DE19580642C2

DE19580642C2 - Verfahren zum Autorisieren einer Basisstation und zur Authentifikation einer Basisstation und einer Autorisiervorrichtung

Info

Publication number: DE19580642C2
Application number: DE19580642T
Authority: DE
Inventors: Michael J Schellinger
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2015-03-10
Also published as: SE9504552L; GB2325378B; SE0201557D0; KR100221507B1; CA2165075A1; RU2138915C1; DE19580642T1; BR9506193A; US5488649A; SE0201557L; JPH09500256A; GB9526239D0; CN1128605A; WO1995031079A1; GB2325378A; AU2118295A; US6212415B1; GB2294612B; SE9504552D0; SE518653C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Autorisieren einer Basisstation und zur Au thentifikation einer Basisstation und einer Autorisiervorrichtung und bezieht sich all gemein auf tragbare Telefone und die Gültigmachung einer Kommunikationsver bindung zwischen einer Kommunikationsvorrichtung und einer Autorisiervorrichtung.

Schnurlose Telefonsysteme umfassen typischerweise einen tragbaren, schnurlosen Handapparat und eine schnurlose Basisstation, die mit einem Fernsprechsystem einer Telefongesellschaft über landgebundene Telefonleitungen verbunden ist. Die schnur lose Basisstation hat eine zugeordnete Landleitungstelefonnummer, die es dem Be nutzer gestattet, Rufe abzusetzen und zu empfangen, indem er den schnurlosen, tragbaren Handapparat innerhalb eines beschränkten Bereiches der schnurlosen Ba sisstation, wie beispielsweise in einer Wohnung, benutzt. Durch ihren begrenzten Be reich versorgen die schnurlosen, tragbaren Handapparate den Benutzer nur mit einer relativ lokalen Funktelefonkommunikation.

Eine Funktelefonkommunikation außerhalb des Bereichs des schnurlosen Telefonsy stems kann dem Benutzer über ein zellulares Telefonsystem geboten werden. Ein zellulares Telefonsystem umfaßt typischerweise zellulare Teilnehmereinheiten (mobil oder tragbar) und zellulare Basisstationen, die mit einem Landleitungstelefonsystem über eines oder mehreres zellulare Vermittlungsnetzwerke verbunden sind. Jede zellu lare Teilnehmereinheit besitzt eine damit verbundene zellulare Telefonnummer, die es dem Benutzer gestattet, Telefongespräche in einem weitgespreizten Bereich der zellu laren Basisstationen, wie beispielsweise in einem Stadtgebiet, abzusetzen und zu empfangen. Die Kosten für die Benutzung des zellularen Telefonsystems sind jedoch viel größer als der schnurlose Telefonservice.

Es wird ein schnurloses Kommunikationssystem, das ein tragbares, zellulares, schnurloses Funktelefon (PCC) umfaßt, gezeigt. Das PCC besitzt die Fähigkeit mit einem konventionellen zellularen Funktelefonsystem zu kommunizieren, das eine Vielzahl von zelluaren Basisstationen aufweist, mit einer mikrozellularen Basisstation oder einer schnurlosen Basisstation, die eine private Telefonleitungsverbindung mit dem Telefonnetz für den Benutzer des PCC bietet. Das schnurlose Kommunikations system verwendet eine Autorisier- und Rufleitwegevorrichtung, um eine Rufleitwegin formation an ein Telefonvermittlungssystem zu liefern. Somit leitet das Vermitt lungssystem automatisch Telefonrufe zwischen den zellularen, mikrozellularen und schnurlosen Systemen. Die Autorisier- und Rufleitwegvorrichtung authentifiziert auch die schnurlose Basisstation 115, Kanäle zu benutzen. Es existiert jedoch ein Problem sowohl für den Betreiber des Telefonnetzwerks als auch den Benutzer des PCC. Ins besondere der Betreiber des Telefonnetzwerkes muß gewährleisten, daß ein Benutzer des PCC nicht fälschlicherweise Zugang zu Diensten im System erhält, zu deren Be nutzung der Benutzer nicht authentifiziert ist. In ähnlicher Weise muß der Benutzer des PCC gewährleisten, daß das zellulare System, zu dem er Zugang erhält, nicht ein gefälschtes System ist (das heißt, ein System, das durch einen unberechtigten Betrei ber errichtet wurde, der das Spektrum illegal verwendet).

Somit besteht ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur Gültigmachung einer Kommu nikationsverbindung zwischen einer schnurlosen Basisstation und der Autorisier- und Rufleitwegeeinrichtung, um zu gewährleisten, daß es dem PCC gestattet ist, im Kommunikationssystem zu arbeiten, und daß es der Autorisier- und Rufleitwegevor richtung gestattet ist, ein Spektrum des Kommunikationssystems zuzuweisen.

Die EP 480 833 A beschreibt eine Funktelefoneinrichtung bestehend aus einer Basis station und einem Handgerät, das ein Mobilfunk- oder ein Schnurlostelefon sein kann. Die Basisstation sendet ein Schlüsselwort, das eine Zufallszahl enthält, an das Hand gerät. Das Handgerät erzeugt daraus einen Wert SRES unter Verwendung einer kryptographischen Funktion und eines geheimen Schlüssels und sendet diesen Wert an die Basisstation zurück. In der Basisstation wird dieser Wert ebenfalls unter Ver wendung desselben Algorithmus berechnet. Wenn beide SRES-Werte identisch sind, ist die Authentizität bestätigt.

H.-J. Forst, VDI-Verlag GmbH, Berlin und Offenbach 1991, Seiten 61-62 "Drahtlose Telekommunikation" beschreibt ein Verfahren zur Identifikation eines Benutzers und zur Authentifikation einer Chipkarte und eines Telefonsystems. Die Authentifikation erfolgt unter Verwendung von Zufallszahlen und geheimen Schlüsseln in einer ähnli chen Art und Weise, wie in EP 480 833 A1 beschrieben.

Aus der WO 93/17529 A1 ist ein Telekommunikationssystem bekannt, in dem Schnurlostelefone und zugeordnete Basisstationen in einem zellularen System inte griert sind. Die Authentifikation zwischen einem Schnurlostelefon und der Basisstation erfolgt in ähnlicher Weise wie oben beschrieben, unter Verwendung eines Algorithmus F. Die Authentifikation zwischen einem mobilen Teilnehmer und Einheiten des zellula ren Systems erfolgt in äquivalenter Art und Weise unter Verwendung eines weiteren Algorithmus. Die Druckschrift beschreibt weiterhin die Eingliederung des Algorithmus F in ein in den vorstehenden Einheiten enthaltenes Authentifikationszentrum, um die Authentifikation eines Schnurlostelefons in dem zellularen System durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Verfahren anzugeben, die es ermöglichen, ein tragbares schnurloses Mobilfunktelefon (PCC) zur Kommunikation mit der Basis station zu autorisieren, wobei die Kontrolle über das Frequenzspektrum gewahrt bleibt.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche 1, 8 und 9 gelöst.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert:

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Betriebskonfiguration für ein tragbares Funktelefon, in welcher man mit dem gleichen tragbaren Funktelefon Zugang zu meh reren Systemen, einschließlich sowohl eines zellularen Systems als auch eines schnurlosen Systems, erhalten kann.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Autorisier- und Rufleitvorrichtung (ACRE).

Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine typische Anordnung der Abdeckungsgebiete von schnurlosen, mikrozellularen und zellularen Systemen zeigt.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer schnurlosen Basisstation, die die Erfindung verwenden kann.

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines tragbaren Funktelefons, das die Erfindung verwenden kann.

Fig. 6 ist ein Zeitdiagramm des Systemabtastverfahrens, das im tragbaren Funktelefon der Fig. 5 verwendet werden kann.

Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm der Registriernachrichtensequenz

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das die schnurlose Basisstation der Fig. 4 ver wenden kann, um zu bestimmen, welcher Kanal für die Kommunikation mit dem Funktelefon der Fig. 5 verwendet werden soll.

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, des die schnurlose Basisstation der Fig. 4 in Kombination mit dem Flußdiagramm der Fig. 10 verwenden kann, um zu bestimmen, welche Kanäle minimale Kanalkriterien erfüllen.

Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, das die schnurlose Basisstation der Fig. 4 in Kombination mit dem Flußdiagramm der Fig. 9 verwenden kann, um zu bestimmen, welche Kanäle minimale Kanalkriterien erfüllen.

Fig. 11 ist ein Flußdiagramm, das die schnurlose Basisstation der Fig. 4 ver wenden kann, um zu bestimmen, welcher Kanal die beste Kanalqualität aufweist.

Fig. 12 ist ein vereinfachtes Schaubbild des zellularen Spektrums.

Fig. 13 ist ein Flußdiagramm, das die schnurlose Basisstation der Fig. 4 nach einer Initialisierung verwenden kann.

Fig. 14 ist ein Flußdiagramm, das die schnurlose Basisstation der Fig. 4 nach einer Initialisierung verwenden kann.

Fig. 15 ist ein allgemeines Blockdiagramm eines Verfahrens zur Authentifika tion der schnurlosen Basisstation und ACRE.

