Szenariobasierte Tests von C-V2X-Anwendungen in Labor- und Feldumgebungen

Ihre Anforderung

Seit mehreren Jahren suchen Automobilhersteller und Behörden nach Wegen, die Sicherheit auf den Straßen zu erhöhen, den Verkehrsfluss effizient zu steuern und ihn in Zukunft komfortabler zu gestalten. Die zukunftsweisende Informations- und Kommunikationstechnik Vehicle-to-Everything (V2X) bietet Kommunikation mit niedriger Latenz von Fahrzeugen untereinander (Vehicle-to-Vehicle, V2V), von Fahrzeugen mit der Verkehrsinfrastruktur (Vehicle-to-Infrastructure, V2I) und von Fahrzeugen mit Fußgängern (Vehicle-to-Pedestrian, V2P) und erweitert zukünftige Fahrerassistenzsysteme um neue Funktionalitäten.

3GPP Release 14 Cellular V2X (C-V2X) nutzt die LTE-Technologie als physische Kommunikationsschnittstelle. Im Standard sind zwei Betriebsarten definiert. Die Betriebsart Fahrzeug-zu-Netzwerk (Vehicle-to-Network, V2N), wobei die Kommunikation über die Uu-Schnittstelle erfolgt und herkömmliche Mobilfunkverbindungen die Integration von Cloud-Diensten für End-to-End-Lösungen ermöglichen. Damit lassen sich lokale Straßen- und Verkehrsinformationen an Fahrzeuge verteilen. Der Direkt- oder Sidelink-Modus (V2V, V2I, V2P) stellt die zweite Betriebsart dar. Hier findet die Kommunikation über die PC5-Schnittstelle statt. In diesem Fall benötigt C-V2X nicht unbedingt eine Netzinfrastruktur und kann ohne SIM-Karte und ohne Netzwerkunterstützung betrieben werden, indem ein GNSS als primäre Quelle für die Zeitsynchronisation genutzt wird. Eine Verifizierung der Systemfunktionen und -performance mithilfe von realen Feldversuchen kann zeitaufwändig, kostspielig und mit großen Herausforderungen verbunden sein. Die Anforderungen an die Funktionalität und die damit verknüpften Assistenzfunktionen ändern sich ständig. Testlösungen verifizieren die Normenkonformität während der Entwicklungs- und Einführungsphasen. Die Direktkommunikation über die PC5-Schnittstelle bietet einen höchst zuverlässigen Austausch zeitkritischer und sicherheitsrelevanter Informationen. Mit einem Mobilfunktester und einem Tool zur Simulation von C-V2X-Szenarien lassen sich reproduzierbare Testszenarien erzeugen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für die Standardisierung von Verifizierungsprozessen für C-V2X, um zuverlässige und vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Zudem hilft es beim Nachweis, dass die End-to-End-Kommunikation zwischen zwei C-V2X-Geräten verschiedener Hersteller einwandfrei funktioniert. Sobald der Entwicklungsstand eines Prototypmodells ausreichend fortgeschritten ist, kann das Telematiksteuergerät in ein Trägerfahrzeug integriert und auf einer Teststrecke für C-V2X-Netzumgebungen evaluiert werden.

Lösung von Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz hat in Zusammenarbeit mit Vector, einem Anbieter von Automotive-Test-Tools, eine neue Architektur zum Testen und Verifizieren sicherheitskritischer C-V2X-Anwendungen in Labor- und Feldumgebungen entwickelt. Der Messaufbau von Rohde & Schwarz besteht aus dem R&S®CMW500 Wideband Radio Communication Tester und dem R&S®SMBV100B GNSS-Simulator, die mit dem umfassenden Simulations-Tool CANoe.Car2x von Vector kombiniert werden. Der R&S®CMW500 simuliert mit Hilfe eines C-V2X-Softwarepakets die Bitübertragungs- und MAC-Schicht, um Daten über die PC5-Funkschnittstelle zu senden und zu empfangen. Zusammen mit dem Simulations-Tool CANoe.Car2x von Vector kann der R&S®CMW500 auch für die Evaluierung im Feld eingesetzt werden. In Laborumgebungen fungiert der R&S®SMBV100B als GNSS-Signalgenerator. Er stellt präzise Synchronisationsdaten für die C-V2X-Kommunikation außerhalb der Netzabdeckung zur Verfügung und versorgt den Prüfling mit genauen Positionsdaten, wie es für V2X Basic Safety Messages (BSM) erforderlich ist. Die R&S®CMW-KAX550 LTE V2X Testsuite für das Vector-Tool verbindet die Geräte mit der CANoe.Car2x-Softwareumgebung für V2X-Applikationstests. Das Vector-Tool konfiguriert und durchläuft Verkehrsszenarien, sodass die Funktionen eines Telematiksteuergeräts gründlich getestet werden können. Anwender können detaillierte Verkehrssituationen generieren und ausführen, um die C-V2X-Konnektivität einschließlich Sicherheits- und Zertifikatsmanagement für die beabsichtigte Applikation zu verifizieren. Ein einfach zu bedienender grafischer Szenario-Editor hilft bei der Erstellung von Verkehrsszenarien. Wenn ein Szenario gestartet wird, generiert CANoe.Car2x die entsprechenden ITS-Nachrichten (ITS: Intelligent Transport System) basierend auf dem konfigurierten Testszenario unter Verwendung der entsprechenden ITS-Stack-Variante für den Zielmarkt (d. h. Nordamerika, Europa oder China) und gemäß den relevanten Spezifikationen. Die Szenarionachrichten und Routendaten werden über die R&S®CMW-KAX550 LTE V2X Testsuite an den R&S®CMW500 und den R&S®SMBV100B übermittelt, sodass dem Prüfling eine Funkzugangsschicht zur Verfügung steht. Dies ermöglicht die situationsgerechte Stimulierung von C-V2X-fähigen Telematiksteuergeräten und das Testen der implementierten Funktionen, z. B:

• Notbremswarnung (Emergency Brake Warning, EBW / Electronic Emergency Brake Light, EEBL)
• Linksabbiegeassistent (Left Turn Assist, LTA)
• Kollisionswarnung an Kreuzungen (Intersection Collision Warning, ICW)
• Stausteuerung (Congestion Control) mit mehreren simulierten Fahrzeugen

Das Testsystem von Rohde & Schwarz simuliert Bedingungen wie eine Kommunikation ohne Sichtverbindung, schwache GNSS-Signale oder Verkehrsstaus. Der R&S®CMW500 Funkkommunikationstester kann auch virtuelle Fahrzeugsignale über die Luftschnittstelle übertragen. So lassen sich C-V2X-Applikationen in verschiedenen Verkehrsszenarien verifizieren. Ein zusätzlicher R&S®BBA linearer Breitbandverstärker erzeugt die erforderlichen Feldstärken. Tests, für die früher mehrere Testfahrzeuge notwendig waren, können jetzt mit einem einzigen physischen Automobil und mehreren virtuellen Fahrzeugen absolviert werden. Die C-V2X-Abdeckung und -Performance lässt sich mit den R&S®TSMx PC5 Netzwerkscannern in Echtzeit überwachen. Die auf der Teststrecke gewonnenen Daten können für die weitere Entwicklung im Labor genutzt werden.