CN1216202A - 用gsm移动通信交换中心支持pacs的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

用于把支持低层无线电、无线通信设备的个人接入通信系统(PACS)(2)与用于支持高层、蜂窝网设备的GSM综合,使PACS系统(2)可与不具备先进智能网络性能的公用电话交换网相连。在PACS/GSM综合系统的各种单元中重新分配传统的PACS接入管理器功能。详述对PACS协议的修改以使它与GSM协议兼容。

Description

用GSM移动通信交换中心支持PACS的方法和系统
发明领域
本发明涉及个人无线通信。具体而言，本发明涉及运用个人接入通信系统(PACS)支持个人无线通信业务的方法，其中个人接入通信系统通过在通用移动通信系统(GSM)中的移动通信交换中心连到公用电话交换网(PSTN)。
发明背景
当今，在800MHz的频带周围提供蜂窝网移动通信业务。这些系统是公认的“高层”系统。“高层”是指这种系统，其特点在于基站高，发射功率高，覆盖区达几英里，而且它可以支持以较高速度(诸如，每小时大约30至40英里)运行的无线用户(例如，蜂窝网移动电话)。
一种这样的高层系统是设置在世界的许多区域(包括，部分北美洲、欧洲和亚洲)中的通用移动通信系统(GSM)。GSM支持服务区中的用户单元，其方法是管理每个用户单元的位置和标识信息，把系统信息和人局呼叫发送到用户单元并接收用户单元发送的信息。GSM还使用户单元与本地公用电话交换网(PSTN)相连。
在GSM系统中的蜂窝网基站一般具有大型和费用庞大的结构。高层基站可以有几百英尺高，其服务区的半径达10英里。除规模和代价外，与室内运用用户单元时的低层无线接入技术的话音质量(32千比特/秒)相比，传统的蜂窝网通信一般话音质量很低(8千比特/秒至13千比特/秒)。
传统的高层蜂窝网系统还受到能载送的话务量的限制。当足够多的用户同时想要运用系统时，高层系统变得很拥挤，用户的呼叫受阻塞。已知“蜂窝区分裂”是增加高层系统的容量的方法，但是当需求量很大时，这种方法也就不再有效了。
除了这些系统之外，对于无线通信，已出现低层无线通信标准。一种这样的低层系统是个人接入通信系统(PACS)，用于在1850-1990MHz频带进行无线通信的标准。
PACS比起已知的高层系统有几个优点，诸如小型和廉价基站和要求较低的发射功率。在下列论文中描述了PACS的发展：D.C.Cox，通用数字便携式无线通信，Proceedings of the IEEE，第75卷，1987年4月，第436-477页；D.C.Cox，《通用数字便携式无线通信》,Proceedings of the IEEE，第75卷，1987年4月，第436-477页；D.C.Cox，《广泛分布低功率无绳通信无线系统的建议》，IEEE Trans.on Comm,.1991年2月，第324-335页；V.K.Varma等人，《灵活低延迟TDMA帧结构》，IEEE ICC‘91,Denver,CO,6月23-26日，1991年；美国国家标准委员会J-STD-014，《个人接入通信系统空中接口标准》，1995年(下文称为“ANSI J-STD-014”)按参考资料在此引入。
PACS的优点源于所使用的基站规模小。作为无线电端口(RP)，这些基站服务相对较小的区域(路径长度上达几千米)。由于既小又相对便宜，所以可以把RP广泛地设置在电线杆(utility pole)上、建筑物上、隧道内、室内等，以更加广泛地支持无线接入业务。此外，比起高层基站，RP对功率的需求量相对较小。RP可以由电网供电或者蓄电池供电。
PACS还具有操作上的优点。它的窄带传输格式在10MHz子带中形成较多的频道，以供RP选择。它允许PACS具有较高的频率重复使用因数，可更加有效地利用可获得的射频频带。此外，由于大多数电路被设置在服务多个RP的无线电端口控制器单元(RPCU)中，所以无需访问每个RP就能完成系统升级。
然而，PACS不是没有限制。应注意，PACS是低层系统，而且只能支持以较低速度移动的用户单元。由于每个RP支持的服务区小，所以运行速度超过每小时30至40英里的用户单元要求从一个RP或基站到另一个RP或基站的频率切换或者交接。这是PACS在低速移动用户(例如，步行者)高度集中的区域中成本花费大的一个原因。
原先，在假设无线电端口网络可与公用电话交换网(PSTN)连接，特别是与ISDN交换机连接的情况下发展PACS。为了支持PACS,PSTN必需执行移动性管理功能，这与由GSM执行的功能相类似。具体地说，PSTN支持的PACS必须跟踪每个用户单元在服务区内的位置，并管理呼叫路由选择。
为了支持上述采用PACS的无线接入移动性管理功能，需要具有先进智能网(AIN)性能的PSTN。然而，在多个区域中(特别是，在发展中国家)的PSTN并不具备AIN性能。因此，需要可使PACS快速布署的另一种体系结构，以提供在这些区域中的无线业务。
如下所述，运用GSM系统支持PACS提供该另一种体系结构。
发明概述
本发明的目的在于，满足所述需要和其它需要。更具体地说，本发明的目的在于提供一种方法，利用这种方法，可以通过或者经过移动交换中心(MSC)把用于无线接入的个人接入通信系统(PACS)连到通用移动通信系统(GSM)网络，以提供移动性管理功能。本发明的另一个目的在于，提供在PACS/GSM综合的警示，并修改PACS系统的协议以与GSM相兼容。
在下面的说明书中，将部分描述本发明的附加目的、优点和新颖性，而且对于熟悉该技术领域的人员一旦细阅下面的说明书或者通过对本发明的实践就会显而易见。通过在所附权利要求书中特别指出的手段和组合可以实现并获得本发明的目的和优点。
