硬交遞）_，介於行動台與一系統之間的通訊必須先終 止，之後才能開始介於行動台與其他系統之間的通訊。例 如，只有在下列情況下才能嘗試交遞： ⑴ 新單元中有可用的閒置頻道； (ii)行動台實際上在新單元基地台範圍内，但是在失去 -10-

1317216 (6) 與目前單元基地台的聯繫之前；以及 (iii)行動台所在的位置確信接收到頻道切換命令。 在理想情況下，每個此類系統間硬交遞的處理方式為， 使介於不同系統之基地台間之「乒乓球」交遞要求的可能 性降至最低限度。但是，由於現有交遞程序無法確定何 時，及透過哪些基地台，應該為行動台提供新的頻率及頻 道資訊，以及指示轉遞現有呼叫或連接，所以極為困難。 現有系統間交遞技術的這些及其他缺點會降低細胞式 通訊的品質，並且由於不能同時接收細胞式通訊系統繼續 傳播，所以預期會進一步降低效能等級。於是，需要有一 種系統間交遞技術，其能夠可靠地引導介於不同細胞式通 訊系統之基地台間之呼叫或連接的交遞。 下列美國專利已發表一種用於執行介於第一與第二細 胞式通訊系統之基地台間通訊之系統間交遞的方法及系 統：美國專利案號 5,697,055，標題為"Mobile Station Assisted Soft Handoff In A CDMA Cellular Communications System"，該專 利已讓渡給本受讓人，其内容以引用方式併入本文。在行 動台，量測第二系統之第二基地台所傳輸之信號的可計量 參數。當所量測之可計量參數值通過第一預先決定位準 時，行動台經由第一系統的第一基地台將一信號品質訊息 傳達至第一行動交換控制台。 接著，將一頻道要求訊息從該第一行動交換控制台傳達 至第二系統内的第二行動交換控制台。在第二基地台上， 也會量測從行動台接收之信號的可計量參數。當所量測的 -11 - 1317216

⑺ 可計量^數值通常預先決定位準時，第二基地台建立與行 動《之間的通訊。或者，在行動台上量測第一基地台所傳 輸之第一前導信號的信號強度。接著，當所量測之第一前 導信號的信號強度低於第二預先決定位準時，則會將一交 遞要求訊息傳送至第二基地台’藉以建立基地台通訊。介 於行動父換控制台間之語音鏈路之提供係考慮到在第一 與第一細胞式通訊系統之間轉遞現有連接，並且促進系統 間敕交遞的效能。 雖然這項配置非常適用於雙方系統都是CDMA架構且因 此st*夠執行軟交遞之情況，但是仍然有如何處理系統間交 遞的問題，其中系統中的一或多個系統無法執行此交遞。 例如，所謂的GSM標準不具有軟交遞機制。因此，在使用 從CDMA網路到g S Μ網路之空氣介面的呼叫交遞過程中會 有問題。另外，由於CDMA 2000機制無法轉遞執行Gsm鑑 認所需的資料，所以無法完成G S Μ鐘認》G S Μ中之加密不 同於CDMA 2000中之加密。 解決此項問題的一種方式為，修改GSM以能夠實行交遞 至非GSM系統，例如，CDMA系統。然而，GSM創建已有 多年時間，相對而言’業者無意願花大筆金额來修改現有 設備，以接受鄰近不相容的系統。如果將新钒息加入至支 援雙模式行動台的空間介面，則必須修改以支援這些新訊 息。顯而易見，就業者的立場而言，這不是所期望的形式。 介於CDMA系統與GSM系統間之交遞的另一項問題為， CDMA.和GSM鑑認係使用兩種不同的方法及金鑰。GSM與 -12-

1317216 (8) CDMA IX的鑑認方法基本上相同，但是金鑰具有不同大 小。CDMA IX具有額外的程序，例如，唯一質問及計數 (unique challenge and count)方法，分別用於防止頻道攔截及 重播攻擊。 發明内容 本發明解決前面提出的問題。 根據本發明一項觀點，本發明揭示一種實行一行動台交 遞之方法，其中該行動台係從一由第一細胞式通訊系統中 之第一行動交換控制台所控制之第一基地台移動至一由 第二、不同之細胞式通訊系統中之第二行動交換控制台所 控制之第二基地台，該方法包括：在該行動台量測一由該 第一基地台所傳輸之信號的參數；在該行動台量測一由該 第二基地台所傳輸之信號的參數；當該等參數到達一預先 決定條件時，經由該第一基地台將一信號品質訊息從該行 動台傳達至該第一行動交換控制台；在該第一行動交換控 制台產生該第二行動交換控制台之一頻道要求訊息的資 訊。將該資訊從該第一行動交換控制台傳達至該行動台； 在該行動台上，從來自該第一行動交換控制台的該資訊產 生該第二行動交換控制台之一頻道要求訊息；以及將該頻 道要求訊息從該行動台傳達至該第二行動交換控制台。 根據本發明另一項觀點，本發明提供一種行動台包括： 一第一收發器鏈，其可運作使用一第一細胞式通訊系統中 的一第一基地台來接收及傳輸信號；一第二收發器鏈，其 可運作使用一第二細胞式通訊系統中的一第二基地台來 -13-

