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CN1212039C - 产生广播查询值的方法 - Google Patents

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CN1212039C CNB998038385A CN99803838A CN1212039C CN 1212039 C CN1212039 C CN 1212039C CN B998038385 A CNB998038385 A CN B998038385A CN 99803838 A CN99803838 A CN 99803838A CN 1212039 C CN1212039 C CN 1212039C
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Abstract

一种产生广播查询值的方法，包括下述步骤：对所述广播查询值的最高有效位执行第一更新算规，以及对所述广播查询值的最低有效位执行第二有区别的更新算规。更新算规可以是最大长度的移位寄存器或其他形式的伪随机噪声发生器。相继不重复值序列可以通过在重新出现更新值之前的时间内插入一全零值而延长一组或两组二进制位。通过全球时间基准可以实现整个系统的同步。

Description

产生广播查询值的方法
                           发明背景
I.发明领域
本发明总的涉及无线通信领域，尤其涉及蜂窝基站中广播查询值(challengevalue)的产生。
II.背景
无线通信领域有许多的应用，如，无绳电话、寻呼、无线本地环路和卫星通信系统。一种特别重要的应用是用于移动用户的蜂窝电话系统。(这里，术语“蜂窝”系统既包括蜂窝频率，也包括PCS频率。)人们已经开发了各种各样的空中接口用于蜂窝电话系统，如，频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。为此，人们已经建立起来了各种国内、国际标准，如高级移动电话业务(AMPS)、全球移动电话系统(GSM)和中间标准95(IS-95)。特别是，电信行业协会(TIA)和其他众所周知的标准组织颁布了IS-95及其衍生标准：IS-95A、ANSI J-STD-008等(统称为IS-95)。
采用IS-95标准构成的蜂窝电话系统采用CDMA信号处理技术来提供高效、可靠的蜂窝电话服务。大体采用IS-95标准构成的典型的蜂窝电话系统见美国专利5,103,459，该发明已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。上述专利描述了在CDMA基站中发送或前向链接信号处理。在CDMA基站中的典型接收或反向链接信号处理见申请日为1997年12月9日、标题为“多信道解调器(MultichannelDemodulator)”的美国专利申请08/987,172，该申请已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。在CDMA系统中，对功率控制的要求是一个很关键的问题。CDMA系统中典型的功率控制方法见美国专利5,056,109，该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。
采用CDMA空中接口的主要优点是可以在相同的RF带上进行通信。例如，给定蜂窝电话系统中的移动用户单元(通常是一个蜂窝电话)可以通过在相同的1.25MHz射频带上发送反向链路信号与同一基站进行通信。同样，这种系统中的每一个基站可以通过在另一个1.25MHz的射频带上发送前向链路信号与移动单元进行通信。
在同一射频带上发送信号有许多好处，如增加了蜂窝电话系统的频率再利用，提高了在两个或多个基站之间进行软切换的能力。频率再利用的提高使得可以在给定的频谱范围中进行数量更大的呼叫。软切换是使与两个基站同时接口相连的两个或多个基站的覆盖区的移动单元过渡的可靠方法。(相反，硬切换包含在与第二基站建立起接口连接前终断与第一基站的接口连接。)进行软切换的典型方法见美国专利5,267,261，该专利已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。
正如本领域中的普通技术人员能够理解的那样，除了蜂窝系统以外，CDMA技术可以应用于无线本地环路系统和卫星通信系统。
通常在蜂窝电话系统中，移动用户单元或移动站必须在被允许访问如电话连接等服务前由基站进行验证。蜂窝通信标准通常定义了一些对使用由蜂窝基础机构(基站和/或基站控制器)提供的服务的移动站进行验证的过程。TIA颁布的蜂窝标准提供了验证移动站的两种方法。这些方法称为“唯一查询”法和“广播查询”法。采用这些方法的标准包括IS-91(AMPS标准)、IS-54(定义模拟控制信道的TDMA标准)、IS-136(定义数字控制信道的TDMA标准)和IS-95。
唯一查询法是本领域中的技术人员所熟知的。采用唯一查询法，蜂窝基础设备向移动站发送一查询值，而移动站回送一个从该查询计算得到的响应、移动站标识符以及仅仅由基站知道的密码数据和具有特定标识符的合法(legitimate)移动站。如果响应是正确的，则蜂窝基础设备提供进入服务的通路，如电话连接。唯一查询法具有这样的缺点，即，完成查询响应过程所需的时间可以相当长，并且会不适当地推迟呼叫的建立。因此，TIA蜂窝标准将该广播查询法包括在其内，作为一种提供进入蜂窝服务请求快速验证的手段。
