生產現場車載無線通信測試系統設計

張海龍， 郭宏偉， 張曉光， 郝夢園， 黃金山， 陳 越

（中國第一汽車集團有限公司， 吉林 長春 130013）

隨著車聯網技術的發展，用戶對智能網聯汽車的關注日益提升，智能網聯汽車是以汽車為主體，利用環境感知技術實現多車輛有序安全行駛，通過無線通信網絡等手段為用戶提供多樣化信息服務。智能網聯汽車與一般汽車相比，主要增加了環境感知與定位系統、無線通信系統、車載自組織網絡系統和先進駕駛輔助系統等，車聯網終端作為智能網聯汽車的“大腦”，承擔了車輛的通信功能，其下線檢測方法的研究將是保證智能網聯汽車通信系統整體安全、合規、完整運行的基礎保障。

在現有自動駕駛汽車虛擬測試、封閉場地測試和公開道路測試的框架下，99%的測試驗證工作應在模擬環境中完成，0.9%應在實際場地環境中完成，最后少部分在公共交通環境中完成。基于仿真和硬件在環開展車聯網技術的測試評價是一項十分重要的手段。未來可以在實驗室環境下進行車聯網通信硬件和協同式自動駕駛系統的自動測試和加速測試，將會節約大量的人力和物力，推進智能網聯汽車的發展。

1 車載無線通信技術概述

1.1 車載藍牙技術應用現狀

在2010年，藍牙技術有了兩個分支：傳統藍牙和低功耗藍牙。藍牙3.0之前的版本，稱為傳統藍牙，被用于一些語音業務和數傳業務，比如藍牙耳機、智能藍牙音響和打印機等。從藍牙4.0后，稱為低功耗藍牙，包含藍牙5.0在內，主要應用于一些對功耗要求較高的電子設備，一個紐扣電池就能支持運行很長時間，如健康手環、智能穿戴設備等。

2019年發布的藍牙5.1，引入了尋向技術，讓藍牙在室內定位上有了更廣闊的發展空間。之后的藍牙5.2，引入了功率控制以及藍牙音頻等特性。

對于汽車方面的應用，傳統藍牙方面，主要為藍牙耳機、音箱設備、藍牙免提電話等音頻產品。低功耗藍牙方面，主要指車輛定位功能、車輛遙控功能等。因此藍牙的測試需要覆蓋傳統藍牙技術以及低功耗藍牙技術。

1.2 車載WIFI技術應用現狀

車載移動網絡也稱為車輛移動通信網絡。車輛移動通信網絡作為新型的車輛通信網絡，可以實現車輛與車輛之間，車輛與路邊基礎設施之間的多跳無線通信，為車輛提供多種安全應用（如事故預警、交通管理） 和非安全應用（如路況指示、接入及車輛間多媒體數據傳輸）。無線通信技術飛速發展給我們帶來了更多的選擇，WIFI以其技術的成熟、應用的廣泛、成本的低廉逐漸進入學者和研發人員的視線，具有實現車載無線網絡下寬帶接入的可能性。

1.3 車載LTE技術應用現狀

日益發展的車聯網系統以及用戶各種新需求的不斷出現給無線通信技術提出了更高的要求，研究者們開始對其他多種通信機制進行研究，以期發現能夠更適用于車載終端軟件系統應用的無線通信機制。在此背景下，作為3G向4G演進的主流通信技術LTE以其高效的網絡性能越來越受到車聯網通信領域研究者的重視，為車聯網系統通信技術的發展帶來了機遇。LTE具有的種種性能優勢使高清音頻和視頻應用成為可能，通過終端軟件程序，汽車將可以實現實時的視頻診斷并提供更精確的實時交通信息。

1.4 車載eCALL應用現狀

如圖1所示，一個完整的緊急呼叫系統由以下子系統組成：導航定位系統GNSS（Global Navigation Satellite System）、車載系統IVS（In-vehicle System）、基站系統BS（Base Station）、公共安全應答中心PSAP（Public Safety Answering Point）。

圖1 緊急呼叫系統

當汽車碰撞發生觸發緊急呼叫時，車載系統會自動與公共安全應答中心建立語音連接，當連接建立成功，MSD信息會通過語音通道或者短信通道發送至公共安全應答中心，該中心的后臺軟件會解析MSD的信息，并與車載系統進行語音通話了解車內乘員的狀況，并根據情況的不同采取相應的措施。

2 無線通信測試系統設計

2.1 無線通信測試系統硬件架構設計

無線通信測試系統硬件設計主要包含整車屏蔽工位、自動化檢測軟件系統、電檢EOL設備、無線綜測儀（模擬基站）、GNSS 中繼放大器、信號天線、饋線等。系統硬件設計架構如圖2所示。

圖2 無線通信測試系統軟件架構設計

1） 屏蔽裝置主要作用為屏蔽空間中的公共無線網絡，材質為“雙層鋼網+金屬薄膜+輕質支撐板”，前后配電動卷簾門，卷簾門做金屬材質柔性覆蓋與搭鐵屏蔽處理，全部金屬材料良好搭鐵屏蔽外界信號。

