針對5G車載通信模組的模擬網(wǎng)測試方案研究|環(huán)球速讀

（CWW）當前，全球5G規(guī)模商用部署已進入“快車道”，在網(wǎng)絡條件日趨成熟的背景下，車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，已經(jīng)開始改變普通大眾的駕駛體驗和日常生活。完整的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需要人、車、路協(xié)同，基于蜂窩移動通信、V2X等基礎設施，與大數(shù)據(jù)、人工智能網(wǎng)絡協(xié)同，提供包括自動駕駛、高級輔助駕駛、智慧交通等全新業(yè)務體驗?，F(xiàn)階段V2X相關路側(cè)設施產(chǎn)業(yè)尚處于技術示范階段，車企為了打造初級輔助駕駛、智能座艙、車載信息娛樂等可以直接提升駕駛體驗的方案，越來越關注車載通信模組尤其是5G通信模組的通信質(zhì)量。同時5G商用網(wǎng)絡經(jīng)過多年與手機、行業(yè)終端的協(xié)同發(fā)展和優(yōu)化，條件較為成熟，發(fā)揮了車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)第一階段基礎設施的作用。

隨著汽車制造行業(yè)越來越關注車載通信系統(tǒng)在5G網(wǎng)絡中的表現(xiàn)，車企也開始自建模擬網(wǎng)實驗室用于實現(xiàn)更細化的5G車載通信模組測試。本文介紹了針對5G多模通信模組進行模擬網(wǎng)測試的技術挑戰(zhàn)和基本方案，涵蓋功能測試、性能測試和穩(wěn)定性測試等，并分享了實踐經(jīng)驗。

【資料圖】

5G多模模擬網(wǎng)實驗室測試發(fā)展現(xiàn)狀

模擬網(wǎng)測試是指利用商用設備在實驗室或可控小規(guī)模外場區(qū)域，建設與商用網(wǎng)同樣架構的端到端測試環(huán)境，用于驗證被測產(chǎn)品在實際網(wǎng)絡中的功能、性能和兼容性。在2G、3G和4G產(chǎn)品測試中，模擬網(wǎng)測試一般作為進入外場測試前的最后“門檻”，避免故障進入外場測試階段。到了5G階段，各大終端、芯片和模組廠家開始自建大規(guī)模模擬網(wǎng)測試環(huán)境，將模擬網(wǎng)測試向研發(fā)階段前移，其重要程度也顯著提升，主要原因在以下方面。

一是商用網(wǎng)絡“四代同堂”，測試不僅要解決5G單模問題，還需要解決5G與4G、3G甚至2G的互操作問題，測試難度提升，測試用例增加，測試周期必然大幅拉長。

二是為了獲得最佳用戶體驗，基礎性的功能、兼容性、互操作測試已經(jīng)無法滿足終端廠家對通信性能的極致追求，將模擬網(wǎng)作為信號源，利用空口信道模型完成針對基帶芯片、射頻前端和天線的測試及優(yōu)化成為主流終端廠家的重要研發(fā)環(huán)節(jié)。

三是設備穩(wěn)定性不斷提升，傳統(tǒng)的“外場測試出現(xiàn)問題后回到實驗室復現(xiàn)解決”的模式已經(jīng)非常低效，企業(yè)利用自建模擬網(wǎng)實驗室引入大量的穩(wěn)定性、自動化測試方案，可以在產(chǎn)品商用前將可能出現(xiàn)的問題提前暴露在實驗室。

基于上述目的，近3年來基于模擬網(wǎng)的測試方案普遍應用于終端研發(fā)階段的測試中，從基本的功能性、兼容性測試逐漸演進到性能、穩(wěn)定性測試。形成了如下幾類典型實踐。

（1）功能和互聯(lián)互通測試

作為最傳統(tǒng)的模擬網(wǎng)測試類型，功能和互聯(lián)互通類測試是在產(chǎn)品商用前，在最接近運營商真實網(wǎng)絡的環(huán)境中對各類業(yè)務的功能和互聯(lián)互通能力進行驗證，通過業(yè)務拉通各網(wǎng)元間信令流程，對通信協(xié)議層面可能存在的問題進行最終驗證。該類型測試對模擬網(wǎng)環(huán)境配置要求較低，針對重點關注的商用市場，配置對應模式、廠家和頻段的小區(qū)，接入業(yè)務平臺，測試工程師通過手動或自動化的方式操作被測終端完成業(yè)務流程，配合信令分析軟件或路測軟件定位并分析故障。

