5G 終端機卡接口一致性測試研究與分析

師姣妍，周士瑜

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

5G 相比以往的蜂窩通信網絡，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，其具有高帶寬、低時延、大連接等優點，在技術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略布局重點，在國內已經被商用，終端的性能質量是保證通信網絡運營的堅實基礎，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/移動設備）機卡接口是終端和卡之間唯一的交互接口，卡內包含用戶重要的信息，為保證終端在移動通信網絡下的正常使用，卡接口需要符合中國通信行業標準相關技術要求。有關卡接口的測試標準內容分為物理電氣邏輯特性測試、USIM 應用特性測試和USAT 特性測試3 部分。5G 終端機卡接口一致性測試的測試標準制定和測試系統開發，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 國內外研究現狀

5G 機卡接口一致性測試系統旨在驗證5G 終端的機卡交互能力，在復雜的5G 現行網絡環境中，對各種的應用需求設計測試用例。針對這一目的，需密切關注現行的測試標準和測試環境。

1.1 標準化

目前國內外有關的機卡接口標準組織包括3GPP與CCSA。標準分為技術要求和測試方法2 部分，主要明確機卡接口的技術要求、測試原理、測試方法和預期結果，規定終端設備的一致性，使得終端和卡能夠安全進行交互。

3GPP 發布的相關標準目前較為完善。USIM 測試部分的標準包括：3GPP TS 31.102 USIM 應用測試技術要求[1]、3GPP TS 31.121 USIM 應用測試測試方法[2]。3GPP TS 31.102 USIM 應用測試技術要求中規定了通用集成電路卡（UICC）與終端間Cu 接口的USIM 應用特性，其中包括USIM 應用相關的文件結構和內容，終端、USIM 應支持的應用協議等方面。3GPP TS 31.121 USIM 應用測試測試方法中闡述了簽約相關和無關過程、USIM 服務處理等方面的測試例。目前，3GPP TS 31.102 USIM 應用測試技術要求更新到V17.3.0 版本，3GPP TS 31.121 USIM 應用測試測試方法更新到V16.1.0 版本。USAT 部分相關測試標準包括：3GPP TS 31.111 USIM 應用程序工具包（USAT）[3]、3GPP TS 31.124 USAT 一致性測試規范[4]。3GPP TS 31.111 USIM 應用程序工具包中介紹了USAT 命令的內容，如主動式UICC、數據下載等測試原理技術要求。3GPP TS 31.124 USAT 一致性測試規范中規定了測試設備、一般測試方法、隱式測試、測試不確定度、測試格式等內容。目前3GPP TS 31.111 USIM 應用程序工具包更新到V17.1.0 版本，3GPP TS 31.124 USAT 一致性測試規范更新到V16.5.0 版本[5]。

CCSA 是中國通信行業標準研究工作的組織機構，它制定的《5G 數字蜂窩移動通信網終端卡接口技術要求和測試方法》標準目前已經通過了征求意見稿進入至送審稿階段。其內容被主要是用于5G 終端機卡接口USIM 應用特性測試[6]，規定了USIM 文件的內容，明確了測試環境與技術要求，主要的測試方法包括5G隱私訂閱標識符的處理、5G-NR 統一訪問控制信息處理等。《5G 數字蜂窩移動通信網終端機卡接口技術要求和測試方法應用工具箱（USAT）特性》已經通過了行業標準項目建議書的審核。其內容被應用于5G 機卡接口USAT 特性測試，規定了USAT 專有文件內容、主動式指令、終端響應要求以及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、網絡模擬器、探針及搭配所需軟件的電腦。具體的環境如圖1所示。其中卡模擬器用來模擬USIM 測試卡的儀表，根據不同的測試需求對卡內參數進行配置，并對信令進行監控分析。網絡模擬器模擬網絡環境，如核心網和接入網，來配置網絡側相關參數，例如IMSI（International Mobile Subscriber Identity，國際移動用戶識別碼）、PLMN（Public Land Mobile Network，公共陸地移動網絡）等，支持對網絡信令消息的下發和對終端上發消息的監控分析。