2） 自動化檢測軟件系統主要負責通信服務數據接口、自動化測試系統、測試結果記錄，以及與EOL設備交互。

3） 無線綜測儀（模擬基站）：模擬3G/4G/5G/WIFI/藍牙信號、信號發送接收、信號分析處理。

4） GNSS中繼放大器用于將外界GNSS信號引入到屏蔽室，起到eCALL測試時車輛定位信號功能。

2.2 無線通信測試系統軟件架構設計

如圖3所示，整個無線通信測試系統的軟件架構主要分為測試模塊交互服務和自動化測試程序兩部分。交互服務主要包括TPS云平臺反饋服務、eCALL云平臺反饋服務、LTE通信測試交互服務、WIFI測試交互服務、BLE測試交互服務，這些都集成在模擬基站的儀表終端里；自動化測試軟件主要包括測試用例、序列化測試執行引擎、面向網絡的集成控制中間件，自動化測試軟件與儀表之間進行通信，調用各個測試模塊，并將最終的測試數據上傳至EOL設備中。

圖3 無線通信測試系統軟件架構設計

3 無線通信自動化測試流程

3.1 生產現場藍牙自動化檢測

Bluetooth Classic & Bluetooth Low Energy射頻性能測試（被測產品進入到Test mode模式）。綜測儀和被測車輛之間通過無線天線進行通信，被測車輛與測試天線間相對位置固定以便于實現傳導損耗補償。藍牙功能測試，基于模擬基站BLE藍牙功能控制功能，測試車載藍牙功能。藍牙射頻性能測試，通過測量Tx&Rx射頻參數，評估車輛藍牙通信品質。整個完整的測試流程如圖4所示。1） 被測車輛進入金屬網屏蔽室，行駛到達預定位置。2） 電檢EOL設備控制車載藍牙，通過內部主機控制接口（HCI） 啟用被測車輛（EUT） 的Test mode測試模式。

圖4 整個完整的測試流程

3） 綜測儀（主設備） 通過搜索Bluetooth設備（查詢）或直接尋找特定EUT 的地址，可以與被側車輛（從設備）之間建立藍牙連接。

4） 建立藍牙連接后，綜測儀即可使用測試控制命令來控制車輛。操作模式采取環回測試模式。

5） 對于發射測試，綜測儀在“標準的”電平下發射，EUT 將數據包返回給綜測儀，以便測量EUT的發射參數。

6） 對于接收測試，綜測儀在很低的電平下發射。EUT接收數據包時，會出現誤碼。EUT將錯誤的數據包返回給綜測儀，以便綜測儀確定誤碼率。

7） 測試的結果上傳到EOL設備，最終被記錄在自動化檢測設備中。

3.2 生產現場WIFI自動化檢測

WIFI的組網包括AP（路由器）、STA（終端） 兩種模式，主要針對車輛STA模式進行連接測試，因此需要測試儀表模擬成AP對等角色以進行真實的業務連接，對車輛WIFI終端完成發射機和接收機的射頻測試。綜測儀和被測車輛之間通過射頻進行通信，采用天線方式連接，對射頻空口傳導標定空間損耗，以確保測試結果的準確性。WIFI射頻性能測試，通過測量Tx&Rx 射頻參數，評估車輛WIFI 通信品質。WIFI 射頻性能測試流程如圖5所示。

圖5 WIFI射頻性能測試流程

1） 被測車輛進入金屬網屏蔽室。

2） 電檢EOL設備激活車輛WIFI功能，并自動搜索主動連接指定的AP（WIFI名稱）。

3） 綜測儀AP打開WIFI熱點，車輛基于AP名稱主動與綜測儀（AP） 之間建立WIFI連接。

4） 建立WIFI連接后，綜測儀即可使用測試控制命令來控制車輛。操作模式采取環回測試模式，綜測儀將數據包發送給EUT，EUT再將數據包回環到綜測儀進行數據分析。收發測試都可以在此模式下進行，從而完成IEEE規范中規定的標準測試。

3.3 生產現場移動通信自動化檢測

檢測內容主要為4G/5G功能鏈路是否正確、完整；TSP云診斷功能鏈路是否正確、完整；信號收發射頻指令、功能實現：①車輛進入生產現場；②EOL設備通過OTA車輛Profile配置文件；③車輛進入金屬網屏蔽暗室；④模擬基站自動與車輛連接；⑤模擬基站啟動4G、5G通信性能測試；⑥模擬基站建立數據通道，與TSP服務器建立連接；⑦自動化設備觸發TSP遠程診斷功能，測試通信鏈路。

3.4 生產現場eCALL自動化檢測

對于整車級緊急呼叫測試，更關注于緊急呼叫功能的穩定性和可靠性。無線綜測儀可以用于模擬移動制式的網絡，為IVS提供模擬的2G通信網絡信號。矢量信號發生器/GNSS中繼放大器用來模擬導航衛星信號，給IVS提供導航使用的GPS/GLONASS/BeiDou定位信息。定向雙極化天線用來發射網絡和導航信號。開發的緊急呼叫自動測試軟件，可以用來模擬PSAP，支持MSD的顯示，呼叫流程監控，自動報告生成、數據庫等功能，防止意外的數據丟失。

1） 車輛進入金屬網屏蔽暗室，借助定位裝置行駛到固定的位置上。

2） 待確認車輛2G通信連接后，EOL設備激活車輛eCall呼叫功能。

3） 模擬基站檢測與接收eCall信號。

4） 模擬基站虛擬呼叫中心PAPS解析與應答。

5） 自動化系統檢測eCall短報文及語音呼叫。

6） 自動化系統檢測eCall信號功率數值。

7） 上傳檢測結果到EOL系統，測試完成。

4 結論

通過模擬基站對藍牙/WIFI/2G/3G/4G/5G等信號進行模擬，與被測車輛建立通信連接，通過自動化系統測試整車無線通信功能與性能，解決目前車聯網通信下線檢測技術存在的缺口，避免無線通信有問題的車輛流入市場，從而提升了產品的品質。