1317216 (9) 接收及傳輸信號；以及一控制器，用於：量測一由該第一 基地台所傳輸之信號的參數；量測一由該第二基地台所傳 輸之信號的參數；當該等參數到達一預先決定條件時，經 由該第一基地台將一信號品質訊息從該行動台傳達至該 第一細胞式通訊系統；從該第一基地台接收該第二細胞式 通訊系統之一頻道要求訊息的資訊；從來自該第一基地台 的該資訊，產生該第二細胞式通訊系統的一頻道要求訊 息；以及將該頻道要求訊息傳達至該第二行動交台。 從下文中參考附圖解說的本發明示範性具體實施例詳 細說明，將可更明白隨附申請專利範圍中之特徵所提出的 本發明的前述和進一步功能及其優點。 圖式簡單說明 圖式中： 圖1顯示細胞式通訊系統的原理表示圖； 圖2顯示介於兩個細胞式通訊系統之間邊界的原理表示 圖； 圖3顯示雙模式行動台的原理圖；以及 圖4顯示GSM系統中資料交換的原理表示圖。 圖5顯示單一模式行動台的原理圖。 本發明具體實施例詳細說明 圖1顯示示範性行動電話系統的原理圖。圖中所示的系 統可利用任何多向近接調變技術，用以促進介於通常是大 量系統行動台或行動電話與基地台之間的通訊。此類多向 近接通訊系統技術包括：分時多向近接（'time division 1317216

multiple access ; TDMA)、分頻多向近接（frequency divisi〇n multiple access ; FDMA)、分碼多向近接（c〇de divisi〇n multiple access，CDMA)及如振幅對 號侧頻段（ampHtude c〇mpande(j single sideband)調變之類的aM調變原理。例如，前面提及 之美國專利案號4,901，307中發表之CDma展頻調變技術的 優點顯然優於其他多向近接通訊系統調變技術，因此是較 佳調變技術。 在典型的CDMA系統中，每個基地台都會傳輸一唯一前 導信號’纟包含在相對應前導頻道上傳輸「前導載波」。 前導信號是-種未經調變、直接序列、展頻信號，並且每 個基地台都會隨時使用通用偽隨機雜訊（pseud〇rand〇m noise ; PN)擴展碼傳輸前導信號。除了提供相干（★— 解調變的相位參考及交遞決策中使用之信號強度量測的 參考以外，前導信號還允許基地台獲取起始系統同步化 (即時序）。每個基地台所傳輸的前導信號通常可能是相 同的PN擴展碼，但是具有不同的編碼相位偏移量。 在圖【所示的系統中，系統控制器和交換機1〇(也稱為 仃動人換中〜(MSC))通常包含影像及處理電路(圖中未顯 示用於提供對複數個基地台12、14和16的系統控制。 控制器1 〇也控制從公业夺换奋. 也 、乂換％話網路（PSTN)到適當基地 台的路徑選擇，用以傳輸至適當的行動台。控制器1〇也控 制從行動合，經由至少—. 刻。，土田王乂基地台到PSTN的路徑選擇。控 制器可經由適當的基地台以導向介於行動使用者之間 的呼叫’這是由於此類行動台通常不能互相直接通訊。.. • 15 ·