如下所述，为了达到本发明的所述和其它目的，本发明的方法包括下列步骤：
在整个服务区内提供由多个无线电端口控制器单元控制的多个PACS无线电端口；
把所述无线电端口控制器单元与GSM网络的移动交换中心相连；
向所述PACS无线电端口控制器提供用于用户单元鉴权和登记的协议，以及用于交接和加密的协议，它们与GSM协议相兼容。
无论把GSM布置在哪里，本发明都允许服务提供者向PACS兼容用户提供服务。这种服务提供者必须建造PACS基础设施，并运用本发明把GSM与本地公用电话交换网(非AIN PSTN)相连。
附图说明
加入并形成说明书一部分的附图描绘本发明的方法，并用来和文字叙述一起解释本发明的原理。在附图中：
图1是示出根据本发明的方法与GSM基础设施接口的PACS基础设施系统的方框图。
图2示出根据本发明在GSM/PACS综合系统中广播的系统信息信道的内容。
图3是示出说明本发明的用户单元位置跟踪方法的综合GSM/PACS系统的方框图。
图4是示出根据本发明支持GSM/PACS综合系统鉴权和呼叫传送所需的本发明警示协议过程的示意图。
图5是示出根据本发明支持GSM/PACS综合系统频率切换所需的协议过程的示意图。
较佳实施例的详细描述
运用附图，描述本发明的较佳实施例。PACS和GSM的物理综合
图1示出与PACS网络2综合并支持PACS网络2的GSM网络1。在该例子中，PACS网络2的基本组成部分是无线电端口(RP)3和无线电端口控制器单元(RPCU)4。无线电端口3包括通过空中与用户单元8进行通信的无线发射机/接收机。虽然只示出一个RP3和一个RPCU4，但是应理解可以设有几个。
PACS运用频分双工(FDD)来支持双向通信链路。相关的标准，PACS-UB，运用时分双工(TDD)。在下面的论文中详细描述了用户单元和RP之间的PACS传输的结构：L.F.Chang等人，《TDMA便携式通信系统猝发段同步和检错的组合》，IEEE Trans.Comm.,1991年；J.Chuang,《TDMA便携式无线电通信系统的独立自适应频率分配》，IEEE Trans.Veh.Tech.，第40卷，第3号，第627-635页，1991年8月；A.R.Noerpel等人，《PACS-UB，一种用于未许可频谱的协议》，IEEEICC‘95 Conf.Proceedings,Seattle,WA1995年6月。按参考资料，在此引入。
通过P接口把RPCU6连到RP3。逻辑上把RPCU用于通过P接口管理RP的信号与在嵌入式操作信道(EOC)中的呼叫业务分开。一般，单个RPCU控制多个RP。在PACS系统中，根据需要，在服务区内设有几个RP和RPCU。这种部署包括设于传统蜂窝网装置难以工作的室内的RP。
按照惯例，具有AIN性能的PSTN可用，则RPCU通过ISDN接至PSTN。然而，在如图1所示的例子中，通过GSM移动交换中心(MSC)7把PACS系统2与GSM系统1综合。
在GSM系统1中，BTS5所示的网络基站(BTS)通过已知为Abis接口与基站控制器(BSC)相连。虽然在图1中只示出一个BSC，但是应理解可以设有几个。用户单元8通过Um接口与BTS5相连。BTS5和BSC6与RP2和RPCU4相类似。BTS5和BSC6一起形成基站系统(BSS)。
通过A接口，把GSM网络的各种BSS连到移动交换中心(MSC)7。然后，MSC7把BSS网络与公用电话交换网(PSTN)相连。根据本发明，这种PSTN不需要具备AIN性能，因为MSC执行智能交换功能。
本发明的较佳实施例中，在由GSM服务的整个区域中设有RP3和RPCU4。通过A接口，把RPCU连到GSM1的MSC7。该A接口与把MSC7链接到GSM基站控制器6的接口的类型相同。
MSC7还连接外访位置寄存器(VLR)9和归属位置寄存器(HLR)10。可以获得服务的每个登记区域都有VLR9。当用户开始要求服务时，为该用户建立标识和服务简要档案，并把它们存储在用户归属区的HLR中。用这种标识把人局呼叫送到用户。每个HLR10还连接鉴权中心(AuC)，它存储用于验证每个用户单元8的标识的独一鉴权信息。
如果用户单元漫游到不同的登记区，那么此新区域的系统不认识，该用户单元因而且能接收呼叫。下文将详述，通过用本地VLR临时登记用户单元来解决这个问题。
当用户单元发现自己在新的登记区时，它通过把消息发送到本地VLR来登记到本地系统。然后，本地VLR与用户归属区的HLR10接触，并接收用户的标识信息。本地VLR再把在新登记区中使用的临时标识分配给用户单元。为了安全、保密和其它目的分配临时标识。
当呼叫用户时，把呼叫送到用户HLR所在的归属区。如果用户在归属登记区中，那么归属系统把呼叫接给用户。如果远端VLR与HLR10接触以把用户临时登记在另一个区域中，那么HLR10具有用户的当前位置的路由信息，而且相应地把呼叫送到临时登记用户单元的登记区。
PACS和GSM的协议综合
由于PACS和GSM是完全不同的系统，所以本发明对PACS运用的操作过程引入若干修改，以获得与GSM的兼容性。在建立PACS/GSM综合的过程中，本发明避免改变GSM设备。由于已把GSM配置在许多区域中，而且必须在其处于运行中的状态修改，所以改变GSM设备花费很大。通过改变PACS协议以在部署PACS设备之前与GSM兼容，免除改变GSM的需要。下面，详细叙述实现这种方法的较佳实施例。
1)鉴权算法
当接收/始发呼叫时，用户单元必须通过系统验证它的标识。已知这种处理过程为鉴权。在鉴权过程中，由支持系统赋予用户单元一随机数。用户单元按该随机数进行其独特算法，以生成不同的数。如果系统证实由用户单元生成的新数，那么鉴别该用户单元有权。