Fig. 16 ist ein Blockdiagramm des Verfahrens zur Authentifikation der schnur losen Basisstation.

Fig. 17 ist ein Blockdiagramm des Verfahrens zur Erzeugung des Authentifi zierergebnisses einer schnurlosen Basisstation, das in den Schritten 626 und 631 der Fig. 16 gezeigt ist.

Fig. 18 ist ein Blockdiagramm des Verfahrens der Authentifikation von ACRE.

Fig. 19 ist ein Blockdiagramm des Verfahrens zur Erzeugung eines ACRE- Authentifizierergebnisses, das in den Schritten 666 und 667 von Fig. 18 gezeigt ist.

Fig. 20 ist ein Blockdiagramm des Verfahrens zum Aktualisieren des Drahtlei tungsinterfaceschlüssels (WIKEY).

Fig. 21 zeigt das Signalprotokoll für Signale, die zwischen der schnurlosen Ba sisstation und dem ACRE übertragen werden.

Das Verfahren der Erfindung dient ganz allgemein zur Gültigmachung eine Kommuni kationsverbindung in einem Kommunikationssystem. Insbesondere validiert das Ver fahren eine Kommunikationsverbindung zwischen einer schnurlosen Basisstation und einem Authentifikations- und Rufleitsystem durch eine Authentifikation der schnurlo sen Basisstation zur Kommunikation mit der Autorisiereinrichtung und zur Authentifi kation der Autorisiereinrichtung zur Kommunikation mit der schnurlosen Basisstation. Der Schritt der Authentifikation der schnurlosen Basisstation basiert vorzugsweise auf einer ersten Zufallszahl, die in einer Autorisiereinrichtung erzeugt wird, und der Schritt der Authentifikation der Autorisiereinrichtung basiert auf einer zweiten Zufallszahl, die in der schnurlosen Basisstation erzeugt wird. Es wird eine Kommunikationsverbindung zwischen der schnurlosen Basisstation und der Autorisiereinrichtung gewährt, wenn sowohl die schnurlose Basisstation als auch die Autorisiereinrichtung authentifiziert wurden.

Ein verallgemeinertes Blockdiagramm einer Anwendung der Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Ein tragbares, zellulares, schnurloses (PCC) Funktelefon 101 ist gezeigt, das die Fähigkeit besitzt, mit einem konventionellen, zellularen Funktelefonssystem 103 zu kommunizieren, das eine Vielzahl von zellularen Basisstationen 105, 107 aufweist, die an geographisch getrennten Orten derart angeordnet sind, daß sie eine Funktelefon abdeckung über ein großes geographisches Gebiet gewährleisten. Die zellularen Ba sisstationen sind mit einem Steuerterminal 109 verbunden, das eine Koordination un ter der Vielzahl der zellularen Basisstationen vornimmt, einschließlich der Handappa rate der zellularen und tragbaren Ausrüstung der Benutzer, und das eine Rufvermitt lung und eine Verbindung zum öffentlichen Telefonnetz 111 (hier als "TELCO" be zeichnet) bietet.

Das PCC 101 hat weiterhin die Fähigkeit, mit einer mikrozellularen Basisstation 113 zu kommunizieren, die eine zellulare Zusatzzelle darstellt, die eine geringere Energie und eingeschränkte Möglichkeiten besitzt, die aber für bestimmte Gebiete, wie bei spielsweise Einkaufzentren, Flughäfen, u. s. w. einen öffentlichen Funktelefonservice bietet. Die mikrozellulare Basisstation 113 ist mit dem landgebundenen TELCO 111 Telefonsystem verbunden, so daß Rufe zum TELCO abgesetzt werden können.

Das PCC 101 besitzt weiterhin die Fähigkeit, mit einer schnurlosen Basisstation 115, die eine private Telefonleitungsverbindung mit dem TELCO 111 für den Benutzer des PCC 101 bietet, zu kommunizieren und Funktelefonrufe über sie absetzen zu können. Das schnurlose Kommunikationssystem verwendet eine Autorisations- und Leitwege einrichtung 117 (ACRE), um Rufleitweginformation an ein Telefonvermittlungssystem zu liefern. Somit leitet das Schaltsystem automatisch Telefonrufe zwischen den zellu laren, mikrozellularen und schnurlosen Systemen weiter. Das ACRE 117 authentifi ziert auch die schnurlose Basisstation 115 zur Nutzung von Kanälen. Das ACRE 117 kann Teil des TELCO 111 sein oder es kann ein unabhängiges System sein. Wie vor her erwähnt wurde, liefern die schnurlose Basisstation 115 und der PCC 101 zusam men einen eingeschränkten Bereich eines Funkservices, der üblicherweise als schnurloser Telefonservice bekannt ist. Dieser Service ist mittlerweile überall vorhan den und verwendet üblicherweise einige wenige Radiofrequenzkanäle in VHF (Very High Frequenzy) oder UHF (Ultra High Frequency) Radiofrequenzbändern.

Der Benutzer eines Funktelefons sollte erwarten können, daß der Funktelefonservice überall verfügbar ist, wo immer er auch in den Vereinigten Staaten reist, und er sollte erwarten können, daß dieser Service zu niedrigsten Kosten geboten wird. Es wird auch erwartet, daß der Funktelefonservice in einer tragbaren Einheit, die möglichst kompakt und preisgünstig ist, angeboten wird. Das PCC 101 ist genau dafür ge schaffen. Weiterhin ist die schnurlose Basisstation 115 gerade dazu geschaffen, um eine Telefonverbindung mit der Heimtelefonleitung des Benutzers zu schaffen, wenn der Benutzer den PCC 101 innerhalb des Funkbereichs der schnurlosen Basisstation 115 verwendet.

Ein Blockdiagramm des ACRE 117 ist in Fig. 2 gezeigt. Das ACRE 117 ist über ein Interface 202 mit dem TELCO 111 verbunden. Das Interface 202 steuert und forma tiert Nachrichten zwischen dem TELCO 111 und einem Prozessor 204. Der Prozessor 204 stellt zusammen mit einem Steuersoftwarespeicher 206 die Intelligenz des ACRE 117 dar und führt die Autorisation und Authentifizierungsaufgaben durch und liefert Rufleitweginformation. Eine Teilnehmerdatenbasis 208 enthält die Daten, die der Pro zessor 204 benötigt, um die oben geschilderten Aufgaben durchzuführen. Das ACRE 117 kann vom TELCO 111 getrennt sein, wie das in Fig. 2 gezeigt ist, oder es kann Teil des TELCO 111, üblicherweise Teil der Vermittlungseinrichtung sein. Wenn das ACRE 117 Teil des TELCO 111 ist, benötigt das ACRE 117 das Interface 202 nicht. Zusätzlich können die Funktionen des ACRE durch eine bereits existierende Einrich tung des TELCO durchgeführt werden. Schließlich kann gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung das ACRE nur Authentifikationsfunktionen bieten, und kann als Autori sierungseinrichtung betrachtet werden. Obwohl sich die folgende Beschreibung ganz allgemein auf ein ACRE bezieht, ist es klar, daß unter der Bezeichnung ACRE auch in Abhängigkeit von der Implementierung eine Autorisationseinrichtung gemeint sein kann.

Fig. 3 zeigt eine typische Anordnung von Abdeckungsgebieten für schnurlose, mikro zellulare und zellulare Systeme. Das Abdeckungsgebiet des schnurlosen Systems ist das kleinste und befindet sich innerhalb des mikrozellularen Systems. Das mikrozellu lare System hat eine mittlere Abdeckung und befindet sich innerhalb des zellularen Systems. Das Abdeckungsgebiet jedes Systems kann von der Zahl der Basisstationen in jedem System, der Antennenhöhe jeder Basisstation und dem in jedem System verwendeten Leistungspegel in nicht einschränkender Weise abhängen. Der Benutzer des tragbaren Funktelefons kann sich zwischen den verschiedenen Abdeckungsge bieten bewegen. Das tragbare Funktelefon kann zwischen den Systemen in Abhän gigkeit von beispielsweise dem Ort des Funktelefons, der Systemverfügbarkeit und den Vorlieben des Benutzers wechseln.

Die Abdeckungsgebiete der Systeme sind nicht auf die spezielle in Fig. 3 gezeigte Anordnung beschränkt. Ein Abdeckungsgebiet kann getrennt von anderen Abdec kungsgebieten sein oder es kann teilweise eines oder mehrere andere Ab deckungsgebiete überlappen.

Die schnurlose Basisstation 115 ist begriffsmäßig ein subminiatures zellulares Sy stem, das einen einzigen Signalisierungskanal bietet, der Außendatennachrichten in einer Art sendet, die analog ist einem konventionellen zellularen Au ßensignalisierungskanal und der Serviceanforderungen von einer entfernten Einheit, wie beispielsweise einem PCC 101 empfängt. Eigene Serviceanforderungen werden mit der Zuweisung eines Sprachkanals gestattet (der über den Steuerkanal hergestellt wird) auf der gleichen oder einer zweiten Funkfrequenz, auf die das PCC 101 für sei ne Telefongespräche abgestimmt ist.

