1、什么是远程信息处理控制单元(TCU)
联网汽车(Connected Car)是指在车上配备了通信设备,可以通过互联网与服务器及其他系统通信的车辆。智能网联汽车通过搭载先进的车载传感器、控制器和执行器等装置,融合现代通信与网络技术,实现车与人、车、路、云端等智能信息交换和共享。智能网联汽车不仅符合人类的深层次需求,还将带动汽车、电子、通信、互联网等领域的技术创新和产业升级。
车载远程信息处理控制单元(TCU)又被称为T-Box,是一种无线通信终端设备,是车联网系统中重要组成部分,它从车辆中的设备单元(如电子控制单元等)接收车辆信息,并将该信息通过移动蜂窝网络传输到外部系统。随着联网汽车市场的扩大,基于TCU实现的无线通信变得越来越重要。为确保客户获得满意的服务,整车制造商应检查TCU能否与移动网络建立稳定的连接。
图1 车辆内的远程信息处理控制单元(TCU)
2、TCU功能性能测试
测试TCU无线性能的最常见方法是通过对安装TCU的车辆进行道路测试来验证其功能。这种方法的可重复性较差,因为即使车辆行驶在同一路线上,无线信号传播也可能因天气和交通状况而异。为了检查TCU的功能和性能,汽车制造商需要使用提供可重复性的测试方法重复执行多种测试模式。
图2 TCU无线性能道路测试
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2.1 无线通信可能出现的问题
TCU的无线性能测试不能涵盖实际驾驶过程中出现的所有无线通信条件。因此,即使TCU性能满足汽车制造商设定的规格,当安装TCU的车辆在路上行驶时,也可能会出现通信问题。可能出现的问题包括连接不稳定和吞吐量下降。
-不稳定的连接
TCU与网络断开连接会导致连接不稳定。当车辆驶过蜂窝基站覆盖区域时,TCU会从信号弱的基站切换到另一个信号强的基站。移动通信网络标准不断发展,从2G、3G、4G到当前的5G。在全球范围内,移动网络使用的频段因国家而异。无论使用哪个运营商的移动网络,TCU都需要能够保证其无线通信功能的质量。
5G基站有两种部署类型:非独立(NSA)基站和独立(SA)基站,前者与4G基站一起提供无线接入,后者提供独立的无线连接。当使用
“载波聚合”的多频段方法进行无线连接时,TCU会在多个频率上执行切换。
因此,移动网络条件的以下两个方面影响切换条件:
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从2G到5G的无线接入技术发展现状
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频段的频率利用率等
在确定与基站的连接方法时,应考虑以下三点:
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与移动网络信令交互的过程,直到位置注册完成
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对于5G网络,是NSA基站还是SA基站
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载波聚合的使用
为了实现联网汽车服务,在这些非常多样化的条件下检查TCU的切换功能非常重要。
-数据吞吐量下降
数据吞吐量的下降意味着即使车辆连接到网络,数据传输速度也会减慢。为了实现汽车制造商提供的连接服务,如位置信息服务、紧急呼叫和信息娱乐,TCU提供稳定、高速的数据传输和通信功能至关重要。移动网络根据信号强度和数据错误率等在内的道路通信环境为TCU设置以下通信参数:
- 带宽:要使用的射频信号带宽。就像道路的宽度一样,带宽越宽,数据速度就越高。另一方面,当多个设备同时通信时,可用带宽是有限的。
- 调制和编码方式:通信标准定义了调制和编码方式(MCS)。发送的数据量因调制和编码方式而异。当来自基站的信号强度很强时,可以使用具有更大数据容量的调制与编码方式。
- MIMO:通过在发送端和接收端使用多根天线构建多个信道来提高信道容量和传输效率的通信技术,。
- 载波聚合:将标准指定的多个频段组合在一起的通信方法。使用的频段和频段数量由TCU和基站协商决定。
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2.2 影响TCU性能测试的问题
如前一节所述,TCU的测试参数包括不同代的不同通信标准和决定数据速率的许多不同参数。因此,考虑到用于通信的许多频段和频段组合,以及切换和参数变化,测试条件的数量可能会变得巨大。
图3 从LTE基站切换到5G基站