在这个例子中，用特定的鉴权算法(算法A3和A8)对GSM兼容用户单元进行编程，使该单元本身可由系统识别。PACS兼容用户单元具有类似的算法，诸如CAVE算法。为了促进PACS/GSM综合，在本发明的此实施例中，用户单元运用A3和A8算法，而不是CAVE算法。修改PACS兼容用户单元的安全菜单，以包括A3和A8鉴权算法的编码。
在PACS中，系统信息信道(SIC)一直广播随机数被叫Rand和实时。PACS兼容用户单元可以利用从SIC广播取出Rand和实时，通过CAVE算法运算该数字并把结果送回系统验证，从而自己鉴权。
参照图1，当对GSM兼容用户单元进行鉴权时，由在用户的归属区中的HLR10和AuC11把128比特随机询问(RAND)，会话密钥Kc和带符号响应(SRES)等三种数字发送到单元所在处的VLR9和MSC7。对于每个用户单元而言，这三种数字是唯一的。然后，GSM系统把RAND发送到用户单元8。于是，用户单元8进行A3/A8算法以根据RAND得出SRES。然后，用户单元把导出的SRES发送到本地VLR9。本地VLR9把导出的SRES与从HLR10发送的SRES相比较。如果SRES数字相匹配，那么鉴别用户单元有权。
于是，在PACS和GSM综合的例子中，用户单元8设有A3和A8算法。然而，应注意，在PACS系统中的用户单元对从系统信息信道中得出的随机数执行鉴权算法。在该实施例中，由于不在GSM中连续广播任何随机数，所以PACS/GSM综合用户单元8设有新消息以从本地VLR9请求随机数，RAND。
如表1所示，在较佳实施例中，用户单元8设有鉴权请求消息(AUTH REQ C)以请求RAND。该消息包括下列信息元素：(1)消息类型，(2)参考呼叫，(3)安全菜单选择，(4)位置更新类型，(5)密钥序号，(6)位置区标识，(7)移动站等级标志，(8)SubID或TSubID=TMSI或IMSI，和(9)初始消息类型(这种信息元素的初始消息类型是呼叫请求消息(CALL_REQ)、终端登记请求消息(TERM_REG_REQ)和警示确认消息(ALERT_ACK)。
此外，在表1示出消息中每个信息元素的类型和长度。在所有表格中，在“参考”一栏里的项目是指ANSI J-STD-014，而“方向”一栏表示用户单元(“SU”)和PCU之间的通信方向。
                 表1：鉴权请求消息(AUTH_REQ_C)
信息元素     参考     方向     类型     长度
消息类型     7.3.2.2  SU→RPCU     M     1
参考呼叫     7.3.3.32  SU→RPCU     M     3
安全菜单选择     7.3.3.21  SU→RPCU     M     3
位置更新类型     7.3.3.x.1  SU→RPCU     M     1/2
密钥序号     7.3.3.x.2  SU→RPCU     M     1/2
位置区标识 7.3.3.x.3 SU→RPCU M 5
移动站等级标志     7.3.3.x.4  SU→RPCU     M     1
SubID或TSubID=TMSI或IMSI     7.3.3.x.5  SU→RPCU     M     2-9
初始消息类型(记号1)     7.3.3.26  SU→RPCU     M     3
表2示出RPCU4用于把RAND发送到用户单元的鉴权询问消息(AUTH_CHALLENGE)。该消息包括下列信息元素：(1)消息类型，(2)参考呼叫，(3)密钥序号，(4)备用半八位字节(half-octet)和(5)GSM RAND。
                  表2：鉴权询问消息(AUTH_CHALLENGE)
信息元素     参考     方向     类型     长度
消息类型     7.3.2.2  RPCU→SU     M     1
参考呼叫     7.3.3.32  RPCU→SU     M     3
密钥序号     7.3.3.y.1  RPCU→SU     M     1/2
备用半八位字节     7.3.3.y.2  RPCU→SU     M     1/2
GSM RAND     7.3.3.y.3  RPCU→SU     M     16
表3示出用于把导出的SRES发送到RPCU4和VLR以供证实的鉴权响应消息(AUTH_RESP)。该消息包括下列信息元素：(1)消息类型，(2)参考呼叫和(3)GSMSRES
                 表3：鉴权响应消息(AUTH_RESP)
信息元素     参考     方向     类型     长度
消息类型     7.3.2.2  SU→RPCU     M     1
参考呼叫     7.3.3.32  SU→RPCU     M     3
GSM SRES     7.3.3.y.4  SU→RPCU     M     4
2)加密
对在用户单元8和RP3之间的传输进行编码以保护用户的秘密。把这种编码处理称为加密。虽然GSM和PACS都运用专用密钥。数据流加密方法对用户信息和信令加密，但是在协议/消息流程和信息元素之间存在差异。在较佳实施例中，把GSM A5加密算法用于PACS/GSM综合系统，而不是与PACS一起开发的BRAID加密。PACS可与一起使用A5算法，假设：
a)不支持为PACS开发的公共密钥加密任选项，
b)只用A5算法可获得的114位中的88位密码来对PACS业务和信令信道加密或解密。
c)运用GSM密钥Kc(64比特)，而不是带有限定的位映象的PACS密钥(88比特)。