采用该广播查询法，在蜂窝控制信道上广播该查询值(通常称为“RAND”)。请求进入蜂窝服务的移动站在计算对查询的响应时使用该广播查询值，该响应是用该查询、移动站标识符和仅由基站和具有该标识符的移动站得知的秘密信息计算的。移动站包括请求服务时的响应。
广播方法经过“重放(replay)”侵犯(attack)，其中，欺诈移动站监视来自合法移动站的通信，并再次使用合法移动站的标识符以及该移动站对广播查询的响应。挫败重放侵犯有各种各样已知的方法。然而，挫败重放侵犯的主要传统方法是经常改变查询值。如果用可与典型电话呼叫持续时间相比的更新时间间隔来改变广播查询值，则单单通过拒绝似乎是来自相同移动站的访问而这时呼叫已经从该移动站发出，就可以挫败重放侵犯。目前，蜂窝电话呼叫的期望持续时间近似为一分钟。
然而，这样频繁的RAND改变对于集中管理的基础设备是困难的，这是因为RAND值是从大量的区站发送而来的，并且必须更新所有区站中的所有设备，以便改变RAND。这就大大增加了对蜂窝基础设备内部控制系统的通信负担。另外，RAND的更新需要移动站识别哪一个RAND值是用来计算该响应的。由于移动站可能已经在RAND的更新开始时已经开始其访问，所以移动站可能使用的是先前的RAND值，而不是更新值。所以，由于期望响应的计算可能很慢，并且由于这通过增大了随机选择的响应可能成功的似然性而降低了RAND的有效性，要求蜂窝基础设备不计算和不接受所有当前RAND值的响应。
然而，可以要求使必须在空气接口(air interface)上发送的二进制位数为最小，以保持带宽和增强信令传输的可靠性。所以，移动站访问请求的TIA标准不包括访问请求中的全部RAND值。相反，访问请求中仅发送最高有效的RAND部分，从而采用更少的二进制位来识别使用的是哪一个RAND值。在TIA标准中，使用的是最高有效的RAND的八个位(称为“RANDC”)。然而，这种技术只有在每次RAND更新时RAND的最高有效位改变时才会成功。所以，要求RAND更新过程以这样的方式来进行，即，对于RAND的每一新值，RANDC是与其他有区域的。
在TIA标准中，RAND通常是32位长(0位至31位)，最高有效的八个位(第24为至第31位)称为RANDC。在访问请求消息中，移动站返回RANDC，以及其对RAND的响应。基站必须保留一个有效RAND值的表，并仅用RANDC来确定哪一个RAND值是用来计算由移动站返回的响应的。所以，要求所有当前使用的RAND值具有唯一的RANDC值。
除了上面对选择RAND值的考虑以外，为了保密，可以要求使再次使用RAND值之前的时间为最大，从而在可以重放验证签字前迫使进行长久的等待。事实上这就建议，不要求使用真实的RAND的随机数。相反，可以要求使用判定算规，该算规确保对可能的RAND值的最大周期。
然而，在大多数蜂窝系统中，是不允许具有零RANDC值的，这是因为零值是移动站用来表示不具备当前RAND值，并且已经使用了所有的零来计算响应了。所以，RAND更新过程的特征应当确保RANDC对于每一次更新是有区别的和非零的。
另外，可以要求RAND的相继值尽可能地不同，以便使响应发生过程中不同侵犯成功的几率为最小。这就提出简单、基于计数器的技术方案是不够的，而最好采用相继值之间具有低相关性的更新方法。
最后，可以要求通过分散新RAND值的计算来使蜂窝系统中互联网络内的消息传送为最少。
所以，需要一种产生方法，这种方法使相继RAND值之间的相关性为最小、确保RAND和RANDC的最大周期，并使每一个区站能够进行相同的更新，而不必传送来自中央控制装置的消息以启动更新过程。
                           发明概述
本发明指明一种发生方法，它使相继RAND值之间的相关性为最小、确保RAND和RANDC的最大周期，并使每一区站能够进行相同的更新，而不必从中央控制装置传送消息以启动更新过程。因此，产生广播查询值的方法包括这样的步骤，即，对二进制数的最高有效位执行第一更新算规，并用第二更新算规，对二进制数的最低有效位进行运算。更新算规最好模拟各有区别的最大长度的移位寄存器。最好在更新序列所必须的时间周期内一次插入所有的零值，作为任意一组位的更新，以产生一重复值。
在本发明的一个方面中，用相继更新之间的最大周期和最小相关性来更新二进制数。更新最好用对不同部分的二进制数进行运算的不同算规来进行。
在本发明的第二个不同的方面，二进制数是在蜂窝系统中所有基站处同步更新的。更新最好与整个系统中时钟参考信号同步的。
                           附图简述
图1是蜂窝电话系统的方框图。
图2是伽罗瓦移位寄存器的方框图。
图3是两个伽罗瓦移位寄存器的方框图。
图4是RAND更新方法的流程图。
图5是计算当前RAND值的方法的流程图。
                     较佳实施例的详细描述
正如本领域中的技术人员所知道的那样，采用本发明特征实现的RAND发生方法可以应用于各种蜂窝电话系统中。这样的蜂窝系统包括AMPS(模拟)、IS-54(北美TDMA)、GSM(全球移动通信系统TDMA)和IS-95(CDMA)。在一种较佳实施例中，蜂窝系统是CDMA系统。
