罗德与施瓦茨CMX500赋能车载无线通信全场景测试

随着汽车工业向电动化、智能化和网联化的加速演进，无线通信技术已成为现代智能网联汽车不可或缺的神经中枢。车辆不仅需要稳定接入蜂窝网络（如4G LTE、5G NR）以实现导航、娱乐、远程控制等基础功能，更需支持日益复杂的车联网应用、高带宽的车载影音娱乐系统以及至关重要的车载软件OTA（Over-The-Air）更新。这些多样化的应用场景对车载无线通信模块的可靠性、性能和鲁棒性提出了前所未有的挑战。

在这一背景下，构建一套覆盖全面、高效可靠的车载无线通信测试体系，确保车辆在各种复杂网络环境和极端场景下的稳定连接与数据传输能力，已成为保障智能汽车功能安全与用户体验的关键环节。罗德与施瓦茨公司（R&S）的CMX500 OBT（One Box Tester），作为一款先进的、面向未来的信令无线通信测试平台，其集成了对4G LTE、5G FR1/FR2、WLAN、NTN（NB-NTN，NR-NTN，LTE-DTC）乃至未来6G技术的全面支持，为车载无线通信的全场景测试提供了强大的技术支撑，不仅满足当前的测试需求，还充分考虑了无线通信技术未来的发展趋势。

CMX500功能概述

CMX500 OBT 是罗德与施瓦茨公司（R&S） 针对5G测试开发的高性能、一体化、面相未来通信技术发展的信令无线通信测试仪。仪表支持4G、5G、WLAN、NTN、NG eCall以及未来的Wi-Fi 8和6G通信技术。仪表采用了Linux操作系统，安全性高，并通过基于Web的图形化用户界面（GUI）CMsquare进行操作，界面美观，应用灵活。支持根据不同的测试需求进行灵活的硬件配置。

全新设计的射频硬件：

1) FR1频率覆盖范围400MHz~8GHz；

2) 每块射频硬件，包含4个独立的下行通道，每个下行通道可以支持1GHz的工作带宽；

3) 射频硬件的数量可以根据测试需求灵活配置，最多可以配置4块，最高支持下行16CC载波聚合、64 layer（层）；

4) IF中频输出硬件频率覆盖范围4GHz~20GHz，结合上下变频单元，可以支持最高50GHz的FR2频率测试，满足3GPP定义的全部毫米波频段测试能力。

CMX500内置数据应用服务器（DAU），可以支持包括DNS，FTP，IMS，ePDG，HTTP，iPerf、Ping等各类应用场景和服务测试。面向未来的硬件架构设计，性能卓越，最高满足20Gbps应用层吞吐量测试。充分满足IMT-2020定义的技术性能要求，以及通信技术未来的发展。同时仪表的服务器还可以连接到外网服务器，满足如车载软件OTA更新，网络安全等应用场景测试。

基于CMX500的车载无线通信测试方案

CMX500 是一款功能强大的无线通信测试仪（基站信号模拟器），包含接入网和部分核心网的功能。针对车载无线通信模块测试，CMX500可以用于通信功能测试、通信性能测试以及异常场景测试，以应对多样化的车载无线通信多样化的应用场景。

通信功能测试

通信功能测试（信令连接测试），用于验证车辆与移动网络之间的信令交互是否符合3GPP协议，并确保其具备正常网络接入能力。许多车企的车型面向全球市场，因此必须满足每个市场的网络接入功能要求。通过配置关键参数，测试仪表可模拟多样化的网络环境，用于评估车辆在不同条件下的网络搜索能力和信令连接能力。

(1)全球网络模拟：模拟全球不同运营商网络可以通过配置PLMN（包括MCC国家码和MNC网络码）以及SIM卡中的IMSI参数（同样包含MCC和MNC）来实现，如下图所示。在进行此操作时，需要注意同步修改SIM卡的参数信息。另外注意，如果修改为现网的PLMN，会受到现网的干扰，耦合测试需要采用屏蔽环境。

(2)漫游场景模拟：即测试sim卡中的IMSI参数（MCC和MNC）与网络配置的PLMN不一致的情况。后者操作相对简化，仅需要修改网络配置的PLMN参数，模拟用户携带设备出国的漫游场景。虽然这类场景出现概率不高，但是需要确保整车在漫游场景下可以正常搜网和接入。

