通信系統中允許移動站到移動站的呼叫的方法和設備的製作方法
2023-06-12 20:12:11
專利名稱：通信系統中允許移動站到移動站的呼叫的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信系統中兩個無線移動站之間的呼叫，而且更具體地涉及降低兩個無線移動站之間發送的信號的延遲量的方法和設備以及一種對移動站到移動站呼叫加密的方法。
背景技術：
圖1說明了衛星通信系統的框圖。衛星11與至少一個地面站或中心站10以及多個移動站12通信。衛星包括多波束天線。每個移動站由來自多波束天線的恰當天線點波束服務。中心站10使用-例如-C波段或Ka波段頻率與衛星通信，而衛星在上行鏈路方向上使用-例如-L波段頻率、在下行鏈路方向上使用-例如-S波段頻率與移動站通信。在大多數情況下，大多數呼叫在移動站和連接到公共交換電話網(PSTN)13的普通電話之間進行。中心站10從PSTN13接受呼叫並通過衛星11將它們中繼到移動站12，反之從移動站12接受由衛星11中繼的呼叫並將呼叫連接到PSTN13。小部分呼叫可能是移動站到移動站的呼叫，其中中心站10直接將移動站彼此連接，而不必讓PSTN參與。在這種情況下，來自一個移動站的信號通過衛星11中繼到中心站10，中心站10處理該信號並將信號通過衛星11發送到接收移動站。
在每個天線波束中，其中一個中繼信號執行呼叫信道(尋呼信道)和廣播信道的功能。這個信道傳輸該波束中的移動站需要的系統信息(廣播信息，例如波束ID、衛星移動信息，等)以及尋址到單個移動站(網絡始發的呼叫或尋呼)的信息。由於每個呼叫信道僅用於其波束中的移動站接收，大體上，都卜勒頻移可以由波束中所有移動站所感知的平均值來粗略糾正。例如，都卜勒頻移可以設計為在波束中心為零。適於實現本發明的地面站和衛星結構的例子可以在題為「ACellular/Satellite Communication System With ImprovedFrequency Reuse」的U.S.Patent Application No.08/179,953中找到，該專利在這裡結合作為參考。
圖2中說明了典型的蜂窩通信系統。圖2說明在典型蜂窩移動無線通信系統中的10個服務小區，C1-C10。一般，蜂窩移動無線系統會以大於10個服務小區來實現。但是，為了簡單起見，本發明可以使用圖2中說明的簡化表示來解釋。每個服務小區，C1-C10，各有一個基站B1-B10，與相應的服務小區具有相同的參照號。圖2說明的基站處於服務小區中心附近並且具有全向天線。基站也可以處於服務小區的邊緣並使用方向性天線。
圖2也說明了9個移動站，M1-M9，在服務小區內可移動並能從一個服務小區到另一個。在典型的蜂窩無線系統中，通常會超過9個蜂窩移動站。實際上，一般移動站的數目會是基站的很多倍。但是，為了解釋本發明的目的，較少的移動站數目也足夠了。圖2中也說明了移動業務交換中心MSC。移動業務交換中心MSC通過電纜與所有基站連接。移動交換中心MSC也通過電纜與固定交換電話網或類似的固定網連接。從移動業務交換中心MSC到基站B1-B10的所有電纜以及到固定網的電纜沒有表示。除了所說明的移動業務交換中心，也存在其它的移動業務交換中心，通過電纜連接到圖2中所示以外的其它基站。除了電纜，其它裝置，例如固定無線鏈路，也可以在基站和移動業務交換中心之間使用。移動業務交換中心MSC、基站、以及移動站都是計算機控制的。
