观点 | 双卡终端到双卡双VoLTE终端的技术演进

【摘要】双卡终端已是目前手机的主流形态，而双卡双VoLTE是未来双卡手机的演进。本文从双卡双VoLTE手机的需求出发，首先阐明双卡双卡VoLTE是未来国内手机终端的主流形态之一，然后通过与目前六模全网通手机进行对比，引出双卡双VoLTE在IMS外网接入、双LTE待机、来回监听等方面面临的技术挑战及解决方案分析，文章最后对双卡双VoLTE终端的演进进行了展望，提出LL双待将是双卡双VoLTE终端可行的技术方案。

【关键词】双卡双VoLTE 分时隙监听 LL双待 寻呼冲突

1 、双卡双VoLTE是未来双卡手机的主流形态

近年来，双卡手机发展迅猛，特别是双卡六模全网通手机面世以来，迅速占领市场，已成为国内Android手机的主流形态。

从功能上来看，目前双卡手机的典型设计是双卡单L形式（产品名称为“六模全网通”），可简单描述为“1部手机，2个卡槽，3网通用，4G随意切换”。两个卡槽逻辑上分为主卡和副卡，卡1和卡2都可以作为主卡（不能同时作为主卡），主卡支持4G、3G、2G完整的制式，而副卡只要求对2G制式必须支持，对于3G、4G则是可选支持（目前上市的产品，副卡都不支持4G，部分支持3G）。终端的技术架构图如下所示：

图 1 双卡单L终端技术架构

以上架构的终端，各卡账户的语音、短信业务分别由本卡归属的2G或3G网络承载，数据业务则由主卡的4G/3G/2G网络承载，在电路域语音时代是没有问题的，而且是资源最优化的一种方式。因为电路域的语音和短信业务，业务与承载紧密耦合，无法分割，主副卡都必须有2G/3G制式，而且需要同时待机，实时在线，而数据服务业务和承载基本是分离的，数据通道的承载没有差异，可以依赖任何卡的蜂窝数据甚至WiFi数据都可，所以六模全网通终端在设计时就设置了数据只由主卡提供，如果有使用副卡数据服务的需求时，只需对主副卡进行菜单切换，副卡换到主卡即可。

但是随着技术的发展，语音和短信业务已经确定将由电路域转向IP域，不管是主卡还是副卡，其所使用的GSM、WCDMA、CDMA等2G/3G网络语音都将演进到4G网络上的VoLTE语音，短信则演进到4G网络上的IMS短信（SMS Over IMS），一段时间过后2G和3G网络也将逐渐退网，其频段重耕为4G/5G使用，目前部分运营商已经开始这一进程。

在这一重大网络演进背景下，双卡终端如何保持或提高目前用户体验水平，双卡终端如何能支持双卡VoLTE业务，是终端产业近年来考虑的首要问题。下文将从技术困境、解决方案、产品实现等角度对这一问题进行综合分析。

2、 目前双卡终端在实现双卡双VoLTE时的技术困境

首先考虑对于双卡双VoLTE的功能定义，双卡双VoLTE终端要求终端实现2个卡槽用户卡都能VoLTE待机，并且至少能实现单用户卡账户的VoLTE通话（双卡同时VoLTE通话，或一卡VoLTE通话另一卡数据业务的场景，场景较小，可暂不考虑）。

如果以目前六模全网通终端的技术架构为基础，双卡双VoLTE功能的实现会带来不小的技术挑战。首先，目前架构下，主卡支持VoLTE是没有问题的，主卡具备完整的4G、3G、2G能力，VoLTE只需要在4G网络下承载就行。但是副卡支持VoLTE有问题，目前六模全网通终端的副卡只有2G/3G功能（小部分终端有3G功能），无法达到VoLTE承载要求，VoLTE本质上是一种IP语音，业务层需要接入所归属的IMS网络，承载层需要一个高质量的IP通道（满足VoLTE语音在速率、时延、丢包率等QOS指标要求），目前副卡的2G/3G网络在技术上都无法满足VoLTE对业务层和承载层的要求。双卡单L终端副卡无VoLTE承载的系统示意如下图所示：

图2 双卡单L终端副卡无VoLTE承载

根据双卡终端的客观条件，副卡VoLTE所需的高质量IP通道，可以考虑通过以下2种方式获取：

1、 单L承载方案，即副卡直接借道主卡的4G，副卡VoLTE在主卡的4G通道上承载；

2、 LL双待承载方案，即副卡增加4G功能，终端在主卡以外，开辟第二条4G通道，用于承载副卡VoLTE。

以上两个假设，都面临技术、商务、安全等方面的挑战，接下来本文将以2个不同章节分别分析。

3 、双卡双VoLTE终端的单L承载实现方式

如果副卡VoLTE采用借道主卡4G通道的方式，则终端的形态还是单L工作，此时副卡上的VoLTE业务，主要面临以下问题：

1、 对于主卡来说，副卡的VoLTE业务可视为终端上的一个需要使用数据的普通应用，但副卡VoLTE业务的数据模型还是比较特殊，对主卡的数据通道至少提出了2点要求：首先，副卡VoLTE的特点之一是待机时需要周期性监听网络寻呼，因此每隔一个监听周期（如2.56s）会申请一个数据接收，需要主卡数据能实时响应数据请求，并且能控制终端的整体功耗。第二，副卡VoLTE在VoLTE通话时对数据通道有QOS要求，要求数据通道能提供满足VoLTE语音所需的带宽、时延等指标。由于主卡具备完整的4G通道，以上技术指标（包括功耗和传输）在目前系统上都可以满足。

