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，基於蜂窩移動通信、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。現階段V2X相關路側設施產業尚處於技術示範階段，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。

隨著汽車製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於實現更細化的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，並分享了實踐經驗。

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，用於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後“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，測試週期必然大幅拉長。

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“外場測試出現問題後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。

基於上述目的，近3年來基於模擬網的測試方案普遍應用於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。形成瞭如下幾類典型實踐。

(1)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，接入業務平台，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並分析故障。

(2)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，由於配置差異而導致的外場問題需要在實驗室內復現解決，這也屬於兼容性測試的範疇。

(3)無線性能優化

在功能和兼容性较为成熟后，终端进入性能的差异化竞争阶段。终端性能表现不仅受限于基带算法，天线设计和优化也起到关键性作用，因此，需要在确定的空口信道条件下，开展针对性的基带和天线优化。相比综测仪等网络模拟仪表而言，模拟网系统使用与运营商商用网络相同的设备，其容量和处理能力也与运营商商用网络相同，不存在上下行网络能力受限的情况。只有将模拟网作为信号源，配合信道模拟器和空口信道模型，才能构建出最接近真实商用环境的性能测试系统。业界主流终端厂家已经着手建立自有典型无线空口信道场景库，以此作为全系列机型的精准性能优化手段。

(4)稳定性测试

终端稳定性测试是从终端M T B F(Mean Time Between Failure)测试的基础上发展而来。为了保证终端内置软件长期运行的稳定性和可靠性，在保证网络通畅的前提下进行软件系统的大容量、高负荷、长时间测试以发现系统故障。考虑到通信质量本身就是影响终端业务表现的关键因素，终端厂家在MTBF测试中引入了蜂窝移动通信网络，将信号强度、信号变化、切换、重配、干扰等因素作为测试条件，大幅提升了终端稳定性测试完整度。部分终端厂家已将网络损伤因素引入MTBF测试条件中，完成之后就能模拟现网全部测试条件，形成完整的模拟网稳定性测试系统，如图1所示。经过多年探索和应用，5G多模智能手机的模拟网测试方案已非常成熟。该测试方案持续帮助企业提升产品质量、优化产品性能，同时在模拟网基础上实现不断探索创新，为车载通信引入模拟网测试打下了坚实基础。

图1 模拟网稳定性测试系统方案架构

5G车载通信模组测试的需求和挑战

近两年，越来越多的车企意识到通信系统对整车的重要性，因此加大了通信系统研发和测试方向的团队建设力度和资源投入，部分车企已经具备自研车载通信模组能力，可以预见，移动通信和汽车制造之间的行业融合将越来越紧密。车载通信模组的测试可以借鉴大量传统终端成熟测试方案，而对于典型的车载场景，需要针对性地开发测试系统或进行现有测试方法的定制化升级，表1为传统终端与车载通信模组测试需求差异对比。

针对模拟网相关的测试方向，5G车载通信模组的需求和挑战主要包括以下3个方面。

一是多类型业务并发。车载通信模组需要完成整车运行数据、辅助驾驶数据、信息娱乐数据等多类型业务，对通信性能要求更高。在模拟网测试系统设计的过程中，需要配套对应的各类业务模型，在核心网和业务平台侧的建设规模将比智能手机测试更大。

二是天线模组的差异化设计。车载通信天线不断升级，传统的鲨鱼鳍天线、最新应用的前置板状天线以及未来整车布放的天线系统都会带来不同的通信性能影响。天线的尺寸直接影响模拟网测试线屏蔽室的建设规划，新测试系统的建设需要提前考虑后续整车天线方案的需求。

表1 传统终端与车载通信模组测试需求差异对比

三是大量高速移动场景和复杂特殊场景需求。大量高速移动场景主要带来多普勒效应和频繁小区间切换的挑战，使得模拟网测试方案从初期就不能只考虑功能测试，需要引入集成了信道模拟器的性能测试模块。同时，面临隧道、地库、高架桥等复杂特殊场景和恶劣气候环境影响，车载通信测试方案与传统测试方案的差别主要是空口多径传播和小尺度衰落的差异化，这就更依赖空口信道模型的引入。

5G车载通信模组的模拟网测试方案设计

5G车载通信模组的模拟网测试方案设计统筹需考虑功能测试、性能测试和稳定性测试需求，针对特定应用场景和无线性能需求，兼顾成本和收益，以实现较完整的模拟网基础平台和可扩展的各类测试系统。