d)消息请求用户单元鉴权(AUTH_REQ_C)不再包括加密的信息元素。
e)在A5算法中只运用PACS帧计数中的22个最低有效位，并从PACS无线信道中导出。忽略ALT_COUNT信息。
f)A5算法的速率(228密码位/4.615ms；449.4比特/秒)改为PACS速率(176明码位/2.5ms；70.4比特/秒)。3)用户标识
在GSM中，当用户开始登记服务时，把国际移动用户标识(IMSI)分配给该用户。在PACS中进行同样处理，但是标识结构不同，并把它称为用户标识(SubID)。为了促进PACS和GSM系统的综合，把IMSI嵌入PACS用户标识(SubID)。4)临时用户标识
在GSM中，每当用户进入新的服务区时，就把临时移动用户标识(TMSI)分配给用户。再者，在PACS系统中进行同样处理，但是标识结构不同，并称为临时用户标识(TSubID)。为了促进PACS和GSM系统的综合，必须把TMSI嵌入在PACS临时用户标识(TSubID)中。5)设备标识
在GSM中，每个用户单元还具有国际移动设备标识(IMEI)。在PACS中，运用电子序号(ESN)。为了PACS/GSM综合，把IMEI嵌入ESN中。6)端口标识
如上所述，PACS兼容用户单元寻找提供最佳信号的RP，并通知网络它用哪个RP来访问系统。为了做到这一点，用户单元必须能够对系统识别各个RP和RPCU。在GSM中，由蜂窝区通用标识符(CGI)识别每个基站。然后，为了促进GSM和PACS的综合，把CGI赋予每个RP和RPCU，以代替为供PACS使用而开发的全端口标识(CPID)。7)位置区标识符
在PACS中，由全登记区标识符识别包括由相同VLR服务的一组RPCU的区域。GSM运用位置区标识符(LAI)。为了综合两个系统，RPCU可以把全登记区标识符译成GSM的有效LAI。
作为替代，在较佳实施例中，修改PACS所用RP和用户单元之间的系统信息信道(SIC)，以运用GSM LAI和其它GSM代码。具体地说，本例的修改包括：添加用于GSM移动通信国家代码(MCC)信息字段、移动网络代码(MNC)、位置区代码(LAC)和蜂窝区标识(CI)；去除PACS全登记区标识信息字段和RP标识。此外，可以去除实时字段。在该实施例中，对RPCU进行这些修改，因而不必修改现存的GSM协议。
在图2中示出SIC的修改格式。第一八位字节是SIC首标。第二八位字节是SIC协议鉴别符(=GSM)。第三和第四八位字节分别是层2和层3协议鉴别符。第五八位字节表示在SIC中的消息数量。保留第六八位字节。第七八位字节包括SIC修正号和部分移动通信国家代码(MCC)，其余国家代码位于第八八位字节中。第九八位字节包括移动网络代码(MNC)。第十和第十一八位字节包括位置区代码(LAC)，而第十二和第十三八位字节包括蜂窝区标识(CI)。此外，MCC、MNC、LAC和CI构成蜂窝区通用标识(CGI)。
八位字节14至16包括业务性能。八位字节17至20包括安全菜单。八位字节21大部分保留，但是包含移动性管理数据组(MM)。八位字节22和23包含RPCU标识。保留剩余的八位字节。8)管理用户位置和标识
此外，由称为接入管理器(AM)的网络单元(未图示)执行支持原先所设计的PACS系统所需的一些功能。AM可以位于业务控制点、交换机附件或智能外围设备中。它还可与RPCU相结合或者独立应用。一般而言，单个AM支持多个RPCU并负责网络控制任务，如询问远端数据库以访问用户信息、建立并传送呼叫等。
更清楚地说，AM为在由与AM相连的任一RPCU4服务的区域内的每个用户单元生成临时ALERT_ID。当用户单元8的用户接收到呼叫或者播叫，AM核对所呼叫的用户的标识与用于该用户的用户单元8的临时ALERT_ID。然后，AM向用户单元8广播警示信号，一旦用户单元已鉴权，就把呼叫送到用户单元。
由于在GSM规范中，GSM不包括分开的接入管理器，所以当PACS与GSM相连时，AM不必包括在该组合中。根据本发明的较佳实施例，RPCU4接管AM的大多数功能，包括分配ALERT_ID。为此，提出下列两个问题。
第一，在服务区内的ALERT_ID对于每个用户单元8都是唯一的。然而，如果在服务区内的每个RPCU4都独立地把ALERT_ID分配给用户单元8，就可能由两个不同的RPCU4把相同的ALERT_ID分配给两个不同的用户单元8。第二，对于在服务区中的所有RPCU4，每个用户单元的ALERT_ID都应是已知的，从而用户单元8不必记住多个ALERT_ID(通过多个ALERT_ID寻呼用户单元8)。
由于GSM系统1根本不使用ALERT_ID，又引起了另一个问题。当播叫用户单元8时，GSM系统1通过A接口把播叫信号送到BSC6。播叫信号可以包括用户正在播叫的国际移动用户标识(IMSI)、临时移动用户标识(TMSI)、蜂窝区标识符表和信道需要字段。蜂窝区标识符表表示播叫哪个区的用户。在接收播叫信号之后，BSC6通过与它相连的BTS5播叫用户。因此，在本发明的PACS/GSM综合系统中，RPCU4保持把TMSI和IMSI换算成为给定的用户单元8生成的ALERT_ID的变换表。
应注意，RPCU4把新的ALERT_ID分配给登记用户单元。可能已由在重叠区域或附近区域中服务的不同RPCU把等同的标识分配给不同的用户单元8。不可接受的结果是一个ALERT_ID会播叫两个不同的用户单元。
另一方面，虽然新的ALERT_ID不会抵触另一个ALERT_ID，但是它极有可能与先前的RPCU用来播叫所述的用户单元的ALERT_ID不同。因此，用户单元必须记住会被播叫的多个ALERT_ID。
