摘要：隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用于高級(jí)輔助駕駛、緊急呼叫、V2X等領(lǐng)域。然而在汽車領(lǐng)域，如何進(jìn)行復(fù)雜無(wú)線環(huán)境下的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的保障，如何測(cè)試整車無(wú)線通信的性能，還存在空白。據(jù)此，著重探討并歸納了整車測(cè)試的技術(shù)需求和主要方向，以及在整車空中接口方面的注意事項(xiàng)，提出了初步實(shí)現(xiàn)方案，以期在整車的空口測(cè)試方面提供參考。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)汽車；高級(jí)輔助駕駛；無(wú)線通信；無(wú)線環(huán)境；整車測(cè)試；空口測(cè)試

中圖分類號(hào)：U467.5收稿日期：2024-10-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.022

1前言

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車市場(chǎng)的快速發(fā)展，我國(guó)逐漸加大了對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息安全的監(jiān)管和測(cè)試認(rèn)證的力度。但是在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中，會(huì)頻繁出現(xiàn)整車和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)連接不順暢的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致智能網(wǎng)聯(lián)汽車的實(shí)際應(yīng)用效果大打折扣，為用戶的使用體驗(yàn)帶來(lái)不好的結(jié)果。

雖然廠家已針對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車集成的通信芯片、模組以及TBOX的通信協(xié)議和基本鏈路性能進(jìn)行了相應(yīng)的無(wú)線性能和測(cè)試用例的測(cè)試，但集成到整車以后由于改變了整體的無(wú)線環(huán)境，并不能保障其無(wú)線鏈路的通信性能。本文從整車測(cè)試的技術(shù)需求和主要方向出發(fā)，提出了整車無(wú)線通信性能測(cè)試的方法，希望為整車企業(yè)推動(dòng)整車無(wú)線通信空口性能測(cè)試的落地起到一定參考作用。

2整車無(wú)線通信OTA測(cè)試的必要性

目前業(yè)內(nèi)還沒(méi)有對(duì)整車無(wú)線通信空口性能進(jìn)行完整、系統(tǒng)性的測(cè)試規(guī)范和要求。如果對(duì)整車無(wú)線通信空口進(jìn)行測(cè)試，需從如下三個(gè)角度來(lái)考量測(cè)試方案：

a.駕駛需求。隨之智能網(wǎng)聯(lián)汽車的普及，輔助駕駛和自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)對(duì)傳輸時(shí)延和成功率（可靠性）方面都提出了更為嚴(yán)苛的要求，這些要求比手機(jī)的無(wú)線業(yè)務(wù)要求更為嚴(yán)苛。因?yàn)槭謾C(jī)無(wú)線業(yè)務(wù)如果出現(xiàn)時(shí)延和連接失敗時(shí)，手機(jī)側(cè)會(huì)向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起再次連接的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，并且系統(tǒng)側(cè)會(huì)很快地安排新的業(yè)務(wù)通道來(lái)保障連接的可用性。

但是整車移動(dòng)速度要普遍快于手機(jī)的移動(dòng)速度，無(wú)線通信的口空環(huán)境也相比手機(jī)更為復(fù)雜，一旦整車無(wú)線通信如果出現(xiàn)時(shí)延和連接失敗，會(huì)影響整車關(guān)于位置及V2X業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)判斷，這關(guān)系到車輛行駛的安全。

b.交通場(chǎng)景。需要根據(jù)車輛使用的常用交通場(chǎng)景，按照車輛實(shí)際需求來(lái)對(duì)空口的傳輸時(shí)延、成功率、丟包率和吞吐量進(jìn)行明確的定義。然后通過(guò)對(duì)整車各種交通場(chǎng)景的空口性能進(jìn)行測(cè)試，來(lái)確保整車無(wú)線通信性能。

c.信道條件。無(wú)線信道的條件是由運(yùn)營(yíng)商部署網(wǎng)絡(luò)的情況來(lái)確定的。在測(cè)試時(shí)，可以通過(guò)購(gòu)買專業(yè)的仿真測(cè)試儀器，匹配運(yùn)營(yíng)商實(shí)際的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道情況，模擬仿真各種交通環(huán)境的信道狀態(tài)（成功率、丟包率、吞吐量、功率控制等），來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試環(huán)境接近實(shí)際道路交通的無(wú)線環(huán)境。

