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(chǔ)設(shè)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。現(xiàn)階段V2X相關(guān)路側(cè)設(shè)施產(chǎn)業(yè)尚處于技術(shù)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(guān)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(chǔ)設(shè)施的作用。

隨著汽車制造行業(yè)越來越關(guān)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(shù)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。

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(shè)備在實驗室或可控小規(guī)模外場區(qū)域，建設(shè)與商用網(wǎng)同樣架構(gòu)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(chǔ)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(shè)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。

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(guān)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。

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(shè)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(shè)備均能兼容，終端廠家需要與各基站、核心網(wǎng)設(shè)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。

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(shè)計和優(yōu)化也起到關(guān)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(shè)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(gòu)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。

穩(wěn)定性測試

終端穩(wěn)定性測試是從終端M T B F（Mean Time Between Failure）測試的基礎(chǔ)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。考慮到通信質(zhì)量本身就是影響終端業(yè)務表現(xiàn)的關(guān)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。

圖1 模擬網(wǎng)穩(wěn)定性測試系統(tǒng)方案架構(gòu)

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(chǔ)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(chǔ)。

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(shè)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。

表1 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(guān)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(shè)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(shè)規(guī)模將比智能手機測試更大。

二是天線模組的差異化設(shè)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(shè)規(guī)劃，新測試系統(tǒng)的建設(shè)需要提前考慮后續(xù)整車天線方案的需求。

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(shè)計

5G車載通信模組的模擬網(wǎng)測試方案設(shè)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(chǔ)平臺和可擴展的各類測試系統(tǒng)。

模擬網(wǎng)基礎(chǔ)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“出海”需求，模擬網(wǎng)建設(shè)應考慮對全球運營商網(wǎng)絡的模擬，平臺設(shè)計須考慮現(xiàn)存移動通信制式和全球主要頻段的要求。

核心網(wǎng)

運營商級的商用核心網(wǎng)建設(shè)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(shè)備提供商，對于模擬網(wǎng)平臺建設(shè)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(shè)核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元設(shè)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。

接入網(wǎng)

基站采購是模擬網(wǎng)平臺建設(shè)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(shè)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(shè)。

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。

射頻信號控制

主要是完成基本功能和接口協(xié)議類相關(guān)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

性能測試系統(tǒng)

主要完成空口性能相關(guān)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(gòu)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O(shè)TA方式構(gòu)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(gòu)如圖3所示。

圖3 性能測試系統(tǒng)架構(gòu)

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。

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(shè)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(guān)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(gòu)如圖4所示。

圖4 穩(wěn)定性測試系統(tǒng)架構(gòu)

測試線規(guī)劃設(shè)計原則

需求優(yōu)先原則

在模擬網(wǎng)測試系統(tǒng)建設(shè)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(shè)備配置對應的基站站型和頻段，在基站設(shè)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(shè)多條測試線還是可容納更多被測物的大型測試間。

最低路損原則

基站資源池放置地應設(shè)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(shù)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。

作者：中國信息通信研究院新一代移動通信測試驗證國家工程研究中心高級工程師 陳凱

編輯：黃飛