Die grundsätzliche Implementierung einer schnurlosen Basisstation ist in Fig. 4 ge zeigt. Ein konventioneller Sender 301 und ein konventioneller Empfänger 303, die für die Verwendung im 869 bis 894 MHz beziehungsweise im 824 bis 849 MHz Fre quenzband geeignet sind, die für konventionelle zellulare Dienste verwendet werden, sind über einen Duplexer 307 mit einer gemeinsamen Antenne 305 verbunden. Die Ausgangsleistung des Senders 301 ist auf ungefähr 6 Milliwatt begrenzt, so daß eine Wechselwirkung mit anderen Diensten und anderen schnurlosen Telefonstationen minimiert wird. Die Kanalfrequenzselektion erfolgt durch einen Frequenzsynthesizer 309, der durch eine Logikeinheit 311 gesteuert ist. Innerhalb der Logikeinheit 311 be findet sich ein Mikroprozessor 313, beispielsweise ein 68HC11 von Motorola Inc. oder ein ähnlicher Mikroprozessor, der mit konventionellen Speichervorrichtungen 315 ver bunden ist, die das Mikroprozessorbetriebsprogramm, eine Basisidentifikation (BID) und eine Kundenperson, und andere Merkmale speichert. Empfangene und gesende te Daten werden kodiert/dekodiert und zwischen dem Empfänger 303, dem Sender 301 und dem Mikroprozessor 313 durch Signalisierungsinterfacehardware 317 ver bunden. Die Mikroprozessorbefehle werden durch Steuerhardware 319 befördert und implementiert. Die Schnittstelle mit der landgebundenen Heimtelefonleitung des Be nutzers wird üblicherweise durch ein TELCO-Interface 321 erreicht. Energie wird von der konventionellen Wechselspannungsversorgung zugeführt und durch eine Batterie reserve (alles zusammen als Energieversorgung 323 dargestellt) gesichert.

Das PCC 101 ist ein tragbarer Funktelefontransceiver, der in Fig. 5 in Form eines Blockdiagramms gezeigt ist. Ein tragbarer Funkempfänger 401, der die Frequenzbän der zwischen 869 und 894 MHz empfangen kann, und ein tragbarer Sender 403, der mit niedriger Leistung (ungefähr 6 Milliwatt in der bevorzugten Ausführungsform) auf den Frequenzen zwischen 824 und 849 MHz senden kann, sind mit der Antenne 405 des PCC 101 durch einen Duplexer 407 verbunden. Der spezielle Kanal der Funkfre quenz, der vom Sender 403 und Empfänger 401 benutzt werden soll, wird durch den Mikroprozessor 409 festgelegt und über die Interfaceschaltung 413 dem Frequenzsyn thesizer 411 zugeführt. Vom Empfänger 401 empfangene Datensignale werden durch die Interfaceschaltung 413 dekodiert und mit dem Mikroprozessor 409 verbunden, und Datensignale, die durch den Sender 403 gesendet werden sollen, werden vom Mikro prozessor 409 erzeugt und durch das Interface 413 formatiert, bevor sie durch den Sender 403 gesendet werden. Der Betriebszustand des Senders 403 und des Emp fänger 401 wird durch das Interface 413 ein- oder ausgeschaltet. Das Interface steuert auch Leuchtdioden 415 und 417, die verwendet werden, um dem Benutzer anzuzei gen, welches System der PCC 101 gerade empfängt. Die Steuerung des Benutzer tons, des Mikrofonausgangs und des Lautsprechereingangs erfolgt durch die Tonver arbeitungsschaltung 419.

In der bevorzugten Ausführungsform ist der Mikroprozessor 409 ein 68HC11 Mikro prozessor von Motorola Inc., der die notwendigen Verarbeitungsfunktionen unter der Steuerung von Programmen durchführt, die in einem konventionellen ROM 421 ge speichert sind. Kennzeichnende Merkmale des PCC 101 sind im EEPROM 423 ge speichert (sie können auch im auf der Platine des Mikroprozessors angebrachten EE- PROM gespeichert sein) und umfassen die Nummernzuordnung (NAM), die für den Betrieb in einem konventionellen zellularen System notwendig ist, und die Basisidenti fikation (BID), die für den Betrieb mit der eigenen schnurlosen Basis des Benutzers erforderlich ist.

Der Sender 403 des PCC 101 kann mit der vollen Ausgangsleistung senden, die für den Betrieb in einem konventionellen, zellularen System notwendig ist. Der Bereich der Ausgangsleistung besteht aus sechs Sätzen von Ausgangleistungsgrößen, die von einem hohen Ausgangsleistungspegel von ungefähr 600 Milliwatt bis zu einem niedrigen Ausgangsleistungspegel von 6 Milliwatt reichen. Die sechsfache Ausgangs leistung wird freigegeben, wenn der PCC 101 sich im zellularen Systemmodus befin det.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der gleiche PCC 101 so wohl zum schnurlosen als auch zum zellularen Telefonsystem 103, das nur zellulare Telefonfrequenzen verwendet, kompatibel.

Die Funktelefonanordnung hat für den Benutzer wünschenswerte Vorteile. Das PCC 101 kann in Kombination mit der schnurlosen Basisstation 115 über das ACRE 117 einen eingehenden Ruf zum Telefonsystem lenken, in dem der PCC 101 lokalisiert wird, ohne den Benutzer zu belästigen. Das TELCO 14 kann in Konbination mit dem ACRE 117 automatisch einen eingehenden Ruf zum PCC 101 leiten, ohne den Be nutzer zu belästigen.

Die für den PCC 101 aufgestellte Priorität besteht darin, das die schnurlose Basissta tion 115 der erste gewünschte Pfad für den Telefonruf eines Benutzers ist und daß das konventionelle zellulare System (oder das mikrozellulare System) die zweite Wahl ist, wobei das Verfahren zur Implementierung dieser Priorität in Fig. 6 gezeigt ist. Die Darstellung der Fig. 6 zeigt den Empfang des nach außen gerichteten Signalisie rungskanals oder das Festsetzen von Signalisierungkanälen, die vom zellularen Sy stem gesendet werden, der schnurlosen Basis und des mikrozellularen Systems über der Zeit. Dieses Diagramm hilft beim Verständnis der einzigartigen Abtastpriorität der vorliegenden Erfindung.

Der PCC-Empfänger 401 kann den äußeren Nachrichtenstrom, der vom zellularen Systemsignalisierungskanal gesendet wird (der aus einer Vielzahl von zellularen Si gnalisierkanälen in üblicher Weise ausgewählt wurde) überwachen 431. Zu einer ge eigneten Zeit, wird dem PCC-Empfänger 401 durch den Mikroprozessor 409 befohlen, sich einzustellen auf die Frequenz oder eine der Frequenzen, die die schnurlose Ba sisstation 115 als Signalisierkanal verwendet. Der PCC-Empfänger 401 tastet 433 den äußeren Signalsisierkanal der schnurlosen Basis oder die Kanäle während einer Zeit dauer t₂ ab. Wenn der Signalisierungsdatenstrom nicht mit genügender Qualität empfangen wird, wird der PCC-Empfänger 401 erneut auf den vorher ausgewählten Signalisierkanal des zellularen Systems 103 abgestimmt. Er bleibt auf diesen Signali sierkanal 435 während einer Zeitdauer t₁ abgestimmt, bevor er eine andere Abtastung eines Signalisierkanals von einem der alternativen Systeme versucht. Die Beziehung zwischen t₁ und t₂ ist derart, daß eine zellularen Seitennachricht (das ist ein Funktele fonruf oder eine andere gesendete Anforderung), die üblicherweise nach einen Pause von 5 Sekunden wiederholt wird, nicht verfehlt wird, weil der PCC-Empfänger 401 ein alternatives System während beider zellularer Seitennachrichtübertragungszeiten durchsucht hat. Die Zeit t₁ muß größer sein als die Summe der Pause zwischen den beiden Seiten und der typischen Zeit, um zwei Seiten zu übertragen. Die Zeit t₂ muß kleiner sein als die Zeit zwischen den beiden Seiten. Wenn die Pausenzeit 5 Sekun den beträgt und die typische Zeit für die Übertragung einer Seite 185, 2 Millisekunden beträgt, so muß t₁ größer als 5,3704 Sekunden und t₂ kleiner als 5 Sekunden sein. Nach der Überwachung des Signalisierkanals des zellularen System während einer Zeit t₁, kann der PCC-Empfänger 401 angewiesen werden, sich auf den Signalisier kanal oder nacheinander auf die Signalisierkanäle des Mikrozellensystems abzustim men, wie das in 437 gezeigt ist. Wenn kein passender Mikrozellensignalisierkanal während der Abtastung von vorbestimmten Signalisierkanalfrequenzen gefunden wird, so stellt sich der PCC-Empfänger 401 wieder auf den Signalisierkanal des zellularen System ein, wie das in 439 gezeigt ist.

Eine Abtastung der Signalisierkanäle 441 der schnurlosen Basisstation 115, die eine Signalisierdatenstrom entdeckt, der passenden Qualitätsanforderungen entspricht, be wirkt, daß der PCC-Empfänger 401 weiterhin den schnurlosen Signalisierkanal über wacht. Der PCC-Empfänger 401 bleibt beim schnurlosen Signalisierkanal, ohne wie der ein anderes System abzutasten, bis der PCC 101 für eine ununterbrochene Zeit dauer von 5 Sekunden das von der schnurlosen Basis gesendete Signal nicht emp fängt.

