(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルラ端末（１２０）と電話基地局（１１０）との間の認証方法であって、電話基地局が有線電話ネットワーク（１０８）をセルラネットワークスペクトルの中で複数のチャンネルを使用する広域セルラネットワークの１つのセル（１０４）のローカル地域（１１４）内のセルラ端末に接線し、前記認証方法が前記セルラ端末（１２０）が前記ローカル地域（１１４）の中に入ったことを検出するステップを含み、前記認証方法が、
認証確認要求を前記広域セルラネットワークから前記電話基地局（１１０）へ前記セルラ端末（１２０）を具備した無線通信を経由して送信するステップと、
認証応答を前記基地局（１１０）から前記広域セルラネットワークへ前記セルラ端末（１２０）を具備した無線通信を経由して送信するステップと、
有効な認証応答に応じて、前記有線電話ネットワーク（１０８）と前記セルラ端末（１２０）との間の通信を前記基地局（１１０）経由で開始するステップとを特徴とする前記認証方法。
【請求項２】
請求項第１項記載の認証方法に於いて、認証確認要求を前記広域セルラネットワークから前記基地局（１１０）へ送信する前記ステップは、
前記認証確認要求を前記広域セルラネットワークから前記セルラ端末（１２０）へ、前記セルラネットワークスペクトル内の前記複数のチャンネルから選択された第一チャンネルを使用して送信するステップと、
前記認証確認要求を前記セルラ端末（１２０）から前記基地局（１１０）へ、前記セルラネットワークスペクトル内の前記複数のチャンネルから選択された第二チャンネルを使用して送信するステップとを含む、前記認証方法。
【請求項３】
請求項第２項記載の認証方法に於いて、認証応答を送信する前記ステップが、
前記認証応答を前記基地局（１１０）から前記セルフ端末（１２０）に前記第二チャンネルを使用して送信するステップと、
前記認証応答を前記セルラ端末から前記広域セルラネットワークに前記第一チャンネルを使用して送信するステップとを含む前記認証方法。
【請求項４】
請求項第１項記載の認証方法に於いて、前記検出ステップが、前記セルラ端末（１２０）に於いて電話基地局ビーコンを検出するステップを含み、前記電話基地局ビーコンは前記電話基地局（１１０）を識別する情報を含んでいない、前記認証方法。
【請求項５】
請求項第４項記載の認証方法に於いて、前記初期化ステップの前に認証応答を、前記セルラ端末（１２０）に関連する複数の有効認証応答と比較するステップが行われる、前記認証方法。
【請求項６】
請求項第１項記載の認証方法に於いて、前記広域セルラネットワークが予め定められた速度で運用される時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）セルラネットワークであり、前記送信ステップが前記予め定められた速度の半分で実施される前記認証方法。
【請求項７】
請求項第１項記載の認証方法に於いて、前記広域セルラネットワークが時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）セルラネットワークであり、前記送信ステップが少なくとも４つの互いに重なり合わないＴＤＭＡスロットを使用して実施される前記認証方法。
【請求項８】
セルラネットワークスペクトル内の複数のチャンネルを各セルが使用する複数のセルと、有線電話ネットワーク（１０８）と、セルラ端末（１２０）とを含む広域セルラネットワークを具備する、無線パーソナル通信システムであって、
前記複数のセル（１０４）の１つの中の電話基地局（１１０）であって、前記セルラ端末（１２０）が前記電話基地局（１１０）のローカル地域（１１４）内に存在する際に、前記有線電話ネットワーク（１０８）を前記セルラ端末（１２０）に接続する、前記電話基地局（１１０）と、
前記セルラ端末（１２０）が前記ローカル地域（１１４）内に存在することが検出された際、前記電話基地局を前記セルラネットワークによって認証するための認証メッセージを、前記電話基地局（１１０）を経由して前記有線電話ネットワーク（１０８）にアクセスせずに、前記ローカル地域（１１４）内の前記セルラ端末（１２０）を経由して前記電話基地局（１１０）と前記広域セルラネットワークとの間で中継するための中継手段とを含む、前記無線パーソナル通信システム。
【請求項９】
請求項第８項記載の無線パーソナル通信システムが更に：
前記広域セルラネットワークによる前記電話基地局の認証に応答して、前記有線電話ネットワーク（１０８）と前記セルラ端末（１２０）との間で、前記基地局（１１０）経由での通信を開始させるための、通信開始手段を含む、前記無線パーソナル通信システム。
