只有對環(huán)境和交通狀況有準確的了解，自動駕駛汽車才能安全地在道路上行駛。各種各樣的傳感器和相機已經(jīng)提供了其中的一些信息。通過使用無線技術連接車輛來提供附加信息。為了確保即使在較差的傳輸條件下也能接收到與安全相關的數(shù)據(jù)消息，發(fā)射器和接收器必須遵守最低標準。可以使用射頻測試來驗證遵守情況。

由于許多發(fā)明，道路安全穩(wěn)步提高。幾十年來，安全帶和安全氣囊等機械系統(tǒng)以及防抱死制動系統(tǒng) （ABS） 或電子穩(wěn)定程序 （ESP） 等電子安全設備減少了事故數(shù)量及其后果。然而，在過去幾年中，涉及事故的人數(shù)并沒有進一步顯著減少。根據(jù)德國聯(lián)邦統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)，這個數(shù)字每年保持在 390，000 左右。

為了進一步顯著減少事故數(shù)量，需要新技術。通過車輛之間的無線信息交換（車對車 （V2V） 通信）以及與交通基礎設施和所有交通參與者（車對一切 （V2X） 通信），可以在關鍵交通情況發(fā)生之前檢測到它們）。例如，所有通過十字路口的車輛都可以交換有關速度和方向的信息。這使得檢測潛在碰撞、發(fā)出適當警告和自主啟動早期對策成為可能。

然而，這種情況只有在車輛之間存在可靠的無線信息交換時才能成為現(xiàn)實，即使在傳輸條件差且沒有視線的情況下也是如此。如果遺漏了一條信息，那么一輛或多輛汽車將無法準確了解實際情況，可能會產生致命的后果。

可能的干擾

無線通信系統(tǒng)會受到不同類型的干擾的影響。其中許多統(tǒng)稱為衰落。這包括由散射、衍射、折射和反射等物理效應引起的陰影和干擾，它們會導致信號的多徑傳播（圖 1）。換言之，同一信號的多個版本在不同時間在天線處接收到，并且具有不同的信號電平和干擾。接收天線上各個信號的疊加會使接收到的信號失真、衰減甚至抵消。

【圖1 | 由于沒有視線路徑的多徑傳播而導致的衰落示例。］

交通參與者也在不斷移動，這為衰落場景增加了時間變化。車輛內的所有接收器都面臨著不斷變化的條件和信號質量。安全關鍵型應用必須在這些條件下可靠運行。如果接收器無法處理隨時間變化的衰落，那么它將無法在天線處檢測和處理接收到的信號。強編碼和專用協(xié)議無法彌補接收信號的損失。安全相關信息丟失。這可能會帶來相當大的安全風險，尤其是當駕駛員開始依賴 V2X 系統(tǒng)的警告并且不期望它會失敗時。

測試物理傳輸

為了最大限度地降低因傳輸條件差而導致的安全風險，通信系統(tǒng)的車載單元 （OBU） 和路邊單元 （RSU） 中的射頻發(fā)射器和接收器必須具有某些特性。想要將 V2X 組件集成到他們的系統(tǒng)中的開發(fā)人員和用戶可以使用射頻測試來驗證這些要求。開放系統(tǒng)互連 （OSI） 模型的兩個最低層會影響這些測試，因為它們負責數(shù)據(jù)消息的物理傳輸（圖 2）：

【圖2 | 開放系統(tǒng)互連 （OSI） 模型的物理層和邏輯鏈路控制層對于 V2X 組件的射頻測試至關重要，因為它們負責數(shù)據(jù)消息的物理傳輸。］

物理層（第 1 層）負責通過傳輸介質對數(shù)據(jù)進行物理傳輸。在 V2X 通信的情況下，數(shù)據(jù)通過空中接口無線傳輸。該層使用特定的調制模式、載波頻率和比特率。通常還要考慮傳輸數(shù)據(jù)的信道的質量。

數(shù)據(jù)鏈路層（第 2 層）由兩部分組成：介質訪問控制 （MAC） 層和邏輯鏈路控制 （LLC） 層。MAC 層管理多個用戶對傳輸介質的訪問（這與 RF 測量有關）。LLC 層處理協(xié)議級別的錯誤檢測和糾正等任務。

