面向通信性能和客戶功能的網聯通信終端驗證

郭天嬌 林杰 周時瑩 張東波 王建國

（中國第一汽車集團有限公司智能網聯開發院，長春 130011）

主題詞：T-BOX 車聯網 通信終端 自動化 射頻測試

1 前言

隨著汽車電子向自動駕駛、智能交通和智慧城市迅猛發展，網聯通信已成為集OTA、V2X、大數據運營、人機交互、人工智能、信息安全、自動駕駛等多功能為一體的復雜車聯網生態圈，與之相對應的法律法規和業內標準涉及廣泛，涵蓋無線通信標準、電子消費品標準、電磁兼容標準、汽車行業標準等。為滿足用戶對智能網聯車輛的性能可靠性要求和功能操縱性體驗，紅旗各車型平臺目前已實現全系配置T-BOX控制器。T-BOX是車聯網中非常典型的車載網聯通信終端，基本功能包括遠程控車、安全防護、TSP后臺通信、車況采集和處理、駕駛行為分析、工程模式、遠程升級、遠程診斷等，以上基本功能均基于T-BOX板載內置上網芯片實現。在對TBOX進行全功能測試前，首先需要對T-BOX進行性能測試，性能測試可以分為信令和非信令，信令測試主要包括小區切換握手方式、基站衰落、信號靈敏度等，非信令測試主要包括最大功率、發射接收頻率、占用帶寬、誤碼率等。

2 網聯通信終端簡介

2.1 硬件系統

T-BOX是實現車輛和遠程服務中心進行無線通信和信息交互的車載網聯通信終端。典型的紅旗T-BOX硬件系統如圖1所示。其中嵌入式處理器MCU與絕大部分外圍負載進行通訊與控制，通過網關收發整車CAN報文，通過IO端口采集E-Call按鍵觸發電平、采集安全氣囊PWM信號，通過USB數據線、音頻輸入線和音頻輸出線與主機交互，通過無線通信模塊和貼片式SIM卡通話和上網。同時配備內置天線、備用電池、內置揚聲器，當蓄電池B+無法供電并觸發緊急呼叫時，備用電池啟用并支持T-BOX繼續工作一段時間。

圖1 硬件系統框圖

2.2 軟件系統

T-BOX網聯通信終端的軟件系統架構（見圖2）可以歸納為以下三個部分：車載終端系統、后臺服務系統、移動終端系統。車載終端系統是T-BOX軟件架構的核心，負責對MCU和外設進行編程驅動，控制底層芯片電路，實現操作系統內核層的基本子功能，確保中間層和應用層軟件的可用性和穩定性。后臺服務系統TSP負責實時處理車載終端通過無線鏈路上傳的數據，將處理后的控制指令回傳至車輛網絡，或將分析整理后的數據存儲至后臺。移動終端是用戶和后臺服務系統交互的工具，通過優化人機交互，引入人工智能和語音識別，提高用戶客戶端的可操作性，為用戶提供更優良的使用體驗。

圖2 軟件系統構架

3 T-BOX測試內容梳理

紅旗各平臺車型嚴格遵守并執行網聯通信終端的以下主要標準：3GPP標準協議、GB/T32960《電動汽車遠程服務與管理系統技術規范》、JT/T 808《道路運輸車輛衛星定位系統終端通訊協議及數據格式》、《中國第一汽車車載終端與云端網絡通信協議（ACP）》。對網絡通信終端所有可實現的性能和功能測試內容進行理順，編寫性能和功能測試用例。

3.1 性能測試內容

網聯通信終端性能測試分為信令和非信令。基于相關標準和設計輸入，篩選出適用于T-BOX的信令驗證內容如表1所示。Sensitivity注冊靈敏度代表T-BOX能夠檢測到網絡并發起注冊的最小信號強度，取TBOX引出信號天線端到MDXX射頻儀表信號輸出端截面處的測量值。切換小區的方式有兩種，Redirection代表先釋放原網絡1連接后再注冊到新網絡2，Handover代表保持原網絡1連接的情況下切換到新網絡2。電路交換域CS Service是語音業務的承載平臺，數據交換域PS Service是上網業務的承載平臺。

