［吳海波 張婷］

1 引言

5G 時(shí)代，隨著業(yè)務(wù)形態(tài)多樣化，5G 雙卡終端射頻能力不斷提升，2Tx/4Rx 已成為多數(shù)NSA/SA 終端的標(biāo)配，終端天然支持同時(shí)與兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)建立連接，為5G 終端向雙卡雙通演進(jìn)提供了硬件基礎(chǔ)。

當(dāng)前3GPP 5G 雙卡雙通標(biāo)準(zhǔn)處于研究階段，5G 雙卡終端的技術(shù)實(shí)現(xiàn)屬私有化解決方案，方案不一致導(dǎo)致終端功、性能差異明顯，給運(yùn)營(yíng)商5G 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不少挑戰(zhàn)。缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的儀表驗(yàn)證系統(tǒng)，雙卡終端僅能在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行部分功能驗(yàn)證，存在測(cè)試場(chǎng)景受外界干擾因素多、一致性差等諸多缺陷，加上終端產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展參差不齊，雙卡雙通終端市場(chǎng)難以繁榮發(fā)展。

為解決5G 雙卡雙通終端通話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面的功、性能與網(wǎng)絡(luò)兼容性等問(wèn)題，根據(jù)終端應(yīng)用場(chǎng)景，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)出一套模擬運(yùn)營(yíng)商N(yùn)SA/SA+LTE 網(wǎng)絡(luò)配置、功能齊全的5G 雙卡雙通終端測(cè)試系統(tǒng)，保障電信用戶的良好雙卡終端體驗(yàn)。該系統(tǒng)可全面驗(yàn)證終端雙卡業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)的主卡上/下行及雙向峰值速率及副卡VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量方面的功、性能，并實(shí)時(shí)輸出驗(yàn)證結(jié)果。

2 5G 雙卡雙通終端測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

2.1 測(cè)試系統(tǒng)總體要求和主要功能

雙卡雙通終端測(cè)試系統(tǒng)要求具備4G+5G 網(wǎng)絡(luò)仿真儀（含基帶、射頻等硬件單元）功能，支持實(shí)現(xiàn)雙卡終端兩張卡分別接入NR 和LTE 小區(qū)。滿足非獨(dú)立組網(wǎng)NSA option 3x 組網(wǎng)架構(gòu)，模擬4G LTE 核心網(wǎng)、LTE 小區(qū)和NR 小區(qū)，支持現(xiàn)網(wǎng)LTE 頻段和NR 頻段組合，LTE 小區(qū)支持VoLTE。滿足非獨(dú)立組網(wǎng)SA option 2 組網(wǎng)架構(gòu)，模擬5G 核心網(wǎng)和NR 小區(qū)，支持5G NR 下行 4*4 MIMO 及EPS Fallback，支持現(xiàn)網(wǎng)NR 頻段。

2.2 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

測(cè)試系統(tǒng)硬件主要由測(cè)試主控電腦、雙卡業(yè)務(wù)服務(wù)器、通用測(cè)試儀表、語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能評(píng)估工具以及被測(cè)雙卡終端組成，架構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 硬件架構(gòu)示意圖

下面是各硬件組成部分主要功能。

（1）測(cè)試主控電腦

①運(yùn)行測(cè)試主控程序、腳本，主要用于LTE 協(xié)議棧射頻單元及5G 協(xié)議棧射頻單元的功率調(diào)整，以協(xié)助被測(cè)雙卡終端完成小區(qū)建立。

②構(gòu)造雙卡終端空口信令，完成雙卡終端兩張SIM卡的接入，切換，通話及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立的流程。

③監(jiān)聽(tīng)LTE、5G 協(xié)議棧數(shù)據(jù)傳輸情況，通過(guò)AT 接口控制被測(cè)終端并使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能評(píng)估工具完成數(shù)據(jù)性能統(tǒng)計(jì)分析；使用語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)估工具完成發(fā)送控制指令，播放參考語(yǔ)音，接收并錄音，并通過(guò)集成POLQA 算法的語(yǔ)音評(píng)測(cè)系統(tǒng)對(duì)語(yǔ)音測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比打分，得到MOS分，最終輸出測(cè)試報(bào)告。

