觀點 | 雙卡終端到雙卡雙VoLTE終端的技術演進

【摘要】雙卡終端已是目前手機的主流形態，而雙卡雙VoLTE是未來雙卡手機的演進。本文從雙卡雙VoLTE手機的需求出發，首先闡明雙卡雙卡VoLTE是未來國內手機終端的主流形態之一，然後通過與目前六模全網通手機進行對比，引出雙卡雙VoLTE在IMS外網接入、雙LTE待機、來回監聽等方面面臨的技術挑戰及解決方案分析，文章最後對雙卡雙VoLTE終端的演進進行了展望，提出LL雙待將是雙卡雙VoLTE終端可行的技術方案。

【關鍵詞】雙卡雙VoLTE 分時隙監聽 LL雙待 尋呼衝突

1 雙卡雙VoLTE是未來雙卡手機的主流形態

近年來，雙卡手機發展迅猛，特別是雙卡六模全網通手機面世以來，迅速佔領市場，已成為國內Android手機的主流形態。

從功能上來看，目前雙卡手機的典型設計是雙卡單L形式（產品名稱為「六模全網通」），可簡單描述為「1部手機，2個卡槽，3網通用，4G隨意切換」。兩個卡槽邏輯上分為主卡和副卡，卡1和卡2都可以作為主卡（不能同時作為主卡），主卡支持4G、3G、2G完整的制式，而副卡只要求對2G制式必須支持，對於3G、4G則是可選支持（目前上市的產品，副卡都不支持4G，部分支持3G）。終端的技術架構圖如下所示：

圖1 雙卡單L終端技術架構

以上架構的終端，各卡賬戶的語音、簡訊業務分別由本卡歸屬的2G或3G網路承載，數據業務則由主卡的4G/3G/2G網路承載，在電路域語音時代是沒有問題的，而且是資源最優化的一種方式。因為電路域的語音和簡訊業務，業務與承載緊密耦合，無法分割，主副卡都必須有2G/3G制式，而且需要同時待機，實時在線，而數據服務業務和承載基本是分離的，數據通道的承載沒有差異，可以依賴任何卡的蜂窩數據甚至WiFi數據都可，所以六模全網通終端在設計時就設置了數據只由主卡提供，如果有使用副卡數據服務的需求時，只需對主副卡進行菜單切換，副卡換到主卡即可。

但是隨著技術的發展，語音和簡訊業務已經確定將由電路域轉向IP域，不管是主卡還是副卡，其所使用的GSM、WCDMA、CDMA等2G/3G網路語音都將演進到4G網路上的VoLTE語音，簡訊則演進到4G網路上的IMS簡訊（SMS Over IMS），一段時間過後2G和3G網路也將逐漸退網，其頻段重耕為4G/5G使用，目前部分運營商已經開始這一進程。

在這一重大網路演進背景下，雙卡終端如何保持或提高目前用戶體驗水平，雙卡終端如何能支持雙卡VoLTE業務，是終端產業近年來考慮的首要問題。下文將從技術困境、解決方案、產品實現等角度對這一問題進行綜合分析。

2 目前雙卡終端在實現雙卡雙VoLTE時的技術困境

首先考慮對於雙卡雙VoLTE的功能定義，雙卡雙VoLTE終端要求終端實現2個卡槽用戶卡都能VoLTE待機，並且至少能實現單用戶卡賬戶的VoLTE通話（雙卡同時VoLTE通話，或一卡VoLTE通話另一卡數據業務的場景，場景較小，可暫不考慮）。

如果以目前六模全網通終端的技術架構為基礎，雙卡雙VoLTE功能的實現會帶來不小的技術挑戰。首先，目前架構下，主卡支持VoLTE是沒有問題的，主卡具備完整的4G、3G、2G能力，VoLTE只需要在4G網路下承載就行。但是副卡支持VoLTE有問題，目前六模全網通終端的副卡只有2G/3G功能（小部分終端有3G功能），無法達到VoLTE承載要求，VoLTE本質上是一種IP語音，業務層需要接入所歸屬的IMS網路，承載層需要一個高質量的IP通道（滿足VoLTE語音在速率、時延、丟包率等QOS指標要求），目前副卡的2G/3G網路在技術上都無法滿足VoLTE對業務層和承載層的要求。雙卡單L終端副卡無VoLTE承載的系統示意如下圖所示：

圖2 雙卡單L終端副卡無VoLTE承載

根據雙卡終端的客觀條件，副卡VoLTE所需的高質量IP通道，可以考慮通過以下2種方式獲取：

1、 單L承載方案，即副卡直接借道主卡的4G，副卡VoLTE在主卡的4G通道上承載；

2、 LL雙待承載方案，即副卡增加4G功能，終端在主卡以外，開闢第二條4G通道，用於承載副卡VoLTE。

以上兩個假設，都面臨技術、商務、安全等方面的挑戰，接下來本文將以2個不同章節分別分析。

3 雙卡雙VoLTE終端的單L承載實現方式

如果副卡VoLTE採用借道主卡4G通道的方式，則終端的形態還是單L工作，此時副卡上的VoLTE業務，主要面臨以下問題：

1、 對於主卡來說，副卡的VoLTE業務可視為終端上的一個需要使用數據的普通應用，但副卡VoLTE業務的數據模型還是比較特殊，對主卡的數據通道至少提出了2點要求：首先，副卡VoLTE的特點之一是待機時需要周期性監聽網路尋呼，因此每隔一個監聽周期（如2.56s）會申請一個數據接收，需要主卡數據能實時響應數據請求，並且能控制終端的整體功耗。第二，副卡VoLTE在VoLTE通話時對數據通道有QOS要求，要求數據通道能提供滿足VoLTE語音所需的帶寬、時延等指標。由於主卡具備完整的4G通道，以上技術指標（包括功耗和傳輸）在目前系統上都可以滿足。