(3)不同频段测试：对于4G和5G的接入验证，CMX500支持几乎所有3GPP定义的频段及其组合，并随着3GPP规范的更新不断演进，以确保全面的接入验证能力。下图所示为CMX500 LTE和NR小区参数配置示意图。网络提供可以配置的参数比非常多，这里仅提供频段、频点、带宽等最基础信息展示。

通信性能测试

在车载无线通信系统全场景测试体系中，通信性能测试是验证车辆在真实复杂使用环境下连接可靠性与服务质量的核心环节。可以通过调整网络资源调度等相关参数，对整车的无线通信性能进行全面评估。随着智能网联汽车对高带宽、低时延、多网络共存能力的需求日益提升，单一功能或静态环境下的测试已无法满足研发与验证要求。为全面评估车载通信模块在实际运行中的表现，需构建多维度、系统化的性能评估框架。

本章节聚焦通信性能测试，围绕射频测试、应用测试与异常场景测试三大核心维度展开。射频测试作为基础，用于验证终端在不同频段、功率、干扰条件下的物理层性能，确保其符合无线3GPP技术规范；应用测试则从用户视角出发，评估典型车载应用（如高清影音流、远程控制和诊断、车载软件OTA升级）在真实业务负载下的响应效率与稳定性；异常场景测试旨在模拟弱信号、网络切换失败、拥塞、干扰等极端或边缘工况，检验系统在非理想条件下的鲁棒性与恢复能力。

1、射频性能测试

射频（RF）性能测试验证无线通信终端在真实网络环境中物理层传输能力，是通信性能测试的核心组成部分。射频性能测试全面评估终端做为发射机和接收机的技术指标，确保其符合3GPP国际标准与运营商准入要求。射频性能测试主要依据3GPP规范，其中，LTE遵循TS 36.521-1，5G NR依据TS 38.521-1。  

使用CMX500进行手动射频测试，可以在GUI界面按照射频测试用例和Test ID进行选择，相应的资源配置参数会实现自动配置，通过apply应用，如下图所示。在测量界面就可以获取测量结果。通过此方法，可以显著提升手动射频测试的效率。除了手动测试，CMX500还提供了Sequencer 和RSCN-ATE工具，可以按照3GPP的要求进行射频自动化测试。

2、音频质量测试

基于CMX500与海德声科（HEAD acoustics）设备的音频质量测试方案，已成为当前4G/5G终端设备（含车载终端）语音验证的主流解决方案。该方案通过集成CMX500的无线通信仿真能力与海德声科ACQUA软件的声学分析能力，实现从信号生成到质量评估的全流程测试。其中CMX500内置的DAU数据应用服务器可以满足4G VoLTE 和5G VoNR语音/视频通话测试，通过IP转发将语音数据流传输至海德labCORE+ACQUA系统，执行声学参数分析（如频响、失真度、信噪比）及主观质量评估（POLQA评分）。

该方案整合了CMX500的通信仿真能力与海德声科的声学分析技术，为车载无线终端提供了覆盖研发到量产的全周期音频测试解决方案，可满足ITU-T P11xx系列规范的测试要求。

3、物理层数据传输性能测试

物理层吞吐量能力是各类应用场景测试的基础，在进行应用场景测试前，需确保物理层吞吐量达到预期指标。通过修改物理层资源调度，测试其极限吞吐量性能。下图是NR TDD模式，上下行时隙配比（占空比）1:8资源配置示例。

下图对应NR SA n78单载波物理层极限数据速率实测结果，实测结果2.07Gbps。

针对物理层数据传输性能测试，CMX500不仅支持手动测试，还可配合Sequencer或RSCN-ATE软件还可以实现吞吐量的自动化遍历测试，覆盖多种频段组合，可以显著提升吞吐量测试的效率。

4、应用层数据传输性能测试

在完成物理层的数据传输性能验证后，可以利用CMX500内置数据应用服务器（DAU，Data Application  Unit）提供的FTP、iPerf等服务进一步验证应用层数据传输性能。仪表的统计工具可以覆盖从物理层、MAC层到应用层的端到吞吐量测试能力，帮助数据传输性能和稳定性的验证，以便及时发现和解决潜在问题。CMX500内置的DAU可以支持最高20Gbps的端到端应用层数据传输，可以充分满足当前的测试需求以及未来无线通信技术的发展。

5、连接外部服务器

CMX500的DAU数据应用服务器具备连接外部服务器的能力，在进行特定的数据应用场景测试（如车载软件的OTA下载和网络安全）时，此功能尤为重要。下图展示了仪表通过路由器连接外部服务器后获取的IP状态信息。