（2）雙卡業(yè)務(wù)服務(wù)器

配置固定IP 地址，配合被測(cè)雙卡終端完成FTP 登錄，數(shù)據(jù)上傳、下載、并發(fā)等過(guò)程，也可主動(dòng)向終端完成指定IP 地址的數(shù)據(jù)傳輸功能，并對(duì)數(shù)據(jù)傳輸性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（3）通用測(cè)試儀表——5G 協(xié)議棧及射頻單元

具有5G NSA 仿真能力，支持仿真3GPP Release15 2019 年6 月及后續(xù)版本核心規(guī)范定義的功能，支持2 個(gè)5G NR 小區(qū)建立能力，支持NR 頻段組合。能夠完成5G側(cè)PDCP 層，RLC 層,MAC 層數(shù)據(jù)的處理，完成5G 射頻信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)，配合終端完成空口隨機(jī)接入及無(wú)線鏈路建立等過(guò)程。

（4）通用測(cè)試儀表——LTE 協(xié)議棧及射頻單元

①支持至少3 個(gè)LTE 小區(qū)建立能力,支持TDD 和FDD 制式，支持LTE 頻段組合。完成LTE 側(cè)PDCP 層，RLC 層,MAC 層數(shù)據(jù)的處理，完成LTE 側(cè)射頻信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)，配合被測(cè)雙卡終端完成空口隨機(jī)接入及無(wú)線鏈路建立等過(guò)程。

②具備多用戶同時(shí)接入?yún)f(xié)議棧的功能以應(yīng)對(duì)雙卡終端兩張SIM 卡同時(shí)在4G 和5G 網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)。

（5）語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)估工具

使用音頻線與被測(cè)雙卡終端連接，具備音頻輸出，音頻錄入功能，并配合測(cè)試主控電腦中的語(yǔ)音評(píng)測(cè)系統(tǒng)完成副卡VoLTE 語(yǔ)音質(zhì)量MOS 評(píng)分。

（6）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能評(píng)估工具

安裝在測(cè)試主控電腦里，配合完成主卡NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上/下行和雙向平均速率及BLER 等關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)計(jì)與分析。

2.3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

測(cè)試系統(tǒng)軟件方案主要根據(jù)雙卡雙通終端主卡支持5G NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和副卡支持VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)來(lái)設(shè)計(jì)的。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)示意圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)示意圖

主卡NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)流程：建立NR 小區(qū)→uu 口無(wú)線信號(hào)接收→數(shù)字轉(zhuǎn)換/數(shù)字中頻→隨機(jī)接入、信道估計(jì)→NR 業(yè)務(wù)建立→數(shù)據(jù)性能測(cè)試→結(jié)果分析。

副卡VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)流程：建立LTE 小區(qū)→uu口無(wú)線信號(hào)接收→數(shù)字轉(zhuǎn)換/數(shù)字中頻→隨機(jī)接入、信道估計(jì)→VoLTE 業(yè)務(wù)建立→通話語(yǔ)音測(cè)試→結(jié)果分析。

主控測(cè)試軟件提供測(cè)試主界面，用于進(jìn)行可調(diào)整參數(shù)（頻段，終端能力）的配置，抓取LTE、5G 協(xié)議棧RRC 層、PDCP 層、RLC 層、MAC 層數(shù)據(jù)傳輸記錄，記錄數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試上/下行速率、丟包率、BLER 等指標(biāo)。主控測(cè)試軟件還通過(guò)語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)估工具進(jìn)行播放、錄音、抓取終端的音頻數(shù)據(jù)，最終完成基于POLQA 算法的語(yǔ)音評(píng)分，生成測(cè)試報(bào)告。

2.4 5G NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能評(píng)估設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）5G NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能評(píng)估方案

