當前，全球5G規模商用部署已進入“快車道”，在網絡條件日趨成熟的背景下，車聯網產業迅速發展，已經開始改變普通大眾的駕駛體驗和日常生活。完整的車聯網業務需要人、車、路協同，基于蜂窩移動通信、V2X等基礎設施，與大數據、人工智能網絡協同，提供包括自動駕駛、高級輔助駕駛、智慧交通等全新業務體驗?，F階段V2X相關路側設施產業尚處于技術示范階段，車企為了打造初級輔助駕駛、智能座艙、車載信息娛樂等可以直接提升駕駛體驗的方案，越來越關注車載通信模組尤其是5G通信模組的通信質量。同時5G商用網絡經過多年與手機、行業終端的協同發展和優化，條件較為成熟，發揮了車聯網產業第一階段基礎設施的作用。

隨著汽車制造行業越來越關注車載通信系統在5G網絡中的表現，車企也開始自建模擬網實驗室用于實現更細化的5G車載通信模組測試。本文介紹了針對5G多模通信模組進行模擬網測試的技術挑戰和基本方案，涵蓋功能測試、性能測試和穩定性測試等，并分享了實踐經驗。

5G多模模擬網實驗室測試發展現狀

模擬網測試是指利用商用設備在實驗室或可控小規模外場區域，建設與商用網同樣架構的端到端測試環境，用于驗證被測產品在實際網絡中的功能、性能和兼容性。在2G、3G和4G產品測試中，模擬網測試一般作為進入外場測試前的最后“門檻”，避免故障進入外場測試階段。到了5G階段，各大終端、芯片和模組廠家開始自建大規模模擬網測試環境，將模擬網測試向研發階段前移，其重要程度也顯著提升，主要原因在以下方面。

一是商用網絡“四代同堂”，測試不僅要解決5G單模問題，還需要解決5G與4G、3G甚至2G的互操作問題，測試難度提升，測試用例增加，測試周期必然大幅拉長。

二是為了獲得最佳用戶體驗，基礎性的功能、兼容性、互操作測試已經無法滿足終端廠家對通信性能的極致追求，將模擬網作為信號源，利用空口信道模型完成針對基帶芯片、射頻前端和天線的測試及優化成為主流終端廠家的重要研發環節。

三是設備穩定性不斷提升，傳統的“外場測試出現問題后回到實驗室復現解決”的模式已經非常低效，企業利用自建模擬網實驗室引入大量的穩定性、自動化測試方案，可以在產品商用前將可能出現的問題提前暴露在實驗室。

基于上述目的，近3年來基于模擬網的測試方案普遍應用于終端研發階段的測試中，從基本的功能性、兼容性測試逐漸演進到性能、穩定性測試。形成了如下幾類典型實踐。

功能和互聯互通測試

作為最傳統的模擬網測試類型，功能和互聯互通類測試是在產品商用前，在最接近運營商真實網絡的環境中對各類業務的功能和互聯互通能力進行驗證，通過業務拉通各網元間信令流程，對通信協議層面可能存在的問題進行最終驗證。該類型測試對模擬網環境配置要求較低，針對重點關注的商用市場，配置對應模式、廠家和頻段的小區，接入業務平臺，測試工程師通過手動或自動化的方式操作被測終端完成業務流程，配合信令分析軟件或路測軟件定位并分析故障。

網絡兼容性測試

在通信芯片和終端開發初期，協議一致性測試主要是通過綜測儀完成，理論上綜測儀、系統設備、終端和芯片都是根據標準化的協議開發，但在實際測試中卻出現各類兼容性問題，其主要原因是各廠商對協議理解不一致。為保障自家產品與各系統設備均能兼容，終端廠家需要與各基站、核心網設備廠家完成兼容性測試。另外，實際商用的核心網和基站配置參數量巨大，在運營商網絡中的具體配置千差萬別，由于配置差異而導致的外場問題需要在實驗室內復現解決，這也屬于兼容性測試的范疇。

無線性能優化

在功能和兼容性較為成熟后，終端進入性能的差異化競爭階段。終端性能表現不僅受限于基帶算法，天線設計和優化也起到關鍵性作用，因此，需要在確定的空口信道條件下，開展針對性的基帶和天線優化。相比綜測儀等網絡模擬儀表而言，模擬網系統使用與運營商商用網絡相同的設備，其容量和處理能力也與運營商商用網絡相同，不存在上下行網絡能力受限的情況。只有將模擬網作為信號源，配合信道模擬器和空口信道模型，才能構建出最接近真實商用環境的性能測試系統。業界主流終端廠家已經著手建立自有典型無線空口信道場景庫，以此作為全系列機型的精準性能優化手段。