（2）網(wǎng)絡兼容性測試

在通信芯片和終端開發(fā)初期，協(xié)議一致性測試主要是通過綜測儀完成，理論上綜測儀、系統(tǒng)設備、終端和芯片都是根據(jù)標準化的協(xié)議開發(fā)，但在實際測試中卻出現(xiàn)各類兼容性問題，其主要原因是各廠商對協(xié)議理解不一致。為保障自家產(chǎn)品與各系統(tǒng)設備均能兼容，終端廠家需要與各基站、核心網(wǎng)設備廠家完成兼容性測試。另外，實際商用的核心網(wǎng)和基站配置參數(shù)量巨大，在運營商網(wǎng)絡中的具體配置千差萬別，由于配置差異而導致的外場問題需要在實驗室內(nèi)復現(xiàn)解決，這也屬于兼容性測試的范疇。

（3）無線性能優(yōu)化

在功能和兼容性較為成熟后，終端進入性能的差異化競爭階段。終端性能表現(xiàn)不僅受限于基帶算法，天線設計和優(yōu)化也起到關鍵性作用，因此，需要在確定的空口信道條件下，開展針對性的基帶和天線優(yōu)化。相比綜測儀等網(wǎng)絡模擬儀表而言，模擬網(wǎng)系統(tǒng)使用與運營商商用網(wǎng)絡相同的設備，其容量和處理能力也與運營商商用網(wǎng)絡相同，不存在上下行網(wǎng)絡能力受限的情況。只有將模擬網(wǎng)作為信號源，配合信道模擬器和空口信道模型，才能構建出最接近真實商用環(huán)境的性能測試系統(tǒng)。業(yè)界主流終端廠家已經(jīng)著手建立自有典型無線空口信道場景庫，以此作為全系列機型的精準性能優(yōu)化手段。

（4）穩(wěn)定性測試

終端穩(wěn)定性測試是從終端M T B F（Mean TimeBetween Failure）測試的基礎上發(fā)展而來。為了保證終端內(nèi)置軟件長期運行的穩(wěn)定性和可靠性，在保證網(wǎng)絡通暢的前提下進行軟件系統(tǒng)的大容量、高負荷、長時間測試以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障?？紤]到通信質(zhì)量本身就是影響終端業(yè)務表現(xiàn)的關鍵因素，終端廠家在MTBF測試中引入了蜂窩移動通信網(wǎng)絡，將信號強度、信號變化、切換、重配、干擾等因素作為測試條件，大幅提升了終端穩(wěn)定性測試完整度。部分終端廠家已將網(wǎng)絡損傷因素引入MTBF測試條件中，完成之后就能模擬現(xiàn)網(wǎng)全部測試條件，形成完整的模擬網(wǎng)穩(wěn)定性測試系統(tǒng)，如圖1所示。經(jīng)過多年探索和應用，5G多模智能手機的模擬網(wǎng)測試方案已非常成熟。該測試方案持續(xù)幫助企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)品性能，同時在模擬網(wǎng)基礎上實現(xiàn)不斷探索創(chuàng)新，為車載通信引入模擬網(wǎng)測試打下了堅實基礎。

圖1 模擬網(wǎng)穩(wěn)定性測試系統(tǒng)方案架構

5G車載通信模組測試的需求和挑戰(zhàn)

近兩年，越來越多的車企意識到通信系統(tǒng)對整車的重要性，因此加大了通信系統(tǒng)研發(fā)和測試方向的團隊建設力度和資源投入，部分車企已經(jīng)具備自研車載通信模組能力，可以預見，移動通信和汽車制造之間的行業(yè)融合將越來越緊密。車載通信模組的測試可以借鑒大量傳統(tǒng)終端成熟測試方案，而對于典型的車載場景，需要針對性地開發(fā)測試系統(tǒng)或進行現(xiàn)有測試方法的定制化升級，表1為傳統(tǒng)終端與車載通信模組測試需求差異對比。