Der Effekt dieses Prioritätsverfahrens besteht darin, der schnurlosen Basisstation am PCC 101 eine Priorität zuzuweisen. Wenn einmal der Signalisierkanal der schnurlosen Basisstation 115 entdeckt wird, bleibt der PCC 101 auf diesen Kanal abgestimmt. Somit wird, wenn der PCC 101 anfangs auf das zellulare System eingestellt wird, er automatisch auf die schnurlosen Basisstation umschalten, wenn es möglich ist, einen Zugang zur schnurlosen Basisstation zu erlangen. Wenn der PCC-Empfänger 401 den Signalisierkanal der schnurlosen Basis einmal gefunden hat, bleibt er auf diesen Kanal abgestimmt. Wenn der PCC-Transceiver das erste Mal angeschaltet wird, so besteht seine erste Abtastung von Signalisierkanälen aus dem wiedereingerichteten Signalisierkanal oder den Kanälen der schnurlosen Basisstation 115. Natürlich kann der Benutzer die automatische Prioritätsabtasthierarchie durch Eingabe eines Abän derungskodes in den PCC 101 abändern. Auf diese Art kann der Benutzer die Abta stung auf eine Abtastung nur der Signalisierkanäle des zellularen System, nur der Si gnalisierkanäle der schnurlosen Basis, nur der Signalisierkanäle des mikrozellularen Systems, oder auf eine Kombination dieser Systeme beschränken. Der Benutzer kann auch mittels einer Zeitumgehung einen Anruf mit dem System seiner Wahl durchfüh ren.

Wenn einmal der Signalisierkanal eines Systems überwacht wird, so wird dem Benut zer des PCC-Transceivers eine visuelle Anzeige gegeben. In der bevorzugten Ausfüh rungsform besteht diese Anzeige aus einem Satz Leuchtdioden (LEDs) 415, 417, von der eine nur aufleuchtet, um anzuzeigen auf welches System der PCC-Transceiver abgestimmt wurde. Es können alternativ auch andere Anzeigen verwendet werden, um die gleiche Information zu liefern. Beispielsweise kann eine Systemidentifikation im Nummerdisplay des PCC 101 erscheinen, oder es kann ein blinkendes Zeichen (das verschiedene Blinkraten aufweist) verwendet werden. Auf jeden Fall gibt diese Anzeige dem Benutzer die Möglichkeit, zu bestimmten in welchem System er sich befindet, und zu entscheiden, ob er ein Funktelefongespräch im angezeigten System beenden will.

Damit der PCC 101 mit der schnurlosen Basisstation 115 kommunizieren kann, muß er authentifiziert werden, einen bestimmten Kanal zu benutzen. Eine Autorisation ist notwendig, da der Lizenznehmer des zellularen Spektrums durch den PCC ange fordert wird, um eine Kontrolle seiner Sender aufrecht zu erhalten. Die schnurlose Basisstation 115 ist so programmiert, daß sie ihre Authentifikation periodisch erneuert. Um dies durchzuführen, beginnt die persönliche Basisstation 115 eine Rufverbindung mit dem ACRE 117. Das ACRE 117 antwortet mit einer Verbindungsnachricht 502 (siehe Fig. 7), die eine erste Zufallszahl enthält, die beim Authentifizierverfahren ver wendet werden wird. Die schnurlose Basisstation 115 antwortet mit einer Authentifi ziernachricht 504. Die Authentifiziernachricht 504 enthält eine ID der schnurlosen Ba sisstation, ein erstes aus der ersten Zufallszahl berechnetes Authentifikationsergebnis und eine zweite Zufallszahl. Das ACRE 117 antwortet mit einer Autorisierungs- und Authentifikationsnachricht 506, die ein zweites Authentifikationsergebnis enthält, die unter Verwendung der zweiten Zufallszahl berechnet wurde, und eine Information darüber, über welche Kanäle der schnurlosen Basisstation 115 eine Kommunikation mit dem PCC 101 erfolgen kann. Die schnurlose Basisstation 115 antwortet mit einer Registriernachricht 507, die die mobile Identifikationsnummer des PCC 101 enthält. Die Registriernachricht 507 wird nur gesandt, wenn ein PCC 101 sich im Bereich der schnurlosen Basisstation 115 befindet. Die Registriernachricht 507 informiert das ACRE 117 darüber, daß es die Rufe zum PCC 101 zur schnurlosen Basisstation leiten soll. Das ACRE 117 antwortet mit dem Aussenden einer Re gistrierbestätigungsnachricht 508 zur schnurlosen Basisstation 115, die die schnurlose Basisstation 115 darüber informiert, daß die Registriernachricht 507 empfangen wur de. Die schnurlose Basisstation 115 antwortet dann mit einer Freigabenachricht 509, die anzeigt, daß die Authentifiziernachrichtensequenz erfolgreich war.

In Fig. 8 bestimmt die schnurlose Basisstation 115 welche der authentifizierten Kanäle für die Kommunikation mit dem PCC 101 benutzt werden soll. Im Block 510 wird die Authentifiziernachricht 506 von der schnurlosen Basisstation 115 empfangen. Dann berechnet die schnurlose Basisstation 115 einen Satz authentifizierter Kanäle aus der Information der Authentifiziernachricht 506, wie das in Block 512 gezeigt ist. Als näch stes kommuniziert die schnurlose Basisstation 115 nur auf solchen Kanälen, die au thentifiziert sind und die ein Kanalkriterium erfüllen, wie das in Block 514 gezeigt ist. Das Verfahren der Bestimmung, ob eine Kanal ein Qulitätskriterium erfüllt, ist in den Fig. 9 bis 11 beschrieben.

Der Kanalqualitätskriteriumstest, der in Block 514 gezeigt ist, kann auf unterschiedli che Arten durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein minimales Kanalkriterium festgesetzt werden, und nur ein Kanal, der dieses minimale Kriterium erfüllt wird dann für die Kommunikation verfügbar sein. Diese Implementierung ist detaillierter in den Fig. 9 und 10 gezeigt. Ein anderer Weg der Bestimmung eines Kanalquali tätskriteriums besteht darin, nur über den Kanal zu kommunizieren, der die beste Ka nalqualität aufweist. Diese Verfahren ist in Fig. 11 beschrieben.

Eine Implementierung des Verfahrens der Bestimmung, ob ein Kanal ein minimales Kanalkriterium erfüllt, ist in den Fig. 9 und 10 gezeigt. Das Verfahren beginnt bei Block 520. Die überlagerte Signalstärke eines Kanals wird in Block 522 gemessen. Die Signalstärke wird mit einem Schwellwert oder einer maximalen Signalstärke in Block 524 verglichen. Wenn die Signalstärke das Maximum überschreitet, wird ein Ti mer, der mit dem Kanal verbunden ist, im Block 526 gestartet oder rückgesetzt, und es wird der nächste Kanal in Block 528 ausgewählt. Wenn die maximale Signalstärke in Block 524 nicht überschreiten wurde, wird der nächste Kanal in Block 528 aus gewählt. Das Verfahren für den nächsten Kanal beginnt dann an Block 522. Durch dieses Verfahren kann für jeden Kanal bestimmt werden, wie lange es her ist, daß die maximale Überlagerungssignalstärke überschritten wurde.

In Fig. 10 wird diese Information verwendet, um festzustellen, welche Kanäle das Ka nalqualitätskriterium, das in Block 514 von Fig. 8 gefordert wird, erfüllen. Der Algorith mus startet bei Block 530. Dann wird bestimmt, ob der Kanaltimer größer oder gleich einer Blockzeit im Block 532 ist. Wenn dies zutrifft, erfüllt der Kanal das Kanalquali tätskriterium in Blck 534 und kann für eine Kommunikation zwischen der schnurlosen Basisstation 115 und dem PCC 101 verwendet werden. Wenn dies nicht zutrifft, wird der Kanal in Block 536 blockiert, so daß der Kanal nicht für eine Kommunikation zwi schen der schnurlosen Basisstation 115 und dem PCC 101 zur Verfügung steht. Das Verfahren setzt sich mit dem nächsten Kanal in Block 538 fort.

Erfindungsgemäße Modifikationen können aus einer Messung der Bitfehlerrate (BER) eines Kanals in Block 522 der Fig. 9 und in der Bestimmung, ob diese größer ist als eine maximal zulässige BER, bestehen. Es können andere Paramter gemessen wer den, wie beispielsweise die Empfangssignalstärke, oder es kann eine Kombination dieser Parameter verwendet werden. Es kann auch die Blockzeit in Block 532 der Fig. 10 auf Null gesetzt werden, so daß ein Kanal unverzüglich nur den Test von Block 524 der Fig. 9 erfüllen muß.

