如何搭建 V2X 的测试环境？

导读：V2X 作为智能网联汽车的关键技术，可实现车与车、车与基础设施、车与行人、车与云等互联，将车辆信息与外界信息共享，增强车辆智能感知能力。

文章主要研究分析了智能网联汽车 V2X 的相关测试以及复杂的 V2X 通信场景搭建， 分析如何使用信号发生装置将真实通信环境在封闭测试区中进行复原以及相应的信号捕获解析。

1. 前言

随着科技的发展以及交通安全、出行效率、环境保护等问题日益突出，智能网联汽车因其具有提升道路交通安全、缓解交通拥堵、提高运输效率等功能而备受关注。欧洲、美国、日本等发达国家和地区较早进行了智能网联汽车的研究与测试，并形成一定的标准规范，逐渐将V2X （Vehicle-To-Everything）技术引用和部署到相关领域。中国也将智能网联汽车发展列入国家「中国制造 2025」的战略规划，成为重点推动产业之一。

目前 V2X 在汽车智能化中的应用还处于探索阶段，其技术应用带来的交通安全问题、信息安全问题及各类应用稳定性、互通性及各类车载无线设备的频谱共存和电磁兼容性问题等尚未验证，所以测试和示范运行是智能网联汽车研发和产业化的关键。2016 年 6 月，工信部批准的第一家「国家智能网联汽车（上海）试点示范区」及封闭测试区已开始运营，为智能网联汽车测试开发认证、标准规范制定提供重要的平台。V2X 作为智能网联汽车关键技术，对应的测试也是示范区重点布置场景之一，搭建复杂通信环境的 V2X 场景是本文研究的重点。

2. V2X 技术简介

V2X 是车与外界进行互联，是未来智能汽车、自动驾驶、智能交通运输系统的基础和关键技术。V2X 主要包括 V2N（Vehicle-To-Network，车-互联网）、V2V（Vehicle-To-Vehicle，车-车）、V2I（Vehicle-To-Infrastructure，车-基础设施）、V2P（Vehicle-To-Pedestrian，车-行人）。其主要有 DSRC 和 LTE-V 两大技术标准和产业阵营。

DSRC

图 1  DSRC 技术示意图

专用短程协议 DSRC（Dedicated Short Range Communications）是使用于智能交通领域道路与车辆之间的通信协议。DSRC 由路边单元 RSU 和车载单元 OBU，控制中心以及一些辅助设备组成。DSRC 是一个以IEEE 802.11p 为基础的标准，采用专属无线频率 5.9GHz 频段内的 75MHz 频谱——这是美国联邦通信委员会（FCC）在 1999 年专门为智能交通系统（ITS）所分配的。DSRC 通信如图 1 所示。

LTE-V

LTE-V（Long Term Evolution-Vehicle）是车联网实验室提出的一种基于 TD-LTE 技术的 V2V 解决方案，LTE-V 是基于 4G LTE 系统的演进技术，包括 LTE-V-Cell 和 LTE-V-Direct 两个工作模式。

图 2  LTE-V 技术示意图

通俗地来说，LTE-V-Cell 要借助已有的蜂窝网络，支持大带宽、大覆盖通信，满足 Telematics应用需求；LTE-V-Direct 可以独立于蜂窝网络，实现车辆与周边环境节点低时延、高可靠的直接通信，满足行车安全需求。图 2 为 LTE-V 两种工作模式的通信方式。

LTE-V 与 DSRC 对比

纵观整个 ITS 智能交通领域，802.11p 通信标准一直被众多汽车企业视为未来车联网的核心基础技术。但是到了现在，LTE-V 技术更具优势；与 802.11p 相比，LTE-V 因为有基站介入协调资源分配，抗干扰能力大幅提高，尤其在车辆密集场景具有 802.11p 不可比拟的优势。两种技术比较如表 1。

表 1  DSRC 和 LTE-V 指标对比

3. V2X 测试研究

V2X 测试主要涵盖 V2V、V2I、V2P、V2N 四大类通信方式以及安全、效率、信息服务和新能源汽车四大类应用场景，同时包含通信能力测试场景，以安全类场景为主：

• 安全类是指在行驶过程中为了保证汽车安全而必须的应用场景，包括预警类、提醒类和辅助类；

• 效率类是指为了提高行车效率与交通流通效率而设置的应用类场景，主要为多车协同等；

• 信息服务类用于为汽车提供多样化的实时讯息；

• 通信能力包括通信环境恶化（隧道、高架）时的通信能力测试场景。

图 3  V2X 测试分类

此外，针对 V2X 信号遮挡，V2X 信号失效，V2X 不同通信方式通用性，信息安全等都要在封闭测试区验证。图 3 展示了 V2X 测试分类。

V2X 测试一般会经过通信设备厂商和汽车主机厂商的测试，主机厂将搭载车载单元（OBU）的汽车和测试区装有路侧单元的通信模块（RSU）进行多种场景下通信测试，以验证 V2X 应用的功能和性能。