在此例子中，通过用户单元8移入由新的RPCU4服务的区域中时，进行重新登记提出这个问题。参照图3，详细描述这个过程，
开始，用户单元8位于由12所示的位置。装置通过无线电端口RPA由系统登记。RPCU1通过MSC1与GSM相连。在GSM网络中，由VLR9分配TMSI，而且通过VLR和用户归属区内的HLR10之间的通信与IMSI相关。
在登记过程中，HLR10对用户单元的标识进行鉴权，并通知VLR IMSI。然后，VLR9分配TMSI并通知RPCU1。于是，RPCU1分配与该TMSI相联系的ALERT_ID，并通知用户单元8它的ALERT_ID。
当用户单元8移到由13所示的位置上时，它从在系统信息信道(SIC)中的蜂窝区通用标识符(CGI)识别出由相同的RPCU把RPB作为RPA服务。因此，用户单元不需要重新登记，但仍然运用相同的ALERT_ID。
当用户单元8移到由14所示的位置上时，由新RPCU4、RPCU2对它进行服务。在SIC上的广播将告诉用户单元8仍由相同的VLR9对它的当前位置进行服务。然而，由于包括新的RPCU，所以用户单元通过把消息发送到新的RPCU来进行快速登记。
该消息包括下列信息元素：(1)消息类型，(2)TMSI(TSub_Id),(3)ALERT_ID，(4)保存，(5)连续首标，(6)CPID=CGI和(7)检测总和。以下表4详细列出FAST_REG消息的信息元素的类型和长度。
                 表4：快速登记消息(FAST_REG)
信息元素     参考     方向     类型     长度
消息类型     6.9.3.1  SU→RPCU     M     1
TMSI     6.9.3  SU→RPCU     M     4
ALERT_ID     6.9.3.13  SU→RPCU     M     3
保留     6.9.3.9  SU→RPCU     M     2
连续首标     6.9.3.1  SU→RPCU     M     1
CPID=CGI     6.9.3.2  SU→RPCU     M     7
检测总和     6.9.3.7  SU→RPCU     M     2
从表中可见，用户单元通过提供最后的RPCU赋予它的TMSI和ALERT_ID由RPCU4登记。这避免需要用户单元存储两个ALERT_ID，允许它只存储由当前RPCU4赋予它的ALERT_ID。
应注意，如果用户单元现在位于由RPCU2服务的区域内，那么RPCU1将不需要为不在它的服务区内的用户单元8保留ALERT_ID。由RPCU4内部建立的基于定时器的登记过程解决这个问题，它删除具有24小时前的时间标记的ALERT_ID。
一旦接收到快速登记消息，RPCU2就把新的ALERT_ID分配给用户单元，并存储TMSI、IMSI和新的ALERT_ID之间的关系。RPCU以快速登记确认消息(FAST_REG_ACK)(详见表5)应答用户单元8。该消息实质上通知用户单元它的新ALERT_ID。(FAST_REG_ACK)消息包括下列信息元素：(1)消息类型，(2)TMSI(TSub_Id),(3)ALERT_ID和(4)检测总和。
              表5：快速登记确认消息(FAST_REG_ACK)
信息元素     参考     方向     类型     长度
消息类型     6.9.3.1  RPCU→SU     M     1
TMSI(TSub_Id)     6.9.3  RPCU→SU     M     4
ALERT_ID(新)     6.9.3.13  RPCU→SU     M     3
检测总和     6.9.3.7  RPCU→SU     M     2
仍然参考图3，当用户单元移到由15所示的位置上时，在SIC上的CGI消息将通知用户单元它位于由不同的RPCU(RPCU4)、不同的MSC(MSC2)以及VLR9服务的区域内。因此，用户单元运用上述协议以及标准GSM登记处理重新登记，不同之处仅在于，新的VLR9询问用户单元归属区内的HLR10关于用户单元的IMSI。然后，对图3中LA2所示的区域，VLR9将把与IMSI相匹配的新的TMSI分配给用户单元8。
图4示出用于警示和呼叫传送的消息流程。在图4中，实线表示PACS层三消息。虚线表示PACS层二消息，短划线表示GSM A端口消息。斜黑体字的消息是PACS协议的修改部分，用以促进PACS/GSM综合。普通字体示出现有消息。
如上所述，理论上，把必须执行的不同功能组成多层。层是通信系统的功能平面。由特定的一个系统单元或者几个系统单元执行一层的功能。对于本发明的较佳实施例，最好把快速登记消息和确认设置在包括系统的登记和鉴权功能的层二中。
下面是如图4所示的消息流程。由MSC把GSM播叫消息(PAGING)发送到由该MSC服务的所有RPCU。具有已被登记的用户单元的记录的任何RPCU都广播适当的ALERT_ID(SBC(Alert ID))。在接收警示信号后，用户单元开始鉴权和密码建立处理。鉴权请求消息(AUTH_REQ_C)包括警示确认消息(ALERT_ACK)作为初始消息类型，以通知RPCU用户单元正在应答播叫。于是，进行鉴权处理。
在完成鉴权和建立链路加密之后，RPCU把分配呼叫(RCID)标识的消息发送到用户单元。接着，从GSM网把GSM SETUP消息发送到RPCU。RPCU把该消息转换为PACS人局呼叫消息(INCOMING_CALL)。然后，呼叫流程的剩余部分包括由RPCU执行直接把PACS消息变换为GSM A端口消息。9)交接
