面向通信性能和客戶功能的網(wǎng)聯(lián)通信終端驗(yàn)證

郭天嬌 林杰 周時(shí)瑩 張東波 王建國(guó)

（中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)有限公司智能網(wǎng)聯(lián)開(kāi)發(fā)院，長(zhǎng)春 130011）

主題詞：T-BOX 車(chē)聯(lián)網(wǎng) 通信終端 自動(dòng)化 射頻測(cè)試

1 前言

隨著汽車(chē)電子向自動(dòng)駕駛、智能交通和智慧城市迅猛發(fā)展，網(wǎng)聯(lián)通信已成為集OTA、V2X、大數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)、人機(jī)交互、人工智能、信息安全、自動(dòng)駕駛等多功能為一體的復(fù)雜車(chē)聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，與之相對(duì)應(yīng)的法律法規(guī)和業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)涉及廣泛，涵蓋無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)、電子消費(fèi)品標(biāo)準(zhǔn)、電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)、汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。為滿足用戶對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛的性能可靠性要求和功能操縱性體驗(yàn)，紅旗各車(chē)型平臺(tái)目前已實(shí)現(xiàn)全系配置T-BOX控制器。T-BOX是車(chē)聯(lián)網(wǎng)中非常典型的車(chē)載網(wǎng)聯(lián)通信終端，基本功能包括遠(yuǎn)程控車(chē)、安全防護(hù)、TSP后臺(tái)通信、車(chē)況采集和處理、駕駛行為分析、工程模式、遠(yuǎn)程升級(jí)、遠(yuǎn)程診斷等，以上基本功能均基于T-BOX板載內(nèi)置上網(wǎng)芯片實(shí)現(xiàn)。在對(duì)TBOX進(jìn)行全功能測(cè)試前，首先需要對(duì)T-BOX進(jìn)行性能測(cè)試，性能測(cè)試可以分為信令和非信令，信令測(cè)試主要包括小區(qū)切換握手方式、基站衰落、信號(hào)靈敏度等，非信令測(cè)試主要包括最大功率、發(fā)射接收頻率、占用帶寬、誤碼率等。

2 網(wǎng)聯(lián)通信終端簡(jiǎn)介

2.1 硬件系統(tǒng)

T-BOX是實(shí)現(xiàn)車(chē)輛和遠(yuǎn)程服務(wù)中心進(jìn)行無(wú)線通信和信息交互的車(chē)載網(wǎng)聯(lián)通信終端。典型的紅旗T-BOX硬件系統(tǒng)如圖1所示。其中嵌入式處理器MCU與絕大部分外圍負(fù)載進(jìn)行通訊與控制，通過(guò)網(wǎng)關(guān)收發(fā)整車(chē)CAN報(bào)文，通過(guò)IO端口采集E-Call按鍵觸發(fā)電平、采集安全氣囊PWM信號(hào)，通過(guò)USB數(shù)據(jù)線、音頻輸入線和音頻輸出線與主機(jī)交互，通過(guò)無(wú)線通信模塊和貼片式SIM卡通話和上網(wǎng)。同時(shí)配備內(nèi)置天線、備用電池、內(nèi)置揚(yáng)聲器，當(dāng)蓄電池B+無(wú)法供電并觸發(fā)緊急呼叫時(shí)，備用電池啟用并支持T-BOX繼續(xù)工作一段時(shí)間。

圖1 硬件系統(tǒng)框圖

2.2 軟件系統(tǒng)