1317216 (π) 可藉由各種方法（例如，專用電話線路、光纖鏈路或藉 由圖1所示的微波通訊鏈路）將控制器10耦合至基地台。圖 1中顯示三種此類示範性基地台12、14和16及示範性行動 台18 (其包含行動電話）。箭頭20a和20b定義介於基地台 12與行動台18之間的可能通訊鏈路。箭頭22a和22b定義介 於基地台14與行動台18之間的可能通訊鏈路。箭頭24a和 24b定義介於基地台16與行動台18之間的可能通訊鏈路。 基地台服務區域或單元（cell)的地理形狀經過設計，以 使行動台通常最接近某基地台。當行動台處於待機狀態 (即，沒有進行中的呼叫）時，行動台會持績監視來自每個 附近基地台的前導信號傳輸。如圖1所示*基地台12、14 和16分別在通訊鏈路20b、22b和24b上，將前導信號傳輸 至行動台18。接著，行動台藉由比較從這些特定基地台所 傳輸的前導信號強度，以判斷其位於哪一個單元中。 在圖1所示的實例中，行動台1 8被認為最接近基地台 1 6。當行動台1 8起如呼叫時，會將控制訊息傳輸至最接近 的基地台，此處為基地台1 6。基地台1 6接收到呼叫要求訊 息後，隨即向系統控制器1 0發出信號並且轉遞呼叫號碼。 接著，系統控制器1 〇透過PSTN以將呼叫連接到預定的接 收者。 萬一在PSTN内起始呼叫，則控制器1 0會將呼叫資訊傳 輸至區域中的所有基地台。接著，基地台將一傳呼訊息傳 輸給預定的接收方行動台。當行動台收訊到傳呼訊息時， 則會以一傳輸至最接近基地台的控制訊息回應。控制訊息 -16- 1317216 (12) 向系統控制器發出信號，以通知這個特定基地台正在與行 動台通訊。然後，控制器1 0透過最接近的基地台將呼叫投 送至行動台。 當行動台18移動至起始基地台（即，基地台16)的覆蓋範 圍以外時，則會藉由透過另一基地台投送呼叫，以嘗試使 呼叫持續。在交遞處理程序中，有不同方法起始呼叫交遞 或透過另一基地台投送呼叫。 在基地台起始型交遞方法中，起始基地台（基地台16) 注意到行動台1 8所傳輸的信號已下降至特定限定位準。接 著，基地台1 6將一交遞要求傳輸至系統控制器1 0，用於將 要求中繼至基地台1 6的所有鄰接基地台1 2、1 4。控制器傳 輸型要求包括與頻道相關的資訊，包含行動台18使用的 PN碼序列。基地台1 2和1 4將接收器調整至行動台所使用 妁頻道，並且測量信號強度（通常使用數位技術）。如果基 地台12和14接收器之一回報的信號強度高於起始基地台 回報的信號強度，則會交遞至該基地台。 或者，行動台本身可起始所謂的行動台協助型交遞。基 地台都會傳輸前導信號，除了別的作用以外，其用於識別 基地台。行動台配備搜尋接收器，其除了執行其他功能以 外，還用於掃描鄰接基地台12和14的前導信號傳輸。如果 經證實發現鄰接基地台12和14之一的前導信號強度高於 既定限定值，則行動台1 8會將這項結果的訊息傳輸至基地 台1 6。 接著，介於行動台與基地台之間的互動式處理程序准許 -17· 口17216 (13)

抒動β透〜過基地台12、14和16中的一或多個行動台進行通 讲。在這1貝處理程序期間，行動台識別及測量所接收之前 導^號的信號強度。這項資訊係經由正在與行動台通訊的 基地台傳達至MSC> MSC在接收到這項資訊之後，隨即起 衫或終止介於行動台與基地台之間的連接，藉此使行動台 μ助型交遞生效。 月’j述的處理程序也被識為「軟」交遞，因為行動台同時 透過一個以上基地台通訊。在軟交遞期間，MSC可組合或 it取從每個基地台接收到的信號，其中這些基地台係行動 会在不同單元之間移動期間正在與行動台通訊的基地 含。在相似方式中，MSC可將信號從PSTN中繼至正在與行 動台通訊的每個基地台。如果行動台位於不屬於相同細胞 武通訊系統（即，不是被相同MSC控制）之兩個或兩個以上 基地台的覆蓋範圍内，則行動台協助型交遞傾向於更複 雜。 現在將參考圖2來說明在屬於不同系統的基地台之間執 抒交遞的一項做法，圖中呈現细胞式通訊網路30的原理 _，其中包含受CDMA行動交換中心MSCc控制的CDMA細 麻式通訊系統（例如，IS-95 IX)，及受GSM行動交換中 β MSCg控制的GSM細胞式通訊系統。在圖2中’描繪出五 個示範性基地台B IA至B5 A分別位於CDMA系統的單元 C1A至C5A内，以及五個示範性基地台B1B至B5B分別位 於GSΜ系統的單元C 1 B至C 5 B内。雖然基於圖解便利性’ 圖式中將單元C1A至C5A和C1B至C5B描繪成圓形’但是 • 18- 1317216