Fig. 11 beschreibt eine Bestkanalalgorithmus und beginnt mit Block 540. Als nächstes wird die Kanalqualität gemessen und für alle Kanäle in Block 542 gespeichert. Diese Messung kann anhand der Interferenzsignalstärke, der BER oder der Empfangs signalstärke oder einer Kombination davon vorgenommen werden. In Block 544 wird der Kanal ausgewählt, der die beste Kanalqualität besitzt. Der ausgewählte Kanal wä re der beste Kanal und der Kanal, über den die schnurlose Basisstation mit dem PCC 101 kommuniziert. Das Verfahren wird dann wiederholt, indem es an Block 542 ge startet wird.

Die schnurlose Basisstation kann zwischen dem Minimalkanalkriteriumsalgorithmus der Fig. 9 und 10 und dem Bestkanalalgorithmus der Fig. 11 wählen, basierend auf der Information, die in der Autorisierungs- und Authentifikationsnachricht 506 ent halten ist. In einer Ausführungsform wird der Minimalkanalkriteriumalgorithmus bevor zugt, wenn die authentifizierten Kanäle mit nicht schnurlosen Diensten geteilt werden, während der Bestkanalalgorithmus bevorzugt wird, wenn die authentifizierten Kanäle nur für schnurlose Dienste verwendet werden.

Einer der interessanten Merkmale der schnurlosen Basisstation 115 besteht darin, daß sie so ausgebildet ist, daß sie auf drei Kanälen arbeitet, die nicht mit dem zellula ren Kommunikationssystem geteilt werden. Dies ist in Fig. 12 gezeigt, die eine Fre quenzenband 560 oder ein zellulares Band zeigt, daß durch die FCC einem zellularen Systemanbieter zugeteilt wird. Die FCC liegt auch die Känale 562 (zellulare Kanäle) fest, über die innerhalb des Bandes eine zellulare Kommunikation stattfinden kann. Dieser Satz von Kanälen läßt einige Kanäle des Frequenzbandes 560 übrig, die kei nem Kanal zugeteilt sind. Die schnurlose Basisstation 115 verwendet diese nichtzuge teilte Frequenz 564, um drei ungeteilte Kanäle zu definieren, zwei am unteren Ende des Spektrums und einen am oberen Ende des Spektrums, über die die schnurlose Basisstation 115 mit dem PCC 101 kommunizieren kann. Diese drei Kanäle können durch die schnurlose Basisstation 115 benutzt werden, wenn keiner der Kanäle das minimale Kanalkriterium erfüllt, wie das in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist. Diese Ka näle können auch verwendet werden, wenn keiner der Kanäle in Fig. 8 authentifiziert wurde.

Es kann ein Problem auftreten beim anfänglichen Einschalten einer schnurlosen Ba sisstation 115, die einen Minimalkanalkriteriumsalgorithmus verwendet, bei dem ein Kanal ein Kriterium während einer festgelegten Zeitdauer erfüllen muß, bevor er be nutzbar wird. Dieses Problem tritt beim anfänglichen Einschalten oder bei jeder Initia lisierung auf, wenn der Satz von authentifizierten Kanälen plötzlich gewechselt wird. Wenn dies auftritt, ist es unmöglich festzustellen, ob ein Kanal ein minimales Kanalkri terium überschreitet, oder wie lange er ein minimales Kanalkriterium überschritten hat. Deswegen muß in diesen Fällen und beim Einschalten angenommen werden, daß entweder alle Kanäle die in Block 514 von Fig. 8 erforderlichen Kriterien erfüllen, oder daß keiner der Kanäle die in Block 514 geforderten Kriterien für eine vorbestimmte Zeitdauer erfüllt. Diese zwei Annahmen sind in den Fig. 13 und 14 gezeigt. In Fig. 13 geschieht das Einschalten in Block 570. Es werden dann in Block 572 alle Kanalti mer rückgesetzt. Dann wird die Authentifiziernachricht in Block 574, der dem Block 510 von Fig. 8 entspricht, empfangen. Da die Timer rückgesetzt wurden, so über schreitet keiner der Kanäle die Blockzeit in Block 532 von Fig. 10 für mindestens eine Zeitdauer, die gleich ist der Blockzeit. Somit besteht die Annahme in Fig. 13 darin, daß keiner der Kanäle beim Einschalten die Kanalkriterien erfüllt.

Fig. 14 zeigt das anfängliche Einschalten der schnurlosen Basisstation 115 in Block 576. Das anfängliche Einschalten kann durch jedes beliebiges Initialisierungsereignis ersetzt werden, wie das vorher in Fig. 13 beschrieben wurde. Die Basisstation 115 empfängt dann die Authentifiziernachricht in Block 578. Dann werden alle Kanaltimer auf die Blockzeit in Block 580 gesetzt. Somit wird angenommen, daß die Kanäle beim Einschalten der schnurlosen Basisstation die Kanalkriterien für die erforderliche Zeit dauer erfüllen, wie das in Block 532 von Fig. 10 gezeigt ist.

Wendet man sich nun Fig. 15 zu, so ist dort das Verfahren für die Authentifikation der schnurlosen Basisstation 115 und des ACRE 117 gezeigt. Das Authentifizierverfahren beginnt bei Schritt 602. Nach dem Verfahren der Erfindung authentifiziert das ACRE die schnurlose Basisstation, damit diese im Kommunikationssystem im Schritt 603 nach der Initiierung eines Rufes arbeiten kann, und die schnurlose Basisstation au thentifiziert getrennt davon im Schritt 604 das ACRE, damit es im Kommunikations system arbeiten kann. Im ersten Schritt 605 wird das Authentifizierverfahren der schnurlosen Basisstation gestartet. Wenn die schnurlose Basissstation im Schritt 606 nicht authentifiziert wird, endet das Authentifizierverfahren bei Schritt 608. Wenn die schnurlose Basisstation in Schritt 606 authentifiziert wird, startet das ACRE- Authentifizierverfahren bei Schritt 610. Wenn das ACRE in Schritt 612 nicht authenti fiziert wird, endet das Authentifizierverfahren bei Schritt 608. Wenn jedoch das ACRE authentifiziert wird, so wird in Schritt 614 eine Kommunikationsverbindung ermöglicht. In einem Schritt 615 wird ein drahtgebundenener Interfaceschlüssel (WIKEY), der im Authentifizierverfahren sowohl für die schnurlose Basisstation als auch das ACRE verwendet werden kann bei Gelegenheit aktualisiert. Die Verwendung eines WIKEY im Authentifizierverfahren für die schnurlose Basisstation und das ACRE wird detail liert unter Bezugnahme auf die Fig. 16 bis 20 beschrieben.

Das Authentifizierverfahren der Fig. 15 zeigt den Authentifiziervorgang der schnurlo sen Basisstation gefolgt vom ACRE-Authentifiziervorgang, wobei es natürlich klar ist, daß diese Vorgänge auch in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden können. Beispielsweise werden, wie in Fig. 7 gezeigt, die Authentifiziervor gänge gleichzeitig durchgeführt, wobei die Authentifiziernachricht 504 der Fig. 7 so wohl ein Authentifizierergebnis der schnurlosen Basisstation, das in Schritt 606 er zeugt wird, als auch eine ACRE-Authentifizieranforderung in Schritt 610 enthalten kann.

Wendet man sich nun Fig. 16 zu, so ist dort das Authentifizierverfahren der schnurlo sen Basisstation gezeigt. In Schritt 622, sendet das ACRE eine Authentifizieranforde rung der schnurlosen Basisstation an die schnurlose Basisstation. Die Authentifizier anforderung der schnurlosen Basisstation kann in der Verbindungsnachricht 502 des allgemeinen Signalisierprotokolls der Fig. 7 enthalten sein. Die schnurlose Basissta tion empfängt die Authentifizieranforderung in Schritt 624. In Schritt 626 erzeugt die schnurlose Basisstation ein Authentifizierergebnis der schnurlosen Basisstation. In Schritt 628 sendet die schnurlose Basisstation eine Authentifizieranforderung, die die das Ergebnis der schnurlosen Basisstation enthält, an die ACRE. Die Authentifizier antwort wird von der ACRE in Schritt 630 empfangen. Die Authentifizierantwort kann in einer Authentifiziernachricht 504 (von Fig. 7) enthalten sein und umfaßt vor zugsweise Informationen der schnurlosen Basisstation, wie beispielsweise eine Iden tifikation der schnurlosen Basisstation, die mit der schnurlosen Basisstation verbun den ist. Es ist jedoch klar, daß die Identifikation der schnurlosen Basisstation auch schon im ACRE existieren kann oder als getrennte Nachricht zu einem anderen Zeit punkt gesendet werden kann. In Schritt 631 erzeugt die ACRE unabhängig davon ein Authentifizierergebnis der schnurlosen Basisstation. Das Verfahren zur Erzeugung eines Authentifizierergebnises der schnurlosen Basisstation, das in den Schritten 626 und 631 erzeugt wird, ist im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 17 gezeigt.