如图1所示，CDMA无线电话系统通常包括多个移动用户单元10、多个基站12、基站控制器(BSC)14和移动交换中心(MSC)16。MSC用来与传统的公共交换电话网(PSTN)18接口相连。MSC16还与BSC 14接口相连。BSC 14与每一基站12耦合。基站12还可以是一种基站收发机子系统(BTS)12。“基站”还可以在本行业中用来统一指BSC 14，以及一个或多个BTS 12，BTS 12还可以称为“区站”12。(给定BTS 12的扇区也可以称为区站。)移动用户单元10通常是蜂窝电话10，而蜂窝电话系统最好是一个按照IS-95标准使用的CDMA系统。
在蜂窝电话系统的典型工作中，基站12从一组移动单元10接收一组反向链路信号。移动单元10进行电话呼叫或其他的通信。给定基站12接收的每一反向链路信号在基站12中处理。得到的数据传递到BSC 14。BSC 14提供呼叫资源分配和迁移(mobility)管理功能，包括基站12之间软切换协调安排。BSC 14还选择接收数据至MSC 16的路由，它提供附加的路由选择服务，用来与PSTN 18的接口相连。同样，PSTN 18与MSC 16接口相连，MSC 16与BSC 14接口相连，而BSC14接着控制基站12，将前向链路信号组发送到移动单元组10。
图1所示的CDMA系统中，每一个基站12包括至少一个扇区(未示出)，每一个扇区包含一个天线，天线径向指向远离基站12的特定方向。每一基站12最好包括三个扇区，并且每一扇区天线指向的径向方向相差120度。
最大长度移位寄存器或软件模拟器最好由基站12用来产生新的广播查询值或更新RAND。在一种较佳实施例中，伽罗瓦移位寄存器用作最大长度移位寄存器。其他的最大长度移位寄存器如线性反馈移位寄存器(LFSR)可以替代伽罗瓦移位寄存器，这在本领域中是人们所知道的。
正如本领域中的技术人员所知道的那样，伽罗瓦移位寄存器按照每一时钟脉冲使每一二进制位向左移位一个位置，使预定的二进制位与反馈抽头位进行“异或”。所以，正如图2中所示出的那样，一个8位的伽罗瓦移位寄存器20在二进制位位置0、4和5后面包括反馈抽头。在每一次左移位以后，二进制位位置1接收第7位和第0位的异或结果。同样，二进制位位置5接收第7位和第4位的异或结果，而二进制位位置6接收第7位和第5位的异或结果。
在特定的实施例中，如图3中所描绘的那样，RAND更新方法依赖于第一和第二伽罗瓦移位寄存器30、32。一个更新时钟信号34产生两个移位寄存器30、32的更新。第一移位寄存器30是一个用来确定相继RANDC值的8位移位寄存器30。第二移位寄存器32是一个用来确定剩余RAND位的相继值的24位移位寄存器。第一和第二移位寄存器30、32都与相同的时钟信号34耦合，但是是不相连的。所以，RANDC最好是与其余RAND的分开产生。
在所示的实施例中，第一和第二移位寄存器30、32中的每一个具有反馈抽头或电连线，这些反馈抽头或连线加到寄存器30、32中特定的二进制位位置上。正如本领域中的技术人员所知道的那样，可以采用阶数为8或24的任何本原多项式来分别确定第一和第二移位寄存器30、32的反馈抽头。在所示的特定实施例中，第一和第二移位寄存器30、32的本原多项式分别是x8+x6+x5+x+1和x24+x4+x3+x+1。
如果使每一移位寄存器30、32初始化成非零值，则每一移位寄存器30、32产生的值将永远是非零的。这最好满足RANDC是非零的限制。然而，这种安排不会使RAND值序列的长度为最大，这是因为两个移位寄存器30、32中的每一个产生的序列其长度不是相应的素数(prime)，即，28-1＝255＝3*5*17和224-1＝16777215＝3*3*5*7*13*17*241。所以，该按排产生的RAND值序列其长度仅为65739，仅略大于单个的16位移位寄存器所产生的长度。
因为最大长度序列不包括全零值，通过插入全零值，可以延长RAND值序列的长度。所以，24位移位寄存器32的全零值最好可以插在序列中的任何一点处，从而将24位值的序列的长度增加到16777216，它是2的幂，因此对255即RANDC序列的长度来说是素数。这就使RAND值序列的长度延长到255*16777216，等于232-224。如果RANDC必须是非零的话，这是最大可能序列长度。
图4中的流程图描绘了按照特定实施例的RAND更新方法，其中，第一和第二伽罗瓦移位寄存器(相应于RANDC和其余的RAND位，用RANDL表示)是用计算机软件模拟的。图4所示的方法最好将所有的零值插入到通过模拟24位伽罗瓦移位寄存器产生的序列中，这种方法可以用传统的源码包括C码或C++码来实现，正如本领域中的普通技术人员所知道的那样。区站通常包括集成电路，这种集成电路最好是特定用途的集成电路，具有用处理器运行的软件。
在步骤40中，算规计算8位的被称作是“INIT”的十六进制数(32个二进制位)和8位十六进制数00FFFFFF的“与”结果。该计算决定了24个NIT最低有效位是否全为0。如果INIT的最小有效24位全为0，那么算规就进行到步骤42。否则，算规进行到步骤44。
在步骤42，将INIT设置成等于是INIT和1的“或”结果。该步骤使INIT的最低有效位为1值。步骤40和42确保了使寄存器初始化成非零值，迫使寄存器为1，如果开始时是0的话。随后，该算规进行到步骤44。在步骤44处，算规计算INIT和十六进制值00FFFFFF的“与”结果。该结果称作是“PREINIT”。所以，PREINIT是一个32位的二进制数，其最大有效8位是0。在使PREINIT具有上述值以后，算规进行到步骤46。
