汽车电子中无线通信测试方案

智能网联大潮下，ADAS作为离现实最近的自动驾驶实现手段，备受行业关注。近日，“第三届智能汽车技术国际论坛暨创新展”集合诸多行业专家、学者针对此话题展开深入探讨，盖世汽车将论坛中部分演讲进行梳理，以飨以内。

是德科技通信测量方案部 市场拓展经理 黄萍女士

以下内容为英飞凌科技股份公司汽车电子全球资深市场经理Mr.Kai Michael Konrad先生关于“芯片企业能够为自动驾驶做什么”的演讲实录：

各位早上好！我叫黄萍，来自是德科技。我想在座各位有一些对我们公司的名字稍微有一些陌生，我们是2014年从安捷伦直接拆分出来，过往是安捷伦科技电子测试测量事业部，我们在2014年从安捷伦科技单独独立出来成立了新的公司的名字是是德科技，我们的产品、我们的服务、我们的研发、我们的生产和过往的安捷伦都没有任何的改变，在座的各位有一些，昨天包括今天有一些到我们展台也在询问是德科技是什么样一个公司，现在我给大家稍微做这么一点小小的介绍。

今天我给大家带来的主题是“汽车电子中的无线通信测试”。我想在汽车电子领域，刚刚我们前一位嘉宾给大家介绍了一些新的感知的技术，接下来我要给大家介绍的主要是在互联、通信这个领域，我们如何能保证我们在前端感知到的数据有效的传输到我们需要传输的数据中心或者我们汽车和汽车之间的通信应用。

首先看一下在汽车电子领域，这两天大家一直在谈汽车电子非常重要，互联互通也很重要，我们现在可以看到90%的交通事故都是人为造成的，我们希望有一些互联互通，有一些辅助的功能能够提高我们在生活当中的行车安全。第二点大家都会谈环境，绿色出行，能源，我们现在更多的时候会提到比方说电动车、导航，我们能优化我们的行车路线，从而节能减排对我们的环境做出我们应有的贡献，这个领域汽车电子也在不断地追寻能够给环境以及管理带来的一些优势。第三我们会谈到信息服务，这个非常容易理解，我们把未来的汽车理解为一个信息的中心或者信息的终端。现在大家知道我们自己手上都有一些智能终端手机，有各种各样信息娱乐的服务，未来在我们汽车上面我们也可以看到有更多这样的一些信息的交互、信息的服务。

所有的这些要想形成，很关键的一点是在于车联网，车际之间的通信技术。我们今天看到在这里，我列出了一些比较典型的目前我们应用在汽车领域的一些无线通信技术，接下来我就会给大家一一的做一些介绍以及我们如何对这些车联网的技术做验证与测试。

首先来看一下WiFi。应该是在1992年开始，美国就开始发展了专用短距离通信，我们叫做DSRC这样的技术标准，之前在最早的时候DSRC主要应用在ETS，就是我们不停车收费的应用上面，主要工作的频段在915兆赫兹。到了2002年到03年期间，DSRC这个技术逐渐的向更高的频率方向发展，美国当时定义了在5.9G这个频段专门用于DSRC的服务。DSRC，其实是以802.11标准作为一个基础的专用短距离通信的标准。我们也经常会听到这个叫做V2X。什么叫做V2X呢？我们可以理解为车辆与车辆之间的通信、车辆与道路基础设施之间的通信，这样的一些通信标准，同样也是基于“i 全波 e”的802.11系列的标准。更具体的来说，现在主要针对行车领域802.11引入了一个新的标准叫做802.11p或者叫做WAVE，实际上它也是缩写的简称，在汽车之间的无线通信标准。目前我们看到802.11p有很多一些很典型的应用，比方说一些前方的道路预警，拥塞的提醒，信息的提醒，道路的救援，还有一些停车的收费，还有一些，我们看这些图，车与车之间的通信都有用在802.11p的基础。802.11p我后面会给大家进行详细介绍一下。

802.11技术，其实这是整个802.11技术标准的演进，802.11p WAVE是汽车通信专门提出来的，所以它是特意针对汽车通信的场景，802.11的基础上面，在物理层上面做了一些改进，比如说热点切换这一块，高速移动，怎么应对高速移动的环境，增加一些安全的识别，一些身份的认证以及我们如何低成本的进行部署，这些领域都做了一些相应的改进。

这是802.11pDSRC的信道规划，我们看到不同的国家有不一样的部署。比方以美国FCC为例，在5.9G的频段上面规定了从5.855到5.925G赫兹的频段上面，一共75兆作为DSRC的专用频段，这75兆的频段其中除了5兆保留的频段之外，一共有7个10兆的信道，有一个是作为控制信道，其余6个可以作为专用的服务信道，不同的信道有不同的定义，一些进行车车通信、一些进行安全的、一些进行道路救援的，不同频道上面可以提供不一样的一些服务。不同的频道，同时也规定了不同的发射功率。比方说控制信道，控制信道是最重要的一个信道，中间这个178的控制信道，功率发射是最高的，是44.8DBM，其余的一些信道也规定了不同的功率发射等级，所以在整个FCC定义的DSRC领域里面，它的功率发射有四个等级。

