生產(chǎn)現(xiàn)場車載無線通信測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張海龍， 郭宏偉， 張曉光， 郝夢(mèng)園， 黃金山， 陳 越

（中國第一汽車集團(tuán)有限公司， 吉林 長春 130013）

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的關(guān)注日益提升，智能網(wǎng)聯(lián)汽車是以汽車為主體，利用環(huán)境感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)多車輛有序安全行駛，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)等手段為用戶提供多樣化信息服務(wù)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車與一般汽車相比，主要增加了環(huán)境感知與定位系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、車載自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)等，車聯(lián)網(wǎng)終端作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的“大腦”，承擔(dān)了車輛的通信功能，其下線檢測(cè)方法的研究將是保證智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信系統(tǒng)整體安全、合規(guī)、完整運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。

在現(xiàn)有自動(dòng)駕駛汽車虛擬測(cè)試、封閉場地測(cè)試和公開道路測(cè)試的框架下，99%的測(cè)試驗(yàn)證工作應(yīng)在模擬環(huán)境中完成，0.9%應(yīng)在實(shí)際場地環(huán)境中完成，最后少部分在公共交通環(huán)境中完成。基于仿真和硬件在環(huán)開展車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的測(cè)試評(píng)價(jià)是一項(xiàng)十分重要的手段。未來可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行車聯(lián)網(wǎng)通信硬件和協(xié)同式自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試和加速測(cè)試，將會(huì)節(jié)約大量的人力和物力，推進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展。

1 車載無線通信技術(shù)概述

1.1 車載藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在2010年，藍(lán)牙技術(shù)有了兩個(gè)分支：傳統(tǒng)藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙。藍(lán)牙3.0之前的版本，稱為傳統(tǒng)藍(lán)牙，被用于一些語音業(yè)務(wù)和數(shù)傳業(yè)務(wù)，比如藍(lán)牙耳機(jī)、智能藍(lán)牙音響和打印機(jī)等。從藍(lán)牙4.0后，稱為低功耗藍(lán)牙，包含藍(lán)牙5.0在內(nèi)，主要應(yīng)用于一些對(duì)功耗要求較高的電子設(shè)備，一個(gè)紐扣電池就能支持運(yùn)行很長時(shí)間，如健康手環(huán)、智能穿戴設(shè)備等。

2019年發(fā)布的藍(lán)牙5.1，引入了尋向技術(shù)，讓藍(lán)牙在室內(nèi)定位上有了更廣闊的發(fā)展空間。之后的藍(lán)牙5.2，引入了功率控制以及藍(lán)牙音頻等特性。

對(duì)于汽車方面的應(yīng)用，傳統(tǒng)藍(lán)牙方面，主要為藍(lán)牙耳機(jī)、音箱設(shè)備、藍(lán)牙免提電話等音頻產(chǎn)品。低功耗藍(lán)牙方面，主要指車輛定位功能、車輛遙控功能等。因此藍(lán)牙的測(cè)試需要覆蓋傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)以及低功耗藍(lán)牙技術(shù)。

1.2 車載WIFI技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

車載移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)也稱為車輛移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。車輛移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為新型的車輛通信網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)車輛與車輛之間，車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間的多跳無線通信，為車輛提供多種安全應(yīng)用（如事故預(yù)警、交通管理） 和非安全應(yīng)用（如路況指示、接入及車輛間多媒體數(shù)據(jù)傳輸）。無線通信技術(shù)飛速發(fā)展給我們帶來了更多的選擇，WIFI以其技術(shù)的成熟、應(yīng)用的廣泛、成本的低廉逐漸進(jìn)入學(xué)者和研發(fā)人員的視線，具有實(shí)現(xiàn)車載無線網(wǎng)絡(luò)下寬帶接入的可能性。

1.3 車載LTE技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

日益發(fā)展的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以及用戶各種新需求的不斷出現(xiàn)給無線通信技術(shù)提出了更高的要求，研究者們開始對(duì)其他多種通信機(jī)制進(jìn)行研究，以期發(fā)現(xiàn)能夠更適用于車載終端軟件系統(tǒng)應(yīng)用的無線通信機(jī)制。在此背景下，作為3G向4G演進(jìn)的主流通信技術(shù)LTE以其高效的網(wǎng)絡(luò)性能越來越受到車聯(lián)網(wǎng)通信領(lǐng)域研究者的重視，為車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通信技術(shù)的發(fā)展帶來了機(jī)遇。LTE具有的種種性能優(yōu)勢(shì)使高清音頻和視頻應(yīng)用成為可能，通過終端軟件程序，汽車將可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的視頻診斷并提供更精確的實(shí)時(shí)交通信息。

1.4 車載eCALL應(yīng)用現(xiàn)狀

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

圖1 緊急呼叫系統(tǒng)

