基于整車無線通信OTA的測試分析

摘要：隨著智能網聯汽車的發(fā)展，移動通信技術被廣泛應用于高級輔助駕駛、緊急呼叫、V2X等領域。然而在汽車領域，如何進行復雜無線環(huán)境下的移動通信業(yè)務的保障，如何測試整車無線通信的性能，還存在空白。據此，著重探討并歸納了整車測試的技術需求和主要方向，以及在整車空中接口方面的注意事項，提出了初步實現方案，以期在整車的空口測試方面提供參考。

關鍵詞：智能網聯汽車；高級輔助駕駛；無線通信；無線環(huán)境；整車測試；空口測試

中圖分類號：U467.5收稿日期：2024-10-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.022

1前言

隨著智能網聯汽車市場的快速發(fā)展，我國逐漸加大了對智能網聯汽車信息安全的監(jiān)管和測試認證的力度。但是在智能網聯汽車的實際應用場合中，會頻繁出現整車和無線通信網絡連接不順暢的現象，從而導致智能網聯汽車的實際應用效果大打折扣，為用戶的使用體驗帶來不好的結果。

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

2整車無線通信OTA測試的必要性

目前業(yè)內還沒有對整車無線通信空口性能進行完整、系統(tǒng)性的測試規(guī)范和要求。如果對整車無線通信空口進行測試，需從如下三個角度來考量測試方案：

a.駕駛需求。隨之智能網聯汽車的普及，輔助駕駛和自動駕駛業(yè)務對傳輸時延和成功率（可靠性）方面都提出了更為嚴苛的要求，這些要求比手機的無線業(yè)務要求更為嚴苛。因為手機無線業(yè)務如果出現時延和連接失敗時，手機側會向網絡側發(fā)起再次連接的業(yè)務請求，并且系統(tǒng)側會很快地安排新的業(yè)務通道來保障連接的可用性。

但是整車移動速度要普遍快于手機的移動速度，無線通信的口空環(huán)境也相比手機更為復雜，一旦整車無線通信如果出現時延和連接失敗，會影響整車關于位置及V2X業(yè)務的精準判斷，這關系到車輛行駛的安全。

b.交通場景。需要根據車輛使用的常用交通場景，按照車輛實際需求來對空口的傳輸時延、成功率、丟包率和吞吐量進行明確的定義。然后通過對整車各種交通場景的空口性能進行測試，來確保整車無線通信性能。

c.信道條件。無線信道的條件是由運營商部署網絡的情況來確定的。在測試時，可以通過購買專業(yè)的仿真測試儀器，匹配運營商實際的無線網絡信道情況，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），來實現測試環(huán)境接近實際道路交通的無線環(huán)境。

綜合所述，針對整車的無線測試需要考慮如圖1所示的基本測試內容。目前業(yè)內針對整車無線空口測試，一般只是針對車載通信系統(tǒng)（TBOX）進行有效全向輻射功率（EIRP）和定位精度（GNSS）的測試，并沒有考慮天線對射頻性能指標的影響；同時TBOX天線與車體統(tǒng)一化設計已成為業(yè)界共識，所以整車的形狀、長度、涂裝以及其他電子零件電子兼容（EMC）等因素，都會影響到整車無線通信空口的性能。因此，只有整車統(tǒng)籌考慮的無線測試方案才能驗證整車的無線性能。

3整車無線通信OTA測試考慮因素

a.天線性能與汽車布局設計有關，天線放在車輛不同位置會有不同的性能。

b.整車無線通信天線測試時，為模擬電磁波開闊場地，一般在電波暗室進行，暗室配備了轉轂和轉臺。實際測試以近場為主，測試頻率為800MHz～18GHz（近場），在基本確保測試精度的情況下降低測試成本。

c.在汽車天線測試中，需要將天線作為有源設備來進行測試，這樣得到的測試結果會更加接近真實天線工作狀態(tài)時的測試結果[1]。

d.整車無線通信天線性能測試，需要和整車EMC二者統(tǒng)一進行測試，因為整車的電子零部件較多，在車輛上電或行駛的過程中，車輛上的電子零部件會影響整車的電磁環(huán)境，對整車無線通信天線的無線性能造成嚴重的影響[2]。

e.理論上測試整車無線通信的天線性能時，要考慮到車輛行駛的各種交通場景和各種路面不同反射的情況，否則會造成測試不確定度增大，導致測試結果不準確，而實現這種測試的難度和需要的時間是很多車企難以承受的，目前還沒有車企來完成這種測試。

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

4MIMOOTA測試

目前智能網聯汽車的無線通信技術采用的是4G、LTE（LongTermEvolution）或者5G無線通信技術，兩者均采用了MIMO（Multi-InputMulti-Output）技術。該技術由于采用了收發(fā)信機多天線的布局，造成了其實際性能表現主要與無線傳輸環(huán)境、收發(fā)信機基帶算法和多天線設計布局相關。MIMO的評價指標是吞吐率，吞吐率由系統(tǒng)的接收靈敏度、天線增益、各個環(huán)節(jié)損耗、天線相關性及環(huán)境等因素決定。而無線電波傳輸過程中面臨復雜的傳播環(huán)境，給無線收發(fā)信機的測試帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。