表1 網聯通信終端信令測試項

非信令主要驗證T-BOX上網芯片的通信鏈路可靠性，測試GSM、WCDMA、LTE物理層性能是否滿足3GPP協議要求，是否符合網絡準入條件。基于相關標準和設計輸入，整理具體測試內容如表2所示。

表2 網聯通信終端非信令測試項

3.2 功能測試內容

網聯通信終端供電后自動注冊到無線通信網絡，并發起與后臺的安全認證連接，滿足企業監控中心和政府監控中心對車輛的監控，終端應能夠至少同時連接到ACP中心、企業標準中心、國家標準中心。需驗證的功能模塊主要分為系統底層、運營數據層和APP應用層，每一層級具體功能模塊和詳細功能內容如表3所示。

4 T-BOX測試系統搭建

為了充分覆蓋網聯通信終端的功能范圍，加強測試深度，優化測試流程，保證產品質量，試驗部門為紅旗全系列T-BOX開發設計了半自動化測試系統。使用NI無線通訊測試組件與Anritsu通訊基站仿真儀作為性能與功能測試的主體儀器，構建T-BOX與測試設備間的非信令與信令連接。該套測試設備是國內首款針對車載智能網聯系統開發的整車級測試環境，為T-BOX、主機、儀表、HUD等提供聯調工況，可充分滿足T-BOX的通信性能驗證和用戶功能驗證的需求。

表3 網聯通信終端功能測試項

4.1 信令測試環境的構建

基于現有測試儀表的信令測試能力，結合T-BOX的工作特性，搭建適用于T-BOX的信令測試場景，連接方式如圖3所示。利用移動信令仿真與監測儀器，可滿足對語音通話功能測試、短信SMS功能測試、遠程指令交互測試、數據傳輸功能測試與E-Call功能測試的需要。T-BOX和常規射頻UE不同，在進行測試之前，通常需要將板載的SIM卡換為能夠注冊到虛擬基站的標準測試白卡。SIM卡MSISDN、車輛VIN碼、IMEI IMSI ICCID為終端五碼信息，將五碼信息注冊到TSP后臺服務器，T-BOX便可以通過設備虛擬基站與后臺進行數據和命令交互。為防止空饋連接產生信號干擾，通常采用特制的射頻線纜將T-BOX 4G主天線端口直連到測試設備的SMA主端口。

圖3 信令測試環境

信令測試上位機軟件如圖4所示，圖中左側框線內部分顯示了被測T-BOX與單LTE基站之間建立連接時的9種數據交互狀態。從最開始的Power Off狀態，根據T-BOX的不同狀況，經由Registration，Origination或者Idle,最后到Communication狀態。當在Communication狀態穩定后，界面右下方會顯示整個鏈路的連接關系。

圖4 信令測試軟件界面

4.2 非信令測試環境的構建

基于測試儀表的非信令測試能力，結合T-BOX的工作場景，篩選出其中適用于T-BOX的測試場景，連接方式如圖5所示。在進行T-BOX非信令測試前，通常需要將被測樣件刷寫為特殊軟件版本，切斷主控MCU對上網芯片的控制，實現測試設備對底層通信性能的控制。需要標定T-BOX 4G主天線端口到測試設備SMA主端口線纜的線損值，消除Cableloss對測試結果的影響。上位機軟件需要安裝板載芯片驅動程序，保證測試軟件正確獲取被測T-BOX的MT PORT端口，通過RS232轉USB線與被測T-BOX進行控制指令交互。

圖5 非信令測試環境

非信令測試根據T-BOX上網芯片選型的不同，既可以使用設備自帶的CombiView測試工具，也可以使用上網芯片定制化的測試工具。以紅旗某款高通芯片的T-BOX為例，測試軟件采用高通定制化測試軟件UCTS，可以實現3GPP相關性能指標的全自動化測試。軟件運行界面如圖6所示。

圖6 非信令測試軟件界面

4.3 功能測試環境的構建

T-BOX功能驗證系統（見圖7）主要由測試機柜、操作臺架、上位機、真實天線、屏蔽箱、相關外圍控制器等組成。T-BOX通過USB與娛樂主機交互數據，實現遠程升級和車機上網功能。通過娛樂主機軟按鍵和車載硬按鍵驗證緊急電話撥打功能；通過CAN節點仿真整車各控制器報文信號，驗證T-BOX遠程控車功能；通過CAN節點仿真車速、GPS、報警故障等實車信息，驗證車況上報功能。通過APP客戶端，驗證車況查詢和車輛定位等與后臺交互功能。