【請求項１０】
請求項第９項記載の無線パーソナル通信システムに於いて、前記中継手段が：
前記セルラ端末（１２０）が前記ローカル地域（１１４）内に存在することを検出する検出手段と；
前記検出手段に応じて、認証確認要求を前記広域セルラネットワークから前記電話基地局（１１０）へ前記セルラ端末（１２０）との無線通信を経由して送信するための、確認要求送信手段と；そして
前記確認要求送信手段に応答して、認証応答を前記基地局（１１０）から前記広域セルラネットワークへ前記セルラ端末（１２０）との無線通信経由で送信するための応答送信手段とを含む、前記無線パーソナル通信システム。
【請求項１１】
請求項第１０項記載の無線パーソナル通信システムに於いて、前記認証確認要求送信手段が：
前記認証確認要求を前記広域セルラネットワークから前記セルラ端末（１２０）へ前記セルラネットワークスペクトル内の前記複数のチャンネルから選択された第一チャンネルを使用して送信するための手段と；そして
前記認証確認要求を前記セルラ端末（１２０）から前記基地局（１１０）へ前記セルラネットワークスペクトル内の前記複数のチャンネルから選択された第二チャンネルを使用して送信するための手段とを含む、前記無線パーソナル通信システム。
【請求項１２】
請求項第１１項記載の無線パーソナル通信システムに於いて、前記応答送信手段が：
前記認証応答を前記基地局（１１０）から前記セルラ端末（１２０）へ前記第二チャンネルを使用して送信する手段と；そして
前記認証応答を前記セルラ端末（１２０）から前記広域セルラネットワークへ前記第一チャンネルを使用して送信する手段とを含む、前記無線パーソナル通信システム。
【請求項１３】
請求項第１０項記載の無線パーソナル通信システムに於いて、前記検出手段が、前記セルラ端末（１２０）に於いて電話基地局ビーコンを検出する手段を有し、前記電話基地局ビーコンは前記電話基地局（１１０）を識別する情報を含んでいない、前記無線パーソナル通信システム。
【請求項１４】
請求項第１０項記載の無線パーソナル通信システムに於いて、前記広域セルラネットワークが予め定められた速度で運用される時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）セルラネットワークであり、前記確認要求送信手段および前記応答送信手段が前記予め定められた速度の半分で動作する前記無線パーソナル通信システム。
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は通信システムに係わり更に詳細には広域セルラネットワーク内で使用される無線パーソナル通信システムに関する。
従来の技術
無線通信システムは通信線無し通信で益々使用されるようになっている。無線通信システムの１つの例はセルラ電話ネットワークである。セルラ無線通信システムは広域通信ネットワークであって、これは周波数（チャンネル）再使用パターンを用いる。アナログセルラ電話システムの設計並びに操作は、ブレッチャ（Blecher）による論文、「高度セルラ端末電話サービス」（Advanced Crllular teminal Phone Service）、ＩＥＥＥ会報、乗物技術、巻ＶＴ２９，Ｎｏ．２、１９８０年５月、ページ２３８−２４４に記述されている。アナログセルラシステムはまた”ＡＭＰＳ”システムとも呼ばれる。
最近、ディジタルセルラ電話システムもまた提案されてきており、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）アーキテクチャを用いて実施されている。規格もまた電子工業会（ＥＩＡ）並びに遠距離通信工業会（ＴＩＡ）によって米国ディジタルセルラ（ＡＤＣ）アーキテクチャ用に設定されており、これは二重モードアナログおよびディジタルシステムであってＥＩＡ／ＴＩＡ文書ＩＳ−５４Ｂに準拠している。ＩＳ−５４Ｂ二重モードアーキテクチャを実現している電話機は現在、本発明の譲受人により市販されている。別の規格がヨーロッパでディジタルセルラ電話システム向けに公布されている。ヨーロッパディジタルセルラシステムはまた、ＧＳＭと呼ばれており、これもＴＤＭＡアーキテクチャを使用している。
