JP4774047B2 - 通信復号方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信を復号するための方法および装置に関し、詳細には、それに限定されないが、ＴＥＴＲＡ（ＴＥｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｔｒｕｎｋｅｄ ＲＡｄｉｏ：地上基盤無線）セルラ通信システムにおける呼の復号に関する。

セルラ通信システムでは、地理的領域は、それぞれが基地局によってサービスされる複数のセルに分割される。基地局は、基地局間でデータを通信することができる固定のネットワークによって相互接続される。遠隔ユニットは、遠隔ユニットが位置するセルの基地局によって、無線通信リンクを介してサービスされる。

遠隔ユニットは、移動する間に、ある基地局のサービス・エリアから別の基地局のサービス・エリアへと、すなわちあるセルから別のセルへと移動し得る。遠隔ユニットは、新しい基地局に向かって移動する間に、２つの基地局の重複するサービス・エリアの領域に入り、この重複領域内では新しい基地局によってサポートされるように変化する。遠隔ユニットは、新しいセル内にさらに移動する間、新しい基地局によってサポートされ続ける。これは、セル再選択またはハンドオーバとして知られている。

遠隔ユニットから基地局への通信はアップリンクとして知られており、基地局から遠隔ユニットへの通信はダウンリンクとして知られている。
基地局を相互接続する固定のネットワークは、任意の２つの基地局間でデータをルーティングするように動作することができ、それによって、セル内の遠隔ユニットが他のいずれかのセル内の移動局と通信することが可能となる。さらに、固定のネットワークは、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：Ｐｕｂｌｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの外部ネットワークに相互接続するためのゲートウェイ機能を備えることができ、それによって遠隔ユニットが、固定電話（ｌａｎｄｌｉｎｅ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ）、および電話線（ｌａｎｄｌｉｎｅ）によって接続された他の通信端末と通信することを可能にする。さらに、固定網は、データのルーティング、許可の制御、リソース割当て、加入者請求処理、移動局認証などのための機能を含めて、従来のセルラ通信網の管理に必要な機能の多くを備える。

セルラ通信システムの例には、モバイル通信用グローバル・システム（ＧＳＭ：Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）などの公衆セルラ通信システムと、ＴＥＴＲＡ（地上基盤無線）などの専門無線（ＰＭＲ：Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｒａｄｉｏ）システムの両方が含まれる。

具体的には、ＴＥＴＲＡは、公衆セルラ通信システムとして使用され得るが、緊急サービスなど、民間組織やグループに特に適した複数の特徴およびサービス提供するように設計されている。

たとえば、ＴＥＴＲＡは、グループの呼の管理および制御、ならびにこれらのグループのメンバーシップの管理のための複数の特徴およびサービスを提供する。ＴＥＴＲＡによって提供される他の特徴およびサービスには、プッシュ・ツー・トーク・チャネル割当て、ブロードキャスト・コールなどが含まれる。また、遠隔ユニットが基地局を介して通信するトランク・モード動作に加えて、ＴＥＴＲＡは、遠隔ユニット間で直接に行われる通信の可能性を提供する。これは、直接モード動作（ＤＭＯ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｏｄｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）として知られており、遠隔ユニットがその間で直接の通信を設定し維持することを可能にする。

ＴＥＴＲＡは、２５ｋＨｚ幅のチャネルが、個別に割当て可能であり得る４つのタイム・スロットにさらに分割される、時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）システムである。それぞれのタイム・スロットは１４．１６７ｍｓｅｃの継続時間を有し、４つのタイム・スロットが、５６．６７ｍｓｅｃの継続時間を有するタイム・フレームへと組み合わされる。タイム・フレーム内の４つのタイム・スロットはそれぞれ、同じまたは異なる遠隔ユニットに個々に割り当てられ得る。さらに、タイム・フレームは、１８個のタイム・フレームを含むマルチフレームへと組み合わされる。フレーム番号１８は、アクティブな呼の間に制御情報が通信され得る制御フレームとして予約される。

ＴＥＴＲＡはさらに、特定の目的に合わせて最適化され得る高レベルのセキュリティを提供する。たとえば、ＴＥＴＲＡ内の呼は、メッセージの盗聴または傍受を防止するために、エンドツーエンドで暗号化され得る。こうした暗号化は、たとえば法執行機関を含めて、多くの公共サービスにとって大変貴重である。

ＴＥＴＲＡのためのエンドツーエンド暗号化機構については、ＥＴＳＩ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ：欧州電気通信標準協会）仕様、ＥＮ ３０２ １０９に記載されている。ＥＴＳＩ ＥＮ ３０２ １０９は音声暗号化および復号機構について定めており、この機構では、送信側ユニットの暗号化関数によって暗号化データが生成され、この暗号化データは受信側ユニットに通信され、この受信側ユニット上で逆の操作が元データの再生のために実施される。暗号化および復号関数は、それぞれ送信側ユニットおよび受信側ユニットでキー・ストリーム生成器によって生成されるキー・ストリームに基づく。復号の成功を得るには、受信側ユニットのキー・ストリームが送信側ユニットのキー・ストリームと同期されることが不可欠である。このため、ＥＴＳＩ ＥＮ ３０２ １０９は、送信側から受信側への同期値（ＳＶ：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓａｔｉｏｎ Ｖａｌｕｅ）の通信について定めている。

