面向通信性能和客户功能的网联通信终端验证

郭天娇 林杰 周时莹 张东波 王建国

（中国第一汽车集团有限公司智能网联开发院，长春 130011）

主题词：T-BOX 车联网 通信终端 自动化 射频测试

1 前言

随着汽车电子向自动驾驶、智能交通和智慧城市迅猛发展，网联通信已成为集OTA、V2X、大数据运营、人机交互、人工智能、信息安全、自动驾驶等多功能为一体的复杂车联网生态圈，与之相对应的法律法规和业内标准涉及广泛，涵盖无线通信标准、电子消费品标准、电磁兼容标准、汽车行业标准等。为满足用户对智能网联车辆的性能可靠性要求和功能操纵性体验，红旗各车型平台目前已实现全系配置T-BOX控制器。T-BOX是车联网中非常典型的车载网联通信终端，基本功能包括远程控车、安全防护、TSP后台通信、车况采集和处理、驾驶行为分析、工程模式、远程升级、远程诊断等，以上基本功能均基于T-BOX板载内置上网芯片实现。在对TBOX进行全功能测试前，首先需要对T-BOX进行性能测试，性能测试可以分为信令和非信令，信令测试主要包括小区切换握手方式、基站衰落、信号灵敏度等，非信令测试主要包括最大功率、发射接收频率、占用带宽、误码率等。

2 网联通信终端简介

2.1 硬件系统

T-BOX是实现车辆和远程服务中心进行无线通信和信息交互的车载网联通信终端。典型的红旗T-BOX硬件系统如图1所示。其中嵌入式处理器MCU与绝大部分外围负载进行通讯与控制，通过网关收发整车CAN报文，通过IO端口采集E-Call按键触发电平、采集安全气囊PWM信号，通过USB数据线、音频输入线和音频输出线与主机交互，通过无线通信模块和贴片式SIM卡通话和上网。同时配备内置天线、备用电池、内置扬声器，当蓄电池B+无法供电并触发紧急呼叫时，备用电池启用并支持T-BOX继续工作一段时间。

图1 硬件系统框图

2.2 软件系统

T-BOX网联通信终端的软件系统架构（见图2）可以归纳为以下三个部分：车载终端系统、后台服务系统、移动终端系统。车载终端系统是T-BOX软件架构的核心，负责对MCU和外设进行编程驱动，控制底层芯片电路，实现操作系统内核层的基本子功能，确保中间层和应用层软件的可用性和稳定性。后台服务系统TSP负责实时处理车载终端通过无线链路上传的数据，将处理后的控制指令回传至车辆网络，或将分析整理后的数据存储至后台。移动终端是用户和后台服务系统交互的工具，通过优化人机交互，引入人工智能和语音识别，提高用户客户端的可操作性，为用户提供更优良的使用体验。

图2 软件系统构架

3 T-BOX测试内容梳理

红旗各平台车型严格遵守并执行网联通信终端的以下主要标准：3GPP标准协议、GB/T32960《电动汽车远程服务与管理系统技术规范》、JT/T 808《道路运输车辆卫星定位系统终端通讯协议及数据格式》、《中国第一汽车车载终端与云端网络通信协议（ACP）》。对网络通信终端所有可实现的性能和功能测试内容进行理顺，编写性能和功能测试用例。

3.1 性能测试内容

网联通信终端性能测试分为信令和非信令。基于相关标准和设计输入，筛选出适用于T-BOX的信令验证内容如表1所示。Sensitivity注册灵敏度代表T-BOX能够检测到网络并发起注册的最小信号强度，取TBOX引出信号天线端到MDXX射频仪表信号输出端截面处的测量值。切换小区的方式有两种，Redirection代表先释放原网络1连接后再注册到新网络2，Handover代表保持原网络1连接的情况下切换到新网络2。电路交换域CS Service是语音业务的承载平台，数据交换域PS Service是上网业务的承载平台。

