杜 昊，吕玉琦，丁启枫

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

LTE-V2X技术和802.11P技术是目前国际上两种主流的V2X（vehicle to everything）应用技术。

其中，LTE-V2X技术能够在高速移动环境中提供低时延、高可靠、高速率、安全的通信能力。LTE-V2X通信的基本元素包括：车载单元（On board unit，OBU）、行人（Pedestrian，P）、用户类型路边单元（UE-type Road Side Unit，UE-type RSU）、基站类型路边单元（eNode B-type Road Side Unit，eNode B-type RSU）、基站（E-UTRAN）等。具体通信模式包括V2V（Vehicle-to-Vehicle）、V2I（Vehicle-to-Infrastructure）和 V2P（Vehicle-to-Pedestrian）等。

LTE-V2X设备的网络连接模式，按照通信方式不同可以分为直连模式和网联模式：直连模式是不经过基站的通信模式，称为PC5口通信模式；网联模式是经过基站的通信模式，称为UU口通信模式。由于现阶段实验室测试在组网方面的局限性，无法完整的体现V2X网络，因此本文主要讨论针对PC5口通信模式的测试方法研究。LTE-V2X的国际标准发展历程是3GPP在R12和R13中推出了D2D通信模式。2015年年初，3GPP在D2D通信模式的基础上，正式启动基于LTE-V2X的技术需求和标准化研究。2015年初，3GPP需求工作组开展了LTE-V2X需求研究，于2016年3月结项；2016年年初，3GPP架构工作组启动LTE-V2X架构研究，于2016年12月结项；2015年7月，3GPP无线技术工作组开始LTE-V2X空口技术研究，于2016年6月结项；2015年12月，3GPP启动基于LTE PC5接口的V2V项目，于2016年9月结项；2016年6月，3GPP启动基于LTE的V2X业务项目，于2017年3月结项。在测试标准方面，2018年7月，由国家无线电监测中心检测中心牵头编写的《基于长期演进技术（LTE）的车联网终端射频和通信性能》系列团体标准正式发布。[1]

作为LTE-V2X终端设备研发阶段及正常组网工作的技术保证及必要条件，需进行相对全面的实验室性能测试；同时，由于LTE-V2X设备是与安全相关的无线电设备，按照我国无线电设备的管理规定及相关技术要求，需对其射频特性进行测试。以上的实验室测试将为LTE-V2X终端的外场测试、商用及生态圈的完善做好技术准备工作。

1 实验室射频测试

LTE-V2X终端的实验室射频测试是验证LTEV2X设备使用频率和射频相关指标的基础工作。在工作频率和设备技术要求方面，我国于2018年10月正式发布了《车联网（智能网联汽车）直连通信使用5905-5925MHz频段的管理规定（暂行）》，可作为此项测试的指标依据。LTE-V2X终端射频指标总体要求是：对于使用5905-5925MHz频段的OBU终端和RSU终端，一方面要求能够产生符合标准要求的有用信号，另一方面要求把无用发射控制在一定水平之内。[2]

1.1 测试项目及技术指标

LTE-V2X终端实验室射频测试项目分为5个部分，技术要求参考标准3GPP TS 36.101，测试项目如下：

（1）最大发射功率。确定终端的发射功率是否符合标准要求。如果终端最大发射功率过大，会对其他信道或系统造成干扰，最大发射功率过小会造成系统覆盖范围减少。按照3GPP标准要求，LTEV2X系统的OBU终端和RSU终端的发射功率应在23dBm±2dB范围内。

在我国，无线电发射设备需要符合我国的无线电管理规定。根据《车联网（智能网联汽车）直连通信使用5905-5925MHz频段的管理规定（暂行）》，针对LTE-V2X终端直连通信设备发射功率测试有效全向辐射功率（Ef fect ive Isot ropic Radiated Power，EIRP）。[3]

表1 设备发射功率限值

（2）频率范围。频率范围是指设备工作时发射信号的频率范围。设备占用频率范围由功率包络占用的最低频率（fL）和最高频率（fH）决定。LTE-V2X系统的频率使用范围限值为5905MHz-5925MHz。