當(dāng)汽車碰撞發(fā)生觸發(fā)緊急呼叫時(shí)，車載系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)與公共安全應(yīng)答中心建立語音連接，當(dāng)連接建立成功，MSD信息會(huì)通過語音通道或者短信通道發(fā)送至公共安全應(yīng)答中心，該中心的后臺(tái)軟件會(huì)解析MSD的信息，并與車載系統(tǒng)進(jìn)行語音通話了解車內(nèi)乘員的狀況，并根據(jù)情況的不同采取相應(yīng)的措施。

2 無線通信測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 無線通信測(cè)試系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

無線通信測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包含整車屏蔽工位、自動(dòng)化檢測(cè)軟件系統(tǒng)、電檢EOL設(shè)備、無線綜測(cè)儀（模擬基站）、GNSS 中繼放大器、信號(hào)天線、饋線等。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 無線通信測(cè)試系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

1） 屏蔽裝置主要作用為屏蔽空間中的公共無線網(wǎng)絡(luò)，材質(zhì)為“雙層鋼網(wǎng)+金屬薄膜+輕質(zhì)支撐板”，前后配電動(dòng)卷簾門，卷簾門做金屬材質(zhì)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(hào)。

2） 自動(dòng)化檢測(cè)軟件系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)通信服務(wù)數(shù)據(jù)接口、自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試結(jié)果記錄，以及與EOL設(shè)備交互。

3） 無線綜測(cè)儀（模擬基站）：模擬3G/4G/5G/WIFI/藍(lán)牙信號(hào)、信號(hào)發(fā)送接收、信號(hào)分析處理。

4） GNSS中繼放大器用于將外界GNSS信號(hào)引入到屏蔽室，起到eCALL測(cè)試時(shí)車輛定位信號(hào)功能。

2.2 無線通信測(cè)試系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3所示，整個(gè)無線通信測(cè)試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)主要分為測(cè)試模塊交互服務(wù)和自動(dòng)化測(cè)試程序兩部分。交互服務(wù)主要包括TPS云平臺(tái)反饋服務(wù)、eCALL云平臺(tái)反饋服務(wù)、LTE通信測(cè)試交互服務(wù)、WIFI測(cè)試交互服務(wù)、BLE測(cè)試交互服務(wù)，這些都集成在模擬基站的儀表終端里；自動(dòng)化測(cè)試軟件主要包括測(cè)試用例、序列化測(cè)試執(zhí)行引擎、面向網(wǎng)絡(luò)的集成控制中間件，自動(dòng)化測(cè)試軟件與儀表之間進(jìn)行通信，調(diào)用各個(gè)測(cè)試模塊，并將最終的測(cè)試數(shù)據(jù)上傳至EOL設(shè)備中。

圖3 無線通信測(cè)試系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

3 無線通信自動(dòng)化測(cè)試流程

3.1 生產(chǎn)現(xiàn)場藍(lán)牙自動(dòng)化檢測(cè)

Bluetooth Classic & Bluetooth Low Energy射頻性能測(cè)試（被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)入到Test mode模式）。綜測(cè)儀和被測(cè)車輛之間通過無線天線進(jìn)行通信，被測(cè)車輛與測(cè)試天線間相對(duì)位置固定以便于實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)損耗補(bǔ)償。藍(lán)牙功能測(cè)試，基于模擬基站BLE藍(lán)牙功能控制功能，測(cè)試車載藍(lán)牙功能。藍(lán)牙射頻性能測(cè)試，通過測(cè)量Tx&Rx射頻參數(shù)，評(píng)估車輛藍(lán)牙通信品質(zhì)。整個(gè)完整的測(cè)試流程如圖4所示。1） 被測(cè)車輛進(jìn)入金屬網(wǎng)屏蔽室，行駛到達(dá)預(yù)定位置。2） 電檢EOL設(shè)備控制車載藍(lán)牙，通過內(nèi)部主機(jī)控制接口（HCI） 啟用被測(cè)車輛（EUT） 的Test mode測(cè)試模式。

圖4 整個(gè)完整的測(cè)試流程

3） 綜測(cè)儀（主設(shè)備） 通過搜索Bluetooth設(shè)備（查詢）或直接尋找特定EUT 的地址，可以與被側(cè)車輛（從設(shè)備）之間建立藍(lán)牙連接。

4） 建立藍(lán)牙連接后，綜測(cè)儀即可使用測(cè)試控制命令來控制車輛。操作模式采取環(huán)回測(cè)試模式。

5） 對(duì)于發(fā)射測(cè)試，綜測(cè)儀在“標(biāo)準(zhǔn)的”電平下發(fā)射，EUT 將數(shù)據(jù)包返回給綜測(cè)儀，以便測(cè)量EUT的發(fā)射參數(shù)。