相反，協(xié)議級別的測試（即從 LLC 層到應用層（第 7 層））不適合驗證 RF 特性。這些測試檢查在 LLC 層中從接收信號生成的比特流是否得到正確處理。接收天線處的射頻信號被忽略。因此，協(xié)議級別的所有測試都依賴于一個重要的先決條件：車輛天線已接收到帶有消息的信號并將其轉換為比特流。比特流包含比特錯誤是可以接受的，但只能使用信道編碼來糾正。對于比特流的無差錯處理，消息必須準確地出現(xiàn)在應用層中，因為它是在 OBU 天線上接收到的。這會觸發(fā)其他操作，

因此，OBU 中的 RF 模塊（即 MAC 層和物理層）必須滿足有關功率和頻率精度以及數(shù)據(jù)包錯誤率 （PER） 的某些最低要求。此外，傳輸?shù)男盘柌坏酶蓴_相鄰頻率的任何傳輸技術。這些特性只能通過射頻測試來驗證，協(xié)議測試無法驗證，因為傳輸信號中的任何干擾都會通過 OBU 的射頻模塊傳導到接收器。

但是如何測試射頻模塊的要求呢？以及如何確保實際接收到傳輸?shù)南?？對移動通信行業(yè)的研究表明，三種不同類型的射頻測試用于驗證和認證智能手機：

監(jiān)管測試檢查發(fā)射信號在其他頻率中引起的干擾，以確保它保持在指定的限制范圍內。通常，國家監(jiān)管機構會指定這些限制，并且遵守具有法律約束力。這些類型的規(guī)范已經(jīng)可用于 V2X 單元。

一致性測試確定智能手機是否符合其用于傳輸?shù)募夹g的射頻規(guī)范。例如，智能手機不得超過指定的最大 PER 或最大發(fā)射功率。單獨的測試規(guī)范通常描述如何執(zhí)行和評估這些測試。

一些移動通信提供商要求進行比此處描述的更嚴格或額外的測試，以通過提供更好的傳輸質量和更好的網(wǎng)絡可靠性來從競爭中脫穎而出。移動設備必須滿足這些特殊要求才能被允許進入網(wǎng)絡。

有線無線電

汽車行業(yè)在實驗室、測試場地甚至公共道路上測試汽車零部件和電子控制單元 （ECU）。對于無線通信，這相當于現(xiàn)場測試，為射頻測試提供了一個真實的環(huán)境。然而，諸如天氣之類的其他影響可能會不可預測地改變無線電鏈路的射頻特性。測試設置和測試順序取決于所涉及的車輛和天線位置，并且通常只能通過相當大的努力才能更改。

這對于測試仍處于開發(fā)階段的新設備是不切實際的。相反，需要的是允許在實驗室進行實際測試的替代方案。在無線通信中，傳導測試代表了現(xiàn)場測試的替代方案。測試系統(tǒng)模擬傳輸通道，而電纜取代了實際的無線電鏈路。這些類型的 RF 測試可以在每個原型以及每次更改軟件或硬件時執(zhí)行。這具有許多優(yōu)點，可以使開發(fā)更快、成本更低并減少錯誤：

測試可以在任何時間以低成本進行。

測試條件在任何時候都有明確的定義，并且可以隨時更改而不受外部影響。

當在相同條件下執(zhí)行時，明確定義的測試序列會產生可比較的結果。

可重現(xiàn)和可比較的結果有助于調試。

參數(shù)可以很容易地修改。這與例如在現(xiàn)場測試中修改衰落輪廓所需的大量努力形成對比。

多個測試可以組合成測試序列，然后自動執(zhí)行。這使得進行長期測試以研究原型的可靠性成為可能。

某些 RF 測試，例如誤差矢量幅度 （EVM） 或接收器 （RX） 靈敏度測試，僅作為傳導測試才有意義。在現(xiàn)場測試中，不受控制的噪聲和來自外部源的干擾會導致測量結果失真。

根據(jù)選擇的場景，信道仿真準確地模擬了無線電鏈路的物理屬性。今天的信號發(fā)生器還可以實時模擬特殊的 V2X 衰落曲線。

現(xiàn)場測試仍然有意義，特別是對于天線測量（例如，確定天線特性或波束成形測試）。盡管進行的測試不能完全取代現(xiàn)場測試，但通道模擬可以簡化測試，輕松且經(jīng)濟高效地支持實驗室開發(fā)。