綜合所述，針對(duì)整車的無(wú)線測(cè)試需要考慮如圖1所示的基本測(cè)試內(nèi)容。目前業(yè)內(nèi)針對(duì)整車無(wú)線空口測(cè)試，一般只是針對(duì)車載通信系統(tǒng)（TBOX）進(jìn)行有效全向輻射功率（EIRP）和定位精度（GNSS）的測(cè)試，并沒(méi)有考慮天線對(duì)射頻性能指標(biāo)的影響；同時(shí)TBOX天線與車體統(tǒng)一化設(shè)計(jì)已成為業(yè)界共識(shí)，所以整車的形狀、長(zhǎng)度、涂裝以及其他電子零件電子兼容（EMC）等因素，都會(huì)影響到整車無(wú)線通信空口的性能。因此，只有整車統(tǒng)籌考慮的無(wú)線測(cè)試方案才能驗(yàn)證整車的無(wú)線性能。

3整車無(wú)線通信OTA測(cè)試考慮因素

a.天線性能與汽車布局設(shè)計(jì)有關(guān)，天線放在車輛不同位置會(huì)有不同的性能。

b.整車無(wú)線通信天線測(cè)試時(shí)，為模擬電磁波開闊場(chǎng)地，一般在電波暗室進(jìn)行，暗室配備了轉(zhuǎn)轂和轉(zhuǎn)臺(tái)。實(shí)際測(cè)試以近場(chǎng)為主，測(cè)試頻率為800MHz～18GHz（近場(chǎng)），在基本確保測(cè)試精度的情況下降低測(cè)試成本。

c.在汽車天線測(cè)試中，需要將天線作為有源設(shè)備來(lái)進(jìn)行測(cè)試，這樣得到的測(cè)試結(jié)果會(huì)更加接近真實(shí)天線工作狀態(tài)時(shí)的測(cè)試結(jié)果[1]。

d.整車無(wú)線通信天線性能測(cè)試，需要和整車EMC二者統(tǒng)一進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)檎嚨碾娮恿悴考^多，在車輛上電或行駛的過(guò)程中，車輛上的電子零部件會(huì)影響整車的電磁環(huán)境，對(duì)整車無(wú)線通信天線的無(wú)線性能造成嚴(yán)重的影響[2]。

e.理論上測(cè)試整車無(wú)線通信的天線性能時(shí)，要考慮到車輛行駛的各種交通場(chǎng)景和各種路面不同反射的情況，否則會(huì)造成測(cè)試不確定度增大，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，而實(shí)現(xiàn)這種測(cè)試的難度和需要的時(shí)間是很多車企難以承受的，目前還沒(méi)有車企來(lái)完成這種測(cè)試。

圖2為天線在汽車頂部左前方（天線尺寸為27mm×32mm×1.1mm（長(zhǎng)×寬×厚））的射頻測(cè)試效率圖。

4MIMOOTA測(cè)試

目前智能網(wǎng)聯(lián)汽車的無(wú)線通信技術(shù)采用的是4G、LTE（LongTermEvolution）或者5G無(wú)線通信技術(shù)，兩者均采用了MIMO（Multi-InputMulti-Output）技術(shù)。該技術(shù)由于采用了收發(fā)信機(jī)多天線的布局，造成了其實(shí)際性能表現(xiàn)主要與無(wú)線傳輸環(huán)境、收發(fā)信機(jī)基帶算法和多天線設(shè)計(jì)布局相關(guān)。MIMO的評(píng)價(jià)指標(biāo)是吞吐率，吞吐率由系統(tǒng)的接收靈敏度、天線增益、各個(gè)環(huán)節(jié)損耗、天線相關(guān)性及環(huán)境等因素決定。而無(wú)線電波傳輸過(guò)程中面臨復(fù)雜的傳播環(huán)境，給無(wú)線收發(fā)信機(jī)的測(cè)試帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

目前業(yè)界認(rèn)為基于多探頭吸波暗室（MPAC）是MIMOOTA測(cè)試最為可靠的測(cè)試方法，美國(guó)無(wú)線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)CTIA[3]和3GPP[4]的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出了MPAC測(cè)試系統(tǒng)方案搭建方法和模型驗(yàn)證方法。在移動(dòng)通信行業(yè)中MPACMIMOOTA（圖3）的測(cè)試系統(tǒng)、信道仿真和傳輸環(huán)境的各種衰落的變量（多徑時(shí)延、多普勒、交叉極化比等）均是由專業(yè)的測(cè)試儀器（是德科技F64或者思博倫VERTEX）來(lái)提供模擬的下行信號(hào)。