In Schritt 632 bestimmte die ACRE, ob das Authentifizierergebnis der schnurlosen Basisstation, das von der schnurlosen Basisstation erzeugt wurde, gleich ist dem Au thentifizierergebnis der schnurlosen Basisstation, das durch die ACRE erzeugt wurde. Wenn die Authentifizierergebnisse gleich sind, so wird in Schritt 634 festgestellt, daß es sich bei der schnurlosen Basisstation um einge gültige Basisstation handelt. Wenn jedoch die Authentifizierergebnisse nicht gleich sind, so wird in Schritt 636 festgestellt, daß es sich bei der schnurlosen Basisstation nicht um eine gültige Basisstation han delt. Das Authentifizierverfahren für die schnurlose Basisstation endet bei Schritt 638. Wendet man sich nun Fig. 17 zu, so ist dort das bevorzugte Verfahren zur Erzeugung eines Authentifizierergebnisses der schnurlosen Basisstation (das allgemein in den Schritten 626 und 631 der Fig. 16 gezeigt wurde) detailliert gezeigt. Bei der Erzeu gung eines Authentifizierergebnisses werden Eingangssignale 640, einschließlich RANDACRE 642 (eine durch das ACRE erzeugte Zufallszahl), der Identifikation (CBSID) 644 der schnurlosen Basisstation, der Telefonnummer 646 des ACRE, und ein drahtgebundener Interfaceschlüssel (WIKEY) 648 benötigt. Vorzugsweise ver wendet das Autorisiersignaturverfahren 650 Eingangssignale 640, um das Authentifi zierergebnis der schnurlosen Basisstation zu erzeugen. Viele verschiedene Algorith men sind für diese Autorisiersignaturverfahren geeignet, solange es der Algorithmus schwierig macht, WIKEY 648 zu bestimmen, wenn ein Satz von Werten für RAN DACRE 642, CBSID 644, die ACRE-Telefonnummer 646 und das Authentifizierer gebnis 652 der schnurlosen Basisstation gegeben sind. Dies ist möglich, da WIKEY, der vorzugsweise 64 Bit lang ist, eine wesentlich größere Zahl von möglichen Kombi nationen aufweist als das Authentifizierergebnis der schnurlosen Basisstation, das vorzugsweise 18 Bit lang ist. Mit anderen Worten, es gibt eine große Zahl von WIKEY Werten, die das gleiche Authentifizierergebnis der schnurlosen Basisstationen bei ei nem vorgegebenen Satz von Werten für RANDACRE, CBSID und der ACRE- Telefonnummer erzeugen.

Das Kennzeichen des oben beschriebenen Autorisiersignaturverfahrens ist wün schenswert, da Fachleute, die WIKEY 648, den CBSID 644, der mit dem WIKEY ver bunden ist, und das Autorisiersignaturverfahren 650 kennen, eine gefälschte Vorrich tung bauen können. Da das Autorisiersignaturverfahren 650 durch einen nichtberech tigten Benutzer erkannt werden kann, und es nachteilig ist, diesen Algorithmus in schnurlosen Basisstationen zu ändern, die ausgeliefert wurden, stellt der WIKEY 648 die Hauptsicherungsvorrichtung dar. Somit muß die Geheimhaltung dieser Nummer durch den Algorithmus gewährleistet sein.

Wendet man sich nun Fig. 18 zu, so ist dort das ACRE-Authentifizierverfahren ge zeigt. In Schritt 662 wird eine ACRE-Authentifizieranforderung von der schnurlosen Basisstation an die ACRE gesandt. Die ACRE-Authentifizieranforderung kann bei spielsweise in der Authentifiziernachricht 504 der Fig. 7 enthalten sein oder kann als getrennte Nachricht gesendet werden. Die Authentifiziernachricht wird in Schritt 664 durch das ACRE empfangen. In einem Schritt 666 erzeugt die schnurlose Basisstation und in einem Schritt 667 erzeugt das ACRE unabhängig voneinander ein ACRE- Authentifizierergebnis. Die Erzeugung des ACRE-Authentifizierergebnisses wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf Fig. 19 beschrieben. In einem Schritt 668 sendet das ACRE eine Authentifizierantwort, die das durch das ACRE erzeugte ACRE-Authentifizierergebnis enthält. Die Authentifizierantwort kann in einer Autorisie rungs- und Authentifiziernachricht 506 der Fig. 7 enthalten sein. Die Authentifizier antwort wird in Schritt 669 durch die schnurlose Basisstation empfangen. In einem Schritt 670 bestimmt die schnurlose Basisstation, ob das ACRE- Authentifizierergebnis, das vom ACRE erzeugt wurde, gleich ist dem ACRE- Authentifizierergebnis, das von der schnurlosen Basisstation erzeugt wurde. Wenn die Authentifizierergebnisse gleich sind, wird in Schritt 672 festgestellt, daß das ACRE gültig ist. Wenn jedoch die ACRE-Authentifizierergebnisse nicht gleich sind, wird in Schritt 647 festgestellt, daß das ACRE nicht gültig ist. Das ACRE- Authentifizierverfahren endet bei Schritt 676.

Betrachtet man nun Fig. 19, so verwendet das Autorisiersignaturverfahren 692 die Eingangssignale 680, um das ACRE-Authentifizierergebnis 694 zu erzeugen. Die Ein gangssignale umfassen die Zufahlszahl RANDCBS 682, CBSID 684, die ACRE-Tele fonnummer 686 und WIKEY 690. Das Autorisiersignaturverfahren 692 arbeitet in der gleichen Art und weist die gleichen Charakteristika auf wie das Autorisiersignaturver fahren 650, das in Fig. 17 gezeigt ist.

In Fig. 20 verwendet das WIKEY-Erzeugungsverfahren 708 die Eingangssignale 696, um einen neuen WIKEY 710 zu erzeugen. Die Eingangssignale dieses Algorith mus umfassen eine Zufahlszahl RANDWIKEY 698, Reservierung 702, CBSID 704 und WIKEY 706. Das WIKEY-Erzeugungsverfahren 708 arbeitet auf die gleiche Weise und weist dieselben Charakteristika wie das Autorisiersignaturverfahren 650 (in Fig. 17 gezeigt) zur Erzeugung eines neuen WIKEY auf. Obwohl diese Algorithmen die gleichen Charakteristika wie das Autorisiersignaturverfahren 650 haben müssen, muß es sich bei ihnen nicht um denselben Algorithmus handeln.

Das WIKEY-Erzeugungsverfahren 708 ist einzigartig, da es den orginalen WIKEY- Wert 706 in Kombination mit der Zufallszahl RANDWIKEY 608 verwendet, um einen neuen WIKEY-Wert 710 zu erzeugen. Wenn jemand einen WIKEY-Wert erhalten sollte, kann das ACRE einen neuen WIKEY beim nächsten Telefongespräch erzeu gen. Solange die Person den RANDWIKEY 698 während dieses Rufes nicht heraus bekommt, würde es sehr schwierig sein, den neuen WIKEY-Wert auf der Basis des orginalen WIKEY-Wertes zu bestimmen. Das hat den vorteilhaften Effekt, daß der originale WIKEY-Wert für die Herstellung einer gefälschten schnurlosen Basisstation nutzlos wird.

Wendet man sich nun Fig. 21 zu, so ist dort das bevorzugte Signalisierprotokoll für die Kommunikation zwischen der schnurlosen Basisstation und dem ACRE gezeigt. Um das Verständnis zu erleichtern, werden die Signale unter Bezugnahme auf die im all gemeinen Signalisierprotokoll von Fig. 7 gezeigten Nachrichten gezeigt. Bevor jedoch einige spezielle Nachrichten beschrieben werden, die gesendet werden können, wird das allgemeine Vorwärtssignalisierprotokoll von der ACRE zur schnurlosen Basissta tion und das Rückwärtssignalisierprotokoll von der schnurlosen Basisstation zum ACRE beschrieben. In Fig. 21-1 ist insbesondere das Vorwärtssignalisierformat be schrieben. Ein Signal von der ACRE zur schnurlosen Basisstation umfaßt ein Barker feld 720, einen Vorwärtsnachrichtentyp 722, ein Nachrichtenlängenfeld 724, ein Da tenfeld 726 und ein zyklisches Rednundanzkode (CRC) Feld 728. Da die Felder 720, 722, 724 und 728 in allen Signalen enthalten sind, die von der ACRE zur schnurlosen Basisstation übertragen werden, wird nur das Datenfeld 726 unter Bezugnahme auf spezifische Nachrichten, die von der ACRE zur schnurlosen Basisstation übertragen werden, beschrieben. Fig. 21-2 zeigt allgemein das Rückwärtsignalisierformat. Insbe sondere Signale, die von der schnurlosen Basisstation an das ACRE gesendet wer den, umfassen ein Rückwärtsnachrichtentypfeld 730, ein Nachrichtenlängenfeld 732, ein Datenfeld 734 und ein CRC-Feld 736. Da alle Nachrichten, die von den schnurlo sen Basisstationen zum ACRE gesandt werden, die Felder 730, 732 und 736 enthal ten, wird nur Datenfeld 734 unter Bezugnahme auf spezifische Signale von der schnurlosen Basisstation zum ACRE beschrieben.

