智能网联汽车整车测试技术探讨_智能网联汽车测试标准

通信世界网消息（CWW）随着汽车智能化、网联化程度加深，新型无线与移动通信技术在汽车产业迅速发展，广泛应用于智能座舱、紧急呼叫、V2X等高级自动驾驶辅助系统。2020年，国家发展改革委等11个部门联合发布的《智能汽车创新发展战略》明确提出，将“测试评价技术”和“无线通信网络”作为构建智能汽车六大体系的重要技术和基础保障。如何成本可控且高效率地开展整车级别各类测试，是当前智能网联汽车行业亟需突破的技术方向。

如何将移动通信测试技术赋能车联网测试，满足多模蜂窝移动通信结合短距通信的车载通信测试需求，成为当前行业热点。本文着重探讨并归纳了整车测试的技术需求和主要方向，提出了初步实现方案和关键指标，以期对引导业界开展方案落地和推广起到一定作用。

整车测试的必要性和发展

现状智能网联汽车通过通信模组与外界互联互通并实现多样化车载应用，供应链上游的通信芯片、模组和TBOX厂家已针对通信协议和基本链路性能开展了测试，但集成到整车以后仍然暴露出诸多兼容性和性能问题。主要包含以下四大原因。

一是车体金属结构对天线无线传输有较大的影响，基于芯片级和模组级的测试无法考虑天线对射频和性能指标的影响；二是为提升智能座舱通信性能，天线与车体统一化设计已成为业界共识，使得天线成为车体本身的一部分，只有整车统筹考虑的测试方案才能涵盖全系统测试；三是芯片级和模组级测试遍历度有限，一般只开展基于综测仪和典型真实运营商网络配置的测试，且用例集极少，没有考虑到全球重点运营商配置差异；四是芯片级和模组级测试只测试基础功能和应用，而全球各运营商的新功能和应用商用计划差异较大，难以被全面覆盖。

为了体系化地分析整车测试需求，可以把整车测试归纳为模拟网测试、射频测试和性能测试三个方向（如图1所示），分别解决功能、射频和性能问题。三类测试基本覆盖了整车测试的主要需求，通过三类测试的结果可以综合评估整车的移动通信表现。

图1 整车测试三大方向

现阶段模拟网测试和性能测试主要基于车企对自身产品性能日益增长的要求，业界对其重要性达成了共识。部分车企和检测机构已经启动建设整车模拟网和性能测试系统，而每个企业根据自身目标市场差异选择不同的配置，短期内很难形成统一的评价标准。

当前中低频暗室测试方案主要是解决5G基站和终端大规模天线阵列（MIMO）难以开展传导测试的难题。由于基站和终端设备尺寸较小，因此移动通信测试暗室静区不超过1.5米。而整车测试静区要求不低于6米，远超现有方案，使得技术要求、实施难度和成本均大幅提升。国外车企非常重视汽车天线测试技术的研究，一些企业建立了汽车天线性能的企业标准，部分企业已经建立自己的汽车天线测试实验室。国内也启动了整车射频测试方案的标准化工作，有望在2027年前完成技术路线选择，形成国内统一标准。

整车模拟网测试技术研究

智能网联汽车模拟网测试系统是一种用于对智能网联汽车进行测试与验证的仿真系统。该系统通过模拟真实的蜂窝覆盖、车辆行为以及实际道路环境，对汽车性能、通信技术、安全等方面进行全面评估。随着智能网联汽车产业的快速发展，模拟网测试系统已经成为汽车制造商、供应商和研究机构不可或缺的研发工具，对于保障汽车质量和提高汽车安全性具有重要意义。

智能网联汽车模拟网测试系统的架构主要包括硬件部分、软件部分和数据部分（智能网联汽车模拟网测试系统架构如图2所示）。硬件部分包括蜂窝通信设备和测试平台等，软件部分包括建模软件、测试软件等，数据部分包括测试数据、分析数据等。