(14) 應明白，單元通常被設計成其他形狀，並且實際上的形狀 取決於所在區域中的地勢和地形。下文中可將單元C1A至 C3A和C1B至C3B稱為「邊界」單元，因為這些單元接近 介於第一與第二細胞式通訊系統之間的邊界。這項命名允 許將每個系統内的其餘單位稱為「内部」單元。

接下來的說明内容係有關於一種行動台，其能夠接收及 回應來自CDMA和GSM細胞式通訊系統内之基地台的信 號。然而，預期可使用任何類型的通訊系統，例如，CDMA

One、CDMA2000、CDMA 2000 lx、CDMA 2000 3x、高資料傳 輸率原理（High Data Rate Principles ; HDR)、CDMA lxEV、 CDMA lxEVDO、TDMA、TDSCDMA、W-CDMA、GPRS 及其 他通訊系統。在一項具體實施例中，為此目的，所組態的 行動台配備雙頻帶收發器，其具有可調諧至屬於兩種細胞 式通訊系統之不同操作頻率的接收鏈β附圖的圖3顯示此 一行動台的原理圖》如圖所示，行動台40包含一天線42, 其透過雙工器（diplexer) 44連接至CDMA傳輸和接收鏈46及 GS Μ傳輸和接收鏈48。傳輸/接收鏈46、48是各自CDMA和 GSM系統的傳統傳輸/接收鏈。傳輸/接收鏈將經過適當解 調變和轉換的資料輸出至常規基頻帶電路50,並且接收從 基頻帶電路50傳輸的資料。傳輸/接收鏈46、48係由控制 器5 2控制’其作用之一是在這兩個傳輸/接收鏈之間切 換，以響應來自CDMA或GSM系統的控制信號。因此在本 具體實施例中，這兩個傳輸/接收鏈不會同時處於作用中 狀態。在另一具體實施例中，這兩個傳輸/接收鍵可同時 1317216

(15) 處於作用中狀態。 在另一具體實施例中’所組態的行動台配備單一收發 器’其具有可調諧至兩種細胞式通訊系統之一的接收鍵。 附圖的圖5顯示此一行動台的原理圖。如圖所示，其中行 動台53包含一天線54。雙工器55被連接至CDMA傳輸和接 收鏈56 (如果行動台是CDMA手機）。否則，行動台5 3被連 接到GSM傳輸和接收鏈57。傳輸/接收鏈56、57是各自 CDMA和GSM系統的傳統傳輸/接收鏈β傳輸/接收鏈將經 過適當解調變和轉換的資料輸出至常規基頻帶電路58,並 且接收從基頻帶電路58傳輸的資料。傳輸/接收鏈（56或57) 係由控制器59控制。 請參閱圖2, CDMA行動交換中心（MSCc)控制從公共交換 電話網路（PSTN)到適當基地台B1A至B5A之電話呼叫的路 徑選擇，用以傳輸至指定的行動台。CDMA行動交機中心 MSCc也控制從位於第一細胞式通訊系統覆蓋範圍内之行 動台，經由至少一基地台到PSTN之呼叫的路徑選擇.GSM 行動交換中心MSCg以相似方式運作’用以管理基地台BIB 至B5B的運作，以及用以在PSTN與GSM細胞式通訊系統之 間投送呼叫。控制訊息等等係透過系統間資科鍵路3 4以在 MSCc與MSCg之間傳達。 當行動台係位於CDMA系統的内部單元内時’行動台通 常被程式規劃以監視從每個附近（即’内部及/或邊界）基 地台的前導信號傳輸。接著’行動台藉由比較從周圍基地 台所傳輸的前導信號強度’以判斷其位於哪—個内部單元 •20- 1317216 (16)

中。例如，當行動台接近内部單元邊界時，會以前面提及 之美國專利案號5,267,261中說明的方法來起始行動台協 助型交遞。 當行動台位於邊界單元<：1八至（：3八或<：18至〇：38之一範 圍内時，則有不同的情況發生。舉例而言’考慮到行動台 位於單元C2A範圍内，但是正在接近單元C2B。在此情泥 下，行動台會開始從基地台B2B接收可用的信號位準’接 著向基地台B2B和任何其他基地台報告行動台目前正在 通訊中。藉由量測所接收信號的一或多個可計量參數（例 如，信號強度、雜訊比、訊框擦除率、位元錯誤率及/或 相對時間延遲），可決定行動台或基地台接收可用信號位 準的時間。這項機制類似於前面提及之美國專利案號 5,697,055中發表的機制。 如果雙方系統都是CDMA系統，則可使用美國專利.案號 5,697,055中發表的交遞機制來實行介於單元C2A與單元 C2B之間的交遞。然而，由於目前沒有用於使用從CDMA 網路到GS Μ網路之空氣介面的呼叫交遞機制，所以會有問 題。由於CDMA機制無法轉遞執行GSΜ鑑認所需的資料， 所以無法完成GSM鑑認。GSM中之加密不同於CDMA中之 加密β如果將新訊息加入至支援雙模式行動台的空間介 面，則必須修改以支援這些新訊息這是不希望的情況。 這項問題的解決方案是使用通用的訊息，訊息包含能狗 將行動台從CDMA網路轉遞到GSM網路的指令。通用訊息 必須能夠運送實行GS Μ鑑認與加密所需的資料較佳方式 -21· (17) 1317216