在現有技術系統中，當第一移動站要聯繫第二移動站時-它們都由相同基站或中繼站來服務，來自第一移動站的信號要送到基站，然後轉發到連接該基站的移動業務交換中心。移動業務交換中心處理所接收的信號並將它們發回基站，基站將該信號轉發到第二移動站。
在地球表面最大距離軌道上的通信衛星，作為行動電話用戶終端和連接到公共交換電話網的基站之間的中繼站。在這種系統中操作的行動電話最好是雙模式類型的，既可以在陸地基站蜂窩系統中工作，如果超出了蜂窩基站的範圍也可以通過衛星工作。通過衛星通信的一個缺點是必須將信號在衛星和地面站之間來回中繼，導致額外的傳播延遲，給維持通話的工作造成麻煩。幸運的是，只有小部分呼叫是移動站到移動站呼叫而且雙方是通過衛星連接的。
通過中繼站通信的另一個缺點是很容易進行竊聽。因此，希望對行動電話呼叫加密。通常每個移動站提供一個唯一的密鑰，系統操作者稱為「A密鑰」。A密鑰也存儲在計算機網的資料庫中，該網絡能夠防止未授權的訪問。此外，A密鑰不是直接用於對通信加密，而是在鑑權過程中用於確認行動電話所聲明的標識，並計算一個臨時密鑰或「B密鑰」用於對通話加密。但是，現有技術不允許直接中繼由一個移動站為接收而加密並由另一個移動站解密的信號，因為它們不能產生相同的B密鑰。這可以通過在衛星中用一個密鑰加密並用另一個密鑰重新加密來解決。但是，這樣需要星上處理每個移動站到移動站呼叫，而且星上要傳輸並存儲很多B密鑰。本發明的一個目的是提供一種機制，在任何兩個移動站之間建立一個公用密鑰，因此避免星上或其它中繼站中必需的複雜信號處理。
發明內容
本發明的目的是提供一種方法和設備，允許通過公共中繼站的移動站到移動站呼叫，降低系統中出現的時延，並允許對發往或發自移動站的信號加密。
根據本發明的一個實施例，揭示了一種通信系統，當第一無線電話呼叫第二無線電話時降低環路延遲，其中第一和第二電話是由相同中繼站服務的。該通信系統包括與第一和第二無線電話通信的中繼站。處於中繼站中的轉發器裝置將在第一頻段上從一個移動站接收的信號在第二頻段上中繼到另一個移動站。此外，轉發器將接收信號發送到一個控制裝置，該裝置使用控制信息控制轉發器裝置的操作。
根據本發明的另一個實施例，揭示了一種方法，對通過移動衛星通信系統中的衛星中繼的兩個移動站之間的呼叫加密。當第一移動站請求與第二移動站的加密連接時，系統確定第二移動站是否只能通過衛星聯絡。當第二移動站只能通過衛星聯絡時，系統在衛星中為該呼叫分配一個直接的移動站到移動站轉發器信道。此外，系統分配一個兩個移動站都使用的加密碼。系統將轉發器信道的標識以及加密碼發送到第一移動站。此外，系統將轉發器信道的呼叫標識以及加密碼通知第二移動站。最後，系統連接該呼叫，其中兩個移動站都使用所分配的加密碼。
附圖的簡要描述對本領域的一個一般技術人員來說，從如下所寫的用於結合附圖的描述中，可以很容易地明確發明的這些以及其它特徵，其中圖1說明了衛星通信系統；
圖2說明了標準的蜂窩通信系統；圖3說明了根據本發明一個實施例的衛星通信系統；圖4說明了根據本發明一個實施例的蜂窩通信系統；圖5說明了根據本發明一個實施例的移動站到移動站呼叫的轉發器；圖6是說明根據本發明一個實施例的加密方法的流程圖。
詳細描述現在將參考衛星通信系統描述本發明。本領域的一個技術人員將會理解本發明可以應用於其它通過中繼系統在兩個用戶站之間中繼消息的系統。