さらに、ＳＶの数は呼の最初またはセル再選択の後に送信され、それによってキー・ストリーム生成器が同期される。さらに、ＳＶは、ＳＶの初期送信を逸した受信側ユニットが後で呼に入ることを可能にするために、進行中の呼の間に送信される。これは、遅いエントリ（ｌａｔｅ ｅｎｔｒｙ）として知られている。さらに、呼の間のＳＶの送信によって、同期を外す（ｌｏｏｓｅ）受信側ユニットが呼の間にこれを再び得ることが可能になる。

ＥＴＳＩ ＥＮ ３０２ １０９によれば、ＳＶは、さもなければ音声またはデータ通信用に使用されるタイム・スロットがＳＶの送信のために使用される、ハーフ・スロット・スチーリングによって送信される。ハーフ・スロットのスチーリングは、ハーフ・スロットの優先度に依存する。ＥＴＳＩ ＥＮ ３０２ １０９は、呼の間にＳＶがいつ送信されるべきかについては定めていないが、ハーフ・スロットが低いまたは重要でない場合には０．２５秒後に、ハーフ・スロットが中程度の重要性を有する場合には０．５秒後に、ハーフ・スロットが非常に重要である場合には１秒後に送信されることを提案している。したがって、ＳＶ間の間隔は一般に、０．２５秒と１秒の間で変化する。

ＴＥＴＲＡなどの通信システム内の呼の暗号化に付随する問題は、移動局がセル間を移動するときに、送信側と受信側の間の暗号化同期が失われ得ることである。これは一般に、送信側と受信側の間の通信遅延の変化、たとえば移動している移動局と新しい基地局の間の伝搬遅延の変化、基盤内の関与する基地局間のタイミング変更、ならびに／または新しいセル上の異なるタイム・スロットの割当てのせいで生じる。

暗号化同期が失われた場合、呼は受信側によって復号されることができず、非同期のキー・ストリームを適用することによってランダム・データの生成がもたらされる。セル再選択を実施した移動局は、暗号化同期が失われたかもしれないことを認識しており、したがって、ノイズがユーザに出力されないようにするために、次に呼を消音する。しかし、セル再選択を実施していない移動局は、これが発生したという情報をもたない。したがって、それは、同期の損失が検出されるまで、非同期のキー・ストリームを使用して次に呼を復号する。音声呼では、これによって、所望の音声ではなく、ノイズの出力がもたらされる。

Ｔｅｔｒａで使用され得る機構は、ローカル・キー・ストリームを受信されたＳＶと比較することである。受信されたＳＶがローカル・ストリームに一致する場合は、これは、エンドツーエンド暗号化が依然として同期されていることを示している。しかし、ＳＶがローカル・キー・ストリームに一致しない場合は、これは、暗号化がもはや同期されていないことを示すものであり得る。（フライホイーリング（ｆｌｙｗｈｅｅｌｉｎｇ）としても知られている）この手法に関連して生じる問題は、受信されたＳＶが、たとえばＲＦチャネル上の送信に持ち込まれるエラーのせいで誤ったものであり、したがって受信されたＳＶを使用すると、受信されるものは送信側と同期の取れていないものになるという仮定にそれが基づいていることである。したがって、受信されたＳＶは、暗号化が同期されていると見なされる限り廃棄され、それは一般に、複数の非同期のＳＶが受信されるまで見なされる。しかし、Ｔｅｔｒａでは、エンドポイントは、上述したようにセル再選択が行われる場合に同期を外し得る。この場合、受信されたＳＶは、ローカルに生成されたＳＶと一致しないが、エラーが送信に持ち込まれる場合とは異なり、それはここでは、受信されたＳＶが使用されるのが望ましい。したがって、受信されたＳＶの廃棄の工程は、最適以下の性能につながる。

具体的には、ＥＴＳＩ ＥＮ ３０２ １０９は、複数のすなわちＮ個の連続したＳＶが不適切に受信されるまで、暗号化が同期された状態にあると見なされると定めている。Ｎは、単一のＳＶのエラーによって同期損失がもたらされないように、一般に１より大きい。しかし、増加するＮの値では、同期損失が検出される前の時間が増加する。たとえば、３というＮの一般的な値では、同期損失は、セル再選択が失われた直後にＳＶが送信される場合、０．７５から３秒の間、検出され得ない。これによって、同期損失の後に続くかなりの継続時間の間、かなりの明らかに知覚できるノイズ出力が生じることになる。

ＥＴＳＩ ＥＮ ３０２ １０９はさらに、同期損失が検出される場合には復号装置が非同期状態に入ることを定めている。新しいＳＶが受信されるときに、これは、ローカル・キー・ストリーム生成器を同期するために使用され、その後に、復号装置は同期状態に入り、呼を復号し始める。非同期の状態では、ローカル・キー・ストリームは、同期されていないと見なされ、したがって、出力は、ノイズが出力されるのを防ぐために消音される。これは、ユーザが知覚可能な音声の中断または間隙をもたらす。したがって、Ｎの値をより低く設定すると、ノイズ間隔のリスクまたは継続時間は減少することになるが、たとえば受信されたＳＶの送信エラーによって引き起こされる出力の間隙のリスクおよび頻度は増加する。