穩定性測試

終端穩定性測試是從終端M T B F（Mean Time Between Failure）測試的基礎上發展而來。為了保證終端內置軟件長期運行的穩定性和可靠性，在保證網絡通暢的前提下進行軟件系統的大容量、高負荷、長時間測試以發現系統故障?？紤]到通信質量本身就是影響終端業務表現的關鍵因素，終端廠家在MTBF測試中引入了蜂窩移動通信網絡，將信號強度、信號變化、切換、重配、干擾等因素作為測試條件，大幅提升了終端穩定性測試完整度。部分終端廠家已將網絡損傷因素引入MTBF測試條件中，完成之后就能模擬現網全部測試條件，形成完整的模擬網穩定性測試系統，如圖1所示。

圖1 模擬網穩定性測試系統方案架構

經過多年探索和應用，5G多模智能手機的模擬網測試方案已非常成熟。該測試方案持續幫助企業提升產品質量、優化產品性能，同時在模擬網基礎上實現不斷探索創新，為車載通信引入模擬網測試打下了堅實基礎。

5G車載通信模組測試的需求和挑戰

近兩年，越來越多的車企意識到通信系統對整車的重要性，因此加大了通信系統研發和測試方向的團隊建設力度和資源投入，部分車企已經具備自研車載通信模組能力，可以預見，移動通信和汽車制造之間的行業融合將越來越緊密。車載通信模組的測試可以借鑒大量傳統終端成熟測試方案，而對于典型的車載場景，需要針對性地開發測試系統或進行現有測試方法的定制化升級，表1為傳統終端與車載通信模組測試需求差異對比。

表1 傳統終端與車載通信模組測試需求差異對比

針對模擬網相關的測試方向，5G車載通信模組的需求和挑戰主要包括以下3個方面。

一是多類型業務并發。車載通信模組需要完成整車運行數據、輔助駕駛數據、信息娛樂數據等多類型業務，對通信性能要求更高。在模擬網測試系統設計的過程中，需要配套對應的各類業務模型，在核心網和業務平臺側的建設規模將比智能手機測試更大。

二是天線模組的差異化設計。車載通信天線不斷升級，傳統的鯊魚鰭天線、最新應用的前置板狀天線以及未來整車布放的天線系統都會帶來不同的通信性能影響。天線的尺寸直接影響模擬網測試線屏蔽室的建設規劃，新測試系統的建設需要提前考慮后續整車天線方案的需求。

三是大量高速移動場景和復雜特殊場景需求。大量高速移動場景主要帶來多普勒效應和頻繁小區間切換的挑戰，使得模擬網測試方案從初期就不能只考慮功能測試，需要引入集成了信道模擬器的性能測試模塊。同時，面臨隧道、地庫、高架橋等復雜特殊場景和惡劣氣候環境影響，車載通信測試方案與傳統測試方案的差別主要是空口多徑傳播和小尺度衰落的差異化，這就更依賴空口信道模型的引入。

5G車載通信模組的模擬網測試方案設計

5G車載通信模組的模擬網測試方案設計統籌需考慮功能測試、性能測試和穩定性測試需求，針對特定應用場景和無線性能需求，兼顧成本和收益，以實現較完整的模擬網基礎平臺和可擴展的各類測試系統。

模擬網基礎平臺方案

面對日益全球化的汽車市場，國內外車企均面臨“出海”需求，模擬網建設應考慮對全球運營商網絡的模擬，平臺設計須考慮現存移動通信制式和全球主要頻段的要求。

核心網

運營商級的商用核心網建設和維護成本極高，且2G、3G、4G和5G的核心網需要全部配置，而全球有4家主流核心網設備提供商，對于模擬網平臺建設都是必選。采購4套運營商級核心網對于企業自建模擬網來說投入極高，目前的最優方案是與現有多廠家大型核心網的實驗室合作通過遠程方式接入，同時在本地架設核心網用戶面網元設備，既保證了用戶面業務性能，又保障了測試數據安全，極大節省了投入。