為了評(píng)估雙卡終端的5G NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能，雙卡雙通終端測(cè)試系統(tǒng)集成了5G NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能評(píng)估工具，它采用行業(yè)廣泛使用的數(shù)據(jù)灌包工具Iperf 來(lái)模擬NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包的收發(fā)。為降低空口傳輸信道干擾，被測(cè)雙卡終端通過(guò)射頻傳導(dǎo)線與測(cè)試系統(tǒng)Tx/Rx 端口直連，接受測(cè)試系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)調(diào)度的控制信令，進(jìn)行上/下行、雙向數(shù)據(jù)包收發(fā)，并實(shí)時(shí)信令交互等。通過(guò)測(cè)試主控電腦查看Iperf 提供的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收量，數(shù)據(jù)包傳輸延遲抖動(dòng)、丟失率、最大傳輸單元等統(tǒng)計(jì)信息，就可以判斷終端上/下行、雙向的收發(fā)吞吐能力。

（2）5G NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能評(píng)估流程

以5G NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)雙向峰值速率評(píng)估為例，測(cè)試流程主要有：第一步：按數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)雙向峰值速率測(cè)試規(guī)范編寫(xiě)儀表測(cè)試用例。

第二步：按要求把被測(cè)雙卡終端使用射頻線與測(cè)試系統(tǒng)連接好，維持物理通路聯(lián)通，保證終端可與NR 網(wǎng)絡(luò)建立連接。

第三步：運(yùn)行儀表測(cè)試用例，根據(jù)用例提示，啟動(dòng)iperf 對(duì)被測(cè)終端進(jìn)行雙向灌包，模擬NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包雙向傳輸。

第四步：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能評(píng)估工具記錄儀表MAC、PDCP 層上/下行吞吐量及BLER 實(shí)時(shí)波動(dòng)變化。

第五步：重復(fù)步驟三、四測(cè)試5 次，測(cè)試系統(tǒng)計(jì)算出一個(gè)上/下行峰值速率及BLER 均值，測(cè)試結(jié)束。

2.5 VoLTE 語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）MOS 的基本概念

語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)量的目的是通過(guò)主觀或客觀的測(cè)量方法，即通過(guò)人為的測(cè)量項(xiàng)或基于軟硬件的測(cè)量工具，對(duì)一種或多種以上的呼叫質(zhì)量類別給出一個(gè)可信的估計(jì)。ITU-T建議P.830 描述了一種對(duì)語(yǔ)音的主觀評(píng)定方法——MOS（Mean Opinion Score）方法，將用戶接聽(tīng)和感知語(yǔ)音質(zhì)量的行為進(jìn)行調(diào)研和量化，由不同的調(diào)查用戶分別對(duì)原始標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)音和經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸后的聲音進(jìn)行主觀感受對(duì)比，評(píng)出MOS 分值。

表1 為MOS 分值判別標(biāo)準(zhǔn)。

表1 MOS 分值判別標(biāo)準(zhǔn)

MOS 方法是基于用戶主觀感覺(jué)的一種模糊的評(píng)估方法，能體現(xiàn)出用戶對(duì)VoLTE 語(yǔ)音質(zhì)量最直觀的判斷。

（2）VoLTE 語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估方案

為了評(píng)估雙卡終端VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量，雙卡雙通終端測(cè)試系統(tǒng)集成業(yè)界主流儀表商的語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)估工具，其核心儀表為MOS 盒。MOS 盒通過(guò)USB 接口與測(cè)試主控電腦連接，通過(guò)音頻線與被測(cè)終端連接。終端模擬進(jìn)行MO/MT CALL 時(shí)，由測(cè)試主控電腦上安裝的測(cè)試軟件來(lái)控制放音和錄音。放音內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)參考語(yǔ)料，錄音內(nèi)容為經(jīng)過(guò)終端處理后播放給MOS 盒的語(yǔ)音內(nèi)容。這兩種語(yǔ)音內(nèi)容最后通過(guò)語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)估工具中集成的POLQA（PerceptualObjectiveListening Quality Analysis,感知客觀語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估）算法進(jìn)行對(duì)比打分，得出MOS 分值。