应注意，当用户单元移动时，提供最佳信号的RP或者基站可以改变。于是，除了需要上述重新登记之外，还必须有一种协议，用于把在用户单元和一个RP或者基站之间的已建立的链路转移到不同的RP或者基站，从而为用户提供高质量的服务。把切换链路称作“交接”。在PACS中，还把交接称为自动链路转移(ALT)。
在PACS/GSM综合系统中，如果交接是在由相同的RPCU控制的两个RP之间进行，那么现有的PACS ALT协议已足够。然而，如果由不同的RPCU控制新的RP，那么GSM MSC必须执行交接。由于在PACS交接处理和GSM交接处理之间存在很大差异，所以必须再次修改PACS协议。
在PACS和GSM中，用户单元测量正被使用的RP或者基站的现存链路的信号强度，还测量由可被应用的其它邻近RP或者基站发送的信号强度。
在GSM中，网络确定何时把链路转移到不同的基站。GSM用户单元每过0.5秒就把它的信号测量结果发送到基站，在那里处理并比较它们。然后，基站控制器确定何时需要交接，和哪个新的基站将接收链路。因此，在GSM中，交接请求发自识别新的基站控制器的旧的基站控制器。
在PACS中，用户单元确定何时交接链路和运用哪个新的RP。PACS用户单元直接把交接信号发送到新的RP。这种方法的优点在于在接有新的RP的新链路上发生交接信令，因而更加可靠。于是，为了综合PACS和GSM，必须把新的链路转移消息引入PACS协议中。在图5中描述新的RPCU间PACS交接的流程图，其中运用与图4相同的线条式样和字体规则。
如图5所示，当用户单元确定应进行交接时，它暂停当前呼叫与旧RP的链接(LINK_SUSPEND)并起动与新RP的链路。用户单元把自动链路转移请求消息(ALT_REQ)发送到新RP。下表6详细描述在该消息中信息元素的类型和长度。该消息包括下列信息元素：(1)消息类型，(2)新RP(RP)的蜂窝区通用标识符(CGI),(3)保存，(4)消息连续(ALT_REQ_CONT),(5)RCID,(6)接入信息，(7)保存和(8)检测总和。
                 表6：自动链路转移请求消息(ALT_REQ)
信息元素     参考     方向 类型 长度
消息类型     6.9.3.1  SU→RPCU     M     1
CGI(新RP)     6.9.3.16  SU→RPCU     M     7
保存     6.9.3.9  SU→RPCU     M     2
消息连续(ALT_REQ_CONT)     6.9.3.1  SU→RPCU     M     1
RCID     6.9.3.14  SU→RPCU     M     3
接入信息     6.9.3.12  SU→RPCU     M     1
保存     6.9.3.9  SU→RPCU     M     3
检测总和     6.9.3.7  SU→RPCU     M     2
仍然参考图5，如果新RPCU可以接受链路转移，它就用自动链路转移确认消息(ALT_ACK)来响应用户单元。ALT_ACK消息包含被称为交接参考(HO-reference)的新信息元素。在GSM中用HO-reference在交接期间识别链路。在下表7中详细列出了ALT_ACK消息，它包含下列信息元素：(1)消息类型，(2)时隙，(3)RCID,(4)HO-Reference，(5)保存和(6)检测总和。
                 表7：自动链路转移确认消息(ALT_ACK)
信息元素     参考     方向     类型     长度
消息类型     6.9.3.1  RPCU→SU     M     1
时隙     6.9.3.5  RPCU→SU     M     1
RCID     6.9.3.2  RPCU→SU     M     3
HO-Reference     6.9.3.x  RPCU→SU     M     1
保存     6.9.3.9  RPCU→SU     M     2
检测总和     6.9.3.7  RPCU→SU     M     2
通知GSM链路转移到何处。在本发明的较佳实施例中，把两个新消息加入PACS层二协议中。在图5，当用户单元接收来自受理新链路的新RP的自动链路转移确认时，用户单元恢复与旧RPCU的链接(LINK_RESUME)，并把提供新RPCU的标识的自动链路转移通知消息(ALT_NOTIFICATION)发送到旧RPCU。在表8中详细描述该消息，它包含下列信息元素：(1)消息类型，(2)CGI和(3)检测总和。
             表8：自动链接转移通知消息(ALT_NOTIFICAITON)
信息元素     参考     方向     类型     长度
消息类型     6.9.3.1  RPCU→SU     M     1
RCID     6.9.3.2  RPCU→SU     M     3
保存     6.9.3.9  RPCU→SU     M     4
检测总和     6.9.3.7  RPCU→SU     M     2
图5中，在用户单元开始通过新链路进行加密处理之后，它把标准PACS自动链路转移完成消息(LAT_COMP)发送到旧的无线电控制端口。当旧无线电控制端口接收这个标准PACS消息时，它清除到该用户单元的旧链路(CLEAR_COMMAND,CLEAR_COMPLETE)。10)临时标识再分配
在GSM中，周期性地改变分配给用户单元的TMSI以助于保持用户标识的保密性。可在位置更新或者登记期间隐含地执行该TMSI再分配过程，也可明确地在用户单元与MSC和VLR进行通信期间的任一时刻直接进行TMSI再分配过程。在PACS中，没有与直接TMSI再分配处理相对应的过程。