針對模擬網(wǎng)相關的測試方向，5G車載通信模組的需求和挑戰(zhàn)主要包括以下3個方面。

一是多類型業(yè)務并發(fā)。車載通信模組需要完成整車運行數(shù)據(jù)、輔助駕駛數(shù)據(jù)、信息娛樂數(shù)據(jù)等多類型業(yè)務，對通信性能要求更高。在模擬網(wǎng)測試系統(tǒng)設計的過程中，需要配套對應的各類業(yè)務模型，在核心網(wǎng)和業(yè)務平臺側(cè)的建設規(guī)模將比智能手機測試更大。

二是天線模組的差異化設計。車載通信天線不斷升級，傳統(tǒng)的鯊魚鰭天線、最新應用的前置板狀天線以及未來整車布放的天線系統(tǒng)都會帶來不同的通信性能影響。天線的尺寸直接影響模擬網(wǎng)測試線屏蔽室的建設規(guī)劃，新測試系統(tǒng)的建設需要提前考慮后續(xù)整車天線方案的需求。

表1 傳統(tǒng)終端與車載通信模組測試需求差異對比

三是大量高速移動場景和復雜特殊場景需求。大量高速移動場景主要帶來多普勒效應和頻繁小區(qū)間切換的挑戰(zhàn)，使得模擬網(wǎng)測試方案從初期就不能只考慮功能測試，需要引入集成了信道模擬器的性能測試模塊。同時，面臨隧道、地庫、高架橋等復雜特殊場景和惡劣氣候環(huán)境影響，車載通信測試方案與傳統(tǒng)測試方案的差別主要是空口多徑傳播和小尺度衰落的差異化，這就更依賴空口信道模型的引入。

5G車載通信模組的模擬網(wǎng)測試方案設計

5G車載通信模組的模擬網(wǎng)測試方案設計統(tǒng)籌需考慮功能測試、性能測試和穩(wěn)定性測試需求，針對特定應用場景和無線性能需求，兼顧成本和收益，以實現(xiàn)較完整的模擬網(wǎng)基礎平臺和可擴展的各類測試系統(tǒng)。

模擬網(wǎng)基礎平臺方案

面對日益全球化的汽車市場，國內(nèi)外車企均面臨“出?！毙枨?，模擬網(wǎng)建設應考慮對全球運營商網(wǎng)絡的模擬，平臺設計須考慮現(xiàn)存移動通信制式和全球主要頻段的要求。

（1）核心網(wǎng)

運營商級的商用核心網(wǎng)建設和維護成本極高，且2G、3G、4G和5G的核心網(wǎng)需要全部配置，而全球有4家主流核心網(wǎng)設備提供商，對于模擬網(wǎng)平臺建設都是必選。采購4套運營商級核心網(wǎng)對于企業(yè)自建模擬網(wǎng)來說投入極高，目前的最優(yōu)方案是與現(xiàn)有多廠家大型核心網(wǎng)的實驗室合作通過遠程方式接入，同時在本地架設核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元設備，既保證了用戶面業(yè)務性能，又保障了測試數(shù)據(jù)安全，極大節(jié)省了投入。

（2）接入網(wǎng)

基站采購是模擬網(wǎng)平臺建設的主要投入，應針對全球重點市場確定制式和頻段，選擇當?shù)剡\營商主要宏基站供應商的設備。5G基站有AAU和RRU兩類站型，如果選擇AAU站型則需要配置對應的工裝轉(zhuǎn)接板，才能將射頻信號以傳導方式引出，便于后續(xù)各測試系統(tǒng)建設。

（3）射頻信號控制

模擬網(wǎng)基站數(shù)量多且覆蓋多制式，要實現(xiàn)對信號強度的控制、小區(qū)間切換和模式間切換，比較高效的方式是通過軟件控制將射頻信號配置到所需測試線。這就需要引入程控衰減系統(tǒng)，將射頻信號從基站天線口通過程控衰減器，經(jīng)過多跳射頻線纜及連接器，最終到達被測通信模組的天線口或屏蔽室中，程控衰減系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 程控衰減系統(tǒng)示意

基于模擬網(wǎng)的測試系統(tǒng)

基于5G多模車載通信模組的模擬網(wǎng)測試系統(tǒng)主要分為3類，現(xiàn)階段各種針對性的測試能力都可以歸納在這3類之中。

（1）功能測試系統(tǒng)

