Herausforderungen bei V2X-Tests

Warum läuft ohne V2X-Tests gar nichts? Das Konzept des vernetzten Fahrzeugs ist ein relativ neuer Begriff, der aufkam, als Fahrzeuge sukzessiv ihre Kommunikationsfähigkeiten gesteigert haben. Science Fiction hat seit vielen Jahren miteinander kommunizierende und selbstfahrende Fahrzeuge prognostiziert, und die Entwicklungen im Bereich der Konnektivität sollten dazu führen, dass sie in nächster Zukunft Realität werden. Die Komplexität des modernen automobilen Ökosystems erhöht sich weiter, da mehr und mehr Technologien in den Bereichen von Kommunikations- bis zu Sicherheitssystemen hinzukommen. Das Hinzufügen der zahlreichen Funktionen, die für die Fahrerassistenz erforderlich sind, gefolgt von solchen, die ein komplett autonomes Fahren erlauben, wirft die Frage nach der Sicherheit und Zuverlässigkeit auf. Nur durch intensive Tests von der Entwicklung bis zur Fertigung – inklusive Konformitätsprüfungen, Interoperabilitäts- oder Feldtests – lässt sich die Leistungsfähigkeit und die Koexistenz der Geräte gewährleisten.

Herausforderungen bei V2X-Tests von Endgeräten

V2X-Endgeräte (Vehicle to Everything) beinhalten neben den V2X-Kommunikationsfunktionen auch Navigation, Telematik, Infotainment und andere Sicherheitselemente. Bei einer Betrachtung von Testanforderungen gilt es, auch störende Einflüsse von anderen Diensten zu berücksichtigen. Die Erfüllung strenger Vorgaben wird obligatorisch, um die Interoperabilität und die Leistung in diesen Anwendungen sicherzustellen. Vorschriften, Spezifikationen für Konformitätstests und Typengenehmigungen werden ständig weiterentwickelt und beinhalten Sicherheitsaspekte, um sich vor Cyberangriffen zu schützen.

Eine ideale Testlösung für V2X-Tests von entsprechenden Endgeräten sollte folgende Elemente umfassen:

• Kosteneffizienz: Die Durchführung von Feldtests dürfte aus Zeit- und Kostengründen unerschwinglich sein. Entwickler stehen daher vor der Aufgabe, festzulegen, welcher Testumfang innerhalb des zur Verfügung stehenden Budgets ausreichend ist.
• Flexibilität: Üblicherweise wird die Liste der benötigten Testausrüstungen immer länger, je mehr Testkategorien gefüllt werden müssen – entsprechend steigen die Kosten. Eine einzelne flexible Testlösung ist der ideale Ansatz.
• Langfristige Anpassungsfähigkeit: V2X-Systeme entwickeln sich ständig weiter. Die Gerätehersteller möchten nicht alle zwei bis drei Jahre ein komplettes Testsystem austauschen, um neuen Entwicklungen Rechnung zu tragen.

Vier Ziele bei V2X-Tests von Endgeräten

Der Hauptzweck der Testdurchführung besteht darin, sicherzustellen, dass das Design den Designspezifikationen entspricht – und zwar von der Baugruppenebene bis zur Systemebene sowie beginnend von der HF-Leistung der Antenne bis hin zu den Protokoll- oder Sicherheitsaspekten. Im Allgemeinen lassen sich die Tests in vier verschiedene Kategorien einteilen, wobei jede Kategorie eine andere Herangehensweise erfordert:

F&E-Tests

Im Unterschied zu anderen Technologien beinhalten V2X-Endgeräte eine große Anzahl von Protokoll-Implementierungen, bei denen jeder Gerätehersteller entschieden hat, einen anderen Stack zu implementieren, um ETSI-, US- oder japanische Normen zu unterstützen. In der frühen Entwicklungsphase müssen die Implementierung sowie das Funksystem auf Funktionalität und Leistung getestet werden. Das bedeutet, dass eine vollständige Testlösung folgende Funktionen beinhalten sollte:

• Auswertung der Reaktion auf reale Herausforderungen, wie zum Beispiel Funkkanalstörungen, Empfangshindernisse und sowohl vorsätzliche als auch zufällige Cyberangriffe.
• Einbeziehung anderer bordeigener Geräte (Onboard-Units, OBUs) und straßenseitiger Geräte (RSUs), um die Komplexität der Umgebung zu steigern sowie um zu sehen, wie die Systeme mit vielen ständig wechselnden V2X-Signalen gleichzeitig zurechtkommen.
• Auffinden von Schwachstellen durch Austesten des Systems bis an seine Grenzen, um so eine Beurteilung der System-Toleranzen vorzunehmen und herauszufinden, wie es sich verhält.
• Erfassen, wie sich das Prüfobjekt (DUT) verhält, inklusive eindeutiger Protokollierung, um Leistungsvergleiche zu ermöglichen und zu bestätigen, ob es erwartungsgemäß reagiert.
• Durchführung von Tests auf Baugruppen- und Systemebene, einschließlich der Software-in-the-Loop- (SiL) und gegebenenfalls HiL-Systeme (Hardware-in-the-Loop).

Die V2X-Meldungsanalysesoftware (V2X Message Analysis Software) von Anritsu unterstützt alle drei verschiedenen Protokoll-Implementierungen (USA, Europa und Japan) und ermöglicht es den Anwendern, detaillierte Tests durchzuführen sowie die Konformität der Geräte mit den vor Ort geltenden Vorschriften zu bestätigen. Die Software unterstützt Decodierungsfunktionen für Meldungen von der physikalischen Schicht bis zur Anwendungsschicht. Dabei stellt sie die Details zu jedem während des Tests erfassten Paket in einer Baumansicht dar.

Der Vektorsignalgenerator MS2830A/MS269xA von Anritsu lässt sich dazu nutzen, um Live-Szenarien im Labor zu erzeugen oder zu replizieren. Auch Fading-Testszenarien, wie sie etwa in der ETSI TS 103 257 definiert sind, unterstützt das Gerät.

Interoperabilität und Durchführung von Feldtests

Mit Interoperabilität-Veranstaltungen erhalten die technischen Gremien ein wesentliches Feedback zur Verbesserung der Standards, um das Standardisierungsverfahren zu beschleunigen. Daher gibt es jährlich in verschiedenen Regionen mehrere entsprechende Veranstaltungen, die es den Ingenieuren und Technikern auch ermöglichen, gemeinsam die Interoperabilität ihrer Implementierungen zu testen – ein Prozess, der die Markteinführungszeit eines Produkts verkürzen kann. Zusätzlich zur Interoperabilität wird das kommerzielle Endgerät über viele Stunden hinweg Feldtests unterzogen, um zu gewährleisten, dass die Leistung des Geräts nicht beeinträchtigt wird, wenn es aus dem Labor oder den Computersimulationen entnommen wird und in den realen Betriebsmodus überführt wird, in dem unkontrollierbare externe Faktoren auftreten.

Bei Testveranstaltungen müssen die Ingenieure auch im Feld auftretende Situationen erfassen und dann im Labor replizieren. Ein Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem, wie es bei den Signalanalysatoren der Anritsu-Baureihen MS2830A und MS269xA zur Verfügung steht, lässt sich dazu verwenden, um Labor- oder Felddaten mithilfe einer Single-Box-Lösung zu erfassen, zu speichern und wiederzugeben. Ferner können die erfassten Daten mit dem V2X-Message-Viewer von Anritsu paketweise analysiert und die Fehler beseitigt werden.

Konformitäts- und Zulassungstest

V2X-Geräte sind für die Kommunikation mit anderen straßenseitig installierten Elementen, mit anderen Mobilfunkgeräten, die im gleichen oder benachbarten Spektrum koexistieren, und vor allem für die Kommunikation untereinander konzipiert. Daher müssen sich die Gerätehersteller auf einen einheitlichen Regelsatz einigen und diese Standards sowie Vorschriften einhalten.