表1 网联通信终端信令测试项

非信令主要验证T-BOX上网芯片的通信链路可靠性，测试GSM、WCDMA、LTE物理层性能是否满足3GPP协议要求，是否符合网络准入条件。基于相关标准和设计输入，整理具体测试内容如表2所示。

表2 网联通信终端非信令测试项

3.2 功能测试内容

网联通信终端供电后自动注册到无线通信网络，并发起与后台的安全认证连接，满足企业监控中心和政府监控中心对车辆的监控，终端应能够至少同时连接到ACP中心、企业标准中心、国家标准中心。需验证的功能模块主要分为系统底层、运营数据层和APP应用层，每一层级具体功能模块和详细功能内容如表3所示。

4 T-BOX测试系统搭建

为了充分覆盖网联通信终端的功能范围，加强测试深度，优化测试流程，保证产品质量，试验部门为红旗全系列T-BOX开发设计了半自动化测试系统。使用NI无线通讯测试组件与Anritsu通讯基站仿真仪作为性能与功能测试的主体仪器，构建T-BOX与测试设备间的非信令与信令连接。该套测试设备是国内首款针对车载智能网联系统开发的整车级测试环境，为T-BOX、主机、仪表、HUD等提供联调工况，可充分满足T-BOX的通信性能验证和用户功能验证的需求。

表3 网联通信终端功能测试项

4.1 信令测试环境的构建

基于现有测试仪表的信令测试能力，结合T-BOX的工作特性，搭建适用于T-BOX的信令测试场景，连接方式如图3所示。利用移动信令仿真与监测仪器，可满足对语音通话功能测试、短信SMS功能测试、远程指令交互测试、数据传输功能测试与E-Call功能测试的需要。T-BOX和常规射频UE不同，在进行测试之前，通常需要将板载的SIM卡换为能够注册到虚拟基站的标准测试白卡。SIM卡MSISDN、车辆VIN码、IMEI IMSI ICCID为终端五码信息，将五码信息注册到TSP后台服务器，T-BOX便可以通过设备虚拟基站与后台进行数据和命令交互。为防止空馈连接产生信号干扰，通常采用特制的射频线缆将T-BOX 4G主天线端口直连到测试设备的SMA主端口。

图3 信令测试环境

信令测试上位机软件如图4所示，图中左侧框线内部分显示了被测T-BOX与单LTE基站之间建立连接时的9种数据交互状态。从最开始的Power Off状态，根据T-BOX的不同状况，经由Registration，Origination或者Idle,最后到Communication状态。当在Communication状态稳定后，界面右下方会显示整个链路的连接关系。

图4 信令测试软件界面

4.2 非信令测试环境的构建

基于测试仪表的非信令测试能力，结合T-BOX的工作场景，筛选出其中适用于T-BOX的测试场景，连接方式如图5所示。在进行T-BOX非信令测试前，通常需要将被测样件刷写为特殊软件版本，切断主控MCU对上网芯片的控制，实现测试设备对底层通信性能的控制。需要标定T-BOX 4G主天线端口到测试设备SMA主端口线缆的线损值，消除Cableloss对测试结果的影响。上位机软件需要安装板载芯片驱动程序，保证测试软件正确获取被测T-BOX的MT PORT端口，通过RS232转USB线与被测T-BOX进行控制指令交互。

图5 非信令测试环境

非信令测试根据T-BOX上网芯片选型的不同，既可以使用设备自带的CombiView测试工具，也可以使用上网芯片定制化的测试工具。以红旗某款高通芯片的T-BOX为例，测试软件采用高通定制化测试软件UCTS，可以实现3GPP相关性能指标的全自动化测试。软件运行界面如图6所示。

图6 非信令测试软件界面

4.3 功能测试环境的构建

T-BOX功能验证系统（见图7）主要由测试机柜、操作台架、上位机、真实天线、屏蔽箱、相关外围控制器等组成。T-BOX通过USB与娱乐主机交互数据，实现远程升级和车机上网功能。通过娱乐主机软按键和车载硬按键验证紧急电话拨打功能；通过CAN节点仿真整车各控制器报文信号，验证T-BOX远程控车功能；通过CAN节点仿真车速、GPS、报警故障等实车信息，验证车况上报功能。通过APP客户端，验证车况查询和车辆定位等与后台交互功能。