（3）占用带宽。占用带宽用于检验发射机的发射带宽是否超出其正常工作的频谱范围，以避免对其他通信系统的干扰。LTEV2X系统的OBU和RSU终端占用带宽应小于或等于20MHz。

（4）频谱发射模板。针对LTE-V2X直连通信终端设备，频谱发射模板是测量偏移载波中心频率为0-25MHz的频谱杂散能量。

具体指标要求见表2：

表2 设备频谱发射模板

（5）杂散发射。发射机的杂散辐射是指除带外杂散以外由谐波发射、寄生发射、互调产物及频率转移产物等产生的非期望发射，需要进行严格的限制，否则会对其他用户的系统造成严重的干扰。

在我国，根据《车联网（智能网联汽车）直连通信使用5905-5925MHz频段的管理规定（暂行）》，通用无用发射要求应符合表3要求：

表3 设备杂散发射限值

1.2 测试方法

LTE-V2X终端射频测试配置如图1所示，占空比测试配置如图2所示。射频测试中，所有测试项的配置不变。

图1 实验室射频测试配置

图2 设备占空比测试配置

1.2.1 发射功率测试方法

（1）配置被测设备，使其工作在3GPP T S 36.101要求Power Class3最大输出功率状态下。

（2）通过适当的衰减器，将被测设备连接到一个匹配的二极管检波器或同等装置上。二极管检波器的输出端应连接到一个示波器或同等功率测量设备的垂直通道上。二极管检波器和示波器的组合应能够准确地复现发射机输出信号的占空比。

（3）将频谱仪中心频率设置为被测设备的工作频率，使用RMS检波方式，RBW（Resdut ion Bandwidth，分辨率带宽）设置为100kHz，VBW（Video Bandwidth，视频带宽）设置为3倍或10倍于RBW，扫频宽度为2倍的标称带宽。

（4）记录最大功率输出数值“A”和占空比，根据式（1）得到等效全向辐射功率。

式中，P表示等效全向辐射功率，单位dBm；A表示测得的输出功率，单位dBm；x表示发射机输出信号占空比。

1.2.2 频率范围测试方法

（1）配置被测设备，使其工作在最大输出功率状态下；

（2）将频谱仪中心频率设置为被测设备的工作频率，使用RMS检波方式，根据被测设备信号带宽调整适当的RBW和VBW数值；

（3）设置被测设备工作在最低工作频率，记录小于此工作频率且功率谱密度为80dBm/Hz（EIRP）的对应的频点fL；

（4）被测设备设置为最高工作频率，记录大于此工作频率且功率谱密度为80dBm/Hz（EIRP）的对应的频点fH；fL应大于频率范围最低限值，fH应小于频率范围最高限值。

1.2.3 占用带宽测试方法

（1）配置被测设备，使其工作在最大输出功率状态下。

（2）调整频谱仪内部衰减器，确保其工作在线性动态范围内。

（3）将频谱仪中心频率设置为被测设备的工作频率，使用RMS检波方式，RBW设置为100kHz，VBW设置为3倍或10倍于RBW，扫频宽度为2倍的标称带宽。

（4）记录发射信号99%能量的带宽，此值不得超过给定限值。

1.2.4 频谱模板测试方法

（1）配置测试设备，使其工作在最大输出功率等级状态下。

（2）将频谱仪中心频率设置为被测设备的工作频率，使用有效值检波方式。

（3）按照规定的测试带宽设置频谱仪，读取对应频段的最大电平，此值不得超过给定的限值。

1.2.5 杂散发射测试方法

（1）配置被测设备，使其工作在最大输出功率状态下。

（2）调整频谱仪内部衰减器，确保其工作在线性动态范围内。

（3）频谱仪轨迹保留方式设置为最大保持，检波方式为峰值检波，并且根据技术要求设置相应的起始频率、终止频率和测量带宽。

（4）记录免测频段以外高于限值要求的任何有效杂散频谱分量。

2 实验室通信性能测试

在实验室环境下测试LTE-V2X终端设备的系统级通信性能，对LTE-V2X系统V2V/V2I链路的覆盖范围、时延性能参数和车辆及行人安全息息相关，在外场测试条件不满足或LTE-V2X设备装车之前对其通信性能进行实验室测试十分必要。[4]