目前業(yè)界認為基于多探頭吸波暗室（MPAC）是MIMOOTA測試最為可靠的測試方法，美國無線通信和互聯網協會CTIA[3]和3GPP[4]的相關標準給出了MPAC測試系統(tǒng)方案搭建方法和模型驗證方法。在移動通信行業(yè)中MPACMIMOOTA（圖3）的測試系統(tǒng)、信道仿真和傳輸環(huán)境的各種衰落的變量（多徑時延、多普勒、交叉極化比等）均是由專業(yè)的測試儀器（是德科技F64或者思博倫VERTEX）來提供模擬的下行信號。

如果將整車作為一個被測設備，按照每個天線均需要與一個CE（信道模擬器）連接，測試直徑5m（車長）考慮，在5.9GHz車聯網頻段上，根據參考文獻[5]計算得到的離散探頭數需要621個，這對實驗室的建設的復雜程度是無法實現的。如果在信道模擬器和暗示天線探頭間引入數字變換網絡，通過修改功率和相位，可以快速地拓展數字通道，達到降低對CE資源的要求。同時在該模塊中還可以加入其他相關無線環(huán)境的參數，測試結果更加真實可靠。

5整車MIMOOTA方案

整車MIMOOTA測試系統(tǒng)是目前用于定量檢驗整車4G/LTE/5G空口通信性能的最佳方案，通過該測試方案可以驗證整車與外界無線通信網絡通信的可靠性、即時性及傳輸速率等性能指標?；诙嗵筋^吸波暗室法最大的優(yōu)勢是黑盒測試，即在多探頭暗室中仿真真實的電磁衰落環(huán)境，對整車通信狀態(tài)進行直接檢驗。方法是將被測車輛放置于測試系統(tǒng)的中心區(qū)域，通過多個探頭將模擬的真實外場的無線信號發(fā)送到整車測試區(qū)域，使測試結果貼近于真實道路情況[6]。

整車作為被測設備，綜合投入成本和測試準確性考慮，建議實驗室結構布局采用如圖4所示來建設，此方案采用用半環(huán)結構、進行180°的半環(huán)OTA測試，在左右各配置4個不同測試的探頭（8探頭）。該方案節(jié)省基建和測試儀表成本的同時，也極大地減少了環(huán)境校準的復雜程度。

采用數字變換網絡的8個CE測試探頭的可行性，在參考文獻[7]中通過數字仿真得到了驗證。在空間相關性數字仿真對比基于采用8個數字變換CE探頭方案與采用32個傳統(tǒng)CE探頭方案，在10倍波長范圍內的測試區(qū)域中的空間相關性變化（圖5）。在圖5中可以看到，在測試區(qū)域范圍內，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0.1。如圖6所示，在時間相關性數字仿真對比基于采用8個數字變換CE探頭方案與采用32個傳統(tǒng)CE探頭方案，在5倍波長時間范圍內基本保持一致，同時與理論曲線變化趨于一致，處于CTIA規(guī)定的范圍內[7]。

6結語

隨著智能網聯汽車的快速發(fā)展和新無線通信技術的廣泛應用，整車無線應用越來越受到消費者的好評，整車企業(yè)也越來越多地將無線應用作為市場的賣點。但是整車的OTA接口性能并不能和手機（或者TBOX）的空口表現一樣，為消費者在使用體驗上帶來較大的差異。為此，整車MIMOOTA測試是目前整車企業(yè)迫切需要進行的測試，該測試也可以和整車EMC測試在同一個實驗室進行，只有經過詳細、周密的OTA測試后，才能確保整車無線通信的通信質量。

為了實現整車OTA測試的準確性，需要各車企和測試單位在信道模型上不斷完善，在實驗室測試結果和實際道路測試結果不斷融合，加入各種交通場景和惡劣天氣因素等變量的調整，使其在暗室中能夠仿真出各種交通場景下真實的信道信息，以不斷完善測試工具。

參考文獻：

[1]胡洋，李國慶.汽車整車OTA測試研究[J].時代汽車，2023（7）：14-16.

[2]田涌君，郭蓬，郭劍銳，等.面向智能駕駛的整車天線測試方法研究[J].中國科技博覽，2019（14）：12-15.

[3]3GPP.Verificationofradiatedmulti-antennareceptionperformanceofUserEquipment（UE）：TR37.977，V15.0.0[S].

[4]CTIA.Testplanfor2x2downlinkMIMOandtransmitdiversityover-the-airperformance：Version1.2[S].

[5]TOMMIL，PEKKAK，NUUTINENJP，etal.OnthenumberofOTAantennaelementsforplanewavesynthesisinaMIMO-OTAtestsysteminvolvingacircularantennaarray[C]//ProceedingsoftheFourthEuropeanConferenceonAntennasandPropagation，2010.

[6]陳凱，馬宇辰，楊曉航，等.智能網聯汽車整車測試技術探討[J].通信世界全媒體，2024（2）：28-31.

[7]李雷，魏貴明，姜國凱，等.面向汽車的MIMOOTA測試技術[J].電信科學，2021，37（2）：32-38.

作者簡介：

馬文博，男，1990年生，高級工程師，研究方向為智能網聯汽車測試評價。