主要是完成基本功能和接口協(xié)議類相關測試，包括L1/L2/L3協(xié)議的NVIOT測試、外場問題復現(xiàn)測試、基本業(yè)務測試等。測試系統(tǒng)可以是傳導方式或OTA方式，測試工程師根據(jù)測試用例預置核心網(wǎng)和基站配置，控制信號強度，完成終端撥測并記錄和分析測試結(jié)果，功能測試系統(tǒng)的典型測試用例見表2。

表2 功能測試系統(tǒng)的典型測試用例

（2）性能測試系統(tǒng)

主要完成空口性能相關測試，需要在測試環(huán)境中配置信道模擬器，將3GPP標準信道模型（如EVA、ETU、EPA、SCME、IMT-A、38.901 CDL等）或外場錄制的真實信道模型（如密集城區(qū)、高架橋、隧道、地庫等）導入，用于性能優(yōu)化和問題定位。以傳導方式構建的性能測試系統(tǒng)主要針對通信芯片算法進行性能優(yōu)化和評估；以OTA方式構建的性能測試系統(tǒng)可以完成整機和天線性能優(yōu)化測試，測試環(huán)境則需要引入多探頭微波暗室。性能測試系統(tǒng)架構如圖3所示。

圖3 性能測試系統(tǒng)架構

（3）穩(wěn)定性測試系統(tǒng)

穩(wěn)定性測試系統(tǒng)需要模擬在不同網(wǎng)絡配置和條件下，車載通信模組各類用戶行為的長時間烤機測試。該測試系統(tǒng)重點要求3個方面的自動化控制：一是被測車載通信模組的自動化撥測，可以通過模組廠家自研或第三方APP實現(xiàn)模擬用戶行為的控制；二是射頻信號的自動化控制，通過設計和編制腳本控制程控衰減矩陣系統(tǒng)實現(xiàn)小區(qū)信號強弱、小區(qū)間切換、制式間切換、干擾信號開關等的控制；三是基站的自動化配置，通過基站網(wǎng)管的控制接口實現(xiàn)小區(qū)組網(wǎng)控制和參數(shù)的配置修改。上述3個方面通過統(tǒng)一管理軟件協(xié)同控制，并且能將模組側(cè)和基站側(cè)的Log進行自動化比對分析，最終實現(xiàn)完整的穩(wěn)定性測試能力。穩(wěn)定性測試系統(tǒng)架構如圖4所示。

圖4 穩(wěn)定性測試系統(tǒng)架構

測試線規(guī)劃設計原則

（1）需求優(yōu)先原則

在模擬網(wǎng)測試系統(tǒng)建設時，車企需要提前考慮現(xiàn)階段和未來一段時間內(nèi)的全球出貨地，根據(jù)當?shù)剡\營商和系統(tǒng)廠家設備配置對應的基站站型和頻段，在基站設備資源池預留足夠的未來擴容空間。根據(jù)對自身產(chǎn)品和測試量的考慮，對功能測試線、性能測試線和穩(wěn)定性測試線數(shù)量進行合理規(guī)劃和配比，其中穩(wěn)定性測試線需要考慮并行測試的方式和數(shù)量，選擇建設多條測試線還是可容納更多被測物的大型測試間。

（2）最低路損原則

基站資源池放置地應設計在與各測試線均靠近的位置，以滿足最低路損要求。對信號路損敏感程度從高到低依次為：性能測試系統(tǒng)、穩(wěn)定性測試系統(tǒng)和功能測試系統(tǒng)。性能測試系統(tǒng)在未加載空口信道模型時須保證峰值，因此一般需要獨占小區(qū)資源，對性能測試需求較多時可以考慮專門配置基站資源。

結(jié)束語

車載通信模組的模擬網(wǎng)測試仍處于起步階段，且目前以5G多模蜂窩移動通信系統(tǒng)作為主要測試內(nèi)容，相應場景、模型、腳本的積累剛剛開始。隨著車載通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，未來針對車載通信模組的模擬網(wǎng)測試將向著蜂窩移動通信與短距通信結(jié)合、蜂窩移動通信與V2X結(jié)合、車載模組測試與整車測試結(jié)合的方向進行技術演進，為提升車內(nèi)、車外通信質(zhì)量和廣大車主駕駛體驗作出更大貢獻。

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