最近セルラ電話システムを無線パーソナル通信システムの中に拡張するための提案がなされている。無線パーソナル通信システムは、セルラ端末を使用した音声、ディジタル、ビデオそして／またはマルチメディア通信を提供する。従って任意の形式の情報が送信および受信出来る。セルラ端末はセルラ電話機の様な無線電話機を含み、またその他の音声、ディジタル、ビデオそして／またはマルチメディア通信用の構成要素も含む。無線パーソナル通信システムは少なくとも１つの電話基地局を含み、此処でば”基地局”と呼ぶ。基地局は低電力トランシーバであり、これはセルラ電話機のようなセルラ端末と限定されたローカル地域、例えば数十メートルの中で通信を行い、これはまた従来からの公衆有線電話ネットワークに電気的に接続されている。基地局はセルラ端末の所有者がそのローカル地域の中に居る時にその有線電話ネットワークに、そのアクセス料金が通常は更に高額であるセルラ電話ネットワークを通さずに直接アクセス出来るようにしている。その基地局のローカル領域の外側に配置されている時には、そのセルラ端末は自動的に広域セルラネットワークと通常料金で通信する。
無線パーソナル通信システムを実現する際の大きな問題は、基地局とセルラ端末との間のセキュリティである。最新のセルラ電話ネットワークはセキュリティシステム並びに盗聴および電話詐欺を防止するための方法を含む。盗聴はセルラ電話機とセルラネットワークとの間の無線送信に暗号を使用することで防止される。詐欺はセルラ電話機とセルラネットワークとの間の無線電話送信を、識別情報がセルラ電話機とセルラネットワークとの間で正しく交換されない限り行わないようにすることで防止される。既存の、例えばＡＭＰＳシステム、ＡＤＣシステム並びにＧＳＭシステムの様なセルラシステムは各々それら自身のセキュリティシステム並びに方法を含んでいる。セキュリティは無線パーソナル通信システムのセルラ端末と基地局との間の通信によって弱体化されてはならない。
セキュリティは、セルラ端末が電話基地局のローカル地域に入った際に、広域セルラネットワークから電話基地局にハンドオーバする間の大きな心配の１つである。このハンドオーバの期間中、電話基地局は典型的に認証工程を初期化し、そのセルラ端末が電話基地局との通信の認証を与えられているかの確認を行う。もしも認証されている場合は、そのセルラ端末は広域セルラネットワークから切り離され、電話基地局に接続される。この様なハンドオーバの期間中、システム性能に余分な負荷をかけずにセキュリティが守られる。
セキュリティな電話基地局を提供する上での大きな進歩が、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ９５／０２０２０号，公開番号ＷＯ９５／２４１０６、ポール・ダブリュー．デント並びに本発明の発明者ジャップ・ハルツェンによる、名称”セキュリティな無線パーソナル通信システム並びに方法”で本明細書の譲受人に譲渡されている明細書の中に記述されており、此処で参照することによりその内容を本明細書の一部と援用する。この明細書の中で、基地局はセルラ認証信号を広域セルラネットワークとセルラ端末との間で有線電話ネットワークを経由して中継する。従って、セルラ端末が基地局のローカル地域の中に入った際にセルラ端末に基地局を経由して回送される無線電話の呼は、データをセルラネットワークと有線電話ネットワーク上のセルラ端末との間で基地局を経由して交換することにより、そのセキュリティが確保される。基地局を通して回送された公衆交換機電話ネットワークからの呼は、従って広域セルラネットワークで採用されているものと、同一または同様のセキュリティシステムおよび方法を採用することが出来る。従って、セルラ端末と電話基地局間の通信のセキュリティは守られる。更に、同一のセルラ認証信号が使用されるので、ハンドオーバ中の余分な負荷が軽減される。
デントその他による先に述べた明細書の大きな改善にも関わらず、余分な負担をかけることなくセルラ通信のセキュリティを守る、無線パーソナル通信のための認証／ハンドオーバ方法およびシステムの必要性は存続している。
発明の目的と要約
本発明によれば、セルラ端末を広域セルラネットワークから基地局にハンドオーバする間に、認証メッセージが基地局と広域セルラネットワークとの間でセルラ端末を経由して中継される。セルラ端末と有線電話ネットワークとの間の基地局を経由した通信は認証が実行されるまで防止される。言葉を変えて言えば、セルラ端末が基地局のローカル地域の中に入った時点で、そのセルラ端末は認証メッセージを基地局と広域セルラネットワークとの間で中継する。セルラ端末と基地局との間で認証行うための有線電話ネットワークの使用は避けられる。
本発明は、広域セルラネットワークから電話基地局へハンドオーバ際に、このセルラ端末は既に広域セルラネットワークによって認証されているという認識に基づいている。従ってセルラ端末よりもむしろ電話基地局が認証を受ける必要がある。電話基地局は広域セルラネットワークによって認証されるが、これはセルラ端末を用いて認証メッセージを談話基地局と広域セルラネットワークとの間で中継して行われる。もしも認証に成功した場合は、そのセルラ端末は広域セルラネットワークから電話基地局にハンドオーバされる。