現在將參考圖3描述本發明。中繼站30使用第一頻段從移動站32和34接收無線信號，並使用第二頻段或陸地線路將它們中繼到移動交換中心36。中繼站30使用第三頻段或陸地線路從移動交換中心36接收信號，並使用第四頻段將它們中繼到移動站，第四頻段可以與第一頻段相同。移動交換中心控制之下的中繼站中提供轉發器，並能夠受控使中繼站或者中繼在第一頻段上從一個移動站接收的信號到第四頻段上的另一個移動站，反之亦然，藉此提供直接的移動站到移動站的通信，旁路移動交換中心36。中繼站也可以使用第二頻段繼續將移動信號中繼到移動交換中心，移動交換中提取稱為慢關聯控制信道(SACCH)消息的信令消息。
SACCH消息報告移動站的狀態以及匯報移動站所接收的信號質量。來自一個移動站的SACCH可以由另一個移動站接收並由接收移動站使用，作為增加或降低發射機功率的指示。從兩個移動站中繼到移動交換中心36的SACCH消息可以由移動交換中心36用於各種目的，例如增加或降低轉發器30發送到各移動站32和34的功率。
此外，移動站可以使用快關聯控制信道(FACCH)發送或接收緊急消息。通過在一般由語音或用戶信息所佔據的發送信息流中取一個位置來容納FACCH信道。由任一移動站發送的FACCH消息可以在移動交換中心接收並在收到呼叫終止消息時接收，構成移動交換中心一部分的計費計算機停止累計呼叫計費。然後MSC計算機可以向轉發器30發送一個控制信號，終止直接的移動到移動中繼連接，並且可以向兩個移動站發送一個作為FACCH消息的清除確認。為了從MSC向移動站發送清除FACCH消息或其它命令，MSC可以控制轉發器30，暫時中斷直接的移動到移動中繼操作中的一個信號單元，例如一個TDMA突發，以便插入它自己的FACCH消息。如果在一段超時時間後沒有從一個移動站讀到有效的SACCH或FACCH消息，移動交換中心也可以結束中繼操作並發送清除消息。
根據本發明的另一個實施例，在中繼站中提供可以解調-重調製信號的轉發器，如圖4中所說明的。通過解調-重調製轉發器52，中繼站中的接收機50對來自一個移動站54的信號接收並解碼，然後重編碼並發送到另一個移動站56。此外，中繼站可以將信號發送到移動交換中心58。轉發器可以由移動交換中心控制，從來自一個移動站的SACCH消息中分離出話音或用戶數據，並用從MSC接收的消息代替SACCH消息，與語音或用戶數據一起發送到另一個移動站，反之亦然。
圖5表示處理移動到地面以及移動到移動呼叫的轉發器框圖。使用饋送鏈路天線100，在通常為K或C波段頻率上，從地面(中心)站接收信號。饋送鏈路接收機和發射機101分別執行接收信號的下變頻以及發送信號的上變頻。下變頻之後，接收信號在寬帶A到D轉換器103中數位化，這樣後面可以進行數字濾波。數字濾波以及單個200KHz信號的分離在信道分裂單元104中執行。根據要分離的信道數目以及它們相對的間隔，信道分裂單元104可以使用一組數字FIR濾波器或加窗快速傅立葉變換，它們都在本技術領域的當前狀態下。
在饋送鏈路上接收的分離的信道信號，作為復基帶信號被饋送到數字FDM復接器105。FDM復接器執行從信道分裂器104中選擇單個饋送鏈路信號，並為發送到移動單元的每個下行鏈路波束分別選擇從移動單元接收的信號，並將信號轉換到數字域中合適的相對信道頻率。然後每個波束的復接數位訊號被轉換成模擬中頻IF信號，傳遞到多波束髮射機106，在那裡上變頻並放大，以便在L/S波段通過多波束髮射天線107發送。
多波束接收天線108從移動單元接收信號。發射天線107以及接收天線108可以是不同的相位陣列、包括發射/接收雙工濾波器的相同相位陣列、或者帶有發送/接收雙工濾波器的多饋源發射天線、或單獨為發射和接收優化的獨立的多饋源反射天線。