接入網

基站采購是模擬網平臺建設的主要投入，應針對全球重點市場確定制式和頻段，選擇當地運營商主要宏基站供應商的設備。5G基站有AAU和RRU兩類站型，如果選擇AAU站型則需要配置對應的工裝轉接板，才能將射頻信號以傳導方式引出，便于后續各測試系統建設。

射頻信號控制

模擬網基站數量多且覆蓋多制式，要實現對信號強度的控制、小區間切換和模式間切換，比較高效的方式是通過軟件控制將射頻信號配置到所需測試線。這就需要引入程控衰減系統，將射頻信號從基站天線口通過程控衰減器，經過多跳射頻線纜及連接器，最終到達被測通信模組的天線口或屏蔽室中，程控衰減系統如圖2所示。

圖2 程控衰減系統示意

基于模擬網的測試系統

基于5G多模車載通信模組的模擬網測試系統主要分為3類，現階段各種針對性的測試能力都可以歸納在這3類之中。

射頻信號控制

主要是完成基本功能和接口協議類相關測試，包括L1/L2/L3協議的NVIOT測試、外場問題復現測試、基本業務測試等。測試系統可以是傳導方式或OTA方式，測試工程師根據測試用例預置核心網和基站配置，控制信號強度，完成終端撥測并記錄和分析測試結果，功能測試系統的典型測試用例見表2。

表2 功能測試系統的典型測試用例

性能測試系統

主要完成空口性能相關測試，需要在測試環境中配置信道模擬器，將3GPP標準信道模型（如EVA、ETU、EPA、SCME、IMT-A、38.901 CDL等）或外場錄制的真實信道模型（如密集城區、高架橋、隧道、地庫等）導入，用于性能優化和問題定位。以傳導方式構建的性能測試系統主要針對通信芯片算法進行性能優化和評估；以OTA方式構建的性能測試系統可以完成整機和天線性能優化測試，測試環境則需要引入多探頭微波暗室。性能測試系統架構如圖3所示。

圖3 性能測試系統架構

穩定性測試系統

穩定性測試系統需要模擬在不同網絡配置和條件下，車載通信模組各類用戶行為的長時間烤機測試。

測試系統重點要求3個方面的自動化控制：一是被測車載通信模組的自動化撥測，可以通過模組廠家自研或第三方APP實現模擬用戶行為的控制；二是射頻信號的自動化控制，通過設計和編制腳本控制程控衰減矩陣系統實現小區信號強弱、小區間切換、制式間切換、干擾信號開關等的控制；三是基站的自動化配置，通過基站網管的控制接口實現小區組網控制和參數的配置修改。上述3個方面通過統一管理軟件協同控制，并且能將模組側和基站側的Log進行自動化比對分析，最終實現完整的穩定性測試能力。穩定性測試系統架構如圖4所示。

圖4 穩定性測試系統架構

測試線規劃設計原則

需求優先原則

在模擬網測試系統建設時，車企需要提前考慮現階段和未來一段時間內的全球出貨地，根據當地運營商和系統廠家設備配置對應的基站站型和頻段，在基站設備資源池預留足夠的未來擴容空間。根據對自身產品和測試量的考慮，對功能測試線、性能測試線和穩定性測試線數量進行合理規劃和配比，其中穩定性測試線需要考慮并行測試的方式和數量，選擇建設多條測試線還是可容納更多被測物的大型測試間。

最低路損原則

基站資源池放置地應設計在與各測試線均靠近的位置，以滿足最低路損要求。對信號路損敏感程度從高到低依次為：性能測試系統、穩定性測試系統和功能測試系統。性能測試系統在未加載空口信道模型時須保證峰值，因此一般需要獨占小區資源，對性能測試需求較多時可以考慮專門配置基站資源。

結束語

車載通信模組的模擬網測試仍處于起步階段，且目前以5G多模蜂窩移動通信系統作為主要測試內容，相應場景、模型、腳本的積累剛剛開始。隨著車載通信系統的不斷發展和完善，未來針對車載通信模組的模擬網測試將向著蜂窩移動通信與短距通信結合、蜂窩移動通信與V2X結合、車載模組測試與整車測試結合的方向進行技術演進，為提升車內、車外通信質量和廣大車主駕駛體驗作出更大貢獻。

作者：中國信息通信研究院新一代移動通信測試驗證國家工程研究中心高級工程師 陳凱

編輯：黃飛