したがって、呼の復号のための改良型システムが有利であり、具体的には、復号再同期の性能の向上を提供し、柔軟性の増加、ユーザ・データ品質の向上（オーディオ品質の向上など）、および／または出力信号に対する中断の減少を可能にするシステムが有利である。
ＥＴＳＩ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ：欧州電気通信標準協会）仕様、ＥＮ ３０２ １０９。

したがって、本発明の目的は、好ましくは上述の欠点のうちの１つまたは複数を単独にまたは任意の組合せで緩和し、軽減しまたは除去することである。

本発明の第１の態様によれば、セルラ通信システム内の通信を復号するための装置が提供され、通信を復号するためのローカル・キー・ストリームを生成するキー・ストリーム生成器と、ローカル・キー・ストリームを通信のキー・ストリームに同期させるための同期値を受信する手段と、通信がローカル・キー・ストリームを使用して復号される同期状態、ローカル・キー・ストリームが同期されない非同期状態、または通信がローカル・キー・ストリームを使用して復号されて、ローカル・キー・ストリームが、受信される新しい各同期値に同期される不確実な同期状態で動作するための動作手段であって、第１の基準に応答して同期状態から非同期状態に、また第２の基準に応答して同期状態から不確実同期状態に遷移するように動作することができる動作手段とからなる装置が提供される。

本発明の発明者は、性能の向上が、拡張型の同期損失処理を有することによって達成され得ることを認識している。
具体的には不確実同期状態は、同期が失われたかどうか不確実な状態において、同期状態と非同期状態の有利な特徴を組み合わせることができる。たとえば、第１の基準は、同期が失われたことを高い確率で示すことができ、第２の基準は同期が失われたことをより低い確率で示すことができる。

不確実同期状態は、たとえば、非同期状態の再同期性能に等価であり得る高速の再同期性能を可能にし得る。さらに、不確実同期状態は、ローカル・キー・ストリームを使用した連続した復号を可能にし得る、したがって、この追加の状態によって、偽の同期損失が検出される場合に復号の中断を引き起こさずに高速の再同期を可能にし得る。したがって、本発明は、再同期性能と、復号への中断のリスクおよび継続時間との間でより柔軟にトレードオフすることを実現し得る。

第１および第２の基準は、不確実同期状態および非同期状態の特性にそれぞれ適合するように個々に最適化されることができ、それによって所望の暗号化性能の制御の向上が実現される。したがって、状態間の遷移の基準は好ましくは、それぞれ異なるものであり、各状態に関連する特定の特性に合わせて最適化される。

本発明は、より漸進的で柔軟な暗号化再同期動作を可能にし得る。本発明は具体的には、復号された信号の品質の向上、復号中断の減少、および再同期速度の向上を実現し得る。

本発明の好ましい１特徴によれば、第１の基準は、同期値の受信エラーの評価からなる。これは、同期損失の検出に適した特定の基準とすることができ、具体的には、高い確率で、同期損失を検出し示し得る。具体的には、所定の数より多い同期値がエラーで受信される場合、非同期状態に入り得る。受信エラーは、受信された同期値をローカル・キー・ストリームと比較することによって判断され得る。具体的には受信エラーは、受信された同期値がローカル・キー・ストリームと同期されていない場合、生じると判断され得る。

本発明の好ましい１特徴によれば、第２の基準は、少なくとも１つの非暗号化関連の特徴の評価からなる。具体的には第２の基準は、暗号化および復号アルゴリズムによって評価されまたは使用されないパラメータ、変数および／または測定値など、暗号化または復号工程に直接関連しない通信の１つまたは複数の特性を評価することにあり得る。これは、あり得る暗号化同期損失が非暗号化特性に基づいて検出されることを可能にする。これは、あり得る同期損失のより高速の、かつ／またはより信頼性の高い、かつ／またはより柔軟な検出を可能にし得る。

本発明の好ましい１特徴によれば、第２の基準は、装置によって受信されるメッセージのタイプの評価からなる。好ましくは、動作手段は、通信エラーを示す複数のメッセージが受信される場合に不確実同期状態に入るように動作することができる。

これは、あり得る同期損失の効率的な検出を可能にすることができ、また装置に送信されているメッセージのタイプが通信の同期状況に関連し得るシステムにおいて特に有利であり得る。たとえば、一部の通信システムでは、同期が失われると、同期が維持された場合とは異なるタイプのメッセージの送信が直接的または非直接的にもたらされる。この装置は有利には、これらのメッセージの高い集中を検出し、したがって不確実な同期状態に入り得る。たとえば、ＴＥＴＲＡシステムではセル再選択の間、ＳｗＭＩは短い期間、移動局からアップリンク・データを受信しないことがあり、この間にＳｗＭＩは、ダウンリンク・パス上でハーフ・スロット・スチーリングによって複数の制御プレーン・メッセージを送信する。したがって、増加する数の制御メッセージが受信されることは、同期が失われたことの表示とすることができ、したがって、装置は不確実同期状態に入り得る。

本発明の好ましい１特徴によれば、第２の基準は、非同期値送信の受信エラーの評価からなる。これは、あり得る同期損失のより高速な、かつ／またはより信頼性の高い、かつ／またはより柔軟な検出を可能にし得る。同期値の送信は、比較的に低頻度であるが、同期損失の非常に正確な表示をもたらすことができ、したがって、第１の基準に適し得る。それぞれ異なる送信に基づく基準を使用することによって、第１の基準とは独立した、あり得る同期損失の補完的な検出が可能となり、それによって同期損失性能の向上が実現される。具体的には、それは、同期値の送信の頻度よりも高い頻度の同期状態評価を可能にし得る。