Nachdem das allgemeine Signalisierformat in der Vorwärts- und der Rückwärtsrich tung beschrieben wurde, werden die Datenfelder von spezifischen Signalen beschrie ben. Insbesondere zeigt Fig. 21-3 das Datenfeld einer bevorzugten Ver bindungsnachricht 502 vom ACRE an die schnurlose Basisstation. Die bevorzugte Verbindungsnachricht umfaßt ein Protokollversionsfeld 738, das die Version einer drahtgebundenen Interfacespezifikation anzeigt, die durch das ACRE geliefert wird, und die bei der schnurlosen Basisstation verwendet werden kann, um den Pegel der von der ACRE gelieferten Unterstützung zu bestimmen. Die Verbindungsnachricht umfaßt vorzugsweise auch ein Ortmitteilungsfeld 740, das festlegt, wenn die schnur lose Basisstation ihre Position identifizieren soll durch Aussenden des optionalen Pa ramters, der die Telefonnummer der schnurlosen Basisstation in der den optionalen Parameter enthaltenden Authentifiziernachricht der schnurlosen Basisstation enthält (nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 21-6 und 21-7 beschrieben). Die Verbindungsnachricht umfaßt auch ein reserviertes Feld 742 für zukünftige Signali sierungsbits. Schließlich umfaßt die Verbindungsnachricht 744 RANDACRE, das eine 32-Bit Zufahlszahl ist, die durch ACRE erzeugt wurde (oben unter Bezugnahme auf Fig. 17 beschrieben) und das bei der weiter vorne beschriebenen Erzeugung des Au thentifizierergebnisses der schnurlosen Basisstation verwendet wird.

Das Datenfeld der Authentifiziernachricht 504 der Fig. 7 ist in Fig. 21-4 gezeigt. Die Authentifiziernachricht umfaßt insbesondere ein Identifikationsfeld 746 der schnurlo sen Basisstation, das eindeutig die einzelne schnurlose Basisstation identifiziert, die mit dem Kommunikationssystem verbunden ist. Die Authentifiziernachricht umfaßt auch ein reserviertes Feld 748 für zukünftige Signalisierbits. Ein Feld 750 umfaßt ein Zufallssignal (RANDCBS) der schnurlosen Basisstation, das durch die schnurlose Basisstation erzeugt wird. Das RANDCBS-Feld wird verwendet, um das ACRE- Authentifizierergebnis, wie oben in Fig. 19 beschrieben, zu erzeugen. Das Feld 752 umfaßt das Authentifizierergebnis der schnurlosen Basisstation, das in Schritt 652 der Fig. 17 erzeugt wurde. Feld 754 ist ein Autorisierzählfeld. Die Autorisierzählung ent hält vorzugsweise einen Modulo 64 Zähler, der verwendet wird, um die Zahl auf einanderfolgender Authentifikationen zu zählen. Schließlich ist ein Feld 756 für optio nale Parameter verfügbar. Ein Beispiel eines optionalen Parameters ist in Fig. 21-5 gezeigt, das ein Feld 758 für einen Parametertyp und ein Feld 764 für die Pa rameterlänge und ein Feld 762 enthält, um die Telefonnummer der schnurlosen Ba sisstation zu übertragen.

Wendet man sich nun Fig. 21-6 zu, so sind dort das Datenfeld für die Autorisierungs- und die Authentifiziernachricht (als Nachricht 506 in Fig. 7 gezeigt) gezeigt. Insbeson dere enthält die Autorisierungs- und Authentifiziernachricht ein ACRE- Authentifizierergebnisfeld 764, das wie gezeigt in Schritt 694 von Fig. 19 erzeugt wird. Das ACRE-Authentifizierergebnis wird im allgemeinen mit einem ACRE- Authentifizierergebnis verglichen, das von der schnurlosen Basisstation erzeugt wur de, um zu bestimmen, ob das ACRE autorisiert ist im Kommunikationssystem zu ar beiten. Es ist auch ein Benutzungserlaubnisfeld eingeschlossen, um anzuzeigen, wenn die schnurlose Basisstation authentifiziert wird, das Spektrum zu teilen, wie bei spielsweise bei einem zugeteilten zellularen Spektrum. Ein Spektrumnutzungsfeld 768 ist auch mit eingeschlossen, um anzuzeigen, wenn das Spektrum, das im Kanalzutei lungstabellenfeld 778 zugeteilt wurde, durch das zellulare System verwendet wird. Wenn das Spektrum durch das zellulare System benutzt wird, so wird die schnurlose Basisstation diesen Kanal nicht verwenden, wenn sie eine Aktivität auf dem Kanal feststellt. Wenn das Spektrum durch das zellulare System nicht benutzt wird, wird die schnurlose Basisstation den Kanal benutzen, der den niedrigsten Interferenzpegel aufweist.

Ein Autorisierinitiierungsfeld 772 ist auch in der Autorisierungs- und Authentifizier nachricht vorgesehen. Das Autorisierinitiierungsfeld zeigt an, wann die nächste Au thentifikation initiiert werden soll. Es ist auch ein reserviertes Feld 774 in der Autorisie rungs- und Authentifiziernachricht enthalten, gefolgt von einem Feld 776 der anfängli chen Kanalnummer. Das Feld der anfänglichen Kanalnummer enthält die anfängliche 10 kHz Kanalnummer für die Kanalzuteilungstabelle. Das Kanalzuteilungstabellenfeld 778 zeigt die 10 kHz-Kanäle an, die verwendet werden können. Jedes Bit in dieser Tabelle entspricht vorzugsweise einer vorgegebenen 10 kHz Kanalnummer. Das am weitesten links stehende Bit in dieser Tabelle entspricht vorzugsweise dem 10 kHz Kanal, der durch die anfängliche Kanalnummer bezeichnet ist. Das am weitesten rechts stehende Bit in der Tabelle entspricht dem 10 kHz Kanal, der sich 63 Kanäle über dem 10 kHz-Kanal befindet, der durch das Feld 776 der anfänglichen Kanal nummer spezifiziert ist.

Die Autorisierungs- und Authentifiziernachricht umfaßt auch eine Anzahl von Daten feldern, die sich auf die Signalstärkepegel beziehen. Insbesondere zeigt ein Maxima lempfangssignalstärkenfeld 780 der schnurlosen Basisstation die maximale empfan gene Signalstärke, die für die Verwendung in einem Kanal zugelassen ist. Wenn die Signalstärke des Kanals oberhalb eines vorbestimmten Wertes ist, wird der Kanal von der schnurlosen Basisstation nicht verwendet. In ähnlicher Weise zeigt das Maxima lempfangssignalstärkefeld 782 des PCC den maximalen Signalenergiepegel für die Emfpangsfrequenzen des PCC an. Ein Blockzeitfeld 784 zeigt die ununterbrochene Zeit an, während derer die Signalstärke des Kanals kleiner oder gleich der maximalen Signalstärke vor der Benutzung durch die schnurlose Basisstation sein muß. Ein ma ximaler Sendepegel 786 der schnurlosen Basisstation zeigt den maximalen Energie pegel an, bei dem die schnurlose Basisstation senden kann. In ähnlicher Weise zeigt das Feld 788 den maximalen PCC Sendepegel an, der im System gestattet ist. Schließlich ist ein optionaler Parameter 790 im Datenfeld der Autorisierungs- und Authentifikationsnachricht enthalten.

Ein erstes Beispiel einer optionalen Nachricht ist in Fig. 21-7 gezeigt. Das Datenfeld umfaßt ein Parametertypfeld 792, ein Parameterlängenfeld 794 und eine ACRE- Telefonnummer 796. Ein zweiter optionaler Parameter, der gesendet werden kann, ist in Fig. 21-8 gezeigt. Das Datenfeld für diesen optionalen Parameter umfaßt ein Para metertypfeld 798, ein Parameterlängenfeld 800 und ein RANDWIKEY-Feld 802. RANDWIKEY wird zur Erzeugung eines neuen WIKEY benutzt, wie das in Fig. 20 be schrieben ist.

Wendet man sich nun Fig. 21-9 zu, so ist dort die Registriernachricht (Nachricht 507 in Fig. 7) gezeigt. Die Registriernachricht umfaßt ein Registriertypfeld 804, eine mobile Identifikationsnummer (MIN) 806, eine elektronische Seriennummer (ESN) 808 und optionale Parameter 810. Ein Beispiel eines optionalen Parameters ist in Fig. 21-10 gezeigt, der für eine mehrfache Telefonnummerrufwegeleitung verwendet werden kann. Das optionale Feld umfaßt insbesondere ein Parameterfeld 812, ein MIN Feld 818 und ein ESN 820.

Die Registrierbestätigungsnachricht 508 der Fig. 7 kann von der ACRE zur schnurlo sen Basisstation durch den Standard des Vorwärtssignalisierformats der Fig. 21-1 ohne ein Datenfeld gesendet werden. Schließlich ist die Freigabenachricht 509 der Fig. 7 in Fig. 21-11 gezeigt. Vorzugsweise enthält die Freigabenachricht einen Freiga begrund 822.

Fig. 21 zeigt einige bevorzugte Signale, die zwischen dem ACRE und der schnurlosen Basisstation übertragen werden können, und einige bevorzugte Felder, die in diesen Signalen eingeschlossen sein können; so stellt Fig. 21 jedoch keine erschöpfende Liste von Signalen dar, die übertragen werden können, oder eine erschöpfende Liste von Feldern, die eingeschlossen sein können. Auch die Bitlänge der verschiedenen Felder kann variieren und hängt ab von den Vorlieben eines Systembetreibers.