模拟网基础平台方案

面对日益全球化的汽车市场，国内外车企均面临“出海”需求，模拟网建设应考虑对全球运营商网络的模拟，平台设计须考虑现存移动通信制式和全球主要频段的要求。

(1)核心网

运营商级的商用核心网建设和维护成本极高，且2G、3G、4G和5G的核心网需要全部配置，而全球有4家主流核心网设备提供商，对于模拟网平台建设都是必选。采购4套运营商级核心网对于企业自建模拟网来说投入极高，目前的最优方案是与现有多厂家大型核心网的实验室合作通过远程方式接入，同时在本地架设核心网用户面网元设备，既保证了用户面业务性能，又保障了测试数据安全，极大节省了投入。

(2)接入网

基站采购是模拟网平台建设的主要投入，应针对全球重点市场确定制式和频段，选择当地运营商主要宏基站供应商的设备。5G基站有AAU和RRU两类站型，如果选择AAU站型则需要配置对应的工装转接板，才能将射频信号以传导方式引出，便于后续各测试系统建设。

(3)射频信号控制

模拟网基站数量多且覆盖多制式，要实现对信号强度的控制、小区间切换和模式间切换，比较高效的方式是通过软件控制将射频信号配置到所需测试线。这就需要引入程控衰减系统，将射频信号从基站天线口通过程控衰减器，经过多跳射频线缆及连接器，最终到达被测通信模组的天线口或屏蔽室中，程控衰减系统如图2所示。

图2 程控衰减系统示意

基于模拟网的测试系统

基于5G多模车载通信模组的模拟网测试系统主要分为3类，现阶段各种针对性的测试能力都可以归纳在这3类之中。

(1)功能测试系统

主要是完成基本功能和接口协议类相关测试，包括L1/L2/L3协议的NVIOT测试、外场问题复现测试、基本业务测试等。测试系统可以是传导方式或OTA方式，测试工程师根据测试用例预置核心网和基站配置，控制信号强度，完成终端拨测并记录和分析测试结果，功能测试系统的典型测试用例见表2。

表2 功能测试系统的典型测试用例

(2)性能测试系统

主要完成空口性能相关测试，需要在测试环境中配置信道模拟器，将3GPP标准信道模型(如EVA、ETU、EPA、SCME、IMT-A、38.901 CDL等)或外场录制的真实信道模型(如密集城区、高架桥、隧道、地库等)导入，用于性能优化和问题定位。以传导方式构建的性能测试系统主要针对通信芯片算法进行性能优化和评估;以OTA方式构建的性能测试系统可以完成整机和天线性能优化测试，测试环境则需要引入多探头微波暗室。性能测试系统架构如图3所示。

图3 性能测试系统架构

(3)稳定性测试系统

稳定性测试系统需要模拟在不同网络配置和条件下，车载通信模组各类用户行为的长时间烤机测试。该测试系统重点要求3个方面的自动化控制：一是被测车载通信模组的自动化拨测，可以通过模组厂家自研或第三方APP实现模拟用户行为的控制;二是射频信号的自动化控制，通过设计和编制脚本控制程控衰减矩阵系统实现小区信号强弱、小区间切换、制式间切换、干扰信号开关等的控制;三是基站的自动化配置，通过基站网管的控制接口实现小区组网控制和参数的配置修改。上述3个方面通过统一管理软件协同控制，并且能将模组侧和基站侧的Log进行自动化比对分析，最终实现完整的稳定性测试能力。稳定性测试系统架构如图4所示。

图4 稳定性测试系统架构

测试线规划设计原则

(1)需求优先原则

在模拟网测试系统建设时，车企需要提前考虑现阶段和未来一段时间内的全球出货地，根据当地运营商和系统厂家设备配置对应的基站站型和频段，在基站设备资源池预留足够的未来扩容空间。根据对自身产品和测试量的考虑，对功能测试线、性能测试线和稳定性测试线数量进行合理规划和配比，其中稳定性测试线需要考虑并行测试的方式和数量，选择建设多条测试线还是可容纳更多被测物的大型测试间。

(2)最低路损原则

基站资源池放置地应设计在与各测试线均靠近的位置，以满足最低路损要求。对信号路损敏感程度从高到低依次为：性能测试系统、稳定性测试系统和功能测试系统。性能测试系统在未加载空口信道模型时须保证峰值，因此一般需要独占小区资源，对性能测试需求较多时可以考虑专门配置基站资源。

结束语

车载通信模组的模拟网测试仍处于起步阶段，且目前以5G多模蜂窝移动通信系统作为主要测试内容，相应场景、模型、脚本的积累刚刚开始。随着车载通信系统的不断发展和完善，未来针对车载通信模组的模拟网测试将向着蜂窝移动通信与短距通信结合、蜂窝移动通信与V2X结合、车载模组测试与整车测试结合的方向进行技术演进，为提升车内、车外通信质量和广大车主驾驶体验作出更大贡献。