在步骤46，确定PREINIT和1的“与”结果。这使得算规能够检查PREINIT的最低有效位是否为1。如果PREINIT和1的“与”结果不是0，那么算规就进行到步骤48。如果PREINIT和1的“与”结果是0，那么算规就进行到步骤50。
在步骤48中，算规计算PREINIT和8位十六进制数0100001B的“异或”(XOR)结果。PREINIT和0100001B的“异或”结果随后形成新的PREINIT值。接着，算规进行到步骤50。在步骤50中，PREINIT值向右移位一个二进制位位置，即，移位到寄存器具有在时间上早一个时钟脉冲的值上。接着，算规进行到步骤52。步骤48和50对RANDL有效地以反向次序模拟伽罗瓦移位寄存器功能。因此，PREINIT的24个最低有效位首先和19个0的二进制位后跟序列11011(即十六进制数00001B，也即十六进制数0100001B的最后6个数字)的二进制值进行“异或”，并将第25位设置成1。序列11011模拟二进制位0、1、3和4处的反馈抽头。随后，由于下一个指令，模拟的移位寄存器向右移位一个二进制位位置，从而使第25位向下移位到第24位的位置上。(相反，正如结合图2所描述的那样，伽罗瓦移位寄存器执行左移位，并与反馈抽头位进行“异或”。)
在步骤52，得到32位二进制位RAND值和32位二进制数00FFFFFF的“与”结果。该“与”结果称作是“LSMASK”。该计算使得LSMASK等于8个0，后面是24位的RANDL(RAND的24个最低有效位)。随后，算规进行到步骤54。
在步骤54，算规检查LSMASK是否等于0，即，LSMASK(构成RANDL)的最小有效24位是否是全0。如果LSMASK等于0，则算规进行到步骤56。否则，算规进行到步骤58。
在步骤56，得到RAND和PREINIT的“或”结果，形成新的RAND值。因此，RAND变成8个0，后面是PREINIT的24个最低有效位(即，RANDC是0，RANDL是PREINIT的24个最低有效位)。随后，算规进行到步骤62。
在步骤58中，算规检查LSMASK是否等于PREINIT。如果LSMASK不等于PREINIT，则算规进行到步骤62。否则，如果LSMASK与PREINIT是相同的，算规进行到步骤60。在步骤60中，计算RAND和8位十六进制数FF000000(8个1，后面是24个0)的“与”结果，形成新的RAND值。所以，RAND变成RANDC，后面是24个0(即，RANDL是0)。随后，算规进行到步骤62。
在步骤62，将称作是”MASK“的值设置成等于0。随后，算规进行到步骤64。
在步骤64，算规计算RAND和8位十六进制数80000000(一个1，后面是31个0)的“与”结果。随后，算规检查该“与”结果是否不等于0。换言之，算规判断RAND的最高有效位是否是1。如果判断结果该“与”结果不是0，则算规进行到步骤66。但是，如果“与”结果是0，则算规进行到步骤68。
在步骤66，使MASK具有8位十六进制值63000000。(如上面讨论的那样，RANDC定义为是一个具有0x163个本原多项式的8位寄存器，即二进制数101100011或本原多项式x8+x6+x5+x+1。然而，MASK值无需是163000000，这是因为最高有效位远离模拟RANDC寄存器的尾部(end))。随后，算规进行到步骤68。在步骤68，算规计算RAND和8位十六进制数00800000(8个0，后面是一个1，再后面是23个0)的“与”结果。随后，算规检查“与”结果是否不等于0。换言之，算规判断RANDL的最高有效位是否是1。如果判断该“与”结果不是0，那么算规就进行到步骤70。但是，如果“与”结果是0，则算规进行到步骤72。在步骤70，得到MASK和8位十六进制数0100001B的“异式”结果，形成新的MASK值。正如上面讨论的那样，可以理解，该“异式”结果产生用于多项式x24+x4+x3+x+1(0x0100001B)的24位RANDL模拟寄存器的MASK值。随后，算规进行到步骤72。
在步骤72，RAND向左移位一个二进制位。算规随后进行到步骤74。在步骤74，算规计算RAND和MASK的“异式”结果。该“异式”结果形成新的RAND值。接着，算规进行到步骤76。在步骤76，算规回到在步骤74得到的RAND值，作为RAND的更新值。
所以，在参照图4描述的方法中，RANDC定义为是一个具有0x163的本原多项式的8位伽罗瓦移位寄存器，而RANDL则定义为是一个具有0x0100001B的本原多项式的24位伽罗瓦移位寄存器。0值插在INIT前，它通常不等于0x00000001，从而周期增加到224，形成相对于RANDC的周期的255的周期素数(period prime)。这两个模拟伽罗瓦移位寄存器具有不同的反馈抽头(因为它们具有不同的本原多项式)，因此组成分立的和互有区别的(distict)算规。
可以看到，图4中用来描述产生RAND更新的方法简单到足以在蜂窝系统基础设备中的任何一个地方都可以进行。在特定的实施例中，该方法可以在图1中CDMA蜂窝系统区站(未示出)中施行，从而无需集中地产生新的RAND值，并且将它们分配到区站用于传播。
可以使区站周期地更新RAND，而不必同步、由RANDC进行RAND的本地重新构筑。然而，从安全的观点看，这是不必要的，因为这可能有效地减小RAND值序列的长度。即，尽管给定的区站会产生最大长度的RAND值序列，但非同步产生RAND值的相邻区站会比第一区站更快地重复第一个区站RAND值中的一个。在最坏的情况下，相邻区站将只有几个RAND值在后面，使得从一个区站到另一个区站更容易地进行重放。
