5G 終端機卡接口一致性測試研究與分析

師姣妍，周士瑜

（1.電信科學(xué)技術(shù)研究院，北京 100089；2.博鼎實華（北京）技術(shù)有限公司，北京 100192）

5G 相比以往的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，有著更快的傳輸速度、更高的頻譜效率和更大的用戶容量。作為最新一代移動通信技術(shù)，其具有高帶寬、低時延、大連接等優(yōu)點，在技術(shù)上充分利用高低頻段的資源，從而能夠支撐更加多元化的場景，降低成本提升效率。5G 作為國家信息通信戰(zhàn)略布局重點，在國內(nèi)已經(jīng)被商用，終端的性能質(zhì)量是保證通信網(wǎng)絡(luò)運營的堅實基礎(chǔ)，因此對終端進行測試的重要性不言而喻。

USIM/ME（Universal Subscriber Identity Module/Mobile Equipment，通用用戶識別模塊/移動設(shè)備）機卡接口是終端和卡之間唯一的交互接口，卡內(nèi)包含用戶重要的信息，為保證終端在移動通信網(wǎng)絡(luò)下的正常使用，卡接口需要符合中國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)技術(shù)要求。有關(guān)卡接口的測試標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容分為物理電氣邏輯特性測試、USIM 應(yīng)用特性測試和USAT 特性測試3 部分。5G 終端機卡接口一致性測試的測試標(biāo)準(zhǔn)制定和測試系統(tǒng)開發(fā)，對明確5G 終端對機卡接口處理能力有著十分重要的作用。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

5G 機卡接口一致性測試系統(tǒng)旨在驗證5G 終端的機卡交互能力，在復(fù)雜的5G 現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，對各種的應(yīng)用需求設(shè)計測試用例。針對這一目的，需密切關(guān)注現(xiàn)行的測試標(biāo)準(zhǔn)和測試環(huán)境。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)化

目前國內(nèi)外有關(guān)的機卡接口標(biāo)準(zhǔn)組織包括3GPP與CCSA。標(biāo)準(zhǔn)分為技術(shù)要求和測試方法2 部分，主要明確機卡接口的技術(shù)要求、測試原理、測試方法和預(yù)期結(jié)果，規(guī)定終端設(shè)備的一致性，使得終端和卡能夠安全進行交互。

3GPP 發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)目前較為完善。USIM 測試部分的標(biāo)準(zhǔn)包括：3GPP TS 31.102 USIM 應(yīng)用測試技術(shù)要求[1]、3GPP TS 31.121 USIM 應(yīng)用測試測試方法[2]。3GPP TS 31.102 USIM 應(yīng)用測試技術(shù)要求中規(guī)定了通用集成電路卡（UICC）與終端間Cu 接口的USIM 應(yīng)用特性，其中包括USIM 應(yīng)用相關(guān)的文件結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，終端、USIM 應(yīng)支持的應(yīng)用協(xié)議等方面。3GPP TS 31.121 USIM 應(yīng)用測試測試方法中闡述了簽約相關(guān)和無關(guān)過程、USIM 服務(wù)處理等方面的測試?yán)Ｄ壳埃?GPP TS 31.102 USIM 應(yīng)用測試技術(shù)要求更新到V17.3.0 版本，3GPP TS 31.121 USIM 應(yīng)用測試測試方法更新到V16.1.0 版本。USAT 部分相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)包括：3GPP TS 31.111 USIM 應(yīng)用程序工具包（USAT）[3]、3GPP TS 31.124 USAT 一致性測試規(guī)范[4]。3GPP TS 31.111 USIM 應(yīng)用程序工具包中介紹了USAT 命令的內(nèi)容，如主動式UICC、數(shù)據(jù)下載等測試原理技術(shù)要求。3GPP TS 31.124 USAT 一致性測試規(guī)范中規(guī)定了測試設(shè)備、一般測試方法、隱式測試、測試不確定度、測試格式等內(nèi)容。目前3GPP TS 31.111 USIM 應(yīng)用程序工具包更新到V17.1.0 版本，3GPP TS 31.124 USAT 一致性測試規(guī)范更新到V16.5.0 版本[5]。