從移動站接收的信號在多波束接收機單元109中處理，109可包括單獨為每個天線饋源的AD轉換以及數字波束成形-如果需要的話。數字波束成形可對直接輻射陣列和反射陣列都有好處，如1994年1月11日提交的U.S Patent Application No.08/179,953中所揭示的，在這裡結合作為參考。
多波束接收機單元109目前優選地以數字形式將信號傳遞到每個波束的數字FDM信道分裂單元110，單元110可以-例如-包括每個波束的FIR濾波器陣列，將上行鏈路信號分成200KHz或50KHz的信道。分離的200KHz信道信號通過可編程的路由選擇單元111而路由選擇到數字FDM復接器112以便解復接，通過饋送鏈路發射機101和天線100發送到地面網。此外，某些所收的要轉發到其它移動單元、而不首先發送到地面網的移動信號被分成50KHz的信道並經過4∶1的時間壓縮，轉換成四分之一突髮長度的200KHz信道信號。壓縮的信號被路由選擇到數字FDM復接器105，復接到恰當的下行鏈路載波和波束中，以便目標移動站接收。
每個波束的數字FDM復接器最好是完全可編程地選擇通過饋送鏈路接收機101或通過L/S波段接收機109接收的任何信號，以便復接到任何下行鏈路L/S波段頻率和任何波束。類似地，每個波束的數字FDM信道分裂單元110優選地通過輸入命令編程，以便對任何波束中的任何上行鏈路載波頻率上接收的任何L/S波段上行鏈路信號濾波。通過對每個波束的FDM信道分裂單元110內FTR濾波器的中心頻率編程，可以確定波束到波束頻率復用方案，以便將同頻幹擾(C/I)控制到可接受的水平。
配置饋送鏈路數字信道分裂器104、FDM復接器105和112、信道分裂器104、110以及路由選擇單元110的命令由命令接收機102從地面網接收，並傳遞到單個單元。
可以理解單元104、105、110、111和112可以是各種形式的相同的數位訊號處理器，具有共享的信號抽樣存儲器，因此單元之間信號的路由選擇可以通過規定信號抽樣將被放置或獲取的存儲器地址來實現。上述在50KHz信道中接收的抽樣經時間壓縮得到200KHz帶寬的信號，可以僅通過將抽樣以第一抽樣率寫入所述存儲器並以第二抽樣率從存儲器中讀出來實現。
在所發明的移動衛星通信的TDMA格式中，12個連續的16時隙幀中的TDMA突發包括用戶話音或數據業務，而第13幀包括稱為SlowAssociated Control Channel(SACCH慢關聯控制信道)的信令信息。SACCH突發一般在地面網中產生以便控制移動操作，或在移動站中產生以便向網絡發送狀態信息。因此將一個移動站中產生的SACCH發送到另一個移動站是不合適的。
所發明的轉發器可以在數字FDM復接器105中包括定時裝置，從1計數到13，以便確定SACCH突發何時到來。從移動站接收的SACCH突發總是通過路由選擇單元11和饋送鏈路復接器112路由選擇到地面，但是通過單元105選擇而停止發送到另一個移動站，而是通過信道分裂單元104將從地面網接收的SACCH突發轉發。用這種方式，話音和數據業務被直接從移動站路由選擇到移動站，因此避免了雙重的往返延遲，而來自移動站的SACCH狀態信息繼續被路由選擇到地面網，來自網絡的控制命令繼續被路由選擇到移動站。用這種方式，網絡能夠得到對移動功能的控制，例如定時和功率電平，並能夠監視和控制移動到移動的連接以便計費。