T-BOX網(wǎng)聯(lián)通信終端的軟件系統(tǒng)架構(gòu)（見(jiàn)圖2）可以歸納為以下三個(gè)部分：車(chē)載終端系統(tǒng)、后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)、移動(dòng)終端系統(tǒng)。車(chē)載終端系統(tǒng)是T-BOX軟件架構(gòu)的核心，負(fù)責(zé)對(duì)MCU和外設(shè)進(jìn)行編程驅(qū)動(dòng)，控制底層芯片電路，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)核層的基本子功能，確保中間層和應(yīng)用層軟件的可用性和穩(wěn)定性。后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)TSP負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)處理車(chē)載終端通過(guò)無(wú)線鏈路上傳的數(shù)據(jù)，將處理后的控制指令回傳至車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)，或?qū)⒎治稣砗蟮臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)至后臺(tái)。移動(dòng)終端是用戶和后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)交互的工具，通過(guò)優(yōu)化人機(jī)交互，引入人工智能和語(yǔ)音識(shí)別，提高用戶客戶端的可操作性，為用戶提供更優(yōu)良的使用體驗(yàn)。

圖2 軟件系統(tǒng)構(gòu)架

3 T-BOX測(cè)試內(nèi)容梳理

紅旗各平臺(tái)車(chē)型嚴(yán)格遵守并執(zhí)行網(wǎng)聯(lián)通信終端的以下主要標(biāo)準(zhǔn)：3GPP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、GB/T32960《電動(dòng)汽車(chē)遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、JT/T 808《道路運(yùn)輸車(chē)輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)格式》、《中國(guó)第一汽車(chē)車(chē)載終端與云端網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（ACP）》。對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信終端所有可實(shí)現(xiàn)的性能和功能測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行理順，編寫(xiě)性能和功能測(cè)試用例。

3.1 性能測(cè)試內(nèi)容

網(wǎng)聯(lián)通信終端性能測(cè)試分為信令和非信令?；谙嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)輸入，篩選出適用于T-BOX的信令驗(yàn)證內(nèi)容如表1所示。Sensitivity注冊(cè)靈敏度代表T-BOX能夠檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)并發(fā)起注冊(cè)的最小信號(hào)強(qiáng)度，取TBOX引出信號(hào)天線端到MDXX射頻儀表信號(hào)輸出端截面處的測(cè)量值。切換小區(qū)的方式有兩種，Redirection代表先釋放原網(wǎng)絡(luò)1連接后再注冊(cè)到新網(wǎng)絡(luò)2，Handover代表保持原網(wǎng)絡(luò)1連接的情況下切換到新網(wǎng)絡(luò)2。電路交換域CS Service是語(yǔ)音業(yè)務(wù)的承載平臺(tái)，數(shù)據(jù)交換域PS Service是上網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載平臺(tái)。

表1 網(wǎng)聯(lián)通信終端信令測(cè)試項(xiàng)

非信令主要驗(yàn)證T-BOX上網(wǎng)芯片的通信鏈路可靠性，測(cè)試GSM、WCDMA、LTE物理層性能是否滿足3GPP協(xié)議要求，是否符合網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)入條件?；谙嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)輸入，整理具體測(cè)試內(nèi)容如表2所示。

表2 網(wǎng)聯(lián)通信終端非信令測(cè)試項(xiàng)

3.2 功能測(cè)試內(nèi)容

網(wǎng)聯(lián)通信終端供電后自動(dòng)注冊(cè)到無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)起與后臺(tái)的安全認(rèn)證連接，滿足企業(yè)監(jiān)控中心和政府監(jiān)控中心對(duì)車(chē)輛的監(jiān)控，終端應(yīng)能夠至少同時(shí)連接到ACP中心、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中心、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中心。需驗(yàn)證的功能模塊主要分為系統(tǒng)底層、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)層和APP應(yīng)用層，每一層級(jí)具體功能模塊和詳細(xì)功能內(nèi)容如表3所示。