6） 對(duì)于接收測(cè)試，綜測(cè)儀在很低的電平下發(fā)射。EUT接收數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)出現(xiàn)誤碼。EUT將錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包返回給綜測(cè)儀，以便綜測(cè)儀確定誤碼率。

7） 測(cè)試的結(jié)果上傳到EOL設(shè)備，最終被記錄在自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備中。

3.2 生產(chǎn)現(xiàn)場WIFI自動(dòng)化檢測(cè)

WIFI的組網(wǎng)包括AP（路由器）、STA（終端） 兩種模式，主要針對(duì)車輛STA模式進(jìn)行連接測(cè)試，因此需要測(cè)試儀表模擬成AP對(duì)等角色以進(jìn)行真實(shí)的業(yè)務(wù)連接，對(duì)車輛WIFI終端完成發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的射頻測(cè)試。綜測(cè)儀和被測(cè)車輛之間通過射頻進(jìn)行通信，采用天線方式連接，對(duì)射頻空口傳導(dǎo)標(biāo)定空間損耗，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。WIFI射頻性能測(cè)試，通過測(cè)量Tx&Rx 射頻參數(shù)，評(píng)估車輛WIFI 通信品質(zhì)。WIFI 射頻性能測(cè)試流程如圖5所示。

圖5 WIFI射頻性能測(cè)試流程

1） 被測(cè)車輛進(jìn)入金屬網(wǎng)屏蔽室。

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

3） 綜測(cè)儀AP打開WIFI熱點(diǎn)，車輛基于AP名稱主動(dòng)與綜測(cè)儀（AP） 之間建立WIFI連接。

4） 建立WIFI連接后，綜測(cè)儀即可使用測(cè)試控制命令來控制車輛。操作模式采取環(huán)回測(cè)試模式，綜測(cè)儀將數(shù)據(jù)包發(fā)送給EUT，EUT再將數(shù)據(jù)包回環(huán)到綜測(cè)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。收發(fā)測(cè)試都可以在此模式下進(jìn)行，從而完成IEEE規(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

3.3 生產(chǎn)現(xiàn)場移動(dòng)通信自動(dòng)化檢測(cè)

檢測(cè)內(nèi)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(hào)收發(fā)射頻指令、功能實(shí)現(xiàn)：①車輛進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場；②EOL設(shè)備通過OTA車輛Profile配置文件；③車輛進(jìn)入金屬網(wǎng)屏蔽暗室；④模擬基站自動(dòng)與車輛連接；⑤模擬基站啟動(dòng)4G、5G通信性能測(cè)試；⑥模擬基站建立數(shù)據(jù)通道，與TSP服務(wù)器建立連接；⑦自動(dòng)化設(shè)備觸發(fā)TSP遠(yuǎn)程診斷功能，測(cè)試通信鏈路。

3.4 生產(chǎn)現(xiàn)場eCALL自動(dòng)化檢測(cè)

對(duì)于整車級(jí)緊急呼叫測(cè)試，更關(guān)注于緊急呼叫功能的穩(wěn)定性和可靠性。無線綜測(cè)儀可以用于模擬移動(dòng)制式的網(wǎng)絡(luò)，為IVS提供模擬的2G通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。矢量信號(hào)發(fā)生器/GNSS中繼放大器用來模擬導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，給IVS提供導(dǎo)航使用的GPS/GLONASS/BeiDou定位信息。定向雙極化天線用來發(fā)射網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)航信號(hào)。開發(fā)的緊急呼叫自動(dòng)測(cè)試軟件，可以用來模擬PSAP，支持MSD的顯示，呼叫流程監(jiān)控，自動(dòng)報(bào)告生成、數(shù)據(jù)庫等功能，防止意外的數(shù)據(jù)丟失。

1） 車輛進(jìn)入金屬網(wǎng)屏蔽暗室，借助定位裝置行駛到固定的位置上。

2） 待確認(rèn)車輛2G通信連接后，EOL設(shè)備激活車輛eCall呼叫功能。

3） 模擬基站檢測(cè)與接收eCall信號(hào)。

4） 模擬基站虛擬呼叫中心PAPS解析與應(yīng)答。

5） 自動(dòng)化系統(tǒng)檢測(cè)eCall短報(bào)文及語音呼叫。

6） 自動(dòng)化系統(tǒng)檢測(cè)eCall信號(hào)功率數(shù)值。

7） 上傳檢測(cè)結(jié)果到EOL系統(tǒng)，測(cè)試完成。

4 結(jié)論

通過模擬基站對(duì)藍(lán)牙/WIFI/2G/3G/4G/5G等信號(hào)進(jìn)行模擬，與被測(cè)車輛建立通信連接，通過自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試整車無線通信功能與性能，解決目前車聯(lián)網(wǎng)通信下線檢測(cè)技術(shù)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(chǎn)品的品質(zhì)。