生产现场车载无线通信测试系统设计

张海龙， 郭宏伟， 张晓光， 郝梦园， 黄金山， 陈 越

（中国第一汽车集团有限公司， 吉林 长春 130013）

随着车联网技术的发展，用户对智能网联汽车的关注日益提升，智能网联汽车是以汽车为主体，利用环境感知技术实现多车辆有序安全行驶，通过无线通信网络等手段为用户提供多样化信息服务。智能网联汽车与一般汽车相比，主要增加了环境感知与定位系统、无线通信系统、车载自组织网络系统和先进驾驶辅助系统等，车联网终端作为智能网联汽车的“大脑”，承担了车辆的通信功能，其下线检测方法的研究将是保证智能网联汽车通信系统整体安全、合规、完整运行的基础保障。

在现有自动驾驶汽车虚拟测试、封闭场地测试和公开道路测试的框架下，99%的测试验证工作应在模拟环境中完成，0.9%应在实际场地环境中完成，最后少部分在公共交通环境中完成。基于仿真和硬件在环开展车联网技术的测试评价是一项十分重要的手段。未来可以在实验室环境下进行车联网通信硬件和协同式自动驾驶系统的自动测试和加速测试，将会节约大量的人力和物力，推进智能网联汽车的发展。

1 车载无线通信技术概述

1.1 车载蓝牙技术应用现状

在2010年，蓝牙技术有了两个分支：传统蓝牙和低功耗蓝牙。蓝牙3.0之前的版本，称为传统蓝牙，被用于一些语音业务和数传业务，比如蓝牙耳机、智能蓝牙音响和打印机等。从蓝牙4.0后，称为低功耗蓝牙，包含蓝牙5.0在内，主要应用于一些对功耗要求较高的电子设备，一个纽扣电池就能支持运行很长时间，如健康手环、智能穿戴设备等。

2019年发布的蓝牙5.1，引入了寻向技术，让蓝牙在室内定位上有了更广阔的发展空间。之后的蓝牙5.2，引入了功率控制以及蓝牙音频等特性。

对于汽车方面的应用，传统蓝牙方面，主要为蓝牙耳机、音箱设备、蓝牙免提电话等音频产品。低功耗蓝牙方面，主要指车辆定位功能、车辆遥控功能等。因此蓝牙的测试需要覆盖传统蓝牙技术以及低功耗蓝牙技术。

1.2 车载WIFI技术应用现状

车载移动网络也称为车辆移动通信网络。车辆移动通信网络作为新型的车辆通信网络，可以实现车辆与车辆之间，车辆与路边基础设施之间的多跳无线通信，为车辆提供多种安全应用（如事故预警、交通管理） 和非安全应用（如路况指示、接入及车辆间多媒体数据传输）。无线通信技术飞速发展给我们带来了更多的选择，WIFI以其技术的成熟、应用的广泛、成本的低廉逐渐进入学者和研发人员的视线，具有实现车载无线网络下宽带接入的可能性。

1.3 车载LTE技术应用现状

日益发展的车联网系统以及用户各种新需求的不断出现给无线通信技术提出了更高的要求，研究者们开始对其他多种通信机制进行研究，以期发现能够更适用于车载终端软件系统应用的无线通信机制。在此背景下，作为3G向4G演进的主流通信技术LTE以其高效的网络性能越来越受到车联网通信领域研究者的重视，为车联网系统通信技术的发展带来了机遇。LTE具有的种种性能优势使高清音频和视频应用成为可能，通过终端软件程序，汽车将可以实现实时的视频诊断并提供更精确的实时交通信息。

1.4 车载eCALL应用现状

如图1所示，一个完整的紧急呼叫系统由以下子系统组成：导航定位系统GNSS（Global Navigation Satellite System）、车载系统IVS（In-vehicle System）、基站系统BS（Base Station）、公共安全应答中心PSAP（Public Safety Answering Point）。

图1 紧急呼叫系统

当汽车碰撞发生触发紧急呼叫时，车载系统会自动与公共安全应答中心建立语音连接，当连接建立成功，MSD信息会通过语音通道或者短信通道发送至公共安全应答中心，该中心的后台软件会解析MSD的信息，并与车载系统进行语音通话了解车内乘员的状况，并根据情况的不同采取相应的措施。

2 无线通信测试系统设计

2.1 无线通信测试系统硬件架构设计

无线通信测试系统硬件设计主要包含整车屏蔽工位、自动化检测软件系统、电检EOL设备、无线综测仪（模拟基站）、GNSS 中继放大器、信号天线、馈线等。系统硬件设计架构如图2所示。

图2 无线通信测试系统软件架构设计

1） 屏蔽装置主要作用为屏蔽空间中的公共无线网络，材质为“双层钢网+金属薄膜+轻质支撑板”，前后配电动卷帘门，卷帘门做金属材质柔性覆盖与搭铁屏蔽处理，全部金属材料良好搭铁屏蔽外界信号。