為’通用訊息也應支援GSM中的增補功能。換言之所建 立的GSM通訊協定必須維持m至於對現有讓系統 的變更降至最低限度，交遞作業的一部份包括建立用戶識 別 ’並且一旦已實行交遞， 資料機密（加密）。GSM 02.09中提供 操作需求。 说必須維護實體連接的發訊和 用戶識別鑑認的定義及 鑑認程序也用於設定加密鑰。因此，會在網路已建立用 戶識別之後及頻道被加密之前，執行鑑認程序。為達成此 目的需要兩項網路功能，即，鑑認程序本身，及系統之及 鑑認輪與加密鑰之管理。 請記住，理想情況是利用隨時可用的鑿通道（tunneUing) 機制（在交遞情況與非交遞情況期間），並且可能是單向或 雙向。其中一種鑿通道機制是所謂的ADDS (Application Data Delivery Service ;應用資料傳遞服務）訊息及短資料叢發訊 息（short data burst message)，用以在CDMA系統内無障礙傳 遞GSM參數，這些參數通常不會被GSM基地控制器BSC檢 查，然而是雙模式行動台所需的參數。一起使用ADDS訊 息與資料叢發允許在網路的行動服務交換中心（MSC)或其 他網路元件（例如，SMS '方位位置伺服器、0TASP)之間 傳送通用封包承載。系統利用這項做法以在網路與行動台 之間以端對端方式傳遞GSM資訊，而不需對CDMA BSCc或 BTSc進行任何變更。 在圖2所示的網路配置中，ADDS訊息係用於將GSM交遞 資料（例如，時序資訊和鑑認資料）透過85(：(：從MSCc運送至 -22- 1317216

(18) 行動台。然後’行動台使用所謂的MAP (Mobile Application Protocol ;行動應用通訊協定）訊息，以將交遞資料運送至 GSM網路中的MSCg »這只需要稍微改變MSCg，這能夠解 譯M A P訊息中的資料’並且據此控制行動台。當然，也可 使用其他的資料轉遞替代方案。 當行動台位於CDMA與GSM系統之間的邊界時（例如，在 單元C2A中且正在接近單元C2B)，行動台開始交遞處理程 序，其方式為將訊息回傳至MSCc，以向MSCc通知應將行 動台交遞至GSM系統的狀況》 可使用單元資料庫（圖中未顯示），以作為交遞程序的 一部份。資料庫係用來將有關GSM網路的基本資訊提供給 行動台，使行動台能夠視需要來執行CDMA MSC與GSM之 間的交遞。 在GSM系統中，有兩種可用的交遞類型，即，同步式與 非同步式。為了易於實施，最好使用非同步式交遞。因此’ 告知行動台將以非同步交遞方式交遞至GSM。行動台接收 到交遞命令後，行動台先將少許存取叢發（access burst)傳 送至GSM基地台控制器BSCg，直到行動台接收到回傳至 CDMA MSCc的MAP交遞訊息，以促使產生GS Μ鑑認資料， 並且提供給行動台。GSM具有非同步交遞程序，其中資料 叢發可協助BSCg獲取行動台的時序。因此，ADDS包含’動 作時間'訊息，用以指定發生交遞的時間。只有在已接收 到此資料後，行動台才會開始一般傳輸。 介於CDMA與GSM間之交遞的另一項問題為，CDMA和 -23-

