當(dāng)前C-V2X和U-2X網(wǎng)聯(lián)技術(shù)在容量和速度上都不足，無法達(dá)到5級自動駕駛車所需的低延遲、多數(shù)據(jù)網(wǎng)聯(lián)的要求。5G技術(shù)的到來將成為全網(wǎng)聯(lián)汽車的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
在此文中，我們將探索5G網(wǎng)聯(lián)技術(shù)在測試和合規(guī)性方面所面臨的挑戰(zhàn)。

（SAE 國際汽車工程師學(xué)會/3GPP發(fā)布的自動駕駛六級分類體系：0級（零自動）-5級（全自動）；汽車行業(yè)當(dāng)前處于1級，目標(biāo)是推出3級高端量產(chǎn)汽車。）



5G關(guān)鍵要素：頻段更高、波束賦形及跟蹤

為了提高信道的數(shù)據(jù)傳輸量，工程師可選擇加大帶寬、提高信號強(qiáng)度或降低噪音等方式（圖1）。



但是，信號強(qiáng)度有法規(guī)上限，噪音處理則受制于技術(shù)局限和環(huán)境中激增的無線電設(shè)備數(shù)量。為了應(yīng)對數(shù)據(jù)吞吐量問題，實(shí)現(xiàn)低延遲目標(biāo)，5G解決方案著眼于提高頻段，實(shí)現(xiàn)更大帶寬。

提高無線頻譜會使得波長變短（厘米級甚至毫米級），而短波長無法長距離傳輸。為了彌補(bǔ)短波長的不足，5G技術(shù)將采用微型天線陣列，動態(tài)跟蹤天線的傳輸能力并將能量集中，向單個或既定方向發(fā)送強(qiáng)大的波束。

面對如此高的頻段和動態(tài)化的天線陣列，我們需要采用全新的方法，測試設(shè)備是否合規(guī)。

測試挑戰(zhàn)1  微型高頻段天線無法進(jìn)行傳導(dǎo)干擾測試

由于無線電波段資源有限，無線電設(shè)備合規(guī)與否在于其是否能有效使用波段，確保不同的無線電服務(wù)共存并且保證可靠性，例如信號質(zhì)量、調(diào)制帶寬傳輸能力、數(shù)據(jù)吞吐量等。

一直以來，將同軸電纜和測試設(shè)備直接相連，無需天線即可進(jìn)行一組傳導(dǎo)干擾測試，繼而判斷無線電設(shè)備是否合規(guī)，大部分的合規(guī)測試都如此進(jìn)行。輻射測試僅適用于具有集成天線特性的設(shè)備。

發(fā)射5G高頻段信號的天線（1厘米甚至更短的波長）數(shù)量眾多且緊湊排布，集成在一起時，設(shè)備中就不會有傳導(dǎo)干擾測試所需的天線連接器。此外，由于波束賦形不同，某一天線上的測試和所有天線上的測試不一樣。

因此，實(shí)驗(yàn)室無法使用無線電頻率傳導(dǎo)干擾測試，進(jìn)行合規(guī)測試。下一代高頻段5G設(shè)備需要開展針對輻射發(fā)射測試的OTA測試。


測試挑戰(zhàn)2  針對高頻段OTA測試采用的黑盒vs白盒測試

開展OTA測試有兩種手段：白盒或黑盒測試（見圖2）。黑盒測試前無需了解天線或輻射元件的位置。因此，設(shè)備中的所有元件被視為一個輻射元件。白盒測試前則需要提前知曉天線在設(shè)備中的確切位置。



針對低頻段信號時，由于天線位置和設(shè)備形狀不是最主要的，白盒和黑盒測試結(jié)果往往相似。直到現(xiàn)在，合規(guī)測試仍采用黑盒方法。

對于下一代高頻段5G天線陣列而言，知道天線的位置，是有效降低高頻信號帶來的測試不確定性的關(guān)鍵。測試用小型設(shè)備（見圖2）同樣有助于減少遠(yuǎn)場條件下的測試距離， 如下文挑戰(zhàn)6所述。雖然到底采用哪種方法，技術(shù)委員會依舊在探討，但白盒測試似乎是最合適的方法。


測試挑戰(zhàn)3  具有多波束和跟蹤功能的動態(tài)天線

從合規(guī)角度來看，測試挑戰(zhàn)來源于動態(tài)使用行為下的測試環(huán)境要求，但這對于確保設(shè)備是否合規(guī)至關(guān)重要。波束能以多快的速度更新其位置，修改指其角度焦點(diǎn)，提高波束傳輸質(zhì)量，這點(diǎn)至關(guān)重要，這需要于法規(guī)制定者作出回應(yīng)。（見圖3）