本発明により予期せぬ利益がもたらされる。特に本発明は電話基地局を有線電話ネットワークを経由しての通信を必要とせずに認証するので、認証工程の一部として有線電話ネットワークの運用管理者から請求される瞬時的な課金が避けられる。セルラ端末の認証は、そのセルラ端末が特定の基地局との通信を認められていないがためにしばしば失敗するので、セルラ端末と電話基地局との間の認証のために、有線電話ネットワーク（並びにそのためのコスト）を使用することを避けるのが望ましい。従って、システムに対して余分な負担をかけることなくまたセルラ端末使用者に不要な有線ネットワーク料金を負担させることなく、セキュリティなハンドオーバが提供される。
本発明の提案された実施例に於いて、セルラ端末と広域セルラネットワークの１つのセルの中のローカル地域の中で、有線電話ネットワークをこのセルラ端末に接続する電話基地局との間の認証が提供されており、これはそのセルラ端末がそのローカル地域の中に存在していることを検出することによって行われる。次に認証確認要求が広域セルラネットワークから基地局へセルラ端末の無線通信経由で伝送される。認証応答は基地局から広域セルラネットワークへセルラ端末の無線通信経由で伝送される。有効認証応答に応じて、通信が広域電話ネットワークとセルラ端末との間で基地局経由で開始される。
中継器として動作するために、セルラ端末は無線通信を電話基地局および広域セルラネットワークの両方と確立する。これらの通信は順番に確立されるはずである。特に、認証確認要求は広域セルラネットワークからセルラ端末へ、セルラネットワークスペクトル内の複数のチャンネルから選択された第一チャンネルを使用して伝送される。次にこの認証確認要求はセルラ端末から基地局へセルラネットワークスペクトル内の複数のチャンネルから選択された第二チャンネルを使用して伝送される。認証応答は基地局からセルラ電話機へ第二チャンネルを使用して伝送され、この認証応答はセルラ端末から広域セルラネットワークへ第一チャンネルを使用して伝送される。これらの通信リンクを順番に確立するやり方は、セルラ端末が通常指定された時間に単一セルラチャンネルのみでしか送信および受信を出来ないからである。
時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）を使用するセルラ端末は異なる通信リンクに順番にアクセスする事が出来る。従ってこの様なＴＤＭＡシステムに於いて、このセルラ端末は広域セルラネットワークおよび電話基地局への接続を切断したり再接続したりすることなく中継器として動作することが可能である。広域セルラネットワークと電話基地局との間のリンクは異なる時間スロットの中に設定される。もしもＴＤＭＡが周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）と組み合わして使用される場合は、異なる搬送波周波数がまた使用されるはずである。どのような場合でも、セルラ端末が基地局のローカル地域の中に入ると広域セルラネットワークはその基地局の認証をセルラ端末を中継器として行い、またセルラ端末と有線電話ネットワークとの間の基地局を経由した通信は、基地局が認証された際にのみ許可される。
【図面の簡単な説明】
図１Ａおよび図１Ｂは基地局とセルラ端末を含む無線パーソナル通信を図式的に示しており、端末と基地局との間の無線通信ならびにこれに代わる端末と広域セルラネットワークとの間の無線通信をそれぞれ具備している。
図２はセルラ電話機に対する既知の認証技術を図式的に示す。
図３Ａは本発明に基づく認証を図示する流れ図。
図３Ｂは本発明に基づく図３Ａの認証を実行する無線パーソナル通信システムを図式的に示す。
図４Ａ−４Ｃは図３Ｂに図示する認証の実行手順を図示する。
図５は時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）システム内の本発明に基づく認証を図示する。
図６Ａおよび図６Ｂは本発明に基づく認証を実行するために使用されるＴＤＭＡフレームを図示する。
実施例の詳細な説明
次に本発明を更に詳しく添付図を参照して説明するが、ここには本発明の提案された実施例が示されている。しかしながら本発明は多くの異なる形式で実施されるはずであり、ここに示されている実施例に限定されるものと解釈されるべきではない；むしろこれらの実施例は本開示が全体として完全となり、また本発明の範囲を当業者に完全に伝達するために提供されている。