圖1 5G 機卡接口一致性測試系統環境搭建

目前使用最多的卡模擬器包括：德國COMPRION公司生產的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調試以及COMPRION 的卡測試平臺SpectroTP。目前市場上常見的網絡模擬器包括日本Anritsu 公司生產的MD8470和MD8475，德國Rohde-Schwarz 公司生產的CRTU-G、CRTU-W、CMW500，美國Spirent 公司生產的SR3452以及美國Agilent 公司生產的網絡模擬器系統等。

2 測試內容

從第二代數字移動通信系統GSM 開始，機卡分離的技術使用延續到了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）是用戶側與網絡側之間的唯一接口[8]，通過卡與終端間的交互，實現用戶之間的通信，從而正確地交互信息、保障用戶的使用體驗。

終端USIM/ME 機卡接口測試根據行業標準和3GPP 標準，可以分為3 部分[9-13]：物理電氣邏輯特性測試、USIM 應用特性測試、USAT 應用測試。

2.1 物理電氣邏輯特性測試

該部分主要內容包括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、傳輸協議測試以及獨立于應用的程序測試，該部分測試與終端的USIM 卡和電路的硬件相關性比較大。根據YD/T 1763.1—2011 行業標準，主要的測試例如表1 所示。

表1 物理電器邏輯特性測試例與標準對應章節號

2.2 USIM 應用特性測試

USIM 應用特性，該部分主要參照3GPPTS 31.121，內容包括USIM應用相關的文件結構和內容以及終端、USIM 應用支持的應用協議、安全特性和USIM 命令等常用特性。該部分測試與終端的協議棧和應用軟件相關性較大。5G 并不只是為了滿足個人業務的發展，根據性能指標的不同，可劃分為三大應用場景：增強移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）、超可靠低時延通信（uRLLC）。同時具有全新網絡架構“基于服務的網絡架構”，如圖2 所示。

圖2 5G 系統網絡架構

5G 協議架構的控制平面和用戶平面協議棧如圖3與圖4 所示。

圖3 控制平面協議棧

圖4 用戶平面協議棧

USIM 應用特性測試可以分為簽約相關測試、安全相關測試、PLMN 相關測試、簽約無關測試、應用服務處理測試等。根據《5G 數字蜂窩移動通信網終端卡接口技術要求和測試方法》送審稿中的內容，主要的測試例與章節號如表2 所示。

表2 USIM 應用特性測試例與送審稿對應章節號

2.3 USAT 應用測試

USAT 應用主要是通過一組指令來實現卡的主動性服務機制。參照3GPPTS 31.124，內容主要包括Profile測試、主動式指令測試、ENVELOPE 指令測試等。

Profile 測試主要是應用工具箱初始化的過程，通過Profile 下載通知卡對其各個應用的功能支持情況[14-16]。主動式指令測試是通過狀態字設置來通知終端從卡內獲取相應的指令來執行，并通過特定指令將結果返回給卡。ENVELOPE 指令是終端發送給卡的帶有數據部分的命令，主要應用于數據下載、菜單選擇、卡執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）是用戶側與網絡側交互的唯一接口。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等關鍵能力。機卡交互涉及到國內的各種業務、國際漫游、eSIM業務等正常使用。當前國內的5G 終端機卡接口行業標準正處于研發階段，對機卡接口進行終端和網絡側信令的交互也主要集中在USIM 應用和USAT 應用上。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，研究終端的機卡接口一致性測試十分必要。

4 結束語

5G 目前正處于對終端進行標準化開發的關鍵時期，5G 終端一致性測試作為5G 終端發展的重要基礎，保障了5G 能夠實現網絡覆蓋、高傳輸速度、高頻譜效率等特點，滿足更多應用場景的需求。所以完善5G 機卡接口一致性測試體系，才能夠有力推進5G 產業的蓬勃發展。