本発明の好ましい１特徴によれば、非同期値の送信は、ユーザ・データの送信である。ユーザ・データの送信はたとえば、音声通信のためのオーディオ・フレームなど、オーディオ・データの送信であり得る。これは、あり得る同期損失が、同期状況についての適切な表示を提供し得るよりも高い頻度の送信に応答して検出されることを可能にする。したがって、あり得る同期損失の向上された、より高速の検出が達成され得る。

本発明の好ましい１特徴によれば、第２の基準は、非同期値送信のエラー率の評価からなる。これは、あり得る同期工程についての適切な表示を提供し、容易な実装に適したものである。具体的には、エラー率は、（たとえばユーザ・データやチャネル・データの）適切なビット誤り率とすることができ、あるいは（たとえばオーディオ・フレームやデータ・パケットの）フレーム消去率とすることができる。

本発明の好ましい１特徴によれば、第１の基準は同期値の受信エラーだけの評価からなり、第２の基準は非同期値データの受信エラーだけの評価からなる。これは、非同期状態および不確実同期状態に入るのにそれぞれ異なる特性が使用される、効率的な再同期性能を提供し得る。

本発明の好ましい１特徴によれば、動作手段は、ローカル・キー・ストリームと同期された所定の数より多い同期値が受信された場合に、不確実同期状態から同期状態に遷移するように動作することができる。所定の数は、１、または２以上であり得る。したがって、この装置は、ローカル・キー・ストリームと同期された複数の同期値が受信されるまで、不確実同期状態にとどまり得る。これは、ローカル・キー・ストリームが同期されている確率が十分に高くなるまで装置が同期状態に入らないことを保証し、具体的には、単一の同期値のエラーによって、ローカル・キー・ストリームが非同期な状態で装置が同期状態に入ることにならないことを保証する。

本発明の好ましい１特徴によれば、動作手段は、同期値が受信されるときに不確実同期状態から同期状態に遷移するように動作することができる。これによって、高速の再同期、および同期状態への迅速な戻りが可能となり得る。この特徴は、受信される同期値のエラーの確率が十分に低い適応例において特に有利である。

本発明の好ましい１特徴によれば、動作手段は、不確実同期状態の状態にあるときに、復号されたユーザ・データを抑制する手段を備えない。これは、同期が失われていない場合にはデータの中断を引き起こさずに、同期が失われた場合には高速の再同期が実現される、不確実同期状態の同期動作を可能にし得る。

好ましくは、このセルラ通信システムはＴＥＴＲＡ通信システムであり、この通信は音声呼である。具体的には、この装置は好ましくは、ＥＴＳＩ規格 ＥＮ ３０２ １０９による暗号化を実施するように動作することができる。

本発明の好ましい１特徴によれば、動作手段は、Ｎｏｔ Ｓｔｏｌｅｎとは異なるＨａｌｆ Ｓｌｏｔ Ｓｔｏｌｅｎ表示（ＨＳＳ）を含む、所定の数より多いＴＭＤユニットデータ表示が受信される場合に不確実同期状態に入るように動作することができる。これは、ＴＥＴＲＡ通信システム内のあり得る同期損失の特に有利な検出を実現することができ、ＴＥＴＲＡ通信ユニット内で容易に入手可能なパラメータに基づくものである。

本発明の好ましい１特徴によれば、動作手段は、「ＧＯＯＤ」とは異なるＨａｌｆ Ｓｌｏｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ表示（ＨＳＣ）を含む、所定の数より多いＴＭＤユニットデータ表示が受信される場合に不確実同期状態に入るように動作することができる。これは、ＴＥＴＲＡ通信システム内のあり得る同期損失の特に有利な検出を実現することができ、ＴＥＴＲＡ通信ユニット内で容易に入手可能なパラメータに基づくものである。

本発明の第２の態様によれば、セルラ通信システム内の通信を復号する装置のための操作方法が提供され、この方法は、通信の復号のためのローカル・キー・ストリームを生成する工程と、ローカル・キー・ストリームを通信のキー・ストリームに同期させるための同期値を受信する工程と、ローカル・キー・ストリームを使用して通信が復号される同期状態で動作し、ローカル・キー・ストリームが同期されない非同期状態で動作し、ローカル・キー・ストリームを使用して通信が復号され、ローカル・キー・ストリームが受信される新しい各同期値に同期される不確実同期状態で動作する工程と、第１の基準に応答して同期状態から非同期状態に、また第２の基準に応答して同期状態から不確実同期状態に遷移する工程とからなる。

本発明のこれらのおよび他の態様、特徴および利点は、以下で述べる実施形態を参照して明らかになり、解明されよう。
本発明の１実施形態について、図面を参照して、例示するためだけに述べる。

以下の説明では、ＴＥＴＲＡセルラ通信システムに適用可能な本発明の１実施形態に焦点を当てる。しかし、本発明は、この適用例に限定されないが、多くの他の通信システムに適用され得ることが理解されよう。

暗号化された呼が、両方がＥＴＳＩ仕様 ＥＮ ３０２ １０９ｖ１．１．１に準拠している受信機と送信機の間で実施される、本発明の１実施形態について述べる。簡潔かつ明確にするために、この実施形態について音声呼に関して述べるが、他の実施形態では、たとえばデータ呼など、他の通信タイプがサポートされ得る。送信機は具体的には第１の加入者端末（移動局など）の一部とすることができ、送信機は具体的には第２の加入者端末の一部であり得る。