檢測射頻問題

為了能夠比較 V2X 單元的各種硬件和軟件版本的測試結果，必須明確定義所有測試程序。因此，一些國家為 V2X 系統(tǒng)定義了測試規(guī)范，其中包括四類測試用例（圖 3 和圖 4）：

【圖3 | 射頻發(fā)射測試規(guī)范包括帶內和帶外測試。］

【圖4 | 射頻接收測試規(guī)范包括帶內和帶外測試。］

TX 帶內：該組中的測試用例測試發(fā)射機 （TX） 特性，例如最大和最小發(fā)射功率、頻率精度和調制精度。

TX 帶外：允許頻帶之外的不需要的發(fā)射功率不得干擾其他技術。因此，TX 帶外測試用例測量此發(fā)射功率并將其與允許的限制進行比較。

RX 帶內：此類別測試接收器 （RX），例如通過測量接收信號仍可解碼的最低接收功率或通過測量衰落性能。圖 5 顯示了 R&S SMW200A 矢量信號發(fā)生器的屏幕截圖，其中配置了 V2X 衰落配置文件。

RX 帶外：專門的測試用例測量 OBU 或 RSU 是否在發(fā)射器關閉時無意發(fā)射其他頻段的發(fā)射功率。

【圖5 | 羅德與施瓦茨 SMW 信號發(fā)生器顯示了 V2X 在 5.9 GHz 的衰落曲線。］

V2X 的各種插頭測試表明，TX 帶外和衰落測試對于許多被測設備來說尤其成問題（圖 6）。但是，可以通過使用適當?shù)臏y試儀器在開發(fā)階段檢測到這些 RF 問題。RX 測試可以使用能夠生成 V2X 信號的信號發(fā)生器來執(zhí)行。信號分析儀涵蓋了 TX 測試用例。根據(jù)分析儀的動態(tài)范圍，需要 V2X 信號濾波器來覆蓋帶外測量的寬頻率范圍。

【圖6 | TX 帶外測試：802.11p 單元的發(fā)射功率（藍線）多點超過允許限值（紅線）。5855 MHz 和 5925 MHz 之間的頻率范圍為歐洲和美國的 V2X 保留］

目前，各種無線技術正在討論用于實現(xiàn) V2X 通信，特別是 WLAN 802.11p、LTE 和 5G，這些技術將在幾年后推出。無論使用哪種技術，羅德與施瓦茨等測試和測量設備制造商都已經(jīng)提供了 V2X 所需的測試解決方案。例如，基于廣泛分布的 LTE 技術的解決方案可以使用 TS8980 射頻測試系統(tǒng)系列進行測試?？捎玫臏y試會根據(jù)每個 LTE 開發(fā)不斷更新，使其也適用于 V2X。

例如，對于 802.11p，TS-ITS100 射頻測試系統(tǒng)包含完整的全球 802.11p 測試用例包，用于：

歐洲 5.9 GHz （ETSI EN 302 571）

美國 5.9 GHz （IEEE 802.11-2012）

日本，760 MHz（TELEC T257 和 ARIB STD-T109）

對于帶外測試，測試系統(tǒng)允許進行高達 18 GHz 的測量，并且可以根據(jù)不同地區(qū)的需要接受各種濾波器。系統(tǒng)硬件已設置為處理分集和多輸入多輸出 （MIMO）。802.11p 測試提出了一個特殊的挑戰(zhàn)，因為沒有定義到 802.11p 單元的統(tǒng)一接口。為了為測試用例配置單元，測試軟件必須使用單獨的命令對每個單元進行尋址。測試系統(tǒng)已經(jīng)包含許多單元的插件，以允許完全自動化測試。

概括

交通參與者之間的無線、自動化通信將繼續(xù)發(fā)展，以改善道路安全。必須在每種環(huán)境和每種交通情況下可靠、快速地傳輸安全關鍵信息。僅協(xié)議測試是不夠的，因為它們不能測試傳輸信號到達接收器的環(huán)境。只有射頻測試才能確保 OBU 和 RSU 滿足最低物理要求，從而挽救生命。

審核編輯：郭婷