2） 自动化检测软件系统主要负责通信服务数据接口、自动化测试系统、测试结果记录，以及与EOL设备交互。

3） 无线综测仪（模拟基站）：模拟3G/4G/5G/WIFI/蓝牙信号、信号发送接收、信号分析处理。

4） GNSS中继放大器用于将外界GNSS信号引入到屏蔽室，起到eCALL测试时车辆定位信号功能。

2.2 无线通信测试系统软件架构设计

如图3所示，整个无线通信测试系统的软件架构主要分为测试模块交互服务和自动化测试程序两部分。交互服务主要包括TPS云平台反馈服务、eCALL云平台反馈服务、LTE通信测试交互服务、WIFI测试交互服务、BLE测试交互服务，这些都集成在模拟基站的仪表终端里；自动化测试软件主要包括测试用例、序列化测试执行引擎、面向网络的集成控制中间件，自动化测试软件与仪表之间进行通信，调用各个测试模块，并将最终的测试数据上传至EOL设备中。

图3 无线通信测试系统软件架构设计

3 无线通信自动化测试流程

3.1 生产现场蓝牙自动化检测

Bluetooth Classic & Bluetooth Low Energy射频性能测试（被测产品进入到Test mode模式）。综测仪和被测车辆之间通过无线天线进行通信，被测车辆与测试天线间相对位置固定以便于实现传导损耗补偿。蓝牙功能测试，基于模拟基站BLE蓝牙功能控制功能，测试车载蓝牙功能。蓝牙射频性能测试，通过测量Tx&Rx射频参数，评估车辆蓝牙通信品质。整个完整的测试流程如图4所示。1） 被测车辆进入金属网屏蔽室，行驶到达预定位置。2） 电检EOL设备控制车载蓝牙，通过内部主机控制接口（HCI） 启用被测车辆（EUT） 的Test mode测试模式。

图4 整个完整的测试流程

3） 综测仪（主设备） 通过搜索Bluetooth设备（查询）或直接寻找特定EUT 的地址，可以与被侧车辆（从设备）之间建立蓝牙连接。

4） 建立蓝牙连接后，综测仪即可使用测试控制命令来控制车辆。操作模式采取环回测试模式。

5） 对于发射测试，综测仪在“标准的”电平下发射，EUT 将数据包返回给综测仪，以便测量EUT的发射参数。

6） 对于接收测试，综测仪在很低的电平下发射。EUT接收数据包时，会出现误码。EUT将错误的数据包返回给综测仪，以便综测仪确定误码率。

7） 测试的结果上传到EOL设备，最终被记录在自动化检测设备中。

3.2 生产现场WIFI自动化检测

WIFI的组网包括AP（路由器）、STA（终端） 两种模式，主要针对车辆STA模式进行连接测试，因此需要测试仪表模拟成AP对等角色以进行真实的业务连接，对车辆WIFI终端完成发射机和接收机的射频测试。综测仪和被测车辆之间通过射频进行通信，采用天线方式连接，对射频空口传导标定空间损耗，以确保测试结果的准确性。WIFI射频性能测试，通过测量Tx&Rx 射频参数，评估车辆WIFI 通信品质。WIFI 射频性能测试流程如图5所示。

图5 WIFI射频性能测试流程

1） 被测车辆进入金属网屏蔽室。

2） 电检EOL设备激活车辆WIFI功能，并自动搜索主动连接指定的AP（WIFI名称）。

3） 综测仪AP打开WIFI热点，车辆基于AP名称主动与综测仪（AP） 之间建立WIFI连接。

4） 建立WIFI连接后，综测仪即可使用测试控制命令来控制车辆。操作模式采取环回测试模式，综测仪将数据包发送给EUT，EUT再将数据包回环到综测仪进行数据分析。收发测试都可以在此模式下进行，从而完成IEEE规范中规定的标准测试。

3.3 生产现场移动通信自动化检测

检测内容主要为4G/5G功能链路是否正确、完整；TSP云诊断功能链路是否正确、完整；信号收发射频指令、功能实现：①车辆进入生产现场；②EOL设备通过OTA车辆Profile配置文件；③车辆进入金属网屏蔽暗室；④模拟基站自动与车辆连接；⑤模拟基站启动4G、5G通信性能测试；⑥模拟基站建立数据通道，与TSP服务器建立连接；⑦自动化设备触发TSP远程诊断功能，测试通信链路。

3.4 生产现场eCALL自动化检测

对于整车级紧急呼叫测试，更关注于紧急呼叫功能的稳定性和可靠性。无线综测仪可以用于模拟移动制式的网络，为IVS提供模拟的2G通信网络信号。矢量信号发生器/GNSS中继放大器用来模拟导航卫星信号，给IVS提供导航使用的GPS/GLONASS/BeiDou定位信息。定向双极化天线用来发射网络和导航信号。开发的紧急呼叫自动测试软件，可以用来模拟PSAP，支持MSD的显示，呼叫流程监控，自动报告生成、数据库等功能，防止意外的数据丢失。

1） 车辆进入金属网屏蔽暗室，借助定位装置行驶到固定的位置上。

2） 待确认车辆2G通信连接后，EOL设备激活车辆eCall呼叫功能。

3） 模拟基站检测与接收eCall信号。

4） 模拟基站虚拟呼叫中心PAPS解析与应答。

5） 自动化系统检测eCall短报文及语音呼叫。

6） 自动化系统检测eCall信号功率数值。

7） 上传检测结果到EOL系统，测试完成。

4 结论

通过模拟基站对蓝牙/WIFI/2G/3G/4G/5G等信号进行模拟，与被测车辆建立通信连接，通过自动化系统测试整车无线通信功能与性能，解决目前车联网通信下线检测技术存在的缺口，避免无线通信有问题的车辆流入市场，从而提升了产品的品质。