在欧洲或者日本对本国的DSRC信道也有不同的规定，甚至在频段上面也有不同的部署。日本在700兆这样的频带上面。

802.11p和过往我们熟悉的802.11a的对比，通过这个对比来体现802.11p真的是专门用于汽车通信做的一些改进。首先最关键的一点大家可以看到“保护间隔长度”，所谓“保护间隔长度”，在整个802.11批结构之间预留的保护间隔，802.11p和802.11a相比，保护间隔长度大了一倍，有1.6个微秒。其实它的保护间隔越长，我们可以理解为能够更好的应对高速移动的场景，因为在高速移动过程当中，需要更长一些的保护间隔。在“OFDM符号长度”来看，802.11p这一块比802.11a要大了一倍，到8个微秒。所以OFDM的真结构有效数据传输的时间就是6.4个微秒，比802.11a要长。所以802.11p的“子载波间隔”比802.11a要小一倍，要短一倍，大概在156KHz。所以大家可以想象，这个参数指标，子载波间隔越多短，代表着对多普勒平移的敏感程度越敏感，所以它对频偏的敏感程度就越高，那我们在测试的过程当中对这一块的要求就会越高，和802.11a相比的话。

“数据速率”，802.11p比802.11a要小，为什么呢？因为我们通常在车辆通行过程当中，其实只是需要传一些基本的交通信息，不会需要传大数据量的业务，所以没有必要在802.11p的结构上面提供更高的数据传输速率。但是正因为此，这个传输的距离，可以通过牺牲传输的速率、传输的带宽提高传输距离。802.11p这一块可以提供300到1公里的传输距离，我们可以充分的利用这样一个更远的传输提供汽车和汽车之间的通信。而802.11a相对来讲，通常我们在家里面有WiFi的IP上网，这是我们通过对物理层对比大家清楚的意识到为什么802.11p可以有效的应用在车联网的应用当中。

刚才介绍了802.11p的物理层的结构，其实对于Keysight来讲，可以帮助我们做802.11p模块的厂家进行一个简单的一键式测量，最关键的一点就是SEM的测量，802.11p的这个信号是不是能够有效的打在我们的信号辐射模板内，这是标准规定的模板内。如果你有超出这样一个信号模板，你的这个信号有可能不能被你的接收端有效的接收，这是无线通信模块这里面最重要的一点。

我们测试仪表针对802.11p做了一键式的测量，针对车联网的领域给大家带来比较方便的测试，有预置了一些，不同的功率等级、不同的FCC、ETSI，不同标准的协会定义的不同的车联网应用的标准。

接下来还有一个比较有意思的领域在车联网这一块，汽车通信很关键的一点就是要验证在汽车移动过程当中的通信有效性。所以汽车在移动过程当中大家学通信的都知道就会有多普勒平移和衰落，我们一定希望能够在实验室就可以模拟这样一个衰落场景和环境。802.11p在标准当中其实定义了五种不同的无线信道模型，针对汽车通信领域的。1.第一种是乡村的视距，很空旷的地方可以直接看到对方车辆。2.第二种是城市近车距，周围有一些楼房、有一些建筑物，同时也能够看到前方车辆。3.第三种是十字路口的非视距，十字路口要左拐、右拐，看不到对方的车，这也是一种无线通信的信道模型。4.第四种是高速公路上面的视距，高速公路上面体现了车速移动速率非常快。5.第五种也是在高速公路上面是非视距的，有一些阻挡、遮挡，802.11p在这个领域，在无线信道模型领域规定了五种不同的信道模型。不同的信道模型，在移动过程当中，通常都是符合瑞利分布的。所谓瑞利分布以多普勒频率为中心一个对称的分布。但是在汽车通信里面，大家知道汽车跑得很快，速度越快，多普勒平移的速度就会越快，而且在车载的过程当中，我们发现周围的障碍物，因为我们现在在美国把5.9G作为DSRC的频段，5.9G的频率很高，周围的障碍物对5.9G的频率吸收就会很强，比过往在2G、3G或者日本用的700兆的强度都要快。所以在DSRC通信的模型里面我们发现它的这个分布并不是一个标准的瑞利分布，会针对802.11p，针对汽车通信有一些特殊的信道模型。比方说我们听过哈弗S2模型，专门应用在汽车通信领域的。