解决这种不兼容有几种方法。最简单的方法是如果某MSC存在PACS RPCU连接，那么放弃对于由该MSC服务的区域的TMSI再分配处理。第二种是最彻底的方法，即在执行GSM TMSI再分配过程的层3中的PACS用户单元协议引入一对新消息。
第三种方法是运用已存在于PACS中的RCID_ASSIGN，该消息对人局无线呼叫分配标识，以再分配PACS TSubID，因而这时可由RPCU将后者变换成等效的TMSI。
随着这种解决方法出现的问题是在PACS协议中没有对RCID_ASSIGN的确认，而且GSM MSC当改变用户单元的TMSI时希望确认。对于克服这个问题有三种可能性。第一，RPCU发送GSM所希望的确认消息，而不用得到用户单元的确认。第二，不发送任何确认，MSC接通它的协议中的连接故障部分。第三，可对用户写入确认经改变的临时标识的消息，以确认改变。11)取消登记
GMS具有称为IMSI连接/分离的过程，用户单元需要它支持但GSM网络可以选择。这种过程允许用户单元在降电或者关机时取消网络上的登记，从而网络不必播叫降电的用户单元。PACS支持可由RPCU简单地变换到GSM连接/分离过程中的取消登记过程。总结
已描述本发明的较佳实施例，可实现上述目的。熟悉该技术的人员可以容易地理解本发明所提供的优点，而且理解可以进行落在本发明的范围和构思内的多种变更和替代。
例如，用户单元显然可设计成PACS系统专用。另外，只要稍增加用户单元的尺寸和成本就可使它具有运用PACS或者高层系统(诸如GSM)进行通信的能力。在下列论文中进一步解释了这种综合的细节：R Malkemes等人，《(可在PACS和DCS 1900间运转的用户单元无线通信结构》，IEE第6次个人室内移动无线通信讨论会(PIMRC’95),1995年9月27-29日，多伦多，加拿大。按参考资料在此引入。
于是，如果用户具有可以利用高层或者低层支持系统的用户单元，那么用户可以运用在该任何环境下提供最高质量业务的任一层。例如：
1)室内的用户可用附近PACS RP的信号质量好的业务，而不是质量比室内低的高层业务；
2)如果高层业务的用户量已饱和，那么用户可以切换到低层业务；
3)如果用户在速度超过每小时40英里的汽车内或者其它车辆内，那么他可以运用高层业务。
上述说明仅用于说明本发明。它不是穷举或者使本发明局限于所揭示的部分。根据上述原理，可以进行多种改动和变化。由下列权利要求书限定本发明的范围。

Claims (33)

1．一种综合PACS网络和GSM网络的方法，其特征在于，包括下列步骤：
在整个服务区内提供多个无线电端口控制器单元控制的多个PACS无线电端口；
把所述无线电端口控制器单元与GSM网络的移动交换中心相连；
向所述PACS无线电端口控制器提供与GSM协议兼容的通信协议。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信协议包括用户单元鉴权和登记的协议。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通信协议包括用于交接和加密的协议。
4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括按每个所述无线电端口控制器单元把警示标识分配给服务区内的用户单元的步骤。
5．如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：
把所述用户单元的临时移动用户标识从所述移动交换中心送到所述无线电端口控制器单元；
由所述无线电端口控制器保持变换表，该表把在由所述无线电端口控制器单元服务的区域内的所述用户单元的所述临时移动用户标识换算成等效的所述警示标识。
6．如权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述用户单元从由一个无线电端口控制器单元服务的区域移到由不同无线电端口控制器单元服务的区域时，每个所述用户单元登记并接收新的警示标识。
7．如权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述用户单元从由一个外访位置寄存器服务的区域移到由不同外访者位置寄存器服务的区域时，每个所述用户单元登记并接收新的警示标识和新的临时移到用户单元标识。
8．如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：
确认所述用户单元的所述登记，和
通过所述无线电端口控制器单元，通知所述用户单元它的新标识。
9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括提供用于起动所述登记的消息，并提供用于确认所述登记的消息的步骤。
10．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括向所述用户单元提供至少一个GSM鉴权算法，以对所述用户单元的所述标识鉴权。
11．如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤；
为所述用户单元提供一种消息，该消息使所述用户单元能向GSM请求对其执行所述至少一种鉴权算法的随机数；
提供所述用户单元用于把所述至少一种鉴权算法的结果发送到GSM以证实的消息。
12．如权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述PACS无线电端口控制器提供通信协议的所述步骤包括向所述无线端口控制器单元提供GSM使用的加密算法的步骤。