通过此功能，测试人员可以将CMX500连接到如车载云端服务器，以满足高带宽车载影音娱乐系统以及车载软件OTA升级，帮助评估包括从物理层到应用层数据下载速率、延迟和丢包率等多个关键指标。通过实时监测这些性能指标，能够识别潜在的瓶颈和问题，从而为车载数据应用场景测试提供有效支撑。

OTA更新技术，最早应用于手机领域，通过无线网络实现软件更新，随着手机行业蓬勃的发展，OTA更新技术应用进入爆发期，也为汽车行业提供了技术参考。而汽车OTA更新技术，最早诞生于特斯拉，2010年，Model S首次实现了整车OTA升级，成为汽车OTA更新技术应用的里程碑。随后，主机厂开始主导整车OTA更新能力建设。伴随我国电动车的发展，整车OTA更新技术已经被广泛应用和消费者接受，市场覆盖率也以前所未有的速度迅速普及。可以说OTA更新技术贯穿于车企从研发，生产到售后全生命周期。

车载软件OTA更新测试，可以存在多种分类方法。从通信角度可以划分为功能测试、性能测试以及异常场景测试。相比真实现网条件下测试，在实验室仿真网络测试存在如下优势：

1）降低成本：基于真实网络的测试，需要车辆和测试人员在各类的网络环境下进行测试。如果测试遇到问题，问题复测、验证都需要耗费大量的时间和人力投入。如果问题点在外地，甚至是海外，更是如此。因此，如果可以在实验室内满足测试需求就可以大大降低时间和人力的成本。

2）灵活高效：在实验室仿真网络环境下，可使用仪表快速构建模拟不同的外场网络测试场景，支持反复验证测试，方便问题的分析、定位以及复测。

3）方便扩展：基于此网络环境，还可以进行测试场景的扩展遍历，同时还可以构建一些异常场景，实现充分验证和测试。

除此之外，车载网络安全测试同样需要基于连接外部服务器的功能，可以将DAU与一部PC建立连接，PC上运行包含如端口扫描等安全测试工具（第三方），车机与CMX500建立通信后，通过安全测试工具进行测试，满足车载网络安全认证测试需求。基于CMX500网络安全测试方案被众多检测机构采用。

6、IP数据分析

CMX500的DAU具备“IP Analysis”数据分析功能，可用于捕获和分析网络流量，提供关于网络性能及应用行为的深入洞察。通过此功能，测试人员可以获取关键的统计数据，包括数据流通信的源IP地址、目标IP地址及其所属国家、FQDN（完全合格域名）解析结果、通信端口号和数据流的加密状态等。

这些信息对于全面评估网络性能至关重要。源/目标IP地址的分析有助于识别数据流的来源和去向，了解网络的使用情况；FQDN解析提供域名与IP地址的映射关系，辅助分析网络请求的有效性和响应速度；通信端口号的监测揭示不同应用之间的流量分布；数据流加密状态则是评估数据安全性的关键指标。下图为IP分析演示示意图。

由于车载数据应用需要连接到真实的云端服务器，通过综合分析这些统计数据，测试人员能够识别潜在的网络瓶颈和应用性能问题，进而优化应用设计。这种深入的IP数据分析不仅提升了测试的准确性，也为后续的故障排查和性能优化提供了有力支持。

7、QoS服务质量测试

在真实网络环境下，无线通信过程常会面临复杂的信道条件，即非理想的数据传输场景。CMX500提供了强大的QoS监测功能，可模拟非理想网络条件下的性能指标（如丢包率、延迟和抖动）。这一能力对于确保关键应用在OTA更新或其他高负载情况下的稳定性尤为重要。

在CMX500的“Global Service – QoS”窗口中，用户可以便捷地进行QoS配置，模拟不同类型的流量及其优先级的设置，针对时延、抖动和丢包等级进行参数设定，以模拟不同场景下的通信质量，并实时监控其QoS指标。如下图所示。

通过以上的配置，工程师可以验证在各种网络条件下不同应用场景仿真测试，保障车辆的关键应用始终保持高效和稳定的运行，验证其它应用的性能是否受到影响。这种全面的QoS监测和管理能力，确保用户在使用车辆时获得**体验。

8、AWGN及Fading场景测试

CMX500作为一款高性能无线通信测试仪，可以支持AWGN（Additive White Gaussian Noise 加性高斯白噪声）和Fading（衰落）场景的模拟。可以模拟在不同信道条件下，对终端（车载T-box）性能的影响。