測試挑戰(zhàn)4  測試3D空間內(nèi)的傳輸能力

就當(dāng)前技術(shù)而言，針對任意既定方向最大傳輸能力的有效全效輻射功率（EIRP）測試，足以應(yīng)對合規(guī)測試。但對5G而言，法規(guī)制定者正在追求一種結(jié)合傳統(tǒng)EIRP測試和新的總輻射功率（TRP）測試的全新測試方法，旨在測試所有方向上的平均傳輸能力。

就理論而言，要捕捉所有3D方向需要開展無數(shù)次TRP測試，出于實(shí)際考慮，實(shí)驗(yàn)室只進(jìn)行抽樣測試。（見圖4）



雖然技術(shù)上有效，但TRP耗費(fèi)時間而且需要進(jìn)行上萬次測試。例如，4G手機(jī)只需進(jìn)行一次人工EIRP測試，但在3D空間中，TRP僅僅掃描0.5o一個頻點(diǎn)就要高達(dá)259,200次測試。即使全部采用最先進(jìn)的自動設(shè)備，僅僅上述這一項測試項目就需要花費(fèi)幾天時間。

為了解決這一局限，減少測試時間，工程師已經(jīng)開發(fā)出先進(jìn)的波束搜索引擎，能夠在相關(guān)空間坐標(biāo)中，根據(jù)數(shù)據(jù)計算開展測試。事實(shí)上，Applus+IDIADA通過提供其實(shí)驗(yàn)室中研發(fā)測試的數(shù)據(jù)，正在和技術(shù)委員會一起制定相關(guān)規(guī)范。


測試挑戰(zhàn)5  3D空間中的雜散測試

輻射雜散測試則是另一項要求的測試項目。該測試對象為所發(fā)信號頻段帶寬之外的意外輻射，測試需要考慮設(shè)備的波束賦形。合規(guī)測試要求分析所有可能方向上的雜散貢獻(xiàn)量。顯然，這會對測試活動的復(fù)雜性和周期造成影響。



測試挑戰(zhàn)6  滿足遠(yuǎn)場條件要求的測試準(zhǔn)備-測試距離、樣品尺寸和測試頻段

輻射場強(qiáng)度隨距離減弱，高頻段信號衰減更快。為了確保結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須在特點(diǎn)的距離，即所謂的遠(yuǎn)場條件下進(jìn)行OTA測試。

遠(yuǎn)場距離直接由兩個概念決定，樣品尺寸和測試頻段。提高設(shè)備樣品尺寸或運(yùn)行頻段將使得測試距離變長。運(yùn)用這一方法，典型的20厘米長的通信控制單元（TCU）在高頻段工作時，需要更長的測試距離。（如圖6）



面對長距離要求，遠(yuǎn)場測試需要使可用于整車測試的大型半消聲室。而只有專業(yè)的測試實(shí)驗(yàn)室和研發(fā)中心才設(shè)有消聲室設(shè)施。

如上所述，直接遠(yuǎn)場測試（DFF）是進(jìn)行OTA測試的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)做法，但是該方法無法滿足高頻段設(shè)備遠(yuǎn)場條件下的距離要求，而且需要進(jìn)行大量時間的校正工作，彌補(bǔ)信號損失。

為了補(bǔ)充DFF流程，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)3GPP正在考慮非直接遠(yuǎn)場（IFF）測試，以減少測試距離。這包括建立一個平面波長，其中反射器所處空間比DFF中的空間小。此外，3GPP還在嘗試近場到遠(yuǎn)場（NFTF）測試。該測試依靠數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，通過近場測試估算遠(yuǎn)場距離。（圖7）



然而，該測試設(shè)置具有不確定性。為了獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，關(guān)鍵是控制這些替代試驗(yàn)方法相關(guān)的不定區(qū)間。這就需要我們對結(jié)果有信心，否則，任何測試努力和結(jié)果都將受到質(zhì)疑。

總結(jié)

5G將推動全自動汽車發(fā)展。在Applus+IDIADA 實(shí)驗(yàn)室，我們的工程師已開始探索網(wǎng)聯(lián)技術(shù)中出現(xiàn)的根本性變化。我們的團(tuán)隊正在新一代測試方法設(shè)計領(lǐng)域開展合作，以便進(jìn)行即將到來的網(wǎng)聯(lián)技術(shù)合規(guī)測試。

為了使得5G部件實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)網(wǎng)聯(lián)功能，高頻段和動態(tài)波束天線正在部署之中。作為關(guān)鍵要素，它們的屬性將不斷改變測試方法，包括新增測試情況、延長測試環(huán)節(jié)，推出先進(jìn)的測試設(shè)備。

5G技術(shù)少不了新的專業(yè)技術(shù)、新的測試場地和設(shè)備。無論是獨(dú)立的還是自有測試實(shí)驗(yàn)室，它們都將適應(yīng)測試方法領(lǐng)域的變革，并為之做好準(zhǔn)備。