4 T-BOX測(cè)試系統(tǒng)搭建

為了充分覆蓋網(wǎng)聯(lián)通信終端的功能范圍，加強(qiáng)測(cè)試深度，優(yōu)化測(cè)試流程，保證產(chǎn)品質(zhì)量，試驗(yàn)部門(mén)為紅旗全系列T-BOX開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了半自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。使用NI無(wú)線通訊測(cè)試組件與Anritsu通訊基站仿真儀作為性能與功能測(cè)試的主體儀器，構(gòu)建T-BOX與測(cè)試設(shè)備間的非信令與信令連接。該套測(cè)試設(shè)備是國(guó)內(nèi)首款針對(duì)車(chē)載智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的整車(chē)級(jí)測(cè)試環(huán)境，為T(mén)-BOX、主機(jī)、儀表、HUD等提供聯(lián)調(diào)工況，可充分滿足T-BOX的通信性能驗(yàn)證和用戶功能驗(yàn)證的需求。

表3 網(wǎng)聯(lián)通信終端功能測(cè)試項(xiàng)

4.1 信令測(cè)試環(huán)境的構(gòu)建

基于現(xiàn)有測(cè)試儀表的信令測(cè)試能力，結(jié)合T-BOX的工作特性，搭建適用于T-BOX的信令測(cè)試場(chǎng)景，連接方式如圖3所示。利用移動(dòng)信令仿真與監(jiān)測(cè)儀器，可滿足對(duì)語(yǔ)音通話功能測(cè)試、短信SMS功能測(cè)試、遠(yuǎn)程指令交互測(cè)試、數(shù)據(jù)傳輸功能測(cè)試與E-Call功能測(cè)試的需要。T-BOX和常規(guī)射頻UE不同，在進(jìn)行測(cè)試之前，通常需要將板載的SIM卡換為能夠注冊(cè)到虛擬基站的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試白卡。SIM卡MSISDN、車(chē)輛VIN碼、IMEI IMSI ICCID為終端五碼信息，將五碼信息注冊(cè)到TSP后臺(tái)服務(wù)器，T-BOX便可以通過(guò)設(shè)備虛擬基站與后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令交互。為防止空饋連接產(chǎn)生信號(hào)干擾，通常采用特制的射頻線纜將T-BOX 4G主天線端口直連到測(cè)試設(shè)備的SMA主端口。

圖3 信令測(cè)試環(huán)境

信令測(cè)試上位機(jī)軟件如圖4所示，圖中左側(cè)框線內(nèi)部分顯示了被測(cè)T-BOX與單LTE基站之間建立連接時(shí)的9種數(shù)據(jù)交互狀態(tài)。從最開(kāi)始的Power Off狀態(tài)，根據(jù)T-BOX的不同狀況，經(jīng)由Registration，Origination或者Idle,最后到Communication狀態(tài)。當(dāng)在Communication狀態(tài)穩(wěn)定后，界面右下方會(huì)顯示整個(gè)鏈路的連接關(guān)系。

圖4 信令測(cè)試軟件界面

4.2 非信令測(cè)試環(huán)境的構(gòu)建

基于測(cè)試儀表的非信令測(cè)試能力，結(jié)合T-BOX的工作場(chǎng)景，篩選出其中適用于T-BOX的測(cè)試場(chǎng)景，連接方式如圖5所示。在進(jìn)行T-BOX非信令測(cè)試前，通常需要將被測(cè)樣件刷寫(xiě)為特殊軟件版本，切斷主控MCU對(duì)上網(wǎng)芯片的控制，實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備對(duì)底層通信性能的控制。需要標(biāo)定T-BOX 4G主天線端口到測(cè)試設(shè)備SMA主端口線纜的線損值，消除Cableloss對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。上位機(jī)軟件需要安裝板載芯片驅(qū)動(dòng)程序，保證測(cè)試軟件正確獲取被測(cè)T-BOX的MT PORT端口，通過(guò)RS232轉(zhuǎn)USB線與被測(cè)T-BOX進(jìn)行控制指令交互。

圖5 非信令測(cè)試環(huán)境

非信令測(cè)試根據(jù)T-BOX上網(wǎng)芯片選型的不同，既可以使用設(shè)備自帶的CombiView測(cè)試工具，也可以使用上網(wǎng)芯片定制化的測(cè)試工具。以紅旗某款高通芯片的T-BOX為例，測(cè)試軟件采用高通定制化測(cè)試軟件UCTS，可以實(shí)現(xiàn)3GPP相關(guān)性能指標(biāo)的全自動(dòng)化測(cè)試。軟件運(yùn)行界面如圖6所示。