次に図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、ここには本発明に基づく無線パーソナル通信システムの概念図が示されている。このようなシステムは広域セルラネットワーク内で動作し、これは１つのスペクトル内の複数のチャンネルの部分を地理的なセルに分離するために割り当てる。従って、このシステムは広域無線通信ネットワークを提供し、これは高品質の無線通信を多数の使用者に対してその広域セルラネットワークに割り当てられた限られた数の周波数の範囲で提供する能力を備えている。図１Ａに示されているように、広域セルラネットワークは、少なくとも１つの無線ネットワークセル局１０２、例えばセルラ電話セル局を含み、１０４で示されているネットワークセル範囲の中で、セルアンテナ１０６経由でメッセージの送信ならびに受信を行なう。
無線ネットワークセル局１０２はまた、特定幹線およびシグナリング線内で有線ネットワーク１０８とインタフェースを取る。有線ネットワーク１０８はまた公衆交換機電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）と呼ばれる。ＰＳＴＮ１０８は通常の“有線”電話システムであって、例えば地域電話運用管理会社から供給され、銅線、無線ローカルループ内線、広帯域ケーブル、光ファイバー、またはその他の据え付け式送信チャンネルを使用している。
当業者には理解されるであろうが、広域セルラネットワークは広い領域をカバーするために、典型的に多数の無線ネットワークセル局１０２（図示せず）を含む。この様なシステムの中で各々の無線ネットワークセル局１０２は広域セルラネットワーク内の１つのセルをカバーし、またセルラ交換機センタ（ＭＳＣ）に接続されているはずである、これはセルラ端末電話機の、特別な地上またはマイクロ波（無線）リンクを経由した電話交換の特別な形式である。このＭＳＣは続いて有線ネットワーク１０８に特別な幹線とシグナリング線を経由して接続され、セルラネットワーク内の任意のセル局１０２と外部世界との接続性を提供している。
更に図１Ａを説明すると、電話基地局１１０が広域セルラネットワーク内のネットワークセル局１０２のセル１０４の中に配置されている。電話基地局１１０は低電力トランシーバを含み、これは限定された基地局ローカル地域１１４、典型的には数十メートルの範囲の中で基地局アンテナ１１２を経由して送信並びに受信を行う。従って、１つの基地局は家庭または事務所の中で無線パーソナル通信の送信および受信用に使用される。基地局１１０はまた有線ネットワーク１０８に、例えば通常の電話ジャックソケットで電気的に接続されている。電話基地局１１０は有線ネットワーク１０８に直接接続されているか（例えば家庭内での応用例）または、例えば事務所の環境では、ＰＡＢＸ（図示せず）を通して接続されている。
更に図１Ａを説明すると、セルラ端末１２０が示されており、これは電話基地局１１０または無線ネットワークセル局１０２のいずれかとアンテナ１２２経由で無線通信を行うためのものである。セルラ端末１２０はセルラ電話の様な無線電話機を含む。端末１２０はまた、例えば完全なコンピュータキーボードおよび表示器、文書スキャナ、およびフルグラフィックおよびマルチメディア機能を含むことも可能である。
図１Ａに図示されるように、端末１２０が基地局１１０のローカル地域１１４の中に居る時、それらの間の無線リンク１２４が確立される。無線リンク１２４は好適にセルラチャンネルリンクであって、更に好適には基地局１１０を含むセル１０４内で使用されるセルラチャンネルとは異なるセルラチャンネルを使用する。図１Ｂに示されるように、端末１２０が基地局１１０のローカル地域１１４の外側ではあるが、無線ネットワークセル局１０２のセル１０４の内側に居る時、新たなリンク１２６が無線ネットワークセル局１０２との間に自動的に確立され、広域セルラネットワークを通しての通信を確立する。従って、使用者が比較的基地局１１０の近くに居る時（すなわち家庭または事務所の中）、無線通信が基地局との間で行われるので、より高額な料金構造の広域セルラネットワークがバイパスされる。使用者が基地局１１０からかなり離れている場合は、通信はセルラネットワークと行われる。広域セルラネットワーク内でアイドリング動作中、セルラ端末はこれが通信を認証されている電話基地局からの信号を連続的に走査している。これらの走査信号は公的に広域セルラネットワークで使用されていないチャンネル上で送信される。この信号は（必ずしも必要ではないが）その電話基地局をユニークに識別する情報を持つことが出来る。このセルラ端末がその様な電話基地局信号を認識すると、これはこの電話基地局へのアクセスを要求する。アクセスを許可する前に、この電話基地局は認証を実行し、認証を受けていないセルラ端末がこの基地局へアクセスするのを防止する。