然而，采用这样的方式即在给定时间里所有的RAND值是相同的，通过使所有区站的RAND更新同步，可以防止这种区站间的重放侵犯。在一种特定的实施例中，采用全球时钟来完成这种同步。这种全球时钟在例如TIA标准IS-95中所描述的CDMA系统中是已有的，这是因为区站必须产生在十微秒中同步的CDMA扩展序列。IS-95CDMA标准定义了一种与全球定位系统(GPS)的时间基准协调的全球“系统时间”。本领域中的普通技术人员知道，也可以采用其他类似的协调区站间时间基准的方法。
由于存在全球的或整个系统对所有区站或基站的时间基准，使得可以确保所有的区站采用相同的RAND。每一区站通过计算自基准时间起已经发生的更新数，以及确定由该更新数所得到的RAND值，可以在区站初始化期间设置其RAND值。在图1所示的CDMA系统中，例如，系统时间定义为是零，而同时，GPS时间页定义为零，即，1980年1月6日的午夜。
RAND的当前值可以按照图5中流程图所描述的特定实施例来得到，这可以用任何一种传统的源码包括C码或C++码来实现，这是本领域中的技术人员知道的。区站通常包括集成电路，它是特定用途的集成电路(ASIC)，具有处理器运行的软件。图5中所描述的方法采用软件模拟的伽罗瓦移位寄存器来计算它们的当前值，而不必进行时钟设置，从而避免了达到RAND当前值中所出现的计算效率低下问题。
在参照图5描述的实施例中，称作是“SYSTIME”的64位字段代表系统启动以来帧数中的当前系统时间。称作是“UPDATE_TIME”的32位字段表示每-RAND更新时间间隔的分钟数。所以，RAND更新出现在以分钟表示的系统时间是零模UPDATE_TIME的时候。32位字段“INIT”给出系统启动时RAND的初始值。如上所述，RANDC代表RAND的8个最高有效位，而RANDL表示RAND的24个最低有效位(RAND是一个32位的二进制数)。最好采用参照图1描述的CDMA系统，从而将帧速率定义为每帧20毫秒，或每分3000帧，并将系统时间的开始定义为1980年1月6日。
在步骤80中，算规确定INIT和十六进制数00FFFFFF的“与”结果。该“与”结果被分配给称作“LSINIT”的32位变量，从而LSINIT等于8个0，后面是INIT的24个最低有效位。随后，算规进行到步骤82。在步骤82，INIT向右移位24个二进制位的位置。接着，算规进行到步骤84。在步骤84，INIT的值被分配至称作是“MSINIT”的32位变量，从而MSINIT等于24个0，后面是8个INIT的最高有效位。随后算规进行到步骤86。在步骤86，算规检查MSINIT是否等于0。如果MSINIT等于0，则算规进行到步骤88。否则，算规就进行到步骤90。在步骤88，算规将MSINIT的最低有效位设置成等于1。随后，算规进行到步骤90。所以，在步骤80到88，算规已经确定了RANDC和RANDL的初始值。
在步骤90，算规将SYSTIME除以代表数3000的32位二进制字段。将得到的商分配给称作是“UPDATES”的64位变量。所以，通过将自系统启动后的帧数除以每分3000帧的帧速率，算规将以帧表示的系统时间转换成以分钟表示的系统时间。算规接着进行到步骤92。
在步骤92，算规将UPDATES除以UPDATE_TIME。随后，将UPDATES设置成等于得到的商。所以，通过将自系统启动后的分钟数除以每一RAND更新的分钟数，算规已经计算了自系统启动后的RAND更新数。算规接着进行到步骤94。
在步骤94，将UPDATES除以代表数255的32位二进制字段，得到一个商和余数。丢弃这商，但将余数分配给称作是“CLOCKS”的32位变量。如上所述，数255是RANDC的周期(自己重复前RANDC变化的次数)。随后，算规进行到步骤96。
在步骤96，MSINIT提高到CLOCKS(时钟)的幂，并用多项式长除，将结果除以十六进制数00000163(RANDC的本原多项式)。舍弃得到的商，而把余数称作是RANDC。随后，算规进行到步骤98。在步骤98，使RANDC向左移位24个二进制位位置，得到一个32位的二进制数，等于RANDC，后面是24个0。随后，算规进行到步骤100。
在步骤100，得到UPDATES的32个最低有效位(即UPDATES[0])和十六进制数00FFFFFF的“与”结果。将CLOCKS设置成等于该“与”结果。该步骤有效地计算了UPDATES被224除的余数(具有零插入的RANDL的周期是224)。随后，算规进行到步骤102。
在步骤102，算规检查LSINIT是否等于0。如果LSINIT等于0，算规就进行到步骤104。否则，算规就直接进行到步骤112。在步骤104，算规检查CLOCKS是否等于0。如果CLOCKS等于0，则算规进行到步骤106。否则，算规进行到步骤108。在步骤106，算规将RAND回到RANDC的值，因为RANDL是0。在步骤108，CLOCKS被设置成等于差值CLOCKS减1，从而使CLOCKS的值递减1。随后，算规进行到步骤110。在步骤110，LSINIT的最低有效位被设置成等于1。随后，算规直接进行到步骤116。步骤104至110是需要的，这是因为如果在循环开始时出现当前RAND更新，则RAND的最小有效部分(RANDL)是0。