CCSA 是中國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究工作的組織機構(gòu)，它制定的《5G 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)終端卡接口技術(shù)要求和測試方法》標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)通過了征求意見稿進入至送審稿階段。其內(nèi)容被主要是用于5G 終端機卡接口USIM 應(yīng)用特性測試[6]，規(guī)定了USIM 文件的內(nèi)容，明確了測試環(huán)境與技術(shù)要求，主要的測試方法包括5G隱私訂閱標(biāo)識符的處理、5G-NR 統(tǒng)一訪問控制信息處理等?！?G 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)終端機卡接口技術(shù)要求和測試方法應(yīng)用工具箱（USAT）特性》已經(jīng)通過了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項目建議書的審核。其內(nèi)容被應(yīng)用于5G 機卡接口USAT 特性測試，規(guī)定了USAT 專有文件內(nèi)容、主動式指令、終端響應(yīng)要求以及5G 終端能力信息下載測試、主動式指令測試、封裝指令測試等的測試方法。

1.2 測試儀器

搭建卡接口測試所需儀器包括[7]卡模擬器、網(wǎng)絡(luò)模擬器、探針及搭配所需軟件的電腦。具體的環(huán)境如圖1所示。其中卡模擬器用來模擬USIM 測試卡的儀表，根據(jù)不同的測試需求對卡內(nèi)參數(shù)進行配置，并對信令進行監(jiān)控分析。網(wǎng)絡(luò)模擬器模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如核心網(wǎng)和接入網(wǎng)，來配置網(wǎng)絡(luò)側(cè)相關(guān)參數(shù)，例如IMSI（International Mobile Subscriber Identity，國際移動用戶識別碼）、PLMN（Public Land Mobile Network，公共陸地移動網(wǎng)絡(luò)）等，支持對網(wǎng)絡(luò)信令消息的下發(fā)和對終端上發(fā)消息的監(jiān)控分析。

圖1 5G 機卡接口一致性測試系統(tǒng)環(huán)境搭建

目前使用最多的卡模擬器包括：德國COMPRION公司生產(chǎn)的UT3 Platform，能夠滿足機卡接口UICC、USIM、USAT 等的測試需求；德國7layers 公司生產(chǎn)的Interlab Test Solution，可滿足機卡接口USIM、USAT、NFC UICC-SWP 的測試需求；美國UL 的卡模擬器SmartStation3，主要支持開放接口和開發(fā)調(diào)試以及COMPRION 的卡測試平臺SpectroTP。目前市場上常見的網(wǎng)絡(luò)模擬器包括日本Anritsu 公司生產(chǎn)的MD8470和MD8475，德國Rohde-Schwarz 公司生產(chǎn)的CRTU-G、CRTU-W、CMW500，美國Spirent 公司生產(chǎn)的SR3452以及美國Agilent 公司生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)模擬器系統(tǒng)等。

2 測試內(nèi)容

從第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)GSM 開始，機卡分離的技術(shù)使用延續(xù)到了5G，給運營商和客戶在選擇和使用方面都帶來了極大的便利，機卡接口（Terminal-CardInterface，即Cu 接口）是用戶側(cè)與網(wǎng)絡(luò)側(cè)之間的唯一接口[8]，通過卡與終端間的交互，實現(xiàn)用戶之間的通信，從而正確地交互信息、保障用戶的使用體驗。

終端USIM/ME 機卡接口測試根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和3GPP 標(biāo)準(zhǔn)，可以分為3 部分[9-13]：物理電氣邏輯特性測試、USIM 應(yīng)用特性測試、USAT 應(yīng)用測試。

2.1 物理電氣邏輯特性測試

該部分主要內(nèi)容包括USIM/ME 接口的物理特性測試、電氣特性測試、初始通信建立測試、傳輸協(xié)議測試以及獨立于應(yīng)用的程序測試，該部分測試與終端的USIM 卡和電路的硬件相關(guān)性比較大。根據(jù)YD/T 1763.1—2011 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要的測試?yán)绫? 所示。