图3显示了车辆从4G基站信号覆盖区域移动并切换到5G基站信号覆盖区域。在位置1,TCU连接到LTE基站。当车辆移动到位置2时,来自之前连接的基站的信号变弱,TCU检测到来自另一个LTE基站的信号。这里,TCU在LTE基站之间执行切换。当车辆移动到位置3时,TCU检测到5G NSA基站。TCU保持与LTE基站的无线连接,并执行向5G NSA基站的切换,但仅限于用于数据传输的连接部分。
一种使用多个频段连接到LTE和5G NSA基站的方案称为EUTRA-NR双连接(EN-DC)。通过该方案,LTE基站的频段可以改变。当车辆移动到位置4时,TCU检测到另一个5G NSA基站,并执行到该5G基站的切换。例如,如果TCU支持LTE的五个频段和5G的两个频段,则有500种可能的频率组合可用于从位置1到位置4的切换。使用频率带宽、载波聚合、MIMO、MCS等所有可能的参数组合进行测试是不切实际的。
图4 用于切换的频段组合
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2.3 安立公司测试方案
在TCU性能评估和验收测试期间增加通信条件的数量将提高TCU运行的可靠性,但也会增加测试成本。安立公司可以提供一种解决方案来确定要测试的频段和合理的切换条件,并根据TCU中记录的通信能力信息创建一个执行测试的流程(该流程称为测试用例)。通过这种方式,该解决方案可以优化TCU的测试参数和项目。
UE能力信息获取与分析
UE能力信息存储在TCU中,并在向网络注册其位置信息时从TCU发送到网络侧。其目的是向网络通报TCU的通信能力,并在这些能力范围内优化通信条件。UE能力信息包含许多参数,由于NR系统的复杂性,NR比LTE更加多样化。
图5 获取UE能力信息
执行向TCU查询UE能力信息的测试用例,获取以下信息:
LTE频段 | 每个频段的MIMO |
NR SA频段 | 下行链路带宽 |
NR NSA频段 | 上行链路带宽 |
LTE载波聚合 | 调制方法 |
NR载波聚合 | 子载波间隔 |
因此,我们需要在分析所获取的LTE和NR频段UE信息以确定要执行的测试后,基于UE能力信息创建场景以执行功能性能测试。从实际运行车辆中的TCU通信性能测试改为在使用测量仪器的仿真环境中进行通信性能测试,由于使用了自动化测试,可以提高测试的可重复性并减少测试工时。由于仿真环境中的通信性能测试允许用户重复执行单个测试,因此它们对于TCU的验收测试和软件更新期间的动作检查等非常有效。
3、测试步骤
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3.1 测试流程
图6 UE能力信息TCU的功能性能测试流程
- UE能力信息获取与分析
- 向TCU查询UE能力信息,并分析所获取的数据。
- 创建测试用例
- 创建基于UE能力信息的基站连接测试、切换测试或吞吐量测试用例。应该可以使用不同的频段组合、载波聚合等执行连续测试。
- 执行测试用例和通过/失败判断
- 执行测试用例以测试TCU的无线通信性能。测试用例对每个频段组合、载波聚合等条件生成通过或失败的判断。
- 测试结果输出
- 测试完成后,将保存通过/失败结果、记录通信详细信息的信令日志、测量日志和测试参数文件。
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3.2 测试系统
TCU测试系统由模拟2G/3G/4G移动网络的MD8475B信令测试仪、模拟5G移动网络的无线通信测试平台MT8000A和安装有模拟器控制软件的PC组成。
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3.3 UE能力信息获取
执行测试序列,以便软件获取UE能力信息。执行前,根据被测TCU和采集时的测试序列条件(射频功率、频段等)设置通信参数。所获取的每个TCU的UE能力信息被命名并保存在单独文件中。
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3.4 创建测试用例
根据获取的UE能力信息创建测试用例。有三种类型的测试用例:连接性、吞吐量和移动性。下面解释了如何为切换测试创建移动性测试用例。首先,基于UE能力信息生成Test Pattern。接下来,编辑要执行的测试用例的Test Pattern。在移动性Test Pattern编辑窗口设置了切换、MIMO、载波聚合等涉及的基站组合后,软件根据TCU基于UE能力信息可以执行测试的每个频段和基站组合生成Test Pattern。第三步,设定测试条件,包括传输功率、路径损耗、切换处理期间的功率范围等。然后,从生成的列表中选择要应用的Test Pattern。
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3.5 执行测试与获得结果
点击开始,根据测试用例开始基站模拟器和TCU之间的切换测试。通过/失败结果和日志显示在窗口并保存到文件中。