従来型セルラ電話アプリケーション用の既知の認証技術が図２に示されている。当業者はこれに代わる認証技術が使用出来ることを理解されよう。図２を参照すると、広域セルラネットワークはセルラ端末をユニークに識別する秘密鍵を提供する。この秘密鍵Ｋｉはセルラ端末および広域セルラネットワークの両方に格納される。認証工程の開始時に、広域セルラネットワークは乱数ＲＡＮＤを生成するが、これは好適に新たな認証を実行する度に変化する。このＲＡＮＤが確認要求コードとして使用されセルラ端末に送られる。セルラ端末はセルラ電話機応答ＲＥＳＰ＿ＭをＫｉとＲＡＮＤを入力として使用する秘密のアルゴリズムＡを使用して導き出す。広域セルラネットワーク内で、同一ＫｉおよびＲＡＮＤで同一の秘密アルゴリズムＡが実行され、広域セルラネットワーク整合応答ＲＥＳＰ＿Ｎが作り出される。図２に示されるように、セルラ端末はその応答ＲＥＳＰ＿Ｍを送り返し、広域セルラネットワークはＲＥＳＰ＿ＭをＲＥＳＰ＿Ｎと比較する。もしもこれらが一致すると、セルラ端末は正しい秘密鍵を持っていることになりその同一性が確認される。
以上説明した認証工程はまた逆にすることも可能であり、セルラ端末が正しいネットワークから確認要求をされているかの認証を行い、パーソナル情報を詐欺的な確認要求に対して提供する必要が無くることも可能である。両方向の認証はまた、双方向認証と呼ばれており、米国特許第５、０９１、９４２号、名称”ディジタルセルラ通信用認証システム”、ポール・ダブリュー．デントに付与され、本明細書の譲受人に譲渡の中に開示されており、この内容は此処に言及することにより参照されている。
セキュリティおよび効率性のために、同一の秘密鍵を全てのネットワークアクセス試行に対して使用し、これによってセルラ端末の中に格納する必要が有るのは唯１つの鍵であるようにするのが望ましい。しかしながらセキュリティの理由で、その秘密鍵を全ての電話基地局の中に分配することは避けるべきである。この秘密鍵は好適に広域セルラネットワーク内の１カ所、例えばホームロケーションレジスタに格納されるべきである。従って、電話基地局がそのローカル地域に入ったセルラ端末を認証するために、この基地局は先に挙げた特許出願シリアル番号０８／２０５、７０５の中に記述されているように広域セルラネットワークにアクセスする事が出来る。基地局は広域セルラネットワークとセルラ端末との間の、有線電話ネットワークを使用した中継器として動作する。
本発明は認証を必要とするのはセルラ端末では無くて、むしろ基地局であるという認識から始まっている。セルラ端末は広域セルラネットワーク内で動作することが仮定されており、従って広域セルラネットワークに入った時点で認証されている。このセルラ端末はそのセルラ端末が基地局のローカル地域に入る際に、再度認証を受ける必要は無い。これに代わって、広域セルラネットワークはこのセルラ端末が入ったローカル地域をカバーしている電話基地局が、運用を認可されているか、またその電話基地局がそのローカル地域に入ったセルラ端末を受けられる認証をされているかを確認しなければならない。
これらの認証はデントその他による、上述の国際公開番号ＷＯ９５／２４１０６に基づき、広域セルラネットワークと電話基地局との間の有線電話ネットワーク接続を使用して実施できる。しかしながら、有線電話ネットワーク接続は広域セルラネットワークおよび基地局を管理している無線運用管理者以外の単位で運用されている地上線を使用する。従って、各認証処理手順毎に特別料金が課金されるはずである。更に、広域セルラネットワークと基地局との間の直接無線リンクは一般的に不可能であり、何故ならば両方ともダウンリンクチャンネル上で送信し、アップリンクチャンネル上で受信するように設計されているからである。
本発明によれば、セルラ端末が広域セルラネットワークと電話基地局との間の直接無線リンクのための中継器として使用されている。このセルラ端末は広域セルラネットワークから信号を受信しこれを電話基地局へ中継したり、また電話基地局から信号を受信しこれを広域セルラネットワークへ中継するように交互に動作することが可能である。
次に図３Ａおよび図３Ｂを参照して、本発明に基づく認証を説明する。認証は好適にセル局１０２の制御プロセッサ、基地局１１０およびセルラ端末１２０により、格納されたプログラムの制御に従って実行される。特定目的のハードウェアまたは特定目的のハードウェアと制御プロセッサとを組み合わせたものも使用できる。図３Ａと図３Ｂを参照すると、セルラ端末１２０がローカル地域１１４の中に入ったことが、図３Ａのブロック３１０で従来技術を用いて検出される。次に懲り３２０で確認要求が広域セルラネットワーク１０２から基地局１１０へセルラ端末を中継器として使用して送信される。特に、広域セルラネットワークは乱数確認要求コードＲＡＮＤを生成し、これはセルラ端末に送信１２６ａ経由で送信される。セルラ端末装置はこの乱数確認要求コードを電話基地局に送信１２４ａ経由で中継する。