在步骤112，算规检查CLOCKS是否等于十六进制数00FFFFFF。如果CLOCKS等于00FFFFFF，则算规进行到步骤114。否则，算规进行到步骤116。在步骤114，算规将RAND回到RANDC的值，因为RANDL是0。步骤112和114是需要的，这是因为如果在循环结束时出现当前RAND更新，则RANDL的最小有效部分(RANDL)是0。
在步骤116，LSINIT提高到CLOCKS(时钟)的幂，并用多项式长除，将结果除以十六进制数0100001B(RANDC的本原多项式)。舍弃得到的商，而把余数称作是RANDL。随后，算规进行到步骤118。
在步骤118，算规计算RANDC和RANDL的“或”结果。该“或”结果被分配到32位变量RAND。即，RAND的8个最高有效位等于RANDC和8个0的“或”结果，即，RANDC，并且RAND的24个最低有效位等于RANDL和24个0的“或”结果，即，RANDL。随后，算规进行到步骤120。在步骤120，算规回到步骤118的RAND值，作为下一个RAND的更新值。
所以，按照图5所示的实施例，算规在给定以分为单位的当前系统时间和RAND更新周期后确定RAND的当前值。按照图4所示的实施例，算规将RAND部分当作伽罗瓦移位寄存器，所以，寄存器的内容可以被当作是以正规参数x表示的多项式，1代表x0，而2代表x1，等等。当前寄存器值等于自初始状态以来提高到时钟脉冲数的幂的初始状态。图5所示的方法比通过图4所示更新序列简单使RAND阶跃变化(step)更快，这是因为是对RAND值序列长度的模来计算更新数的。
在特定的实施例中，图5所示的方法可以采用在本领域中的技术人员知道结构的各种算子(operator)。这些算子包括如，多精度除法，它将64位的数除以32位的数，以及模幂(modular exponentiation)，它使多项式提高到本原多项式模的整数幂。模幂函数可以以log2(N)步骤来计算，正象本领域中的技术人员知道的那样。这样的算符用来提高算规的速度。
正如本领域中的技术人员所能理解的那样，任何类似形式的伪随机噪声发生器可以用来替代所描述的实施例中的最大长度移位寄存器。另外，尽管所描述的实施例涉及的是蜂窝电话系统，并且最好是CDMA系统，这时RANDC限制在非零，但应当理解，RANDC无需是非零的，除非特定系统要求这样。因此，根据系统的限制，RANDC或者RANDL，或者二者，都可以具有插入的非零值，以延伸一个或两个序列的长度。另外，这里所描述的实施例的蜂窝系统广播查询值可以是任何的二进制数，它要求周期更新，从而使相继更新之间的相关性为最小，并且在更新以前出现重复值的更新数为最大。
至此已经描述了本发明的较佳实施例。然而，本领域中的普通技术人员应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对所揭示的实施例还可以有各种各样的变更。所以，本发明并非仅限于这些实施例，而应当以权利要求书为保护范围。

Claims (58)

1.一种对由蜂窝基站在控制信道上发射的广播查询值进行更新的方法，它包含下述步骤：
对所述广播查询值的多个最高有效位执行第一更新算规；以及
用第二更新算规对所述广播查询值的多个最低有效位进行运算，以产生更新的广播查询值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行步骤包含执行第一最大长度移位寄存器算规。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行步骤包含执行第一伪随机噪声发生算规。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运算步骤包含用第二最大长度移位寄存器算规对所述多个最低有效位进行运算。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运算步骤包含用第二伪随机噪声发生算规对所述多个最低有效位进行运算。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行步骤包含执行第一更新算规，所述第一更新算规在更新序列所必须的时间周期内插入一全零值作为所述多个最高有效位的更新，以产生所述多个最高有效位的重复值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运算步骤包含用第二更新算规对所述多个最低有效位进行运算，所述第二更新算规在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值作为所述多个最低有效位的更新，以产生所述多个最低有效位的重复值。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行步骤包含执行第一更新算规，该算规确保所述多个最高有效位的每一更新值是一个非零值。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运算步骤包含用第二更新算规对所述多个最低有效位进行运算，该算规确保所述多个最低有效位的每一更新值是一个非零值。
10.蜂窝系统中的一种同步更新由多个基站用来验证多个移动用户单元的二进制数的方法，其特征在于，所述方法包含下述步骤：
对多个基站中的每一个基站的二进制数的多个最高有效位执行第一更新算规；