図１は、本発明の１実施形態による、暗号化された呼を通信するためのシステムを示している。
送信機１００は、メッセージを暗号化するために使用されるキー・ストリームを生成する送信キー・ストリーム生成器１０１を備える。送信キー・ストリーム生成器１０１は初期値で初期化され、この初期値は時間依存型であり、また送信機の外部には知られていない。送信キー・ストリーム生成器１０１は暗号化ユニット１０３に結合され、この暗号化ユニット１０３は、送信される音声データを受信し、適切な暗号化関数に従ってこれを暗号化する。具体的には、暗号化関数は、暗号化されたオーディオ・データを生成するために、音声データをキー・ストリームと組み合わせる。

送信機はさらに、送信キー・ストリーム生成器１０１および暗号化ユニット１０３に結合された送信ユニット１０５を備える。送信ユニット１０５は、暗号化ユニット１０３から暗号化されたデータを受信し、エア・インターフェースを介してこれを送信する。さらに、送信ユニット１０５は、送信キー・ストリーム生成器１０１から暗号化同期値を受信し、送信されるビット・ストリーム内にこれを含める。同期値によって、受信機は、復号を受信されたデータ・ストリームに同期させることができる。

同期値は、ハーフ・スロット・スチーリングによって暗号化同期メッセージとして送信され、ユーザ・データ送信が、暗号化同期メッセージによって部分的にまたは完全に置き換えられる。ＴＥＴＲＡでは、暗号化同期メッセージは、フルまたはハーフ・タイム・スロットでオーディオ・データを置き換えることによって送信される。したがって、送信ユニット１０５は、暗号化されたユーザ・データを、送信キー・ストリーム生成器１０１からの同期値データで置き換えるように動作することができる。

受信機１０６は、送信ユニットによって送信されたデータ・ストリームを受信する受信ユニット１０７を備える。送信機１００および受信機１０６はさらに、当業者にはよく知られている変調器、増幅器、制御回路などを含めて、ＴＥＴＲＡエア・インターフェースを介して通信するのに必要なまたは望まれる機能を備える。

受信ユニットは、同期ユニット１０９に結合されており、同期値を抽出し、それを同期ユニット１０９に送るように動作することができる。それに応答して同期ユニット１０９は、受信キー・ストリーム生成器１１１のための初期値を生成する。初期値に基づいて受信キー・ストリーム生成器１１１は、送信機のキー・ストリームに同期されるキー・ストリームを生成する。受信キー・ストリーム生成器１１１は復号ユニット１１３に結合されており、この復号ユニットはさらに受信ユニット１０７に結合される。復号ユニット１１３は、暗号化されたオーディオ、および暗号化されたオーディオに同期されたキー・ストリームを受信する。したがって、それは、暗号化ユニット１０３の関数の逆関数を実施し、それによって、復号されたオーディオ・ストリームが生成される。

受信キー・ストリーム生成器１１１の初期同期を提供するために、送信機は、暗号化された呼の設定に関連した同期値を送信する。
さらに、同期値は、呼の全体を通して周期的に送信される。これは、同期を外す受信機がこれを再び確立することができ、それによって、それが呼を継続することを可能にする。さらに、同期値の継続した送信によって、受信機は、これが設定された後に呼に加わることができる。これは、遅いエントリとして知られている。

同期損失の１例は、移動局の再選択実施時である。たとえば、移動体間の音声呼では、移動局のうちの１つが再選択を実施する、これによって一般に、たとえば新しいエア・インターフェース伝搬遅延およびネットワーク内の異なるタイミングのせいで遅延が変化することになる。これは、ローカルに生成されたキー・ストリームに、受信された信号との同期を外させ得る。この場合には追加の同期値が送信され得るが、これらは、たとえば一時的な伝搬フェージングのせいで、受信機１０６によって見逃され得る。

ＴＥＴＲＡ仕様は、所定の数より多い同期値がエラーで受信される場合、同期が失われていると見なされ得ると記載している。しかし、これが検出される前に、復号によってランダム・データがもたらされ、このランダム・データによって、所望の音声信号が出力されるのではなく、ノイズ信号が生じることになる。さらに、同期損失の検出にはいくらか時間がかかり、それによって出力信号に重大な中断が生じることになり得る。

セル再選択を実施する移動局は、同期が失われたかもしれないことを認識しており、したがって再同期が行われるまで、受信されたユーザ・データを抑制することができ、具体的には出力オーディオ信号を消音し得る。しかし、セル再選択を実施しない移動局は、通信リンクのタイミングが変化したかもしれないという情報をもたず、したがって同期損失の検出に依存する。

さらに、偽の同期損失が通信の中断をもたらさないようにするために、偽の同期損失の検出数を減らすことが重要である。たとえば、信号状態によって、１つまたは複数の同期値がエラーを伴って受信されることになり、これは、復号の中断をもたらす同期損失として検出され得る。したがって、同期損失の検出の速度と偽同期損失の確率の間のトレードオフは、知覚される音声品質にとって極めて重要である。最適な決定基準は一般に、通信システムの特定の状態に依存する。多くの場合において、このトレードオフは、満足な性能を可能にしない。