更に図３Ａを参照すると、ブロック３３０に於いて認証応答が基地局１１０からセル極１０２へセルラ端末１２０を中継器として使用して伝送される。特に基地局は応答をＲＡＮＤとその秘密鍵Ｋｊを使用して計算し、これは電話基地局または電話基地局のグループをユニークに識別し、その応答（ＲＥＰ＿Ｌ）をセルラ端末に送信１２４ｂ経由で送り返す。次にセルラ端末は電話基地局応答ＲＥＳＰ＿Ｌを広域セルラネットワークに送信１２６Ｂ経由で送信する。広域セルラネットワークはＫｊを暗号アルゴリズムの入力として使用してＲＥＳＰ＿ＬとＲＥＳＰ＿Ｎとを比較する。
認証の過程でこのセルラ端末は中継器として動作する。これは二重接続を広域セルラネットワークと電話基地局の両方に対して維持する。ほとんどのセルラ端末は一度に１つ（二重）接続に制限されている。この場合、情報の中継は順番に行われる。
図４Ａ−４Ｃは情報の中継の順番を図式的に図示する。図４Ａに図示されるようにセルラ端末１２０がローカル地域１１４に入ると、リンク１２６ａがセルラ局１０２とセルラ端末１２０との間に設定される。ＲＡＮＤが送信される。
図４Ｂを参照すると、広域セルラリンク１２６ａが解除され基地局１１０へのローカル接続１２４ａが行われる。このセルラ端末はＲＡＮＤを送信し、これは受信されてリンク１２４ｂ経由のローカル応答ＲＥＳＰ＿Ｌの戻りを待つ。好適にリンク１２４ａおよび１２４ｂは同一セルラチャンネルを使用する。更に好適には、このチャンネルはセル１０４内で使用されるセルラチャンネルの干渉を受けないように選択される。これは米国特許第５、４２８、６６８号、名称”無線パーソナル通信システム並びに方法”、ポール・ダブリュー．および本発明者ジャップ・ハーツェンにより、本明細書の譲受人に譲渡されている特許に記載されているとおりであり、この特許を此処に参照することにより本明細書の一部として援用する。
次に図４Ｃを参照すると、基地局１１０への接続が解除され、広域セルラネットワーク接続１２６ｂが再確立される。好適に第一接続１２６ａで使用された物と同一チャンネルが使用される。ＲＥＳＰ＿Ｌがセルラ端末から広域セルラネットワークへ送られ、これはＲＥＳＰ＿Ｌを計算された応答と比較する。
再び図３Ａを参照すると、ブロック３４０に於いて、基地局１１０はもしも応答が一致した場合セルラ端末１２０が電話基地局にアクセス出来るか否かを、またそのセルラ端末がその電話基地局を使用する認証を受けているかを決定することができる。認証はセルラ端末鍵Ｋｉをそのセルラ端末がアクセスする事を許されている電話基地局の異なる鍵Ｋｊにリンクする事により決定出来る。もしもセルラ端末がそのローカル地域に入った際に電話基地局がユニークな同一性を提供しない場合は、その同一性はそのＫｊを使用して見いだされる。Ｋｊは最初は広域セルラネットワークに知られていないので、広域セルラネットワークの応答ＲＥＳＰ＿Ｎを判定することは困難である。これに代わって広域セルラネットワークは典型的に全ての応答ＲＥＳＰ＿Ｎｊをセルラ端末Ｋｉに関連した全てのローカル鍵Ｋｊを使用して計算しなければならない。この鍵のグループはそのセルラ端末に対して認証された全ての電話基地局を表す。
もしもローカル応答ＲＥＳＰ＿Ｌがいずれかの計算された応答ＲＥＳＰ＿Ｎｊと一致すると、そのセルラ端末は図３Ａのブロック３５０に於いて基地局１１０にハンドオーバされる。この様にして、全ての基地局は同一の”ビーコン”信号をそれらの存在を示すために使用することが出来る。認証処理手順はどの電話基地局が含まれているかを特定する。従って、セルラ端末は１つの型式のローカルビーコン信号のみを走査する必要がある。
異なるチャンネルを順番にアクセスする広域セルラネットワークは時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）である。このシステムはもう一方のリンクを開始する前に１つのリンクを解除することなく同時に２つの二重リンクを提供出来る。従って、ＴＤＭＡシステム内の動作は図４Ａ−４Ｃに図示されたものに比較して簡単に出来る。
図５を参照すると、ＴＤＭＡの実施方法が記述されている。図示されるように、一対のスロット（ＲＸ＿Ｎ及びＴＸ＿Ｎ）が広域セルラネットワーク１０２へのアップリンクおよびダウンリンク接続用に使用され、別のスロット対（ＴＸ＿Ｌ，ＲＸ＿Ｌ）が電話基地局１１０へのアップリンクおよびダウンリンク接続用に使用されている。アップリンクとダウンリンクとを絶縁するために、アップリンクおよびダウンリンクスロットは好適に重ならないようにしている。