用第二更新算规对所述多个基站中的每一个基站的二进制数的多个最低有效位进行运算；以及
对所述多个基站，使由执行步骤和运算步骤得到的二进制数的更新值同步。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述同步步骤是用所述多个基站具有的整个系统的时间基准来完成的。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述整个系统的时间基准是GPS时间。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述执行步骤包含执行第一最大长度移位寄存器算规。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述执行步骤包含执行第一伪随机噪声发生算规。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述运算步骤包含用第二最大长度移位寄存器算规对所述多个最低有效位进行运算。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述运算步骤包含用第二伪随机噪声发生算规对所述多个最低有效位进行运算。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述执行步骤包含执行第一更新算规，所述第一更新算规在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值作为所述多个最高有效位的更新，以产生所述多个最高有效位的重复值。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述运算步骤包含用第二更新算规对所述多个最低有效位进行运算，所述第二更新算规在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值作为所述多个最低有效位的更新，以产生所述多个最低有效位的重复值。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述执行步骤包含执行第一更新算规，该算规确保所述多个最高有效位的每一更新值是一个非零值。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述运算步骤包含用第二更新算规对所述多个最低有效位进行运算，该算规确保所述多个最低有效位的每一更新值是一个非零值。
21.一种蜂窝基站，其特征在于，它包含：
能够运行软件的集成电路；以及
一组软件指令，所述指令由所述集成电路执行，用来对一二进制数的多个最高有效位执行第一更新算规，以及对所述二进制数的多个最低有效位执行第二更新算规，以产生更新的二进制数。
22.如权利要求21所述的基站，其特征在于，所述第一更新算规包含第一模拟最大长度移位寄存器算规。
23.如权利要求21所述的基站，其特征在于，所述第一更新算规包含第一伪随机噪声发生算规。
24.如权利要求21所述的基站，其特征在于，所述第二更新算规包含第二模拟最大长度移位寄存器算规。
25.如权利要求21所述的基站，其特征在于，所述第二更新算规包含第二伪随机噪声发生算规。
26.如权利要求21所述的基站，其特征在于，所述第一更新算规在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值，作为所述多个最高有效位的更新，以产生所述多个最高有效位的重复值。
27.如权利要求21所述的基站，其特征在于，所述第二更新算规在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值，作为所述多个最低有效位的更新，以产生所述多个最低有效位的重复值。
28.如权利要求21所述的基站，其特征在于，所述第一更新算规确保所述多个最高有效位的每一更新值是一个非零值。
29.如权利要求21所述的基站，其特征在于，所述第二更新算规确保所述多个最低有效位的每一更新值是一个非零值。
30.一种蜂窝系统，其特征在于，它包含：
整个系统的时间基准信号；
多个移动用户单元；以及
多个用于与所述多个移动用户单元进行无线通信的基站，所述多个基站中的每一个包含：
能够运行软件的集成电路；以及
一组软件指令，所述指令由所述集成电路执行，用来对二进制数的多个最高有效位执行第一更新算规，和对所述二进制数的多个最低有效位执行第二更新算规，所述二进制数用来验证请求与一基站进行通信的任何一个移动用户单元，并用来使所述二进制数的相继更新值与整个系统的时间参考信号在所述多个基站处同步。
31.如权利要求30所述的蜂窝系统，其特征在于，所述整个系统的时间参考信号向所述多个基站中的每一个基站传送一个GPS时间的度量。
32.如权利要求30所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第一更新算规包含第一模拟最大长度移位寄存器算规。
33.如权利要求30所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第一更新算规包含第一伪随机噪声发生算规。
34.如权利要求30所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第二更新算规包含第二模拟最大长度移位寄存器算规。