用這種方式，只要是話音或用戶數據，就在移動站之間直接傳遞，旁路移動交換中心，但是對於SACCH消息則是移動站單獨與移動交換中心通信。類似地，對於FACCH消息，移動交換中心可以控制轉發器將移動站發送的語音、用戶數據或FACCH消息替換為移動交換中心發送的FACCH消息，以便另一個移動站接收，反之亦然。用這種方式替換的SACCH或FACCH消息為移動交換中心提供了一種控制從移動站發送的功率或定時改變的方法，這些移動站彼此是直接連接的，這樣從不同移動站到達中繼站的突發傳輸不會重疊並構成了時分復接信號幀。
根據本發明的另一個實施例，揭示了一種方法，對通過相同衛星中繼站在兩個移動站之間發送的信號加密，如圖6所示。在呼叫建立時，移動站通過衛星通信系統中的衛星與網絡計算機聯繫，向它提出與另一個移動站的加密連接的請求。當確定另一個移動站只能通過衛星聯絡時，網絡計算機在衛星中繼站中分配一條直接的移動到移動轉發器信道用於通信。但是如果確定呼叫可以通過基於陸地的通信系統連接到第二移動站，就在基於陸地的系統中為呼叫分配一條信道。網絡計算機向請求移動站提供所選信道的標識。然後，網絡計算機分配一個兩個移動站使用的密鑰，並將它用移動站的A密鑰加密傳遞到第一移動站，或者用最後鑑權過程中計算的移動站B密鑰加密。然後，網絡計算機聯繫被叫移動站，並通知它有呼叫、所分配的轉發器信道、以及使用被叫移動站的A密鑰或者鑑權過程中最後計算的B密鑰加密的分配的密鑰。
移動站的A密鑰可以存儲在所謂智慧卡中，卡中帶有一個處理器，能夠執行鑑權算法並產生B密鑰。可以禁止智慧卡輸出A密鑰並限制輸出臨時的B密鑰，B密鑰可能僅用於單次通話或處理，隨後擦除。在這種情況下，移動到移動呼叫可以包括網絡計算機同時命令主叫和被叫移動站使用網絡提供的隨機詢問進行鑑權，然後使用所產生的B密鑰解密被加密的密鑰以便得到用於直接的移動到移動加密的公共密鑰。
根據本發明的另一個實施例，提供了一種連續鑑權過程，連續確認已經由移動交換中心授權了直接中繼連接的移動站標識。該移動站發送的信號，用移動交換中心與每個移動站之間的鑑權處理的呼叫建立過程中建立的密鑰進行加密。最初的鑑權過程以及隨後的加密可以根據-例如-U.S.Patent Nos.5,091,942；5,282,250以及5,060,266進行，所有這些專利在這裡結合作為參考。
移動交換中心監視加密傳輸，而且如果傳輸不滿足所建立的密鑰，移動交換中心可以終止該連接並指示計費計算機停止累計費用，並確定只對有效信號連接過程計費。或者，移動交換中心可以周期性地發出SACCH消息，命令移動站遵守鑑權計算並返迴響應。如果響應無效或者在規定時間段內沒有收到，移動交換中心可以終止該連接並指示計費計算機停止累計費用，只對有效響應所確認的連接時間向用戶計費。
本領域的一般技術人員將會同意本發明可以在不背離其精神或核心特徵的前提下以其它特定形式來實施。因此目前揭示的實施例，從各個方面來考慮都是說明性而不是限制性的。發明範圍由所附權利要求指明，而不是前面的描述，在同等意義和範圍內所做的所有修改都認為是包括於其中的。
權利要求
1．一種通信系統，在第一移動站呼叫第二移動站時能夠降低環路時延，所述第一和第二移動站由同一中繼站服務，該系統包括與所述第一和第二移動站通信的所述中繼站；處於所述中繼站中的轉發器裝置，將第一頻段上從一個移動站接收的信號在第二頻段上中繼到另一個移動站；以及使用控制信息控制所述轉發器裝置操作的控制裝置。
2．根據權利要求1的通信系統，其中所述中繼站是基於陸地的蜂窩通信系統中的基站。