図２は、本発明の１実施形態による暗号化同期ユニットを示している。具体的には図２は、図１の同期ユニット１０９を示すことができ、これを参照して述べる。
同期ユニット１０９は、同期値を受信する同期値受信器２０１からなる。同期値は、受信ユニット１０７から受信される。したがって、これは、受信ユニットがメッセージが同期値を含むことを検出するときはいつでも、同期値受信器２０１に送られる。

同期値受信器２０１は、受信機１０６の同期動作を管理する同期プロセッサ２０３に結合される。同期プロセッサ２０３は、受信キー・ストリーム生成器１１１を制御するキー・ストリーム生成器コントローラ２０５に結合される。具体的には、キー・ストリーム生成器コントローラ２０５は、受信キー・ストリーム生成器１１１の同期を制御するように動作可能な同期プロセッサ２０３の管理下にあり、具体的には受信キー・ストリーム生成器１１１の適切な同期値をロードし、それによって受信キー・ストリーム生成器１１１が受信された信号のキー・ストリームに同期され得る。

同期プロセッサ２０３は、３つの異なる同期状態を備える同期状態マシンを実装する。図３は、同期プロセッサ２０３の同期状態マシンの図である。具体的には、同期プロセッサ２０３は、ローカル・キー・ストリームを使用して通信が復号される同期状態３０３を実装する同期状態プロセッサ２０７と、ローカル・キー・ストリームが同期されない非同期状態３０１を実装する非同期状態プロセッサ２０９と、ローカル・キー・ストリームを使用して通信が復号され、ローカル・キー・ストリームが受信される新しい各同期値に同期される不確実同期状態３０５を実装する不確実同期状態３０５プロセッサ２１１とからなる。

したがって、同期プロセッサ２０３は、想定される同期状態に応じて、３つの異なる同期状態で動作し得る。非同期状態では、ローカル・キー・ストリームは、受信された信号のキー・ストリームと同期されず、したがって信号は復号されることができない。したがって、非同期状態プロセッサ２０９は、ノイズ出力信号を防止するために受信機１０６を、受信された信号を消音するように制御するように動作することができる。さらに、この状態では、同期プロセッサ２０３は、再同期を試み、具体的には、受信される次の同期値をローカル・キー・ストリーム生成器１１１にロードする。次いで、同期プロセッサ２０３は、同期状態に入り得る。

同期プロセッサ２０３が同期状態にあるときに、ローカル・キー・ストリームは、受信された信号を暗号化するために使用されるキー・ストリームと同期され、したがって信号は復号されることができ、音声出力がユーザに提示される。

従来のＴＥＴＲＡ同期動作と異なり、同期プロセッサ２０３は、不確実な同期状態で動作することもできる。この状態には、同期が失われたかもしれないことの不確実な表示がある場合に入ることが好ましい。不確実同期状態では、同期プロセッサ２０３は、非同期状態と同期状態の特徴を組み合わせる。具体的には受信機１０６は、次に受信信号を復号し、現在のローカル・キー・ストリームを使用して出力信号を生成する。同時に、同期値が受信される場合、これは、それがローカル・キー・ストリームに一致するかどうかに関係なく、ローカル・キー・ストリーム生成器１１１を再同期させるために使用される。したがって、不確実同期状態では、復号の中断または出力信号の消音を行わずに、高速の再同期が実現される。

したがって、実際に同期が失われた場合、再同期が非常に高速に行われ、非常に短い間隔のノイズ出力しか生じない。さらに、偽の表示が生じ、同期が失われていない場合には、有効なローカル・キー・ストリームを使用して復号が継続されるので、出力信号の中断は生じない。したがって、非同期状態は同期が失われたときに最良の性能を提供し、同期状態は同期が失われていないときに最良の性能を提供し、不確実同期状態は同期が失われたかどうか不確かな場合に、状態についての改良型トレードオフを提供する。

同期プロセッサ２０３はさらに、それぞれ異なる状態間の遷移を制御する遷移コントローラ２１３を備える。具体的には、遷移コントローラ２１３は、同期プロセッサ２０３を第１の基準に応答して同期状態から非同期状態に、第２の基準に応答して不確実同期状態に遷移させるように構成される。したがって、非同期状態および不確実同期状態に入るのにそれぞれ異なる基準が使用され、具体的には第１の基準は同期が失われた高い確率に対応し、第２の基準は同期が失われたより低い確率に対応する。

上述の実施形態では、遷移コントローラ２１３はさらに、共通の第３の基準、すなわち同期値が受信されたことに従って、同期プロセッサ２０３を非同期状態または不確実同期状態から同期状態に遷移させるように動作することができる。

したがって、この実施形態は、生成されたユーザ・サービスの性能改善および品質向上を提供し得るより柔軟な再同期性能を可能にする。具体的には、より漸進的な同期損失の機構が実装され、より高速な再同期工程が、多くの場合において、偽の同期損失の検出により出力信号を消音することによって引き起こされる多くの通信の間隙または中断をもたらさずに達成され得る。

本発明から逸脱せずに、任意の適切な第１および第２の基準が使用され得ることが理解されよう。
具体的には、第１の基準は、同期値の受信エラーの評価を含み得る。遷移コントローラ２１３は、エラーで順次受信される同期値の数を単純にカウントすることができ、これが所定の数を越える場合、それは同期状態から非同期状態への遷移を引き起こし得る。

