[发明专利]用于与手机网络连接的装置及方法

说明书

相关申请

本申请要求于2010年7月16日提交的美国临时申请61/355,171的35U.S.C.119（e）的权益，其公开内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明的实施例涉及在手机网络上通信的装置及方法。

发明背景

由手机网络服务提供商（按照惯例称为“运营商”）建立及维护的现代手机通信网络通常在地理意义上的本地服务区的移动通信装置之间提供全双工无线通信服务。这些装置在运营商的合约之下运行，允许其使用该网络的服务。通信装置（业界称为移动设备（ME））最普遍的形式是全球随处可见的手机，但也可能是、或包括在任何其他各种类型的装置，如手提电脑或个人数字助理（PDA）。为展示方便，各种形式的移动设备ME也都被统一称为手机。签订了合约的为手机提供手机通信服务的运营商称为手机的、或手机机主的“归属运营商”。

每个手机网络被分配一个有限数量的频率信道，在该频率信道上为了传送及接收无线电信号并且提供对该信道的高效利用，网络的服务区被划分成多个连续的通信区域，称为小区。每个小区都有一个基站收发台（例如，BTS或Node-B）以及一个用于从用户手机接收及向其转移语音和/或数据信号的收发器，该基站收发台包括用于从用户手机接收和向其发送无线电信号的天线。该BTS还包括一个控制器，用于处理及路由呼叫并执行网络管理任务。

为降低网络小区的通信之间的电磁干扰，网络中的相邻小区使用分配给该网络的频率信道的不同子集，并且网络BTS中的用户电话及收发器通常以相对低的功率传输。结果，一个给定的BTS可以高效地向在该BTS位置的限定范围内的手机传送及接收信号。该范围定义了该BTS所属的小区的规模。一个手机网络服务区通常可以覆盖一座城市大小的地理区域且可划分为十数个小区。人口密度较大的区域，一个手机网络中的BTS之间可以间隔开2km至5km（千米），也可以间隔开小到数十米。

为了向用户手机提供连续的通信服务，网络的BTS及手机之间通过一组控制通信信道互相通信，以持续地追踪手机在服务区中所处的位置。当手机从网络服务区中的一个第一小区“漫游”至一个第二小区时，网络将向手机提供及维护通信服务的任务从该第一小区中的BTS转移至该第二小区中的BTS。通过适当协调小区之间通信职责转移，该手机网络基本上能够在任何时间及该网络服务区内的任何位置路由对一个给定的用户手机的呼叫，并且在该手机从一个网络小区物理移动至另一个时对该手机维持连续的通信。

用户漫游当然不仅限于该用户的归属运营商手机网络的地理有限服务区内小区之间的本地、“归属地”漫游。同一个国家不同区域的手机网络运营商互相合作从该国任何地方提供“国内漫游”，而不同国家的手机网络运营商也互相合作提供全球漫游。因此，一个给定归属运营商的用户通常不仅可以从该归属运营商网络的服务区内的一个地方，基本上还可以从地球上任何一个地方使用他或她的手机与地球上其他任何地方的手机通信。

为提供对手机位置的满意跟踪，在同一手机网络内的从小区到小区的或是不同手机网络内的小区之间的通信职责的“切换”，及对提供的移动电话服务的计费，每个手机一般都包括一个称为用户识别模块（通常称为SIM或USIM）的智能卡。在下文中，SIM或USIM可被称作SIM或SIM卡。该SIM一般可移除地安置在该手机的卡槽里，且存储有一个识别该SIM的唯一的国际移动用户识别（IMSI）码。该SIM还包括一个通常为128位的身份认证密钥“KI”。该KI通常不能从该SIM接入，但被该SIM用于对一个手机网络向该手机提出的身份认证挑战生成响应。

为了从一个手机网络接入服务，该手机通常必须向该网络呈现它的SIM卡IMSI。识别完该IMSI后，该手机及网络开始一个认证该IMSI的认证程序。该程序中，该网络通过向该手机发送数据（通常为随机数字）的方式对其发起挑战，该手机的SIM会使用其KI对该数据进行处理以生成一个响应。该手机将该响应发送至该网络，并且如果该响应正符合该网络的预期的话，它会允许该手机接入其服务。除电路交换数据（CSD）语音通信之外，该服务还可包括其他CSD服务（如传真）、信令服务（如短消息服务（SMS））及分组交换（PS）数据的发送及接收（如用于互联网及内部网接入、目录访问、文件传输及即时通讯（IM））。