3．根據權利要求1的通信系統，其中所述中繼站是衛星通信系統中的衛星。
4．根據權利要求1的通信系統，其中所述中繼站包括彈性緩衝器，暫時存儲從移動站接收的信號。
5．根據權利要求1的通信系統，其中所述轉發器裝置也將從移動站接收的信號發送到控制裝置，當產生所述控制信息時控制裝置使用該信號。
6．根據權利要求1的通信系統，其中所述控制裝置是移動交換中心。
7．根據權利要求5的通信系統，其中所述控制裝置調整將控制信息發送到轉發器的功率。
8．根據權利要求5的通信系統，其中使用控制信息暫時中斷第一和第二移動站之間的通信，來自所述控制裝置的消息可以被中繼到所述移動站之一。
9．根據權利要求8的通信系統，其中所述消息是快關聯控制信道消息。
10．根據權利要求8的通信系統，其中所述消息是慢關聯控制信道消息。
11．根據權利要求1的通信系統，其中所述轉發器是解調-重調製轉發器。
12．一種方法，在移動衛星通信系統中提供對通過衛星中繼的兩個移動站之間的呼叫加密，包括如下步驟請求與第二移動站的加密連接；確定第二移動站是否只能通過衛星中繼站聯絡；當第二移動站只能通過衛星中繼站聯絡時，在衛星中為該呼叫分配直接的移動到移動轉發器信道；分配將由兩個移動站使用的第一密鑰；向第一移動站發送所述轉發器信道的標識以及所述第一密鑰；通知第二移動站有呼叫、所述轉發器信道的標識以及所述第一密鑰；並且連接該呼叫。
13．根據權利要求12的方法，其中所述系統使用第二密鑰向第一移動站發送轉發器信道的標識以及第一密鑰。
14．根據權利要求13的方法，其中第二密鑰是第一移動站的A密鑰。
15．根據權利要求13的方法，其中第二密鑰是第一移動站的B密鑰。
16．根據權利要求12的方法，其中所述系統使用第三密鑰向第二移動站發送轉發器信道的標識以及所述第一密鑰。
17．根據權利要求16的方法，其中第三密鑰是第二移動站的A密鑰。
18．根據權利要求16的方法，其中第三密鑰是第二移動站的B密鑰。
19．一個鑑權過程，確認已經授權了直接中繼連接的移動站的標識，包括如下步驟在呼叫建立過程中，建立一個密鑰，對移動站所發信號加密；在移動交換中心周期性地監視並將移動站之間所發的加密信號與所述建立的密鑰相比較；當加密信號與所述建立的密鑰不對應時，終止連接。
20．根據權利要求19的鑑權過程，其中所述移動交換中心連續地監視加密信號。
21．一個鑑權過程，確認已經由移動交換中心授權了直接中繼連接的移動站的標識，包括如下步驟在呼叫建立過程中建立一個預定的鑑權計算；周期性地從所述移動交換中心發出SACCH消息，指示至少一個移動站執行預定的鑑權計算；將所述預定鑑權計算的結果發送到所述移動交換中心；當結果無效時終止連接。
22．根據權利要求21的鑑權過程，其中當在預定時間段內沒有收到結果時連接終止。
全文摘要
揭示了一種通信系統,當第一無線電話呼叫第二無線電話時能夠降低環路延遲,其中第一和第二電話由同一中繼站服務。該通信系統包括與第一和第二無線電話通信的中繼站。位於中繼站中的轉發器將第一頻段上接收的來自一個移動站的信號在第二頻段上中繼到另一個移動站。此外,轉發器向使用控制信息控制轉發器操作的控制器發送該接收信號。
文檔編號H04B7/15GK1231784SQ97198190
公開日1999年10月13日 申請日期1997年7月23日 優先權日1996年7月30日
發明者P·W·登特, S·欽納克舒, R·拉梅斯, S·L·雷恩霍德 申請人:艾利森公司