我们看看前面谈到了有各种各样的信道模型，有不一样的特殊的信道环境，能够提供给我们汽车无线通信模块厂家怎样进行测试呢？其实很简单，用一些软件的算法进行无线信道衰落环境的仿真和模拟。简单来讲有一个7605B的软件，可以定义所有我们在车联网标准中定义的通信信道模型，同时可以定义不同的多镜衰落的延迟，都可以进行自定义。有这样一种方式简单的进行模拟实验室环境信道衰落的场景。

这是我们和用户做的实验，左边这一张图可以看到是一个标准的，没有衰落信道的时候，非常好。而右下角这一张图加了哈弗S2模型之后，这个就偏差了。所以很明显的就能够测到你在加了Fading环境下，你的通信模块的有效性是不是能够达到你的通信质量。

这个是我们典型的进行DSRC无线通信模块测试的框图，我们可以通过一个发射机，下面是一个接收机，信号分析仪，通过信号源打信号进行你的DSRC模组的接收机的测试，通过这个信号分析仪来分析你的DSRC模组的发射信号是不是在我有效的频谱发射的有限模板之内。

前面提到车辆和车辆之间的通信，其实在汽车里面还有一个很关键的是车载的娱乐。车载娱乐现在很多的用到WiFi等等这样一些短距离通信的技术。同样，我们在这样一些车载娱乐的模块，只要有通信的模块，都可以采用这样的方式来进行WiFi模块的测试。

在生产制造领域，大家知道要快速的提高吞吐量的测试，我们通过这样一个生产测试的测试仪表进行快速生产的WiFi测试模块。

前面给大家提到了WiFi的技术，在WiFi这个领域频率很高、穿透力很弱，而且在802.11p这个里面是没有QS这样的机制的，没有回环的机制，所以信号的有效性可能得不到有效的保障。所以这个时候在3GPP标准里面提出了V2X的提案，这个里面更多体现了低成本的部署，利用现有的LTE网络进行部署，提高可以容忍的最大的时延，从而进行车联网的通信。

在这边同样我们在3GPP LTE也可以进行车联网通信的应用。

如果要进行3GPP相应的测试，进行运营商准入的测试，要符合3GPP协议的标准以及不同国家法规的标准测试，这一块我们也都可以提供给我们的模块厂家进行法规的验证。

这些我不详述了，验证过程当中这样一些参数是我们法规必须要求的，对于我们来说也是非常简单，通过一键式测量来给大家提供和得到。

测试硬件上面，前面和刚才802.11a也是比较类似的，通过信号发生、信号分析以及终测应对不同的接收机、发射机的测试。

短距离通信有蓝牙技术，蓝牙大家也不陌生，在信息娱乐的领域，包括我们个人的设备里面都有Bluetooth的标准。在汽车领域还可以通过蓝牙技术进行一些后台的验证，比方说胎压检，一些远程控制，免钥匙进入，等等应用在汽车领域，也是用Bluetooth来实现的。在今年上半年Bluetooth这个标准又演进到5.0，新的5.0的标准，过往是4.2，今年演进到5.0，我们现在也可以给大家提供Bluetooth5.0的测试方案，如果各位做最新的Bluetooth标准，我们也可以给大家提供最新的5.0的测试，这和我们之前的WiFi测试类似，实际上用到Bluetooth的测试测量软件。这是我们实际测试的Bluetooth的实例，大家可以作为一个参考。

还有一个比较多的应用是GPS，全球导航，这也是在汽车领域的，全球导航定位系统这是比较常用的汽车领域的一个应用。全球定位系统包括几种，GPS是用的最多的，GLONASS是在俄罗斯部署的，伽利略是欧盟的标准，北斗，还有我们国家自己的导航。我们现在通过我们信号发生器进行GPS，GLONASS、伽利略、北斗不同的卫星场景的测试，可以实时的进行卫星场景的仿真，不需要进行路测就可以在实验室进行你的导航系统的验证。

最后我们看一下还有DAB，广播无线接收机，这不是新的，过往汽车领域也有，有广播通信的技术。最后我们可以把多个不同的，卫星的，包括DVB的，包括我们的WiFi、LTE的信号进行共存的干扰测试，这也可以提供给做多模的模块厂家。

在汽车电子领域包罗万象，太多的标准都在里面，有一些像无线充电也在里面，通信的标准，像WiFi、3GPP、Bluetooth，我想告诉大家的是，Keysight我们公司会在各个领域有专门的人和大家共同探讨如何进行测试、测量，特别应用在车联网不同的场景和领域，对汽车领域做一些特殊的定制。这是我们可以提供给大家整个汽车的方案，大家有兴趣我们今天还可以在外面到我们展台参观相关的测试测量的解决方案，我们还会有一些抽奖的活动。

最后有一个小小的预告，我们最近刚推出的一个新的产品，这是针对雷达目标仿真器，昨天还有今天来问的朋友也比较多，大家有兴趣可以到我们展台看一下，可以有效的模拟我们最近10米到最远450米雷达目标的场景。

（文章来源：盖世汽车）