1317216 (19) GSM鑑認係使用兩種不同的方法及金鑰。GSM與CDMA IX 的鑑認方法基本上相同，但是金鑰具有不同大小。CDMA IX具有額外的程序，例如，唯一質問及計數（Unique Challenge and Count)方法，分別用於防止頻道攔截及重播攻 擊。為了在GSM系統内使用的CDMA實體層，而不需要大 幅修改GSM MSCg。應在CDMA實體層上重複利用GSM鑑認 方法。這項做法的優點為，系統不需要支援兩種不同類型 的鑑認中心、兩種類型的SIM卡等等。 鑑認程序係由系統與行動台之間的一連_交換所組 成。系統將非可預測的號碼RAND傳輸至行動台。接著， 行動台使用命為A3演算法的演算法來計算結果SRES (也 稱為RAND號碼的簽名）。A3演算法使用RAND和個人用戶 鑑認鑰（Individual Subscriber Authentication Key) Ki 來計算 SRES。用戶鑑認鑰Ki係在客戶第一次訂購服務時配置， 並且會被儲存在SIM (subscriber identity module ;用戶識別模 組）卡中及系統的主位置暫存器（Home Location Register ; HLR)中=Ki是加密法中的私鑰，因此不會透過網路傳輸。 最後，行動台將簽名SRES傳輸至系統，由系統測試其有 效性。 附圖中的圖4顯示GS M MSC中如何實行鑑認。GS Μ中的 鑑認鑰被稱為Ki，並且其長度為1 2 8位元。網路產生亂數 (RAND)，其長度也是128位元。RAND和Ki被輸入至A3演 算法，用以從輸入資料來計算32位元結果（SRES)。也會藉 由空中訊息將RAND亂數傳輸至行動台。在GSM系統中， -24-

1317216 (20) 每個行動台都包含智慧卡，即，所謂的SIM (subscriber identity module ;用戶識別模組）卡。GSM 11.11中指定標準 的SIM鑑認命令。只有命令不會干擾GSM應用的正確運作 時，才能執行這些命令。按照GSM 11.11中的定義，如果 在行動台呼叫期間移除SIM，則會立即終止呼叫。 行動台中/的SIM也會計算SRES，其方式為將A3演算法套 用至所接收的RAND亂數及本機儲存的Ki複本。計算結果 再次是SRES，並且應相同於系統的計算結果。因此，行 動台將結果SRES傳送至網路，由網路比對於網路所計算 的SRES值。如果SRES值都相同，則行動台是真的。在圖2 所示的系統中，在空氣介面上使用ADDS訊息傳輸RAND亂 數，並且傳回結果SRES。 名為A8的演算法也會使用SRES來計算64位元加密或加 密鑰Kc。行動台中的SIM藉由GSM鑑認和加密演算法所產 生的Kc金鑰被提供給CDMA實體層，以取代私用長碼遮罩 (private long code mask，通常係使用CDMA CAVE演算法所產 生）。64位元Kc金鑰被唯一對應至42位元私用長碼，並且 當做"私用長碼遮罩”的基礎以提供語音隱私。整個CDMA 訊息都會傳遞及解譯私用長碼遮罩，而且相同於CAVE演 算法產生的.私用長碼遮罩。在混合式CDMA/GSM網路内， 使用這種語音隱私做法，可允許系統維持唯一鑑認中心及 唯一 SIM類型。 GS Μ在訊框層級執行加密。所有訊框都會使用訊框號碼 及64位元Kc金鑰加密，其中金鑰係按照參考圖4的討論所 -25 -

1317216 衍生出。訊框號碼及Kc遮罩被套用至所有的訊框。在 CDMA IX系統中，使用42位元私用長碼來執行加密。在圖 2所示的混合系統中，配合介於Kc金鑰與元私用長碼之間 的對應演算法對應法，以使用Kc金鑰衍生出4 2位元私用 長碼。這項對應法係在MSCc中執行，然接直接告知BSC 欲使用的私用長碼。 ADDS作業允許在地面通訊網路元件（例如，MSC、SMS、 PDC)與行動台之間無障礙傳遞服務。系統使用這項作業 以將鑑認資訊RAND傳遞至MS，並且將SRES回傳至MSC。 ADDS發訊（messaging)作業從MSCc移至BSCc，並且允許透 過傳呼頻道以將資料傳送至行動台。ADDS傳遞（Transfer) 作業從 BSCc移至MSCc，並且允許透過接取頻道以將資 料從行動台傳送至網路。ADDS遞送（Deliver)作業從MSCc 移至BSCc，或從BSCc移至MSCc，並且允許透過流量頻道 以在行動台與網路之間傳送資料。ADDS參數已被定義為. "ADDS使用者部份”（ADDS User Part)，其包含用於指示應 用資料訊息格式的6位元"資料叢發類型”（Data Burst Type)。ADDS作業利用"ADDS使用者部份"參數以納入服務 特有的資料。鑑認作業利用"ADDS使用者部份"以運載鑑 認資料。所說明的系統使用新的”資料叢發類型"，名為 "GSM-MAP鑑認"（GSM-MAP Authentication)，並且中行動台 據此解譯。 請注意，每當接收端有用於儲存鑑認處理程序相關資訊 的資料庫時，或接收端可存取該資料庫時，就可實施示範 -26- (22) 1317216