受信エラーを判断するための任意の適切なアルゴリズムまたは基準が使用され得る。たとえば、ＴＥＴＲＡでは、同期値は、内部のチェック・サムを含むメッセージとしてハーフ・スロット・スチーリングによって送信される。したがって、チェック・サムの検査がエラー表示をもたらす場合、受信エラーが発生したと見なされ得る。あるいはまたはさらに、受信された同期値は、ローカル・キー・ストリームと比較され得る。ローカル・キー・ストリームが入信号に同期される場合、同期値は、ローカル・キー・ストリームに一致する。したがって、これらが一致しない場合、同期値の受信エラーが発生したと見なされ得る。

送信エラーが、セルラ通信システム内で頻繁に発生し、したがって、同期が失われずに、受信された同期値に発生するので、所定の数は好ましくは１より大きく、一般にはおよそ５であり得る。これによって、誤って非同期状態に入る受信機１０６によって引き起こされる出力信号の頻繁の中断が防止される。

好ましくは、第２の基準は、少なくとも１つの非暗号化パラメータの評価からなる。具体的には、第２の基準は、暗号化または復号工程の一部でない特性またはパラメータの評価であり得る。これは、同期損失の検出に使用される基準の変化および多様性の増加を可能にし、それによって、高速の同期損失検出、したがって再同期の確率が向上する。

具体的には第２の基準は好ましくは、同期値よりも頻繁に評価され得る特性に基づき、ＴＥＴＲＡではこの同期値は、毎秒わずか１回しか送信され得ない。上述の実施形態では、第２の基準は、非同期値送信の受信エラー、具体的には同期値の送信よりも頻繁行われる非同期値の送信の受信エラーの評価からなる。

具体的には第２の基準は好ましくは、ユーザ・データ送信の受信エラーを評価し、音声呼のこの具体的な実施例では、オーディオ・フレームの受信エラーが評価される。高集中または多数のオーディオ・フレームがエラーで受信される場合、これは、同期が失われているが、一時的な伝搬フェージングに応答しても生じ得ることの表れである。したがって、不確実同期状態に入ることによって、同期が失われた場合の高速の再同期と、フェージング状態が発生した場合のオーディオ出力の継続の両方が可能となる。

適切な基準は、オーディオ・データのエラー率の評価からなり得る。たとえば、多過ぎるオーディオ・フレームがエラーで受信される場合、この高いフレーム・エラー率は、同期損失があり得ることの表れであり得る。

ＴＥＴＲＡに適した第２の基準の具体的な例として、遷移コントローラ２１３は、ＴＭＤユニットデータ・メッセージの受信に関する情報を受信し得る。第２の基準は、「ＧＯＯＤ」とは異なるＨａｌｆ Ｓｌｏｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ表示（ＨＳＣ）を含む、所定の数より多いＴＭＤユニットデータ表示が受信されるかどうか判断することからなり、またはそのことにあり得る。したがって、たとえば「Ｂａｄ」（不成功の受信を示す）のＨＳＣを含むハーフ・スロットが受信される場合、これは、同期損失があり得ることを示すことができ、したがって遷移コントローラは、同期プロセッサ２０３を不確実同期状態に入れ得る。

一部の実施形態では、受信されるメッセージのタイプを評価し、この評価に応答して不確実同期状態に入ることが特に適切であり得る。たとえば、一部の適用例では、基地局によって送信されるメッセージのタイプは、同期損失を示唆し得る通信エラーの表示であり得る。

したがって、ＴＥＴＲＡに適した第２の基準の具体的な例として、遷移コントローラ２１３は、ＴＭＤユニットデータ・メッセージのための制御プレーン・スチーリングに関する情報を受信し得る。第２の基準は、Ｎｏｔ Ｓｔｏｌｅｎとは異なるＨａｌｆ Ｓｌｏｔ Ｓｔｏｌｅｎ表示（ＨＳＳ）を含む、所定の数より多いＴＭＤユニットデータ表示が受信されるかどうか、すなわちスチールされた所定の数のＴＭＤユニットデータ・メッセージがたとえば所与の時間間隔内に、または順次受信されるかどうか判断することを備え得る。

第２の基準が必ずしも単一の条件または単一のパラメータの評価だけからなるのではなく、しかし、任意の適切な数の条件または条件の組合せが使用され得ることが理解されよう。たとえば、ＴＥＴＲＡについて提供される具体的な例は、条件のうちのいずれか１つが満たされる場合に不確実同期状態に入るような代替物であり得る。

上述の実施形態では、不確実同期状態から同期状態への遷移は、同期値が受信されるときはいつでも生じる。具体的には、正確なチェック・サムを含む同期値が受信される場合、この値は、受信キー・ストリーム生成器１１１にロードされることができ、同期プロセッサ２０３は、さらなる検証なしに同期状態に入る。

他の実施形態では、不確実同期状態を終了するための他の基準が使用され得る。たとえば、同期プロセッサ２０３は、ローカル・キー・ストリームと同期される所定の数より多い同期値が受信される場合、不確実同期状態から同期状態に遷移し得る。

具体的には、不確実同期状態では、受信された同期値は、ローカル・キー・ストリームを同期させるために使用されるが、しかし、既存のローカル・キー・ストリームとも比較される。これらが一致する場合、これは、ローカル・キー・ストリームが同期されており、また同期状態に入るべきことを表している。所定の数が大きくなるにつれて、エラーで受信された同期値に基づいて同期状態に入るリスクは小さくなる。したがって、この手法は、同期値に影響を及ぼす送信エラーの結果として、ローカル・キー・ストリームが非同期である状態で同期状態に入ることを防止し得る。