13．如权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述PACS无线电端口控制器提供通信协议的所述步骤还包括把GSM使用的国际移动用户标识嵌入PACS使用的用户标识的步骤。
14．如权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述PACS无线电端口控制器提供通信协议的所述步骤还包括把GSM使用的临时移动用户标识嵌入PACS使用的临时用户标识的步骤。
15．如权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述PACS无线电端口控制器提供通信协议的所述步骤还包括把GSM使用的国际移动设备标识嵌入PACS使用的电子序号的步骤。
16．如权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述PACS无线电端口控制器提供通信协议的所述步骤还包括把蜂窝区通用标识符分配给每个所述无线电端口和无线电端口控制器，以识别接至GSM的所述无线电端口或者无线电端口控制器单元的步骤。
17．如权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述PACS无线电端口控制器提供通信协议的所述步骤包括通过去除无线电端口标识和登记区标识字段，并添加GSM使用的移动通信国家代码、移动网络代码、位置区代码和蜂窝区标识等字段，修改PACS使用的系统信息信道的步骤。
18．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：
提供一种消息，所述用户单元利用该消息请求GSM把在所述用户单元和GSM之间的现存链路从通过一个所述无线电端口控制器单元转接切换到通过所述用户单元确定的另一个无线电端口控制器单元转接；
提供一种消息，所述用户单元利该消息指明GSM把所述链路切换到哪个无线电端口控制器单元。
19．一种综合PACS网络和GSM网络的系统，其特征在于，包括：
遍布服务区的多个PACS无线电端口，它支持用户单元并由多个无线电端口控制器单元控制；
与所述无线电端口控制器单元连接的GSM网络的移动通信交换中心；
其中所述PACS无线电端口控制器单元设有与GSM协议兼容的协议。
20．如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述无线电端口控制器单元把警示标识分配给服务区内的用户单元。
21．如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述移动通信交换中心以外访位置寄存器获得所述用户单元的临时移动用户标识，并把所述临时移动用户标识送到所述无线电端口控制器单元；
所述无线电端口控制器单元保持转换表，该表把服务区内的所述用户单元的所述临时移动用户标识换算成等效的所述警示标识。
22．如权利要求21所述的系统，其特征在于，当所述用户单元从由一个无线电端口控制器单元服务的区域移到由不同无线电端口控制器单元服务的区域时，所述用户单元登记并接收新警示标识。
23．如权利要求22所述的系统，其特征在于，当所述用户单元从由所述外访位置寄存器服务的区域移到由不同外访位置寄存器服务的区域时，所述用户单元登记和接收新警示标识和新临时移动用户标识。
24．如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述无线电端口控制器单元确认所述用户单元的登记，并通知所述用户单元新的标识。
25．如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述用户单元具有至少一种GSM鉴权算法，以对所述用户单元的标识鉴权。
26．如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述用户单元具有用于向GSM请求对其至少进行一种鉴权算法的随机数的消息，和用于把所述至少一种鉴权算法的结果发送到GSM以证实的消息。
27．如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述无线电端口控制器运用由GSM使用的加密算法。
28．如权利要求19所述的系统，其特征在于，由嵌入PACS使用的用户标识中的GSM所用国际移动用户标识识别所述用户单元。
29．如权利要求19所述的系统，其特征在于，由嵌入PACS使用的临时用户标识中的GSM所用临时移动用户标识识别所述用户单元。
30．如权利要求19所述的系统，其特征在于，由嵌入PACS使用的电子序号中的GSM所用国际移动设备标识识别所述用户单元。
31．如权利要求19所述的系统，其特征在于，由GSM蜂窝区通用标识符分别识别所述无线电端口和所述无线电端口控制器单元。
32．如权利要求19所述的系统，其特征在于，通过去除无线电端口标识和登记区标识字段，并添加GSM使用的移动通信国家代码、移动网络代码、位置区代码和蜂窝区标识等字段，修改所述无线电端口控制器使用的系统信息信道。
33．如权利要求19所述的系统，其特征在于，
所述用户单元请求GSM把在所述用户单元和GSM之间的现存链路从通过一个无线电端口控制器单元转接切换到通过所述用户单元确定的另一个无线电端口控制器单元转接；
所述用户单元指明GSM把所述链路切换到哪个无线电端口控制器单元。
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