2、 此外，副卡VoLTE還需要副卡所屬運營商網路的配合。副卡VoLTE通過主卡數據通道進行歸屬運營商的IMS網路接入，這需要副卡運營商的IMS網路具備允許從外網接入的能力。雙卡雙VoLTE的單L承載系統示意如下圖所示：

圖3 雙卡雙VoLTE的單L承載實現

對於此，業界一般採用的是3GPP標準定義的S2b接入方案（參考3GPP 23.234，此方案最初是用於接納終端從WiFi接入IMS網路的設計），方案要求運營商在IMS網路邊緣增加一個ePDG網關，終端與ePDG之間通過IPSec隧道傳輸方式通信以保證信息交互的安全，所以如果雙卡雙VoLTE採用此方案，終端也必須支持S2b方式的IMS接入，其架構如下圖所示：

圖4 通過ePDG從外網接入IMS業務方案

3、 除技術上的問題以外，此方案可能還涉及政策或商務問題，語音電話是基礎電信服務，一般都是由單個運營商獨立提供，獨立結算，而如果採用此方案，則業務層面和傳輸層面可能涉及到2個不同的運營商提供服務，這樣可能會造成業務結算、業務問題處理等方面的混亂，全球業界也沒有這方面的先例借鑒。

綜上所述，單L承載方案，對網路提出了一定的改造要求，並且在政策和結算上存在不確定性，可能並不是一個非常好的選擇，所以再看看下節所述的LL雙待方案。

4 雙卡雙VoLTE終端的LL雙待實現方式

「LL雙待」方案是指主副卡都可實現LTE待機和VoLTE待機，主卡和副卡的VoLTE業務都承載在各自的LTE上，只是不要求同時工作，任何時刻能提供一路LTE數據，主副卡分時復用即可。雙卡雙VoLTE的LL雙待實現方案原理如下圖所示：

圖5 雙卡雙VoLTE的LL雙待實現

此方案相對於目前雙卡手機主要有以下改動：

1、 增加一套LTE協議棧。原六模全網通終端儘管有雙卡，但不涉及LL雙待，只需要一個LTE協議棧。而雙卡雙VoLTE終端，需要兩個LTE同時在線待機，終端上需要2套獨立的LTE協議棧，分別保存兩路LTE的狀態及上下文。

2、 配備兩套IMS協議棧，原六模全網通終端在不支持VoLTE功能時無IMS協議棧要求，雙卡雙VoLTE終端，由於需要維持兩路VoLTE的待機，終端上需要2套獨立的IMS協議棧，分別保存兩路IMS系統的狀態及上下文。

3、 增加VoLTE開關、VoLTE指示等UI和設置功能，雙卡雙VoLTE終端會對兩個卡分別增加VoLTE功能設置、補充業務設置、VoLTE狀態指示等功能。

4、增加Rx在兩個LTE系統上來回監聽（tune away）的功能，原六模全網通終端（單通終端），也需要Rx在多個不同系統上來回監聽，但不包括兩個LTE的場景，雙卡雙VoLTE終端需要增加Rx在兩個不同的LTE系統來回監聽的場景，根據器件能力的不同，這裡有可能會涉及要更換更高等級的器件適應LL監聽需求。單通平台對雙系統的分時監聽原理如下圖所示：

圖6 雙待單通對雙系統的分時監聽

此方案下，用戶體驗上有以下特點：

1、 語音和簡訊業務，雙卡都可以待機，在待機狀態或數據業務狀態下，都可以正常進行語音主被叫和簡訊收發。但是不能兩個卡同時處於語音業務狀態，而且當一卡通話時，另一卡處於離線狀態。

2、 數據業務，數據業務與承載無關，只要終端具備上網通道，不管是WiFi還是蜂窩，不管是哪個卡的通道，數據業務都可進行業務。數據雙卡雙VoLTE終端與六模全網通終端一樣，數據業務只通過主卡數據通道進行，如果用戶希望使用副卡的數據，則應進行主副卡切換操作。

5 總結與展望

通過以上分析，可以看出「LL雙待方案」和「單L待機方案」從終端實現角度來看，難度相當，都不涉及大的硬體變動，軟體複雜度也相差無幾，但「單L待機方案」對網路有改造要求，綜合成本顯著大於「LL雙待方案」，再加上「單L待機方案」在政策和結算方面還有不確定的地方，所以綜合來看，「LL雙待方案」是更為現實的選擇。

目前「LL雙待方案」下的雙卡雙VoLTE終端即將面世，未來隨著技術的發展，如果IMS業務未來開放對公網的接入，以及語音業務與承載徹底分離的環境成熟，則可能出現通過一個數據通道，開展多個運營商基礎業務的終端方案。

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備註說明：原文發表於《移動通信》2017年第15期（doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2017.15.014）

作者簡介

肖海：工學碩士畢業於中山大學電子系，現任職於中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事移動終端技術方案、測試方法等研究。

桂烜，工學博士，高級工程師，畢業於北京郵電大學，現任職於中國電信集團公司市場部，主要從事移動終端規劃、移動終端測試研究、移動互聯網新產品開發運營、互聯網電視研究等工作。

何平：工程師，碩士畢業於中山大學，現任職於中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事移動終端技術與標準以及下一代互聯網技術研究。

劉兆元，男，高級工程師，中國電信廣州研究院，中山大學碩士，從事CDMA終端技術與標準研究。

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