（3）VoLTE 語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估流程

VoLTE 語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估測(cè)試流程有5 步。

第一步：按VoLTE 語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估測(cè)試規(guī)范編寫(xiě)儀表測(cè)試用例。

第二步：被測(cè)雙卡終端按要求分別使用射頻線與測(cè)試系統(tǒng)、使用音頻線與MOS 盒連接好，保證終端可與LTE網(wǎng)絡(luò)建立連接。

第三步：運(yùn)行儀表測(cè)試用例，根據(jù)用例提示，被測(cè)終端進(jìn)行MO/MT CALL。

第四步：語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)估工具對(duì)終端上/下行語(yǔ)音質(zhì)量進(jìn)行MOS 打分及統(tǒng)計(jì)通話回環(huán)時(shí)延等。

第五步：重復(fù)步驟三、四，測(cè)試5 次，測(cè)試系統(tǒng)計(jì)算出一個(gè)上/下行語(yǔ)音質(zhì)量 MOS 分值及回環(huán)時(shí)延等，測(cè)試結(jié)束。

3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析與驗(yàn)證

為了確保雙卡終端雙通時(shí)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，避免業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)主/副卡業(yè)務(wù)互相干擾而影響通話或數(shù)據(jù)性能，項(xiàng)目組利用5G 雙卡雙通終端測(cè)試系統(tǒng)對(duì)市面多款主流5G 雙卡雙通終端業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)的語(yǔ)音質(zhì)量和數(shù)據(jù)性能進(jìn)行全面的評(píng)估，測(cè)試場(chǎng)景覆蓋主卡NSA+副卡LTE、主卡SA+副卡LTE，還分別與終端單卡（包括副卡空閑態(tài)）性能做對(duì)比。

在主卡NSA+副卡LTE 測(cè)試場(chǎng)景中：NSA Option 3x網(wǎng)絡(luò)，以LTE eNB 為主基站（MN），NR gNB 為從站（SN），所有的控制面信令都經(jīng)由LTE eNB 轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)面無(wú)線承載由LTE eNB 與NR gNB 同時(shí)服務(wù)。根據(jù)5G 雙卡雙通終端實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，測(cè)試系統(tǒng)設(shè)置了建立在5G gNB 側(cè)的分離式承載（Split Bearer），5G gNB 根據(jù)分流比例系數(shù)將部分PDCP 包通過(guò)Xx 接口轉(zhuǎn)發(fā)給LTE eNB 的RLC 層，剩余大部分PDCP 包直接通過(guò)NR RLC 進(jìn)行傳輸，被測(cè)終端主卡使用4G 和5G 兩路射頻發(fā)射通道，同時(shí)接收來(lái)自LTE eNB 和5G gNB 兩個(gè)系統(tǒng)中的下行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分擔(dān)和資源協(xié)調(diào)功能。

被測(cè)終端副卡使用4G 射頻發(fā)射通道，連接到LTE eNB，進(jìn)行VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

表2 為雙卡雙通終端駐網(wǎng)在NSA 網(wǎng)絡(luò)，單/雙通兩種對(duì)比測(cè)試場(chǎng)景下的驗(yàn)證結(jié)果。

表2 NSA 網(wǎng)絡(luò)下的單/雙通驗(yàn)證數(shù)據(jù)