圖6 非信令測(cè)試軟件界面

4.3 功能測(cè)試環(huán)境的構(gòu)建

T-BOX功能驗(yàn)證系統(tǒng)（見(jiàn)圖7）主要由測(cè)試機(jī)柜、操作臺(tái)架、上位機(jī)、真實(shí)天線、屏蔽箱、相關(guān)外圍控制器等組成。T-BOX通過(guò)USB與娛樂(lè)主機(jī)交互數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí)和車(chē)機(jī)上網(wǎng)功能。通過(guò)娛樂(lè)主機(jī)軟按鍵和車(chē)載硬按鍵驗(yàn)證緊急電話撥打功能；通過(guò)CAN節(jié)點(diǎn)仿真整車(chē)各控制器報(bào)文信號(hào)，驗(yàn)證T-BOX遠(yuǎn)程控車(chē)功能；通過(guò)CAN節(jié)點(diǎn)仿真車(chē)速、GPS、報(bào)警故障等實(shí)車(chē)信息，驗(yàn)證車(chē)況上報(bào)功能。通過(guò)APP客戶端，驗(yàn)證車(chē)況查詢和車(chē)輛定位等與后臺(tái)交互功能。

圖7 功能測(cè)試環(huán)境

功能測(cè)試主要工具有CANoe、Veristand、TSP頁(yè)面、遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)、新能源平臺(tái)、APP客戶端等。通過(guò)仿真、監(jiān)控、反饋，形成遠(yuǎn)程控制功能的閉環(huán)。

5 T-BOX功能及性能測(cè)試驗(yàn)證

以紅旗某車(chē)型T-BOX第一輪完整的功能及性能驗(yàn)證為例，各類型測(cè)試用例數(shù)和測(cè)試問(wèn)題數(shù)占比如圖8所示。通過(guò)該測(cè)試系統(tǒng)，可全方位地對(duì)被測(cè)樣件進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段提前發(fā)現(xiàn)已暴露問(wèn)題和隱藏缺陷，針對(duì)問(wèn)題提出解決方案，并對(duì)整改后的產(chǎn)品進(jìn)行回歸復(fù)檢，確保已知問(wèn)題全部徹底關(guān)閉。

通過(guò)前期測(cè)試驗(yàn)證，可以為產(chǎn)品研發(fā)節(jié)省大量開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，保證項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)，為整車(chē)最終的交付投產(chǎn)起到很大的支撐作用。

圖8 測(cè)試用例及結(jié)果統(tǒng)計(jì)

下面分別以通信性能和客戶功能兩類典型的缺陷問(wèn)題為例，簡(jiǎn)述問(wèn)題的驗(yàn)證過(guò)程及改進(jìn)措施。

5.1 最大功率

使用兩根已標(biāo)定線損的RF信號(hào)線，對(duì)同一DUT分別進(jìn)行3次測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果取均方值。整理被測(cè)TBOX非信令測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)只有最大發(fā)射功率MaxPow?er為fail項(xiàng)，如表4所示。

分析問(wèn)題產(chǎn)生原因，發(fā)現(xiàn)是電路板中一個(gè)TVS管選型偏差導(dǎo)致，該TVS管的作用是降低ESD或浪涌對(duì)模塊的損壞，解決措施是將該TVS由XX-154更換為XX-153。

表4 整改前最大功率測(cè)試結(jié)果

對(duì)整改后的樣品進(jìn)行復(fù)檢，測(cè)試結(jié)果如表5所示。結(jié)果顯示T-BOX偶發(fā)在個(gè)別頻點(diǎn)的功率值接近上限或下限，測(cè)試值與標(biāo)準(zhǔn)值誤差在0.05之內(nèi)，而線損補(bǔ)償值的精度是0.1，所以對(duì)于和門(mén)限值相差0.05內(nèi)的誤差，屬于測(cè)不準(zhǔn)范圍，可以判定整改后的非信令指標(biāo)完全符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 整改后最大功率測(cè)試結(jié)果