2、 此外，副卡VoLTE还需要副卡所属运营商网络的配合。副卡VoLTE通过主卡数据通道进行归属运营商的IMS网络接入，这需要副卡运营商的IMS网络具备允许从外网接入的能力。双卡双VoLTE的单L承载系统示意如下图所示：

图3 双卡双VoLTE的单L承载实现

对于此，业界一般采用的是3GPP标准定义的S2b接入方案（参考3GPP 23.234，此方案最初是用于接纳终端从WiFi接入IMS网络的设计），方案要求运营商在IMS网络边缘增加一个ePDG网关，终端与ePDG之间通过IPSec隧道传输方式通信以保证信息交互的安全，所以如果双卡双VoLTE采用此方案，终端也必须支持S2b方式的IMS接入，其架构如下图所示：

图4 通过ePDG从外网接入IMS业务方案

3、 除技术上的问题以外，此方案可能还涉及政策或商务问题，语音电话是基础电信服务，一般都是由单个运营商独立提供，独立结算，而如果采用此方案，则业务层面和传输层面可能涉及到2个不同的运营商提供服务，这样可能会造成业务结算、业务问题处理等方面的混乱，全球业界也没有这方面的先例借鉴。

综上所述，单L承载方案，对网络提出了一定的改造要求，并且在政策和结算上存在不确定性，可能并不是一个非常好的选择，所以再看看下节所述的LL双待方案。

4 、双卡双VoLTE终端的LL双待实现方式

“LL双待”方案是指主副卡都可实现LTE待机和VoLTE待机，主卡和副卡的VoLTE业务都承载在各自的LTE上，只是不要求同时工作，任何时刻能提供一路LTE数据，主副卡分时复用即可。双卡双VoLTE的LL双待实现方案原理如下图所示：

图5 双卡双VoLTE的LL双待实现

此方案相对于目前双卡手机主要有以下改动：

1、 增加一套LTE协议栈。原六模全网通终端尽管有双卡，但不涉及LL双待，只需要一个LTE协议栈。而双卡双VoLTE终端，需要两个LTE同时在线待机，终端上需要2套独立的LTE协议栈，分别保存两路LTE的状态及上下文。

2、 配备两套IMS协议栈，原六模全网通终端在不支持VoLTE功能时无IMS协议栈要求，双卡双VoLTE终端，由于需要维持两路VoLTE的待机，终端上需要2套独立的IMS协议栈，分别保存两路IMS系统的状态及上下文。

3、 增加VoLTE开关、VoLTE指示等UI和设置功能，双卡双VoLTE终端会对两个卡分别增加VoLTE功能设置、补充业务设置、VoLTE状态指示等功能。

4、增加Rx在两个LTE系统上来回监听（tune away）的功能，原六模全网通终端（单通终端），也需要Rx在多个不同系统上来回监听，但不包括两个LTE的场景，双卡双VoLTE终端需要增加Rx在两个不同的LTE系统来回监听的场景，根据器件能力的不同，这里有可能会涉及要更换更高等级的器件适应LL监听需求。单通平台对双系统的分时监听原理如下图所示：

图6 双待单通对双系统的分时监听

此方案下，用户体验上有以下特点：

1、 语音和短信业务，双卡都可以待机，在待机状态或数据业务状态下，都可以正常进行语音主被叫和短信收发。但是不能两个卡同时处于语音业务状态，而且当一卡通话时，另一卡处于离线状态。

2、 数据业务，数据业务与承载无关，只要终端具备上网通道，不管是WiFi还是蜂窝，不管是哪个卡的通道，数据业务都可进行业务。数据双卡双VoLTE终端与六模全网通终端一样，数据业务只通过主卡数据通道进行，如果用户希望使用副卡的数据，则应进行主副卡切换操作。

5 、总结与展望

通过以上分析，可以看出“LL双待方案”和“单L待机方案”从终端实现角度来看，难度相当，都不涉及大的硬件变动，软件复杂度也相差无几，但“单L待机方案”对网络有改造要求，综合成本显著大于“LL双待方案”，再加上“单L待机方案”在政策和结算方面还有不确定的地方，所以综合来看，“LL双待方案”是更为现实的选择。

目前“LL双待方案”下的双卡双VoLTE终端即将面世，未来随着技术的发展，如果IMS业务未来开放对公网的接入，以及语音业务与承载彻底分离的环境成熟，则可能出现通过一个数据通道，开展多个运营商基础业务的终端方案。

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备注说明：原文发表于《移动通信》2017年第15期（doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2017.15.014）

作者简介

肖海：工学硕士毕业于中山大学电子系，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要从事移动终端技术方案、测试方法等研究。

桂烜，工学博士，高级工程师，毕业于北京邮电大学，现任职于中国电信集团公司市场部，主要从事移动终端规划、移动终端测试研究、移动互联网新产品开发运营、互联网电视研究等工作。

何平：工程师，硕士毕业于中山大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要从事移动终端技术与标准以及下一代互联网技术研究。

刘兆元，男，高级工程师，中国电信广州研究院，中山大学硕士，从事CDMA终端技术与标准研究。