TD-SCDMA终端机卡接口一致性测试系统研究

【摘要】文章全面深入分析TD-SCDMA终端机卡接口一致性测试系统。首先详细阐述系统所依据的国内外标准;再对测试系统测试内容深入分析,包括物理电气逻辑特性、USIM应用特性及USAT特性三大主要内容;最后对测试系统的结构及原理进行了研究介绍。

【关键词】TD-SCDMA 终端 机卡接口 USIM 一致性测试

1 引言

所谓一致性测试,即依据某一系列行业标准为不同厂商设备提供更高的互通性而做的测试,使其与某些通信标准协议要求相一致。下文依次介绍TD-SCDMA终端机卡接口(即Cu接口、USIM-ME接口)一致性测试系统的参考标准、测试内容和技术原理、系统结构等。

2 参照标准、测试内容及系统结构

2.1 参照标准

TD-SCDMA终端USIM/ME接口一致性测试系统所依据的标准主要如下:

YD/T 1762.1-2008:TD-SCDMA/WCDMA数字蜂窝移动通信网通用用户识别模块(USIM)与终端(ME)间Cu接口技术要求第1部分:物理电气逻辑特性;

对应的国际标准:ETSI TS 102 221 V4.13.0。

YD/T 1762.2-2008:TD-SCDMA/WCDMA数字蜂窝移动通信网通用用户识别模块(USIM)与终端(ME)间Cu接口技术要求第2部分:USIM应用特性;

对应的国际标准:3GPP TS 31.102和3GPP TS 31.111及ISO/IEC 7816系列标准。

YD/T 1762.3-2008:TD-SCDMA/WCDMA数字蜂窝移动通信网通用用户识别模块(USIM)与终端(ME)间Cu接口技术要求第3部分:USAT特性;

对应的国际标准:3GPP TS 31.111及ISO/IEC 7816系列标准。

YD/T 1763.1-2008:TD-SCDMA/WCDMA数字蜂窝移动通信网通用用户识别模块(USIM)与终端(ME)间Cu接口测试方法第1部分:物理电气逻辑特性;

对应的国际标准:ETSI TS 102 230 V4.5.0。

YD/T 1763.2-2008:TD-SCDMA/WCDMA数字蜂窝移动通信网通用用户识别模块(USIM)与终端(ME)间Cu接口测试方法第2部分:USIM应用特性;

对应的国际标准:3GPP TS 31.121和3GPP TS 31.102及ISO/IEC 7816系列标准。

YD/T 1763.3-2008:TD-SCDMA/WCDMA数字蜂窝移动通信网通用用户识别模块(USIM)与终端(ME)间Cu接口测试方法第3部分:USAT特性;

对应的国际标准:3GPP TS 31.124和3GPP TS 31.111及ISO/IEC 7816系列标准。

以上六个标准共分为两类:技术要求(YD/T 1762系列)和测试方法(YD/T 1763系列)。技术要求以说明各种相关过程的原理为主,测试方法以说明具体测试例的操作步骤和测试目的、判定要求等为主,相同技术方面的技术要求和测试方法应配套参照。

TD-SCDMA终端机卡接口的传输协议依据OSI参考模型的分层原则,分为五层,具体如图1所示:

物理层:主要有字符帧的结构和定时要求、正向反向约定等,字符帧所包含的定义对T=0和T=1都通用。

数据链路层:包含字符构成、块的构成、块的标识、发送块、检测传输和序列错误、错误处理、协议同步。

传输层:分别介绍T=0和T=1传输模式,定义了对于每个协议特有的源于应用的消息传输。并介绍C-TPDU和R-TPDU的四种情况(case1―case4)和信令要求。

USAT层:用于承载主动式USAT命令,后文相关部分有详细叙述。

应用层:定义了依照应用协议进行的消息交互,对于T=0和T=1传输模式通用。

2.2 测试内容

从以上对应标准及分层结构图可知,测试内容一共分为三部分:物理电气逻辑特性、USIM应用特性,USAT特性。以下分别进行详细介绍。

(1)物理电气逻辑特性

这部分主要是对USIM/ME接口各触点的物理电气特性和初始通信建立阶段、传输协议等进行测试。

首先USIM卡分为两种:“ID-1 USIM”和“Plug-in USIM”。符合一致性要求的终端必须至少支持其中一种物理类型的USIM卡。对于终端而言,“Plug-in USIM”类型的USIM卡占有绝对市场份额,本文主要关注Plug-in USIM卡,其物理特性应符合通用智能卡要求,在ISO/IEC 7816-1和ISO/IEC 7816-2的相应规定(行标的要求也基于此)。其外型要求,长宽的尺寸,8个触点的相对位置如图2所示,现简要介绍如下:

C1为电源,C2是复位,C3是时钟,C4和C8为保留触点(RFU),C5接地,C6是VPP编程电压触点(是厂家生产卡时编程所用,终端可以不提供触点C6,如存在应对USIM呈高阻状态),C7用于I/O数据传输。另外,每个触点区域内接触单元的曲率半径应≥0.8mm,在任何情况下每个触点的压力都应≤0.5N。

对于电气逻辑特性的测试包括ATR识别、电压类别的识别、终端对卡的激活和去激活过程,包括各触点上电下电顺序、电压要求和T=0/T=1传输协议、传输定时要求等。

(2)USIM应用特性

USIM应用特性测试内容的实现是本测试系统的重点、难点所在。这部分测试例主要是对终端与网络模拟器注册过程中或交互后对USIM中相应文件的识别与读写。以下针对测试内容分大类举例详述:

寻呼处理(IMSI和TMSI处理)

在TD-SCDMA网内,IMSI、TMSI作为识别UE唯一的标识,都存储在USIM中,在UICC-终端初始化过程中被读取。此部分内容目的是验证UE能够正确执行“READ EFIMSI”读取卡中文件命令,并检验UE能否使用USIM中的IMSI、TMSI值正常识别、响应网络侧的寻呼,正确识别长短IMSI和TMSI,且能完成TMSI更新和重分配请求等。

接入控制测试

通过接入控制可以对呼叫进行限制。每个UE都会被随机分配一个普通接入级别(0~9),可选(优先使用)一个或多个特殊接入级别(11~15)。特殊类别仅仅在HPLMN或HPLMN国家内有效,否则将使用随机分配的普通级别(0~9)。

接入级别存储在USIM卡上。在某一个时段,由网络控制哪个接入级别被允许呼叫,哪个接入级别被禁止。另外对于紧急呼叫的接入,网络有一个专门的机制控制,即由接入级别10和其对应接入级别共同遵循如下机制:如果接入级别10被禁止,那么接入级别0~9的UE和没有UICC卡的终端将不能发起紧急呼叫;如果接入级别10和相关的特殊接入级别(11~15)同时被禁止,拥有特殊接入级别(11~15)的UE不允许发起紧急呼叫。除此以外,紧急呼叫可以发起,即使接入级别10被禁止。

针对此部分测试例,分为f、g、h三类情况,具体细节不再赘述。

PIN、PIN2码管理和修改

PIN码是用于安全目的对访问UICC卡的用户进行鉴权的号码。输入正确的PIN码允许用户通过UICC-终端接口访问受PIN码保护的数据。此处测试例即对PIN和PIN2码的输入、修改、锁定等功能依次测试。

FDN功能

固定拨叫号码(FDN)是为USIM定义的服务。激活的FDN服务可以限制终端的呼叫。呼叫限制服务由终端控制。为了确定USIM类别以及FDN状态,终端会在初始化过程中执行FDN能力请求过程,从USIM的EFECC中读取紧急呼叫号码。终端在使用这些紧急呼叫号码建立紧急呼叫时,将使用紧急呼叫业务类型,不受FDN规则限制。

AOC计费处理

如果终端支持计费提示,在收到网络的AoCC信息前应检查USIM的能力。终端应能已制定频率更新USIM中ACM信息,最快不超过5秒,过于频繁的ACM更新会影响USIM的读写周期。当ACM超过最大值ACMmax时,UE应中止当前的付费呼叫,且不能建立新的此类呼叫。本块测试用例分为终端支持AoC功能和USIM不支持AoC功能等两种情况,都有对应测试例。

PLMN读写、PLMN选择相关测试

此部分主要涉及选网时对照卡内各列表的优先级识别,涉及文件有HPLMN、OPLMN列表(Operator controlled PLMN Selector list)、UPLMN列表(User Controlled PLMN Selector list)、FPLMN列表(Forbidden PLMN list)。

短信息读取、溢出等应用特性测试

本块测试例主要验证以下几个相关短消息存储与读取的内容:

当终端收到一个第二类的SMS,且USIM卡上至少有一个SMS域为空,则终端应将接收到的第二类SMS应保存在USIM的EFSMS中,未读的SMS的状态应设置为“3”;当USIM卡上的最后一个空的SMS域被收到的SMS填充后,EFSMSS中应设置SMS存贮空间满的标志标志(对应测试例8.2.1)。