２つの二重リンクを維持するために、ＴＤＭＡフレームは好適に少なくとも４つのスロットを、図６Ａに示すように提供しなければならない。現行のＤ−ＡＭＰＳシステム（ＩＳ−５４規格で規定）に於いて、システムが半負荷モードで使用される際にフレーム当たり６スロットを得られる。理解されるように、半負荷モードは一般的に認証に於いて使用可能であり、それは音声ではなくて制御情報のみが送信されるためである。セルラ端末は全負荷で運転されるが、但し交互チャンネルで行われる。
汎ヨーロッパＧＳＭセルラシステムに於いて、隣接スロットの間で搬送波周波数（送信と受信との間、または広域セルラネットワークと基地局との間）を切り換えるための十分なアイドル時間が存在しない。従って、少なくとも１つのアイドルスロットが２つの動作スロットの間に存在するように、フレーム毎に少なくとも８スロットが必要である。しかしながら、アップリンクとダウンリンクとの間の交互使用が３つのスロットに対して指定されている。従って、フレーム毎に１６スロットを提供するために半負荷モードが必要である。図６Ｂ参照。
理解されるようにＴＤＭＡは順序アクセスシステムの１つの例である。順序処理を使用するその他のシステム（例えば、ＣＳＭＡまたはＡＬＯＨＡまたはその他のランダムアクセスシステム）はまた、本発明に基づいて基地局と広域セルラネットワークシステムとの間で認証信号を中継するためにセルラ端末を使用することが出来る。
また理解されるように、広域セルラネットワークと電話基地局とは一般的に互いに同期されることは無い。しかしながら、同期を行わない事が本発明に影響を与えるべきではない。セルラ端末は広域セルラネットワークリンク１２６と基地局リンク１２４とに別々の同期される必要がある。これは既知のセルラ端末で実現される。例えば、スムーズなセルハンドオーバを広域セルラネットワーク内のセルで提供するために、セルラ端末は通常少なくとも２つまた、しばしば７つまたはそれ以上（ＧＳＭに於いて）のネットワークセル局に同期されている。従ってセルラ端末が中継器として動作する際に、互いに同期されていない２つの異なる発信源（セル局１０２と基地局１１０）に対して同期を容易に維持することが出来る。
理解されるように、基地局１１０が広域セルラネットワークでカバーされていない場合、セルラ端末は一般的に中継器として動作することは出来ないが、それは広域セルラネットワークに接続できないからである。この場合、広域セルラネットワークと電話基地局との間の無線接続は既に説明したように設定されている。
本発明を、セルラ電話システムが広域セルラネットワークを提供し、電話基地局が家庭または事務所用のパーソナル無線電話システムを提供する、セルラ端末システムに関連して説明してきた。しかしながら、全世界をカバーする将来の進歩に際して、広域またはマクロネットワークは衛星システムから提供され、またローカルネットワークは先に説明したようにセルラ電話システムから基地局１１０を含み、ＩＳＤＮファイバーリンク、ケーブルＴＶ等々の様な拡張ネットワークを含む。
本発明は特にこの様な全世界システムに適している。この様なシステムに於いて、セルラ端末がローカルネットワークに低価格でリンクする事が非常に望まれる。本発明によれば、母国のホームロケーションレジスタからローカルネットワークヘ認証情報を伝送するために、複雑な国際リンクを開始する必要は無い。更に、使用者には母国内と同じレベルの認証セキュリティが提供される。従って、本発明は無線端末をマクロネットワークから、このローカルネットワークがマクロネットワークのネットワーク階層の一部ではないローカルネットワークへハンドオーバするのに特に便利に使用出来る。ローカルネットワークおよびマクロネットワークは共に空中インタフェースを使用できるが、互いに直接接続を持つ必要は無い。従って、無線端末がローカルネットワークの中に入った時点で、この無線端末は認証情報をローカルネットワークとマクロネットワークとの間で中継し、これによってマクロネットワークはそのローカルネットワークを無線端末と通信するように認証する。
図面および仕様の中で本発明の典型的な提案された実施例が開示されていて、特定の用語が採用されているが、これらは一般的かつ説明的な意味合いでのみ使用されており限定することを目的としている物では無い、本発明の範囲は添付の請求の範囲に記載されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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