圖7 功能測試環境

功能測試主要工具有CANoe、Veristand、TSP頁面、遠程診斷平臺、新能源平臺、APP客戶端等。通過仿真、監控、反饋，形成遠程控制功能的閉環。

5 T-BOX功能及性能測試驗證

以紅旗某車型T-BOX第一輪完整的功能及性能驗證為例，各類型測試用例數和測試問題數占比如圖8所示。通過該測試系統，可全方位地對被測樣件進行測試驗證，在產品開發階段提前發現已暴露問題和隱藏缺陷，針對問題提出解決方案，并對整改后的產品進行回歸復檢，確保已知問題全部徹底關閉。

通過前期測試驗證，可以為產品研發節省大量開發成本，縮短開發周期，保證項目節點，為整車最終的交付投產起到很大的支撐作用。

圖8 測試用例及結果統計

下面分別以通信性能和客戶功能兩類典型的缺陷問題為例，簡述問題的驗證過程及改進措施。

5.1 最大功率

使用兩根已標定線損的RF信號線，對同一DUT分別進行3次測試，對測試結果取均方值。整理被測TBOX非信令測試結果，發現只有最大發射功率MaxPow?er為fail項，如表4所示。

分析問題產生原因，發現是電路板中一個TVS管選型偏差導致，該TVS管的作用是降低ESD或浪涌對模塊的損壞，解決措施是將該TVS由XX-154更換為XX-153。

表4 整改前最大功率測試結果

對整改后的樣品進行復檢，測試結果如表5所示。結果顯示T-BOX偶發在個別頻點的功率值接近上限或下限，測試值與標準值誤差在0.05之內，而線損補償值的精度是0.1，所以對于和門限值相差0.05內的誤差，屬于測不準范圍，可以判定整改后的非信令指標完全符合3GPP標準要求。

表5 整改后最大功率測試結果

5.2 遠程控車

以T-BOX通過客戶端APP遠程控制車窗升降為例，遠程控窗僅支持四個車窗同時開啟和同時關閉。測試流程如圖9所示。遠程控制車窗的驗證過程如下：通過客戶端APP向TSP后臺發送遠程車窗開啟/關閉指令，TSP后臺將指令下達至T-BOX，IG_OFF工況下TBOX發起與PEPS的防盜認證，T-BOX在接到PEPS認證通過的反饋后，正式向車門控制器發送遠程車窗開啟/關閉指令，門控制器判斷滿足遠程控窗條件下，執行相應控制指令，并將執行結果反饋給T-BOX，T-BOX將車窗狀態上傳至TSP后臺，并通過后臺下發至客戶端APP。

圖9 遠程控窗測試流程

對T-BOX樣件進行遠程控窗測試，測試結果如表6所示。

表6 整改前遠程控窗測試結果

分析問題產生原因，通過CAN總線抓取報文，發現是門控制器反饋給T-BOX的最終執行狀態有誤，需要門控制器對左前、左后、右前、右后四窗狀態同時監控并反饋。

對整改后的樣品進行復檢，測試結果如表7所示，遠程控窗可以形成完整正確的閉環功能。

表7 整改后遠程控窗測試結果

6 結束語

針對被測產品的多樣性，系統以平臺化的方式，調用相對獨立的功能模塊及執行引擎來完成測試任務，具有很強的兼容性和復用性，不但滿足現有的測試需要，并充分考慮未來網聯通信終端測試的可擴展性。系統具有通用可靠的程序架構及子功能模塊，通過簡單的流程編輯界面，即可生成可執行的測試序列。

本文通過對網絡通信終端的軟硬件構架進行分析，提出了網絡通信終端的主要測試內容及測試方法，開發了半自動化的測試系統，并以T-BOX為例，介紹了基本的測試流程和測試方法，分析測試結果，提出改進措施，對自動化測試平臺予以進一步闡述。通過對被測樣件的研究，以及對測試設備的改進，保障了紅旗各車型網絡通信終端的產品質量。