從驗(yàn)證數(shù)據(jù)來(lái)看，雙卡雙通終端業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)，副卡VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)上/下行MOS 分都超過(guò)4 分，達(dá)到“優(yōu)”級(jí)別。主卡5G NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上/下行平均速率接近達(dá)到理論值[上行理論峰值速率粗略計(jì)算：?jiǎn)斡脩?Tx—273RB*12子載波*11 符號(hào)（扣除開(kāi)銷）*0.657/ms*6 bit（64QAM）*1 流=142 Mbit/s；下行理論峰值速率粗略計(jì)算：?jiǎn)斡脩鬗IMO 4Rx —273*12*11*1.2 857*1 000*4*8≈1.48 Gbit/s]，其中 SN 側(cè)Split Bearer 配置下eNB 上/下行平均速率值也與系統(tǒng)設(shè)置的分流比例系數(shù)10%相符，體現(xiàn)了被測(cè)雙卡終端在EN-DC 雙連接下可同時(shí)接收MCG 和SCG 的下行數(shù)據(jù)包。對(duì)比單通（副卡空閑態(tài)/單卡）NSA 數(shù)據(jù)/VoLTE 業(yè)務(wù)的驗(yàn)證結(jié)果，雙通終端的主副卡NSA 數(shù)據(jù)+VoLTE 業(yè)務(wù)性能表現(xiàn)與單通大致相當(dāng)，無(wú)明顯差異。

主卡SA+副卡LTE 測(cè)試場(chǎng)景中，參與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證的5G 雙卡雙通終端下行接收能力一直維持4Rx 能力不變，上行發(fā)射能力與副卡業(yè)務(wù)狀態(tài)相關(guān)，當(dāng)副卡空閑態(tài)接入SA 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，終端上行上報(bào)2Tx 最大能力，而當(dāng)副卡業(yè)務(wù)態(tài)時(shí)，上行能力回退至1Tx。表3 為雙卡雙通終端駐網(wǎng)在SA網(wǎng)絡(luò)，單/雙通兩種對(duì)比測(cè)試場(chǎng)景下的驗(yàn)證結(jié)果。

表3 SA 網(wǎng)絡(luò)下的單/雙通驗(yàn)證數(shù)據(jù)

從驗(yàn)證數(shù)據(jù)可看出，5G 雙卡雙通終端在副卡空閑態(tài)時(shí)，上報(bào)上行2 Tx 最大能力，NR 上行平均速率可達(dá)272.1 Mbit/s，而當(dāng)雙卡業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)，主卡上行2 Tx 能力減半至1Tx，讓出一路射頻發(fā)射通道供副卡VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)使用，VoLTE 語(yǔ)音上/下行MOS 分均超過(guò)4 分。對(duì)比單通（副卡空閑態(tài)/單卡）SA 數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，被測(cè)雙通終端業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)上行發(fā)射能力減半，下行接收能力維持4Rx 不變，用戶雙通業(yè)務(wù)體驗(yàn)比單通時(shí)更優(yōu)。

通過(guò)以上驗(yàn)證得知，5G 雙卡雙通終端的標(biāo)準(zhǔn)配置為2Tx/4Rx，具備支持雙卡業(yè)務(wù)并發(fā)的硬件基礎(chǔ)，在不增加射頻硬件成本的前提下，通過(guò)優(yōu)化終端設(shè)計(jì)，提升終端性能，可保障雙卡終端用戶體驗(yàn)更優(yōu)。業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)，主/副卡可同時(shí)與兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)建立連接，雙卡業(yè)務(wù)不會(huì)互相干擾、互相影響，具備商用能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

雙卡終端是5G 時(shí)代的主流產(chǎn)品形態(tài)，隨著終端射頻能力提升，業(yè)務(wù)形態(tài)多樣化，業(yè)務(wù)對(duì)速率需求不斷提升，推動(dòng)雙卡雙通實(shí)現(xiàn)跨運(yùn)營(yíng)商、多業(yè)務(wù)并發(fā)將成為業(yè)界未來(lái)重點(diǎn)的研究課題。后續(xù)項(xiàng)目組將繼續(xù)開(kāi)展5G 雙卡終端關(guān)鍵技術(shù)研究，不斷完善雙卡雙通終端測(cè)試系統(tǒng)功能，逐步解決雙卡終端射頻互擾、功率控制，射頻能力協(xié)商、功耗等問(wèn)題，致力于引領(lǐng)3GPP 5G 雙卡終端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，全面提升雙卡雙通終端的功、性能和網(wǎng)絡(luò)兼容性，推動(dòng)5G雙卡終端向數(shù)據(jù)雙通方向演進(jìn)。