2.1 测试项目

LTE-V2X终端和设备实验室性能测试项包括：规定覆盖范围下，LTE-V2X系统的时延和分组丢失率。

（1）时延。时延是指从数据分组到达发送侧应用层服务数据单元入口开始，到数据分组到达接收侧应用层服务数据单元出口截止所经历的单向传输时间。

（2）分组丢失率。分组丢失率是指在一定覆盖范围（如端到端距离为100m）和信道质量条件下（如SNR=0dB或者其他），接收机丢失应收到数据分组的概率。分组丢失率=1-（小于最大时延门限接收到的数据分组/总发送数据分组）。

2.2 测试条件

测试设备指根据LTE-V2X系统OBU/RSU接口开发，在上位机运行的测试软件。测试设备可实时监控V2V/V2I的通信状态，并拥有发送日志或接收日志的记录功能。发送数据应包括：数据分组序号、发送时间戳、发射功率、UEID、负载内容长度、负载地理信息、发送端行驶方向及速度等内容。接收数据应包括：接收时间戳、本地MAC地址、校验信息、接收端地理信息、接收端行驶方向和速度、发送端的数据分组内容等内容。

同时，LTE-V2X设备通信采用单天线发送、双天线接收模式，如有其他天线模式应特别说明。

2.3 技术指标

LTE-V2X终端设备实验室性能测试技术指标如表4所示。

在实验室测试过程中，需按照标准要求使用信道模拟器在实验室环境下模拟实际信道环境，信道模拟器参数设置如表5所示。如测试过程中有特殊要求，需特殊设置信道模拟器参数。

表4 实验室性能测试技术指标

表5 实验室性能测试信道模拟器参数设置

2.4 测试方法

LTE-V2X终端性能实验室测试配置如图3所示。测试配置由2台测试设备、2台OBU/RSU、射频线、信道模拟器、可调衰减器和屏蔽箱组成。实验室模拟场景包括城区LOS场景、城区NLOS场景和高速LOS场景。屏蔽箱用于减小信号射频泄露和旁路传导对通信链路的影响。

图3 实验室性能测试配置图

测试步骤如下：

① 基于屏蔽室内引入的GPS信号，对LTEV2X终端设备OBU/RSU或OBU/OBU进行同步；

② 按照图3所示配置图搭建测试环境，为OBU/RSU配置相应的工作功率、频率、带宽等配置；

③ 为信道模拟器设定不同的参数模拟不同的通信场景，参数设置见表5；

④ 参照表5设置V2V/V2I的通信距离、相对速度；

⑤ 设置V2V/V2I的信噪比，范围[-4，4]；

⑥ 由发送端测试设备发送数据，初始发送分组时间为随机值，所述随机时间在[0ms，100ms），同时记录发送日志；

⑦ 发送端测试设备控制发送端OBU/RSU发送数据，数据通信时间不小于200s，发送数据分组样本量不低于2000分组；可根据测试具体要求调整数值；

⑧ 接收端OBU/RSU将收到的测试数据传递至接收端测试设备，存储接收信息同时记录接收日志；

⑨ 按照表6规则分析数据处理方法，得到该信噪比下的分组丢失率和时延；

⑩ 转至步骤③，设定信道模拟器模拟的其他场景，重复测试知道满足所有测试要求结束测试。

表6 实验室测试数据处理方式

3 结束语

随着5G等通信技术的发展以及汽车工业的强劲增长，车联网作为通信与汽车行业的跨界融合产业，近年来得到了通信与汽车产业界的重点关注，标准、技术和产品的发展日新月异。其中，LTEV2X终端作为车联网的重要组成部分，其测试方法的研究将是保证车联网系统整体安全、合规、完整运行的基础保障工作。本文主要聚焦的LTE-V2X终端实验室射频、性能测试方法研究是LTE-V2X测试领域必不可少的部分，是外场测试以及最终商用的基础。通过实验室测试项目、技术指标以及测试方法的研究确定，保证LTE-V2X终端在实际应用中符合无线电产品法规以及在相关车联网场景中安全使用，最终达到促进车联网领域的规范和有序发展的目的。