性具體實施例。可使用示範性具體實施例的處理器來實施 與某方的某加密機制，及與另一方的另一加密機制。可實 施示範性具體實施例的基本實施，而不需要中間資源的實 禮連接’因為會透過無線媒體進行各方的通訊。 熟知技藝人士應明白，配合本文所發表之具體實施例說 明的各種圖解邏輯方塊、模组、電路及演算法步騾可實施 為電子硬體、電腦軟體或其組合.各種圖解的組件區塊、 模組、電路及步驟已就其功能而論作一般性說明。視特定 應用及影響整個系統的設計限制條件而定，將功能實施成 硬禮或軟禮。熟知技藝人士應明白依據這些情況可交換硬 體或軟體，以及如何針對每項特定應用，使實施說明的功 能最理想》舉例而言，可使用專用積體電路（ASIC)、可程 式規劃邏輯裝置、離散閘極或電晶體邏輯、離散防火牆組 件（如’暫存器及FIFO)、執行一組韌體指令的處理器、任 何傳統可程式規劃軟體模組及微處理器，場可程式規劃閘 極陣列（FPGA)或其他可程式規劃邏輯裝置（pld)、或其任 何的組合，以實施或執行配合本文所發表之具體實施例說 明的各種圖解邏輯方塊、模组、電路及演算法步驟β處理 器可能是微控制器，但是在替代方案中，處理器可能是任 何傳統處理-器、控制器、微控制器或散態機器。軟體模組 可駐存在RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPR〇M 記憶體、EEPROM記憶體、硬碟機、可抽換式磁碟、 CD_ROM、DVD-ROM、暫存器或任何其他磁性或光學儲存 媒體。熟習此項技術者應進一步明白，前面的整份說明書 -27-

1317216 (23) 所提及的指令、命令、資訊、信號、位元、符號及晶片有 利於以電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光場或粒子、 或其任何組會來表示。 因此已參考較佳具體實施例來說明本發明，但是應知 道，所討論的具體實施例僅僅是示範性具體實施例，並且 具有適當知識及熟習此項技術者可進行各種變更和修 改，而不會脫離如隨附申請專利範圍中所定義的本發明精 神或範疇。 圖式代表符號說明 10 系統控制器和交換機 12, 14, 16, B1A to B5A, BIB to B5B 基地台 18, 40, 53 行動台 20a, 22a, 24a, 20b, 22b, 24b 通訊鏈路 30 細胞式通訊網路 MSCc 分碼多向近接（CDMA) 行動交換中心 MSCg GSM行動交換中心 CIA to C5A CDMA系統單元 C1B to C5B GSM系統單元 42, 54 天線 44, 55 - 雙工器 46, 56 CDMA傳輸和接收鏈 48, 57 GSM傳輸和接收鏈 40, 50 基頻帶電路 52, 59 控制器 34 系統間資料鏈路 -28-

Claims (1)