图2 智能网联汽车模拟网测试系统架构

首先，硬件部分是整个测试系统的基石。它包括蜂窝通信设备和测试平台。蜂窝通信设备用于模拟车辆在实际道路行驶时的蜂窝无线信号，为测试提供真实的环境条件；测试平台则包含实验室内部的信号分布系统、关键仪表和屏蔽体等，测试平台可以安装和运行测试软件，收集和分析测试数据。这些硬件设备需要具备高度的稳定性和可靠性，以确保测试结果的真实可靠。其次，软件部分是整个测试系统的核心。它包括外场数据采集软件、数据建模软件和自动化测试软件。外场数据采集软件、数据建模软件用于模拟车辆的动态行为，以及真实道路的各类工况，其中最重要的是道路上的无线信道环境，为测试提供真实的数据输入。自动化测试软件则用于控制蜂窝通信设备和测试平台，执行各种测试任务，并收集和分析测试数据。这些软件需要具备高度的灵活性和可扩展性，以适应不断变化的测试需求。最后，数据部分是整个测试系统的重要组成部分。它包括测试数据和分析数据，测试数据是测试过程中收集的各种数据，包括通信数据、车辆状态、道路环境、传感器数据等；分析数据则是通过对测试数据的分析和处理，提取有用的信息，用于评估车辆的性能和安全性。这些数据需要具备高度的准确性和完整性，以确保测试结果的可靠性和有效性。

模拟网测试系统通常分类为三类。一是通信基本功能测试，这是模拟网测试系统中最基础的部分，主要测试通信设备的各项基本功能是否正常，如呼叫建立、释放和通话质量等；二是网络互联互通测试，主要测试不同网络设备之间的通信是否畅通，以及网络设备之间的协议是否正确；三是通信和业务稳定性（MTBF）测试，主要是通过长时间运行测试，观察通信设备或网络的运行是否稳定，以及是否会出现故障。

为了实现整车模拟网测试，上述三类测试均需要在可以容纳整车的屏蔽室中完成，这就面临以下几个技术挑战：多模多频模拟网整体系统高成本问题、多小区信号引入的路损问题、屏蔽室中天线设计满足整车测试时快速构建4×4MIMO环境的问题、商用网络配置与实验室网络镜像环境比对一致性难题、网络配置与车机自动化配合及同步问题。

当前，上述挑战已通过多项专利技术有效解决，整车模拟网测试系统也有望在2024年全面落地。

整车射频测试技术研究

整车空口射频测试有望成为智能网联汽车商用前的强制检测项目之一，用于评测智能网联汽车的通信发射机、接收机等性能。目前整车空口射频测试国家标准正处于拟制阶段，预计将在2~3年内正式发布。

整车空口射频测试按测试类别可分为无源和有源测试。无源测试用于分析整车的天线性能，测试指标包括峰值增益、平均增益、波束指向、波束宽度、天线效率、轴比、端口隔离度、交叉极化比等。为了获得这些指标的测试结构，需要对整车进行无源天线方向图测试，并对测试数据进行统计和处理。无源测试的测试信号为连续波信号，测试仪表通常采用矢量网络分析仪。有源测试用于分析整车的发射机和接收机性能，发射机性能指标主要是Effective Isotropic Radiated Power（EIRP）和Total Radiated Power（TRP），接收机性能指标主要是Effective Isotropic Sensitivity（EIS）和Total Isotropic Sensitivity（TIS）。不同于无源测试，有源测试的测试信号为调制信号，测试仪表通常为无线综合测试仪。按制式划分，整车空口有源射频测试需涵盖2G、3G、4G、5G NSA、5G SA、蓝牙、GNSS、V2X、WLAN等。

整车空口射频测试一般在全电波暗室中完成，系统主要包括自动化测试软件、射频集成单元（含功率放大器、低噪放大器、射频开关等）、测量探头、扫描机械结构、测量仪表等。从测试技术上划分，主要分为直接远场、间接远场、近场、中场方案。整车射频空口测试主要方案原理如图3所示。

图3 整车射频空口测试主要方案原理

直接远场测试方法需要在天线有效辐射区域远场的条件下进行，在Sub 6GHz频段测试距离需要几十米甚至上百米，在测试成本、动态范围等方面均存在较大的挑战。

间接远场也可称为紧缩场，通过在全电波暗室中放置大型反射面，在较短距离内达到远场效果。该方法在动态范围内是可行的，是移动通信领域常用的认证测试技术之一。在智能网联汽车领域同样被认为是潜在的认证级射频空口测试技术，业内目前已有大型紧缩场测试系统用于大型移动载体（如汽车、飞行器）的射频空口测试，能支持射频空口有源、无源测试。

近场测试技术是在辐射近场区域完成信号采集，再通过近远场变换算法推演出汽车的远场射频指标。该技术能够大幅缩短测试距离，是一种测试成本较低的射频空口测试技术。近场测试一般包括平面、柱面、球面三种扫描方式，基于平面和柱面扫描的近场测试系统主要面向高增益、窄波束待测设备，而汽车上的天线一般为低增益天线，方向性较弱，波束较宽，且其分布位置随机。因此，面向汽车的近场测试系统需要采用球面近场测试技术。