5.2 遠(yuǎn)程控車(chē)

以T-BOX通過(guò)客戶端APP遠(yuǎn)程控制車(chē)窗升降為例，遠(yuǎn)程控窗僅支持四個(gè)車(chē)窗同時(shí)開(kāi)啟和同時(shí)關(guān)閉。測(cè)試流程如圖9所示。遠(yuǎn)程控制車(chē)窗的驗(yàn)證過(guò)程如下：通過(guò)客戶端APP向TSP后臺(tái)發(fā)送遠(yuǎn)程車(chē)窗開(kāi)啟/關(guān)閉指令，TSP后臺(tái)將指令下達(dá)至T-BOX，IG_OFF工況下TBOX發(fā)起與PEPS的防盜認(rèn)證，T-BOX在接到PEPS認(rèn)證通過(guò)的反饋后，正式向車(chē)門(mén)控制器發(fā)送遠(yuǎn)程車(chē)窗開(kāi)啟/關(guān)閉指令，門(mén)控制器判斷滿足遠(yuǎn)程控窗條件下，執(zhí)行相應(yīng)控制指令，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給T-BOX，T-BOX將車(chē)窗狀態(tài)上傳至TSP后臺(tái)，并通過(guò)后臺(tái)下發(fā)至客戶端APP。

圖9 遠(yuǎn)程控窗測(cè)試流程

對(duì)T-BOX樣件進(jìn)行遠(yuǎn)程控窗測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表6所示。

表6 整改前遠(yuǎn)程控窗測(cè)試結(jié)果

分析問(wèn)題產(chǎn)生原因，通過(guò)CAN總線抓取報(bào)文，發(fā)現(xiàn)是門(mén)控制器反饋給T-BOX的最終執(zhí)行狀態(tài)有誤，需要門(mén)控制器對(duì)左前、左后、右前、右后四窗狀態(tài)同時(shí)監(jiān)控并反饋。

對(duì)整改后的樣品進(jìn)行復(fù)檢，測(cè)試結(jié)果如表7所示，遠(yuǎn)程控窗可以形成完整正確的閉環(huán)功能。

表7 整改后遠(yuǎn)程控窗測(cè)試結(jié)果

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的多樣性，系統(tǒng)以平臺(tái)化的方式，調(diào)用相對(duì)獨(dú)立的功能模塊及執(zhí)行引擎來(lái)完成測(cè)試任務(wù)，具有很強(qiáng)的兼容性和復(fù)用性，不但滿足現(xiàn)有的測(cè)試需要，并充分考慮未來(lái)網(wǎng)聯(lián)通信終端測(cè)試的可擴(kuò)展性。系統(tǒng)具有通用可靠的程序架構(gòu)及子功能模塊，通過(guò)簡(jiǎn)單的流程編輯界面，即可生成可執(zhí)行的測(cè)試序列。

本文通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信終端的軟硬件構(gòu)架進(jìn)行分析，提出了網(wǎng)絡(luò)通信終端的主要測(cè)試內(nèi)容及測(cè)試方法，開(kāi)發(fā)了半自動(dòng)化的測(cè)試系統(tǒng)，并以T-BOX為例，介紹了基本的測(cè)試流程和測(cè)試方法，分析測(cè)試結(jié)果，提出改進(jìn)措施，對(duì)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)予以進(jìn)一步闡述。通過(guò)對(duì)被測(cè)樣件的研究，以及對(duì)測(cè)試設(shè)備的改進(jìn)，保障了紅旗各車(chē)型網(wǎng)絡(luò)通信終端的產(chǎn)品質(zhì)量。