AWGN是无线通信中常见的一种噪声模型，用于模拟信号再传输过程中受到随机噪声干扰。AWGN测试的主要目的是评估系统在不同信噪比（SNR）条件下的性能。

无线信号在传播过程中，受多径效应等因素影响，信号强度会发生变化，即所谓的衰落场景。CMX500支持模拟多种衰落场景，包括3GPP协议定义的及用户自定义衰落模型。具体配置如下。

通过模拟和调整AWGN和Fading的配置，可以测试车辆的关键性能指标，如误码率、数据传输速率和接收灵敏度，延迟等。帮助研发人员评估车辆在非理想信道条件下的稳定性和可靠性，为后续车辆通信能力的设计、开发和优化提供了强有力的保证。

9、车载软件OTA更新测试

OTA更新技术，最早应用于手机领域，通过无线网络实现软件更新，随着手机行业蓬勃的发展，OTA更新技术应用进入爆发期，也为汽车行业提供了技术参考。而汽车OTA更新技术，最早诞生于特斯拉，2010年，Model S首次实现了整车OTA升级，成为汽车OTA更新技术应用的里程碑。随后，主机厂开始主导整车OTA更新能力建设。伴随我国电动车的发展，整车OTA更新技术已经被广泛应用和消费者接受，市场覆盖率也以前所未有的速度迅速普及。可以说OTA更新技术贯穿于车企从研发，生产到售后全生命周期。

车载软件OTA更新测试，可以存在多种分类方法。从通信相关的功能和性能角度可以划分如下：

1) 通信功能测试：验证车机与网络之间的网络连接基础功能。

2) 通信性能测试：评估理想信道和非理想信道条件下，与数据传输相关的各项测试。

3) 异常场景测试：模拟各类异常场景下对于OTA数据传输的影响。

那么上述的功能、性能和异常场景测试与上文中描述的内容直接对应。

大部分情况下，OTA更新测试需要在真实现网条件下进行测试。相比之下，实验室仿真网络测试存在如下优势：

1）降低成本：基于真实网络的测试，需要车辆和测试人员在不同的网络环境下进行测试。如果测试遇到问题，问题复测、验证都需要耗费大量的时间和人力投入。如果问题点在外地，甚至是海外，更是如此。因此，如果可以在实验室内满足测试需求就可以大大降低时间和人力的成本。

2）灵活高效：在实验室仿真网络环境下，可使用仪表快速构建模拟不同的外场网络测试场景，支持反复验证测试，方便问题的分析、定位以及复测。

3）方便扩展：基于此网络环境，还可以进行测试场景的扩展遍历，同时还可以构建一些异常场景，实现充分验证和测试。

03异常场景测试

车载无线通信终端（T-box）在通信过程中，可能遭遇多种异常场景。从通信的角度，可能源于网络的问题，也可能源于车载T-box问题。针对这些异常场景，如果在实验室内可以仿真发生问题的网络环境，那么可以大大节省分析、验证、解决时间和人力成本，还可以实现测试的一致性。

异常场景测试旨在评估车辆在网络异常情况下的鲁棒性（Robustness）。CMX500 可模拟多种异常场景，例如信号丢失、弱信号、网络拒绝（含原因值）、网络切换失败等。针对这些异常场景，我们可以直接在仪表GUI界面完成功能验证测试，也可以调用运行Sequencer测试脚本实现批量化自动化测试。

下图展示了一个网络切换失败的Sequencer测试脚本示例。Sequencer采用图形化、模块化的设计，脚本直观，易用。此外R&S还提供了丰富的的Sequencer测试脚本包，覆盖各类特性和应用场景，可满足客户差异化的测试需求。

通过以上异常场景的模拟，CMX500 可以有效地评估各类车载数据应用场景成功率和恢复能力，保证车辆在各种异常场景恢复后继续更新。确保车辆在不同网络条件下的可靠性和性能。。

 结语

CMX500 信令无线通信测试仪是一款功能强大、灵活可靠的测试平台，可满足现代无线通信系统的多样化测试需求。CMX500 在车载无线通信测试中发挥着至关重要的作用。通过功能测试、性能测试（射频、音频、数据传输、QoS等）以及异常场景测试，CMX500构建了一个端到端的全面测试平台，可有效评估和验证车载无线通信的各个层面。该平台为车载无线通信测试提供了强有力的支撑，显著提升了测试的全面性与效率，确保车辆在实际使用中的可靠性和性能。