In Europa und den USA weisen die Protokoll-Stacks die gleichen gemeinsamen Bausteine beziehungsweise die gleiche Funktionalität auf, haben jedoch eine völlig unterschiedliche Implementierung. Das wichtigste Merkmal von Konformitäts-Testsystemen ist ihre Komplexität. Jedoch werden diese Systeme im Zuge der permanenten Weiterentwicklung laufend auf den neuesten Stand gebracht. Ein zukünftiger Anwendungsfall könnte ein Mobilfunk-V2X sein. Unter diesen Umständen bietet eine Testlösung Vorteile, die nicht auf kommerzielle „goldene Funklösungen“ für die Zugangsschichten basiert ist, wenn die Standards aktualisiert werden oder sich in Richtung einer anderen Funkzugangstechnologie bewegen.

Fertigungstests

Wenn ein Hersteller seine Fertigungskapazität auf das Maximum erhöht, werden schnelle, zuverlässige und kostengünstige Messeinrichtungen besonders wertvoll. Das MT8870A Universal Wireless Test Set von Anritsu bedient sich eines speziellen Betriebsmodus‘, dem sogenannten Nichtsignalisierungsmodus (Non-Signaling-Modus) oder Testmodus, zum schnellen Testen von Geräten in Fertigungslinien. Beim MT8870A handelt es sich um eine modulare Multi-Standard-Plattform für HF-Tests. Die Modulbauweise senkt Zusatzkosten, wobei sich gleichzeitig der Platzbedarf in der Fertigung verringert. Sein VSG (Vektorsignalgenerator) kann Signale von 10 MHz bis 6 GHz mit einer Bandbreite von 160 MHz erzeugen. Ebenso kann der VSA (Vektorsignalanalysator) Signale innerhalb desselben Frequenzbereichs und derselben Bandbreite analysieren, während die integrierte CPU und der eingebaute Speicher gewährleisten, dass Signale rasch erfasst und analysiert werden. Die für manuelle F&E-Tests zur Verfügung gestellte Software und die voll automatisierte Software zur Durchführung von Fertigungstests minimieren den Zeitraum von der Entwicklung bis zum Start der Serienproduktion.

Fazit

Zahlreiche Fahrzeughersteller, Hersteller von Modulen und Dienstanbieter im automobilen Umfeld haben formelle Pläne bekanntgegeben, Technologie im Bereich des autonomen Fahrens zu entwickeln. Es wird deutlich, dass die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen in Zukunft eine wichtige Rolle spielen wird und sich das Konzept des intelligenten Fahrzeugs hin zum selbstfahrenden Fahrzeug verändert. Derzeit laufen Versuchsreihen in Amerika, Asien und Europa auf Basis von IEEE 802.11p oder 3GPP Mobilfunk-V2X.

Nun stehen Lösungen für V2X-Tests zur Verfügung, die zur Systemvalidierung und Leistungsbewertung bis hin zur Durchführung von Fertigungstests im Produktionsablauf genutzt werden können, wodurch Kosten, Messunsicherheiten sowie der Zeitaufwand für umfangreiche Feldtests deutlich sinken können. Es ist jetzt möglich, Verkehrsszenarien aus der realen Welt im Labor zu analysieren und zu replizieren, wobei Protokoll-Stacks für USA, Europa und Japan vollumfänglich unterstützt werden. Diese HF- und Protokoll-Konformitätstestlösungen sind ideal für die Durchführung von Inhouse-Vorkonformitätstests. In der Fertigungsprüfung oder bei der Endgeräte-Verifizierung bietet eine Multi-Standard-Lösung eine schnelle und kostengünstige Geräteprüfung nach internationalen Standards.

Die Fahrzeug-Kommunikation geht von der Einweg-Kommunikation zur Kommunikation in alle Richtungen über, und die Automobilbranche muss fortschrittliche Konnektivitätsdienste bereitstellen, um der Kundennachfrage gerecht zu werden. Mit einer vollständigen Palette an HF- und Mobilfunk-Testlösungen sind die Anwender nun in der Lage, technisch ausgereifte V2V- und V2X-Kommunikationsdienste zu entwickeln und zu implementieren.

(av)