35.如权利要求30所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第二更新算规包含第二伪随机噪声发生算规。
36.如权利要求30所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第一更新算规在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值，作为所述多个最高有效位的更新，以产生所述多个最高有效位的重复值。
37.如权利要求30所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第二更新算规在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值，作为所述多个最低有效位的更新，以产生所述多个最低有效位的重复值。
38.如权利要求30所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第一更新算规确保所述多个最高有效位的每一更新值是一个非零值。
39.如权利要求30所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第二更新算规确保所述多个最低有效位的每一更新值是一个非零值。
40.一种蜂窝基站，其特征在于，它包含：
更新一广播查询值的多个最高有效位的第一装置；以及
更新所述广播查询值的多个最低有效位以产生更新的二进制值的第二装置。
41.如权利要求40所述的基站，其特征在于，所述第一更新装置包含第一模拟最大长度移位寄存器。
42.如权利要求40所述的基站，其特征在于，所述第一更新装置包含第一伪随机噪声发生器。
43.如权利要求40所述的基站，其特征在于，所述第二更新装置包含第二模拟最大长度移位寄存器。
44.如权利要求40所述的基站，其特征在于，所述第二更新装置包含第二伪随机噪声发生器。
45.如权利要求40所述的基站，其特征在于，所述第一更新装置在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值，作为所述多个最高有效位的更新，以产生所述多个最高有效位的重复值。
46.如权利要求40所述的基站，其特征在于，所述第二更新装置在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值，作为所述多个最低有效位的更新，以产生所述多个最低有效位的重复值。
47.如权利要求40所述的基站，其特征在于，所述第一更新装置确保所述多个最高有效位的每一更新值是一个非零值。
48.如权利要求40所述的基站，其特征在于，所述第二更新装置确保所述多个最低有效位的每一更新值是一个非零值。
49.一种蜂窝系统，其特征在于，它包含：
建立整个系统的时间同步的装置；
多个移动用户单元：以及
用来与所述多个移动单元用户进行无线通信的多个基站，所述多个基站中的每一个包含：
更新一二进制数的多个最高有效位的第一装置，所述二进制数用来验证请求与一基站进行通信的任何一个移动用户单元；
更新所述二进制数的多个最低有效位的第二装置；以及
使所述多个基站处所述二进制数的相继更新值与建立整个系统的时间同步的装置同步的装置。
50.如权利要求49所述的蜂窝系统，其特征在于，所述建立整个系统的时间同步的装置向所述多个基站中的每一个传送一个GPS时间度量。
51.如权利要求49所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第一更新装置包含第一模拟最大长度移位寄存器。
52.如权利要求49所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第一更新装置包含第一伪随机噪声发生器。
53.如权利要求49所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第二更新装置包含第二模拟最大长度移位寄存器。
54.如权利要求49所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第二更新装置包含第二伪随机噪声发生器。
55.如权利要求49所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第一更新装置在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值，作为所述多个最高有效位的更新，以产生所述多个最高有效位的重复值。
56.如权利要求49所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第二更新装置在所述更新序列所必须的时间周期内插入一全零值，作为所述多个最低有效位的更新，以产生所述多个最低有效位的重复值。
57.如权利要求49所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第一更新装置确保所述多个最高有效位的每一更新值是一个非零值。
58.如权利要求49所述的蜂窝系统，其特征在于，所述第二更新装置确保所述多个最低有效位的每一更新值是一个非零值。
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