如果將整車作為一個(gè)被測(cè)設(shè)備，按照每個(gè)天線均需要與一個(gè)CE（信道模擬器）連接，測(cè)試直徑5m（車長(zhǎng)）考慮，在5.9GHz車聯(lián)網(wǎng)頻段上，根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]計(jì)算得到的離散探頭數(shù)需要621個(gè)，這對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)的復(fù)雜程度是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。如果在信道模擬器和暗示天線探頭間引入數(shù)字變換網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)修改功率和相位，可以快速地拓展數(shù)字通道，達(dá)到降低對(duì)CE資源的要求。同時(shí)在該模塊中還可以加入其他相關(guān)無(wú)線環(huán)境的參數(shù)，測(cè)試結(jié)果更加真實(shí)可靠。

5整車MIMOOTA方案

整車MIMOOTA測(cè)試系統(tǒng)是目前用于定量檢驗(yàn)整車4G/LTE/5G空口通信性能的最佳方案，通過(guò)該測(cè)試方案可以驗(yàn)證整車與外界無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性、即時(shí)性及傳輸速率等性能指標(biāo)?；诙嗵筋^吸波暗室法最大的優(yōu)勢(shì)是黑盒測(cè)試，即在多探頭暗室中仿真真實(shí)的電磁衰落環(huán)境，對(duì)整車通信狀態(tài)進(jìn)行直接檢驗(yàn)。方法是將被測(cè)車輛放置于測(cè)試系統(tǒng)的中心區(qū)域，通過(guò)多個(gè)探頭將模擬的真實(shí)外場(chǎng)的無(wú)線信號(hào)發(fā)送到整車測(cè)試區(qū)域，使測(cè)試結(jié)果貼近于真實(shí)道路情況[6]。

整車作為被測(cè)設(shè)備，綜合投入成本和測(cè)試準(zhǔn)確性考慮，建議實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)布局采用如圖4所示來(lái)建設(shè)，此方案采用用半環(huán)結(jié)構(gòu)、進(jìn)行180°的半環(huán)OTA測(cè)試，在左右各配置4個(gè)不同測(cè)試的探頭（8探頭）。該方案節(jié)省基建和測(cè)試儀表成本的同時(shí)，也極大地減少了環(huán)境校準(zhǔn)的復(fù)雜程度。

采用數(shù)字變換網(wǎng)絡(luò)的8個(gè)CE測(cè)試探頭的可行性，在參考文獻(xiàn)[7]中通過(guò)數(shù)字仿真得到了驗(yàn)證。在空間相關(guān)性數(shù)字仿真對(duì)比基于采用8個(gè)數(shù)字變換CE探頭方案與采用32個(gè)傳統(tǒng)CE探頭方案，在10倍波長(zhǎng)范圍內(nèi)的測(cè)試區(qū)域中的空間相關(guān)性變化（圖5）。在圖5中可以看到，在測(cè)試區(qū)域范圍內(nèi)，兩種方案均逼近CTIA理想探頭布局曲線。兩條曲線與理論值的偏差不超過(guò)0.1。如圖6所示，在時(shí)間相關(guān)性數(shù)字仿真對(duì)比基于采用8個(gè)數(shù)字變換CE探頭方案與采用32個(gè)傳統(tǒng)CE探頭方案，在5倍波長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)基本保持一致，同時(shí)與理論曲線變化趨于一致，處于CTIA規(guī)定的范圍內(nèi)[7]。

6結(jié)語(yǔ)

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展和新無(wú)線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，整車無(wú)線應(yīng)用越來(lái)越受到消費(fèi)者的好評(píng)，整車企業(yè)也越來(lái)越多地將無(wú)線應(yīng)用作為市場(chǎng)的賣點(diǎn)。但是整車的OTA接口性能并不能和手機(jī)（或者TBOX）的空口表現(xiàn)一樣，為消費(fèi)者在使用體驗(yàn)上帶來(lái)較大的差異。為此，整車MIMOOTA測(cè)試是目前整車企業(yè)迫切需要進(jìn)行的測(cè)試，該測(cè)試也可以和整車EMC測(cè)試在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，只有經(jīng)過(guò)詳細(xì)、周密的OTA測(cè)試后，才能確保整車無(wú)線通信的通信質(zhì)量。

為了實(shí)現(xiàn)整車OTA測(cè)試的準(zhǔn)確性，需要各車企和測(cè)試單位在信道模型上不斷完善，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果和實(shí)際道路測(cè)試結(jié)果不斷融合，加入各種交通場(chǎng)景和惡劣天氣因素等變量的調(diào)整，使其在暗室中能夠仿真出各種交通場(chǎng)景下真實(shí)的信道信息，以不斷完善測(cè)試工具。

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作者簡(jiǎn)介：

馬文博，男，1990年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橹悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試評(píng)價(jià)。