Insgesamt erfüllt das Verfahren der Erfindung ein Bedürfnis, eine Kommunikations verbindung zwischen einer schnurlosen Basisstation und einer Autorisierungs- und Rufleitwegevorrichtung zu validieren, um sicherzustellen, daß es dem PCC gestattet ist, im Kommunikationssystem zu arbeiten (das heißt, sicherzustellen, daß ein Benut zer des PCC nicht fehlerhafterweise Zugang zu einem Dienst in einem System be kommt) und es wird dem ACRE gestattet, ein Spektrum des Kommunikationssystems zuzuweisen (das heißt, zu gewährleisten, daß das ACRE nicht durch einen unbe rechtigten Betreiber eingerichtet wird, der das Spektrum illegalerweise benutzt). Ins besondere validiert das Verfahren eine Kommunikationsverbindung zwischen einer schnurlosen Basisstation und einer Autorisier- und Rufwegeleitvorrichtung, indem die schnurlose Basisstation authentifiziert wird, mit der Autorisiervorrichtung zu kommu nizieren, und indem die Autorisiervorrichtung authentifiziert wird, mit der schnurlosen Basisstation zu kommunizieren. Vorzugsweise basiert der Schritt der Authentifikation der schnurlosen Basisstation auf einer ersten Zufallszahl, die in der Autorisiervorrich tung erzeugt wird, und der Schritt des Authentifizierens der Autorisiervorrichtung auf einer zweiten Zufallszahl, die innerhalb der schnurlosen Basisstation erzeugt wird. Es wird eine Kommunikationsverbindung zwischen der schnurlosen Basisstation und der Autorisiervorrichtung gestattet, wenn sowohl die schnurlose Basisstation als auch die Autorisiervorrichtung authentifiziert worden sind.

Claims

1. Verfahren zum Autorisieren einer Basisstation (115) einer schnurlosen Telefonanlage zur Kommunikation mit einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (101), wobei die Basisstation mit einem Telefonnetz (111) verbunden ist und eine Kommunikationsver bindung zwischen der Basisstation und einer Autorisiervorrichtung (117) besteht, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Authentifizieren der Basisstation gegenüber der Autorisiervorrichtung;
Authentifizieren der Autorisiervorrichtung gegenüber der Basisstation;
Gültigmachen der Kommunikationsverbindung zwischen der Basisstation und der Autorisiervorrichtung, wenn die Basisstation und die Autorisiervorrichtung authentifiziert wurden.

2. Verfahren zum Autorisieren einer Basisstation nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Authentifizierens der Basisstation das Senden (502) einer Verbindungsnachricht von der Autorisiervorrichtung an die Basisstation umfaßt, wobei die Verbindungsnachricht eine erste, von der Autorisiervorrichtung erzeugte Zufallszahl enthält.

3. Verfahren zum Autorisieren einer Basisstation nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Authentifizierens der Basisstation weiterhin das Senden (504) eines Authentifizierergeb nisses der Basisstation von der Basisstation an die Autorisiervorrichtung umfaßt.

4. Verfahren zum Autorisieren einer Basisstation nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Authentifizierens der Autorisiervorrichtung weiterhin das Senden (504) einer Authentifiziernachricht der Autorisiervorrichtung von der Basisstation zur Autorisiervorrichtung umfaßt, wobei die Authentifiziernachricht der Autorisiervorrichtung eine zweite, von der Basisstation erzeugte Zufallszahl enthält.

5. Verfahren zum Autorisieren einer Basisstation nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Authentifizierens der Autorisiervorrichtung weiterhin das Senden (506) eines Authentifizierergebnisses der Autorisiervorrichtung von der Autorisiervorrichtung zur Basisstation umfaßt.

6. Verfahren zum Autorisieren einer Basisstation nach Anspruch 1,
wobei der Schritt des Authentifizierens der Basisstation folgende Schritte enthält:

a) Übertragen (622) eines ersten Authentifizieranforderungssignals von der Autorisiervorrichtung zur Basisstation, wobei das erste Authentifizieranforderungssignal eine erste Zufallszahl aufweist;
b) Erzeugen (626) eines ersten Authentifizierergebnisses in der Basisstation basierend auf der ersten Zufallszahl;
c) Erzeugen (631) eines zweiten Authentifizierergebnisses in der Autorisiervorrichtung basierend auf der ersten Zufallszahl;
d) Vergleich (632) des ersten und des zweiten Authentifizierergebnisses, um die Basisstation zu authentifizieren;

und wobei der Schritt des Authentifizierens der Autorisiervorrichtung die folgenden Schritte enthält:

a) Übertragen (622) eines zweiten Authentifizieranforderungssignals von der Basisstation zur Autorisiervorrichtung, wobei das zweite Authentifizieranforderungssignal eine zweite Zufallszahl enthält;
b) Erzeugen (667) eines dritten Authentifizierergebnisses in der Autorisiervorrichtung basierend auf der zweiten Zufallszahl;
c) Erzeugen (666) eines vierten Authentifizierergebnisses in der Basisstation basierend auf der zweiten Zufallszahl; und
d) Vergleich (670) des dritten und vierten Authentifizierergebnisses, um die Autorisiervorrichtung zu authentifizieren.

7. Verfahren zum Autorisieren einer Basisstation nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiterhin folgende Schritte aufweist:

a) Übertragen eines ersten Authentifizieranforderungssignals von der Autorisier vorrichtung zur Basisstation, wobei das erste Authentifizieranforderungssignal eine erste Zufallszahl aufweist;
b) Übertragen eines zweiten Authentifizieranforderungssignals von der Basisstation zur Autorisiervorrichtung, wobei das zweite Authentifizieranforderungssignal eine zweite Zufallszahl und ein erstes Authentifizierergebnis enthält, das in der Basisstation basierend auf der ersten Zufallszahl erzeugt wurde; und
c) Übertragen eines dritten Authentifizierergebnisses von der Autorisiervorrichtung zur Basisstation, wobei das dritte Authentifizierergebnis in der Autorisiervorrichtung basierend auf der zweiten Zufallszahl erzeugt wurde;

wobei der Schritt des Authentifizierens der Basisstation durch Vergleich des ersten Authentifizierergebnisses mit einem zweiten Authentifizierergebnis, das in der Autorisiervorrichtung basierend auf der ersten Zufallszahl erzeugt wurde, und
der Schritt der Authentifizierens der Autorisiervorrichtung durch Vergleich des dritten Authentifizierergebnisses mit einem vierten Authentifizierergebnis, das in der Basisstation basierend auf der zweiten Zufallszahl erzeugt wurde, erfolgt.

8. Verfahren zur Authentifikation einer Basisstation (115) einer schnurlosen Telefonan lage, die in einem Kommunikationssystem arbeitet, das eine Autorisiervorrichtung (117) aufweist, wobei die Basisstation einen mit ihr verbundenen Identifikationskode aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Übertragen (622) einer Authentifizieranforderung von der Autorisiervorrichtung zur Basisstation, wobei die Authentifizieranforderung eine in der Autorisiervorrichtung erzeugte Zufallszahl enthält;
Erzeugen (626) eines ersten Authentifizierergebnisses, basierend auf der Zufallszahl und einer ersten Identifikationsnummer;
Übertragen (628) des ersten Authentifizierergebnisses zur Autorisiervorrichtung;
Übertragen (628) des mit der Basisstation verbundenen Identifikationskodes zur Autorisiervorrichtung;
Erzeugen (631) eines zweiten Authentifizierergebnisses in der Autorisiervorrichtung, basierend auf der Zufallszahl und der ersten Identifikationsnummer; und
Vergleich (632) des ersten und des zweiten Authentifizierergebnisses, um die Basisstation zu authentifizieren.

9. Verfahren zur Authentifikation einer Autorisiervorrichtung (117), die in einem Kommunikationssystem arbeitet, das eine Basisstation (115) einer schnurlosen Telefonanlage aufweist, die mit einem Telefonnetz verbunden ist, wobei die Basisstation einen mit ihr verbundenen Identifikationskode aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Übertragen (662) einer Authentifizieranforderung von der Basisstation zur Autorisiervorrichtung, wobei die Authentifizieranforderung eine in der Basisstation erzeugte Zufallszahl und eine erste Identifikationnummer enthält;
Erzeugen (666) eines ersten Authentifizierergebnisses in der Basisstation, wobei das erste Authentifizierergebnis auf der Zufallszahl und der ersten Identifikationsnummer basiert;
Erzeugen (667) eines zweiten Authentifizierergebnisses in der Autorisiervorrichtung, basierend auf der Zufallszahl und dem Identifikationskode der Basisstation;
Übertragen (668) des zweiten Authentifizierergebnisses an die Basisstation; und
Vergleichen (670) des ersten und des zweiten Authentifizierergebnisses, um die Autorisiervorrichtung zu authentifizieren.

10. Verfahren zur Authentifikation einer Autorisiervorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt umfaßt:
Empfangen (669) des zweiten Authentifizierergebnisses in der Basisstation.