由于各种测试安全尚未得到认可，所以大量试验验证需要在封闭测试区进行，搭建各种 V2X 测试场景的需求是封闭区建设的重点之一。

V2X 实测环境搭建

图 4  V2X 测试环境搭建设施

为了验证车与车、车与基础设施、车与行人等通信，国家智能网联汽车（上海）试点示范区下属封闭测试区搭建了用以 LTE-V 通信的基站，路口安装布置多种 DSRC 设备。此外，测试区搭建模拟信号遮挡的隧道和模拟视线遮挡的模拟建筑以完善真实道路通信环境，如图 4 所示分别为基站、DSRC、隧道和模拟建筑。

封闭测试区的测试为智能网联汽车上路测试做前期准备验证，由于测试区的道路特征相对简单，不能完全还原真实中国的道路交通环境，所以，搭建相应模拟环境相当重要，其中，V2X通信模拟环境搭建是重点之一。

为了模拟多种车-车通信、通信信道被占用、强磁干扰的通信环境，我们在路口装配信道仿真仪、信号发生装置、功放单元，将复杂通信环境复现示范区。通过布置复杂通信场景测试，验证 V2X 应用的性能，DSRC 和 LTE-V 对比分析，车辆通信失效策略等。

实际通信环境信号测试

各国执行的 DSRC 标准从频段分配、调制方式、通信协议等都不尽相同，为进一步验证场景搭建真实通信环境信号的可靠性，测试区采用矢量信号分析软件 89600VSA 设备实时监控测试区通信信号主要状况。

图 5  标准 802.11p 信号的解调

图 5 是测试区交叉十字路口某个 802.11p 信号的测试结果，此处安装 DSRC 的设备也是最密集的点，图 5 从 A 到 F 共 6 个通道分别给出了星座图、码率、Search 信号、频谱、解调汇总、时域信号的结果。通过实时信号捕获采集，我们可以分析查找 DSRC 通信中各种异常问题，以便对 V2X 通信测试做进一步的完善。

隧道对 V2X 信号屏蔽的测试

V2X 通信能力测试主要是搭建隧道和林荫道路，在通信环境恶化下对智能网联汽车性能测评。为此我们在搭建的隧道环境下对信号进行测试，分析封闭测试区隧道通信测试环境。

图 6  测试场地和现场测试图

在信号分析仪输入端接入天线，采用实时频谱和瀑布图的功能，对实际场景的电磁环境和 802.11p 信号进行测试。测试的地点分别为路边（Site 1）、隧道入口（Site 2）和隧道中间（Site 3），如图 6 所示。

采用信号分析仪的实时功能和瀑布图可以实现对空间的电磁环境和瞬时信号捕捉，利用矢量分析软件，实现了对 802.11p 信号的时域、频域、解调域的完整测试，同时可实现数据采集回放。不同测试点的电磁环境和 802.11p 信号的总体趋势一致，差异主要体现在功率方面，尤其是 Site 2 与 Site 3 功率相差 10dB 左右，主要是由空间衰落和隧道屏蔽引起的。

4. V2X 通信环境模拟搭建

图 7  802.11p 信号生成和分析解决方案

为了将复杂道路通信环境复原在测试区，我们通过模拟真实的 V2X 通信信号，并通过无线模块发送给测试车辆，以测试验证智能网联汽车多种通信环境下的应对能力和信号处理机制。图 7 为信号发生和分析测试方案，可以实现：

• 信号产生：标准信号的生成；信号的回放；实际 V2X 信号（干扰、衰落）的模拟生成；

• 信号分析：实时频谱的捕捉和分析；矢量信号的时域、频谱、解调域的完整测试；波形文件的管理和记录（信号的录制）。

图 8  采用信号生成软件和矢量信号源生成衰落信号

采用实时衰落信号生成软件，模拟实际场景中的车载无线信道特性，进行接收机测试，可以生成专为 802.11p 定义的 Half Bath 衰落分布图（图 8），所有衰落参数都可通过该软件的界面来配置。

信号分析仪内部的信号存储最大为 2GB，在进行外场测试时无法完整的录制实验过程中的所有信号。通过信号录制回放设备便携式高速采集器，可以完成对所有测试数据无遗漏的保存，在实验室中进行分析。

5. 总结

本文主要对智能网联汽车相关技术进行分析以及对于 V2X 测试进行系统简介，对智能网联汽车和 V2X 测试的研究分析，有利于国家标准制定，加快智能网联汽车上路，对提升交通安全、效率，减少排放意义重大。

来源丨厚势

作者丨张亚萍

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