表1 物理電器邏輯特性測試?yán)c標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)章節(jié)號

2.2 USIM 應(yīng)用特性測試

USIM 應(yīng)用特性，該部分主要參照3GPPTS 31.121，內(nèi)容包括USIM應(yīng)用相關(guān)的文件結(jié)構(gòu)和內(nèi)容以及終端、USIM 應(yīng)用支持的應(yīng)用協(xié)議、安全特性和USIM 命令等常用特性。該部分測試與終端的協(xié)議棧和應(yīng)用軟件相關(guān)性較大。5G 并不只是為了滿足個人業(yè)務(wù)的發(fā)展，根據(jù)性能指標(biāo)的不同，可劃分為三大應(yīng)用場景：增強移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）、超可靠低時延通信（uRLLC）。同時具有全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)“基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”，如圖2 所示。

圖2 5G 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G 協(xié)議架構(gòu)的控制平面和用戶平面協(xié)議棧如圖3與圖4 所示。

圖3 控制平面協(xié)議棧

圖4 用戶平面協(xié)議棧

USIM 應(yīng)用特性測試可以分為簽約相關(guān)測試、安全相關(guān)測試、PLMN 相關(guān)測試、簽約無關(guān)測試、應(yīng)用服務(wù)處理測試等。根據(jù)《5G 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)終端卡接口技術(shù)要求和測試方法》送審稿中的內(nèi)容，主要的測試?yán)c章節(jié)號如表2 所示。

表2 USIM 應(yīng)用特性測試?yán)c送審稿對應(yīng)章節(jié)號

2.3 USAT 應(yīng)用測試

USAT 應(yīng)用主要是通過一組指令來實現(xiàn)卡的主動性服務(wù)機制。參照3GPPTS 31.124，內(nèi)容主要包括Profile測試、主動式指令測試、ENVELOPE 指令測試等。

Profile 測試主要是應(yīng)用工具箱初始化的過程，通過Profile 下載通知卡對其各個應(yīng)用的功能支持情況[14-16]。主動式指令測試是通過狀態(tài)字設(shè)置來通知終端從卡內(nèi)獲取相應(yīng)的指令來執(zhí)行，并通過特定指令將結(jié)果返回給卡。ENVELOPE 指令是終端發(fā)送給卡的帶有數(shù)據(jù)部分的命令，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)下載、菜單選擇、卡執(zhí)行呼叫控制與短信息控制、事件下載等。

3 5G 機卡接口測試必要性

5G 終端的USIM 卡中存儲著用戶最基本最敏感的信息，而USIM/ME 接口（Cu 接口）是用戶側(cè)與網(wǎng)絡(luò)側(cè)交互的唯一接口。5G 卡重點在安全能力和隱私保護上做了提升，特別是5G 的SUCI、5G-GUTI等關(guān)鍵能力。機卡交互涉及到國內(nèi)的各種業(yè)務(wù)、國際漫游、eSIM業(yè)務(wù)等正常使用。當(dāng)前國內(nèi)的5G 終端機卡接口行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正處于研發(fā)階段，對機卡接口進行終端和網(wǎng)絡(luò)側(cè)信令的交互也主要集中在USIM 應(yīng)用和USAT 應(yīng)用上。為了保證信息正確高效地在兩端傳輸，需充分驗證終端的機卡能力。為終端的商用提供可靠參照和堅實基礎(chǔ)，研究終端的機卡接口一致性測試十分必要。

4 結(jié)束語

5G 目前正處于對終端進行標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)的關(guān)鍵時期，5G 終端一致性測試作為5G 終端發(fā)展的重要基礎(chǔ)，保障了5G 能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋、高傳輸速度、高頻譜效率等特點，滿足更多應(yīng)用場景的需求。所以完善5G 機卡接口一致性測試體系，才能夠有力推進5G 產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。