13 1 l〇t035436號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(98年4月） 拾、申請專利範圍 1. 一種實行一行動台交遞之方法，其中該行動台係從一 由第一細胞式通訊系統中之第一行動交換控制台所控 制之第一基地台交遞至一由不同之第二細胞式通訊系 統中之第二行動交換控制台所控制之第二基地台，該 方法包括： 在該行動台量測由該第一基地台所傳輸之一信號的 一參數； 在該行動台量測由該第二基地台所傳輸之一信號的 一參數； 當該等參數到達一預先決定條件時，經由該第一基 地台將一信號品質訊息從該行動台傳達至該第一行動 交換控制台； 在該第一行動交換控制台產生該第二行動交換控制 台之一頻道要求訊息的資訊； 將該資訊從該第一行動交換控制台傳達至該行動 台； 在該行動台上，從來自該第一行動交換控制台的該 資訊產生該第二行動交換控制台之一頻道要求訊息； 以及 將該頻道要求訊息從該行動台傳達至該第二行動交 換控制台。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括在該第二行 動交換控制台產生頻道資訊，用於識別該行動台在該 82362-980424.doc 1317216 第二行動交換控制台中的一頻道。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，進一步包括在該識別頻 道中，建立介於該行動台與該第二基地台之間的通訊。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，進一步包括切斷介於該 行動台與該第二基地台之間的通訊。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該參數對應於信號 強度。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一細胞式通訊 系統是一分碼多向近接（CDMA)系統。 7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該第二細胞式通訊 系統是一 GSM系統。 8. —種行動台，包括： 一第一收發器鏈，其可運作使用一第一細胞式通訊 系統中的一第一基地台來接收及傳輸信號； 一第二收發器鏈，其可運作使用一第二細胞式通訊 系統中的一第二基地台來接收及傳輸信號；以及 一控制器，用於： 量測由該第一基地台所傳輸之一信號的一參數； 量測由該第二基地台所傳輸之一信號的一參數； 當該等參數到達一預先決定條件時，經由該第一 基地台將一信號品質訊息從該行動台傳達至該第一 細胞式通訊系統； 從該第一基地台接收該第二細胞式通訊系統之一 頻道要求訊息的資訊； 從來自該第一基地台的該資訊，產生該第二細胞 82362-980424.doc -2- 1317216 式通訊系統的一頻道要求訊息；以及 將該頻道要求訊息傳達至該第二基地台。 9. 如申請專利範圍第8項之行動台，其中該控制器進一步 用於從該第二基地台接收頻道資訊，以識別該行動台 在該第二細胞式通訊系統中的一頻道。 10. 如申請專利範圍第9項之行動台，其中該控制器被配置 以響應該頻道資訊，其響應方式為，在該識別頻道中， 建立介於該行動台與該第二基地台之間的通訊。 11. 如申請專利範圍第1 0項之行動台，其中該控制器經配 置以響應該頻道資訊，其方式為切斷介於該行動台與 該第二基地台之間的通訊。 12. 如申請專利範圍第8項之行動台，其中該參數對應於信 號強度。 13. 如申請專利範圍第8項之行動台，其中該第一細胞式通 訊系統是一 CDMA系統。 14. 如申請專利範圍第1 3項之行動台，其中該第二細胞式 通訊系統是一 G S Μ系統。 15. 如申請專利範圍第8項之行動台，其中當該第二收發器 鏈處於非作用中狀態時，該第一收發器鏈處於作用中 狀態。 16. 如申請專利範圍第8項之行動台，其中當該第一收發器 鏈處於非作用中狀態時，該第二收發器鏈處於作用中 狀態。 17. —種實行一行動台交遞之裝置，其中該行動台係從由 一第一細胞式通訊系統中之一第一行動交換控制台所 82362-980424.doc

1317216 控制之一第一基地台交遞至由一第二細胞式通訊系統 中之一第二行動交換控制台所控制之一第二基地台， 該裝置包括： 量測由該第一基地台所傳輸之一信號的一參數之信 號量測構件，用於在該行動台量測由該第一基地台所 傳輸之該信號的該參數； 量測由該第二基地台所傳輸之一信號的一參數之信 號量測構件，用於在該行動台量測由該第二基地台所 傳輸之該信號的該參數； 傳達一信號品質訊息之構件，用於當該等參數到達 一預先決定條件時’經由該第一基地台將該信號品質 訊息從該行動台傳達至該第一行動交換控制台； 產生資訊之構件，用於在該第一行動交換控制台產 生該第二行動交換控制台之一頻道要求訊息的該資 訊； 傳達該資訊之構件，用於將該資訊從該第一行動交 換控制台傳達至該行動台； 產生一頻道要求訊息之構件，用於在該行動台上， 從來自該第一行動交換控制台的該資訊產生該第二行 動交換控制台之該頻道要求訊息；以及 傳達該頻道要求訊息之構件，用於將該頻道要求訊 息從該行動台傳達至該第二行動交換控制台。 18.如申請專利範圍第1 7項之裝置，進一步包括產生頻道 資訊之構件，用於在該第二行動交換控制台產生該頻 道資訊，用於識別該行動台在該第二行動交換控制台 82362-980424.doc -4- 1317216 中的一頻道。 19. 如申請專利範圍第18項之裝置，進一步包括通訊建立 構件，用於在該識別頻道中，建立介於該行動台與該 第二基地台之間的通訊。 20. 如申請專利範圍第19項之裝置，進一步包括斷線構 件，用於切斷介於該行動台與該第二基地台之間的通 訊。 21. 如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該參數對應於信 號強度。 22. 如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該第一細胞式通 訊系統是一 CDMA系統。 23. 如申請專利範圍第22項之裝置，其中該第二細胞式通 訊系統是一 G S Μ系統。 24. 如申請專利範圍第22項之裝置，其中該第二細胞式通 訊系統是一 GPRS系統。 82362-980424.doc