保存在USIM卡中的未读的短消息状态应设为“3”,终端应指示该状态,用户阅读该短消息后,其状态应设置为“1”(对应测试例8.2.2)。

(3)USAT特性

USAT即USIM卡应用工具包,在T=0和T=1的传输协议及各种USIM应用中,终端总是处于控制地位,发送指令给UICC,UICC则不能发送指令给终端,这限制了引入UICC的新特性和多种移动增值业务的发展。为了解决此类问题,在Cu接口的协议栈中引入USAT协议层,USAT层在传输层提供的服务基础之上提供了一种服务机制,允许UICC应用与支持这种机制的终端进行交互和操作,使得UICC可以主动要求终端执行某个操作。支持USAT的Cu接口的协议栈在传统的传输层和应用层之间增加了USAT功能层。

USAT通过一组指令(TERMINAL Profile、FETCH、主动式指令、ENVELOPE、TERMINAL RESPONSE、终端返回状态字SW1 SW2“91 XX”或“93 00”)实现这种服务机制。在分类简述各指令功能及实现方式前先有如下两点说明:

首先需说明终端是可选支持USAT,根据终端能力的不同,将支持USAT的终端分为a、b、c、d、e、f 六类(详见标准YD/T 1762.3-2008中USAT终端分类表),属于某类的终端必需支持该类对应的所有USAT功能。值得一提的是,支持USAT功能的a类终端许多功能属多卡片监控交互功能,USAT为UICC提供监视和控制其他卡片的机制。

ENVELOPE命令

终端通过ENVELOPE指令向UICC传送USAT信息,UICC可以用R-APDU对ENVELOPE指令中的某些BER-TLV(如SMS-PP Data Download)进行响应,也可以不用R-APDU进行响应,仅返回状态字节SW1 SW2。

简言之,终端发送给UICC的带有数据部分的命令都是通过ENVELOPE命令实现的。在多种USAT命令中都有应用,如USIM控制的呼叫和短消息。

2.3 系统结构

总体来看,测试系统由3部分组成,如图3所示:左侧使用卡模拟器针对每个测试例对卡进行精确配置,右侧TD网络模拟器来测试实际的信令流程,第三就是运行于网络模拟器上的测试例软件系统,可针对每个测试例与卡模拟器联合完成结果判定和测试log存取。

TD终端机卡测试系统实物图如图4所示:

3 结束语

本文介绍的TD-SCDMA终端机卡接口一致性测试系统是以行业标准YD/T 1762-2008和YDT 1763-2008为基础和参考,是全球第一套TD-SCDMA终端USIM/ME接口一致性测试系统,填补了TD-SCDMA终端USIM/ME接口测试的空白。截至目前(2009年12月),本系统已完成二百余款TD手机、数据卡的卡接口一致性入网测试工作,发现并解决了TD终端USIM/ME接口存在的普遍问题,极大地带动了终端测试领域仪器仪表的研发,对TD-SCDMA终端技术的健康高速发展及产业化进程的推动具有重大意义。

参考文献

[1]潘娟. Cu接口标准化介绍[J]. 电信网技术,2005.

[2]3GPP TS 31.102. Characteristics of the Universal Subscriber Identity Module(USIM)Application[S].

[3]3GPP TS 31.121. UICC-terminal interface;Universal Subscriber Identity Module(USIM)Application Test Specification[S].

[4]ETSI TS 102 221. Smart Cards;UICC-Terminal Interface;Physical and Logical Characteristics[S].

[5]ETSI TS 102 230. Smart Cards;UICC-Terminal Interface;Physical,Electrical and Logical Test Specification[S].

【作者简介】

刘晋兴:工信部电信研究院通信与信息系统专业,工学硕士。现就职于工信部电信研究院中国泰尔实验室无线通信部,目前主要从事3G移动通信终端测试系统及标准化研究,曾负责TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000等制式终端机卡接口行业标准制定、入网测试等方面的工作。

王 征:毕业于北京工业大学通信工程专业,工学学士,现就职于工信部电信研究院中国泰尔实验室无线通信部,主要从事TD-SCDMA终端机卡接口入网测试工作及相关标准研究制定工作。

胡键伟:电信科学技术研究院通信与信息系统专业硕士研究生,现在工信部电信研究院中国泰尔实验室无线通信部实习,研究生期间毕业设计方向为TD终端业务引擎研究。