本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはその任意の組合せを含めて、任意の適切な形で実施され得る。しかし、本発明は好ましくは、少なくとも部分的には１つまたは複数のデータ・プロセッサおよび／またはデジタル信号プロセッサ上で実行されるコンピュータ・ソフトウェアとして実施される。本発明の１実施形態の要素および構成要素は、任意の適切なやり方で物理的に、機能的にまた論理的に実装され得る。機能は実際に、単一のユニット、複数のユニットまたは他の機能ユニットの一部として実装され得る。したがって、本発明は、単一のユニットで実施されることができ、または複数のユニットおよびプロセッサ間で物理的にまた機能的に分散され得る。

本発明について好ましい実施形態に関連して述べたが、それは、本発明で述べた特定の形の組に限定するためのものではない。そうではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって限定されるものにすぎない。特許請求の範囲では、用語「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素または工程の存在を除外するものではない。さらに、複数の手段、要素または方法工程は、個々に挙げられているが、たとえば単一のユニットまたはプロセッサによって実施され得る。さらに、個々の特徴がそれぞれ異なる請求項に含まれ得るが、たぶんこれらは有利には組み合わされることができ、またそれぞれ異なる請求項に含まれることは、特徴の組合せが実現可能かつ／または有利ではないことを示唆するものではない。さらに、単数の言及は、複数を除外するものではない。したがって、「１（ａ、ａｎ）」、「第１」、「第２」などへの言及は、複数を除外するものではない。

本発明の１実施形態による、暗号化された呼を通信するためのシステムを示す図。 本発明の１実施形態による暗号化同期ユニットを示す図。 本発明の１実施形態による同期状態マシンを示す図。

Claims (10)

1. 通信の復号のためのローカル・キー・ストリームを生成するキー・ストリーム生成器と、
   該ローカル・キー・ストリームを該通信のキー・ストリームに同期させるための同期値を受信する手段と、
   該通信が該ローカル・キー・ストリームを使用して復号される同期状態、
   該ローカル・キー・ストリームが同期されない非同期状態、または、
   前記通信が該ローカル・キー・ストリームを使用して復号されるとともに、該ローカル・キー・ストリームが、新たに受信される各同期値に同期される不確実同期状態、で動作する動作手段であって、第１の基準に応答して該同期状態から該非同期状態に遷移し、非暗号化関連のパラメータに基づく第２の基準に応答して該同期状態から該不確実同期状態に遷移するように動作することができる動作手段と、
   からなるセルラ通信システム内で通信を復号する装置。
2. 前記第１の基準が同期値の受信エラーの評価からなる請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の基準が、ａ）前記非暗号化関連のパラメータ、ｂ）前記装置によって受信されるメッセージのタイプ、ｃ）非同期値送信の受信エラー、ｄ）該非同期値送信のエラー率、のうちの少なくとも１つの評価からなる請求項１に記載の装置。
4. 前記動作手段が、通信エラーを示す複数のメッセージが受信されることに応答して、前記不確実同期状態に入るように動作することができる請求項３に記載の装置。
5. 前記動作手段が、ａ）前記ローカル・キー・ストリームに同期された、所定の数より多い同期値が受信されたこと、およびｂ）同期値が受信されること、のうちの少なくとも１つが生じる場合に、前記不確実同期状態から前記同期状態に遷移するように動作することができる請求項１に記載の装置。
6. 前記動作手段が、前記不確実同期状態にある場合に前記復号されたユーザ・データを抑制する手段を備えない請求項１に記載の装置。
7. 前記セルラ通信システムがＴＥＴＲＡ通信システムである請求項１に記載の装置。
8. ＥＴＳＩ規格、ＥＮ ３０２ １０９による暗号化を実施するように動作することができる請求項７に記載の装置。
9. 前記動作手段が、ａ）「Ｎｏｔ Ｓｔｏｌｅｎ」とは異なるＨａｌｆ Ｓｌｏｔ Ｓｔｏｌｅｎ表示（ＨＳＳ）、およびｂ）「ＧＯＯＤ」とは異なるＨａｌｆ Ｓｌｏｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ表示（ＨＳＣ）のうちの少なくとも１つの含む、所定の数より多いＴＭＤユニットデータ表示が受信される場合に前記不確実同期状態に入るように動作することができる請求項７に記載の装置。
10. 通信の復号のためのローカル・キー・ストリームを生成する工程と、
    該ローカル・キー・ストリームを該通信のキー・ストリームに同期させるための同期値を受信する工程と、
    該ローカル・キー・ストリームを使用して該通信が復号される同期状態で動作し、該ローカル・キー・ストリームが同期されない非同期状態で動作し、該ローカル・キー・ストリームを使用して該通信が復号されるとともに、該ローカル・キー・ストリームが、新たに受信される各同期値に同期される不確実同期状態で動作する工程と、
    第１の基準に応答して該同期状態から該非同期状態に遷移し、非暗号化関連のパラメータに基づく第２の基準に応答して該同期状態から該不確実同期状態に遷移する工程と、からなるセルラ通信システム内で通信を復号する装置のための操作方法。

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