图7 功能测试环境

功能测试主要工具有CANoe、Veristand、TSP页面、远程诊断平台、新能源平台、APP客户端等。通过仿真、监控、反馈，形成远程控制功能的闭环。

5 T-BOX功能及性能测试验证

以红旗某车型T-BOX第一轮完整的功能及性能验证为例，各类型测试用例数和测试问题数占比如图8所示。通过该测试系统，可全方位地对被测样件进行测试验证，在产品开发阶段提前发现已暴露问题和隐藏缺陷，针对问题提出解决方案，并对整改后的产品进行回归复检，确保已知问题全部彻底关闭。

通过前期测试验证，可以为产品研发节省大量开发成本，缩短开发周期，保证项目节点，为整车最终的交付投产起到很大的支撑作用。

图8 测试用例及结果统计

下面分别以通信性能和客户功能两类典型的缺陷问题为例，简述问题的验证过程及改进措施。

5.1 最大功率

使用两根已标定线损的RF信号线，对同一DUT分别进行3次测试，对测试结果取均方值。整理被测TBOX非信令测试结果，发现只有最大发射功率MaxPow⁃er为fail项，如表4所示。

分析问题产生原因，发现是电路板中一个TVS管选型偏差导致，该TVS管的作用是降低ESD或浪涌对模块的损坏，解决措施是将该TVS由XX-154更换为XX-153。

表4 整改前最大功率测试结果

对整改后的样品进行复检，测试结果如表5所示。结果显示T-BOX偶发在个别频点的功率值接近上限或下限，测试值与标准值误差在0.05之内，而线损补偿值的精度是0.1，所以对于和门限值相差0.05内的误差，属于测不准范围，可以判定整改后的非信令指标完全符合3GPP标准要求。

表5 整改后最大功率测试结果

5.2 远程控车

以T-BOX通过客户端APP远程控制车窗升降为例，远程控窗仅支持四个车窗同时开启和同时关闭。测试流程如图9所示。远程控制车窗的验证过程如下：通过客户端APP向TSP后台发送远程车窗开启/关闭指令，TSP后台将指令下达至T-BOX，IG_OFF工况下TBOX发起与PEPS的防盗认证，T-BOX在接到PEPS认证通过的反馈后，正式向车门控制器发送远程车窗开启/关闭指令，门控制器判断满足远程控窗条件下，执行相应控制指令，并将执行结果反馈给T-BOX，T-BOX将车窗状态上传至TSP后台，并通过后台下发至客户端APP。

图9 远程控窗测试流程

对T-BOX样件进行远程控窗测试，测试结果如表6所示。

表6 整改前远程控窗测试结果

分析问题产生原因，通过CAN总线抓取报文，发现是门控制器反馈给T-BOX的最终执行状态有误，需要门控制器对左前、左后、右前、右后四窗状态同时监控并反馈。

对整改后的样品进行复检，测试结果如表7所示，远程控窗可以形成完整正确的闭环功能。

表7 整改后远程控窗测试结果

6 结束语

针对被测产品的多样性，系统以平台化的方式，调用相对独立的功能模块及执行引擎来完成测试任务，具有很强的兼容性和复用性，不但满足现有的测试需要，并充分考虑未来网联通信终端测试的可扩展性。系统具有通用可靠的程序架构及子功能模块，通过简单的流程编辑界面，即可生成可执行的测试序列。

本文通过对网络通信终端的软硬件构架进行分析，提出了网络通信终端的主要测试内容及测试方法，开发了半自动化的测试系统，并以T-BOX为例，介绍了基本的测试流程和测试方法，分析测试结果，提出改进措施，对自动化测试平台予以进一步阐述。通过对被测样件的研究，以及对测试设备的改进，保障了红旗各车型网络通信终端的产品质量。