中场测试技术是在测量距离中场的条件下进行的，介于近场和远场之间，测试距离通常为远场距离的1/5到1/4。该技术主要用于有源射频指标的测试，测试精度相比近场有源测试有可观的提升，能够与紧缩场有源测试的精度比拟，是一种高精度、较低成本的有源空口射频测试技术。整车空口射频测试方案对比见表1。

表1 整车空口射频测试方案对比

注1：鉴于汽车的远场需要几十米甚至更远，暗室成本过高，占地面积过大，且现有的有源放大器件不足以支撑如此长的空口距离，系统动态范围无法满足整车测试需求，因此整车测试一般不考虑远场方案。

整车性能测试技术研究

MIMO OTA测试系统可用于定量检验智能网联汽车4G/5G空口通信性能，验证汽车与外界通信的可靠性、即时性及传输速率等性能指标，是一种适用于整车性能测试的系统。自2010年起，国内外各大标准组织就开始针对终端测试的相关MIMO OTA方法进行讨论，相比于传统的SISO OTA，MIMO OTA测试采用端到端吞吐量作为接收性能的评估指标，用以区分不同车辆在不同的衰落信道中的性能表现，已经成为对多天线终端进行性能测试的一种主流方案。从4G时代开始，多探头暗室法、辐射两步法以及混响室法就已经成为了标准规定的三种MIMO OTA测试方案。其中混响室法是通过混响搅拌形成一个3D均匀分布的场，不具有方向性，无法模拟任意来波，因此在5G时代已经不再作为终端MIMO OTA测试的标准方案。

多探头暗室法最大的优势是黑盒测试，即在多探头暗室中构造出了真实的电磁衰落环境，可对汽车通信情况进行直接检验。将被测车辆放置于系统中心区域，该区域内车辆感知到的信号衰落与外场一致，因此测试结果贴近于真实道路情况。采用该方法可快速获得整车通信性能测试指标，如吞吐量、掉网掉话率、下载失败率等，测试结果可直接反映整车系统（车载终端、芯片、射频链路、天线）在外场环境的真实水平。多探头暗室法的系统结构如图4所示，由4G或5G综测仪发送调制信号，通过信道模拟器模拟多径、多普勒等衰落信道特征，再通过功率放大器对空间路损进行补偿，最后经由暗室内部的多探头天线辐射信号。

图4 多探头暗室法系统结构

相比于手机终端测试的多探头暗室法，应用于整车测试的多探头暗室法主要存在三方面挑战。

一是整车测试需要的静区面积变大，因此需要更多的探头进行环境重构，在探头数目增多的同时也面临着其他通道成本的增加，因此需要采用优化信道模型、探头布局等方案，在探头数目有限的情况下增加静区面积。

二是由于被测物体积变大，同时需要的探头数目增多，为了降低探头之间的反射，暗室半径需要增加。而暗室半径增加会带来更大的空间路损，对射频链路的动态范围带来不小的挑战，因此对暗室半径的权衡也是一个主要问题。

三是由于被测物尺寸增加，整车MIMO OTA测试已经不满足远场条件，因此需要优化算法来拟合理论信道模型的空间相关性。

另外一种经典的应用于整车MIMO OTA的性能测试方案为辐射两步法。辐射两步法是由传导两步法演进而来的一种测试方法，顾名思义共分为两步，第一步获得汽车的天线方向图，第二步将天线方向图信息代入信道建模过程，再进行吞吐量等参数的测试。辐射两步法的系统结构如图5所示。与传导两步法相比，辐射两步法的第二步增加了求解空间矩阵（图中H部分）逆矩阵的过程，将求解出的逆矩阵代入信道模型中，可以获得传导直连的效果，直连效果用隔离度指标进行评判。

图5 辐射两步法系统结构

辐射两步法虽然相比于多探头暗室法可以节约成本，但在测试过程中需要精确地获得被测车辆的天线方向图、天线位置等信息，同时需要被测车辆上报相位信息，以求解第二步中需要的逆矩阵，因此相比于多探头暗室法也多了限制。与多探头暗室法相比，辐射两步法更偏向于一种白盒测试，较适用于天线设计及迭代验证阶段。

智能网联汽车整车测试系统的应用场景非常广泛，涵盖了汽车研发、生产、测试、认证等多个环节。随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，整车测试的各类测试方案也将层出不穷，大幅提升国内汽车行业检验检测能力，促进车载通信设备性能优化升级，满足消费者对汽车性能、安全性和舒适性的需求。