新一代緊急呼叫(NG eCall)是eCall的擴充，這項在歐洲提供的服務旨在縮短道路上發生意外事故或其他緊急情況時的反應時間。
本文簡要地說明了NG eCall背後的技術，以及使用相關測試設備進行NG eCall一致性測試的具體內容。搭配適用於NG eCall的測試軟體，讓讀者在使用LTE無線通訊標準進行測試時可既快速又方便。
NG eCall超越現行eCall
eCall使用GSM和UMTS網路，但是歐洲的業者已經宣布，他們會在未來十年中，逐步停止對GSM和UMTS網路的支援。為了滿足未來的IP式通訊需求，新一代eCall(NG eCall)擴充了現有的eCall。其中除了電路交換網路GSM和UMTS，還使用了長期演進技術(LTE)網路。
圖1 NG eCall系統
eCall無法預防車禍事故，但是在事故發生時，可以自動發出呼叫(例如安全氣囊爆開時)，通知緊急求助專線112。必要資訊(包括車輛目前的位置)會以標準的資料格式進行傳輸。車載系統(IVS)會收集資料，並將資料透過LTE IP式通訊傳送到公共安全回應點(PSAP)。
圖2 使用GNSS模擬器、無線電通訊測試器和IVS(DUT)的測試解決方案
NG eCall系統在緊急情況下，車輛會向緊急救援服務發出IP式LTE緊急呼叫。車輛會自動傳輸重要資料，包括其位置在內。接下來，緊急救援服務業者就能夠直接與車輛的乘客交談，例如要求額外的資訊。本文說明了NG eCall背後的原理，以及使用相關測試設備進行IVS一致性測試的具體內容。
IVS一致性測試
其所提供的PC軟體和測試解決方案讓使用者更容易專注於實際的測試工作：如PSAP的模擬和透過LTE控制NG eCall、測量時間和解碼最小化資料集(MSD)、顯示交換的協定訊息；毋須深入了解無線通訊和全球導航衛星系統(GNSS)的技術規格，同樣也毋須深入熟悉測試儀器的操作；所有相關的LTE蜂巢式網路參數均可修改，這樣可以產生可再現的測量結果；可以使用緊急求助專線112發出真正的緊急呼叫。
什麼是新一代eCall？
在LTE中啟用語音：IP多媒體子系統
像GSM(2G)和UMTS(3G)這樣的網路，可以為語音連線提供電路交換服務。相反的，像LTE(4G)和即將推出的5G NR這樣的網路，都是IP網路。這表示其中並未實施電路交換機制。為了支援語音等服務(在需要將MSD編碼為語音的情境下)，3GPP已開發出一套稱為IP多媒體子系統(IMS)的架構。其中能夠為獨立於無線接取技術的多媒體服務提供功能。
IMS架構非常複雜。為了方便理解在LTE中使用語音的基本概念，圖3顯示語音服務(以及NG eCall)所需全部實體的簡單架構。
圖3 IMS架構與語音相關部分的示意圖
圖4 使用IMS的NG eCall層級模型
・IP-CAN
IP連通接取網路(此處為LTE)。
・呼叫對話控制功能(CSCF)
包含代理(P-CSCF)：使用者的第一個接觸點；訊問(I-CSCF)：網路內部的接觸點，所有與用戶的連線都要經此接觸點；服務(S-CSCF)：負責註冊處理、路由管理、維持對話，以及從HSS下載用戶資訊和服務配置文件。
・本籍用戶伺服器(HSS)
主用戶資料庫，包含訂用相關資訊。
・AS應用伺服器
提供特定IP應用，此處為語音服務。
為了支援不同的多媒體服務，IMS使用一組以網際網路為基礎的通訊協定(不屬於IMS的一部分)，例如：對話啟動協定(SIP)能夠建立、修改和終止多媒體對話；對話描述協定能夠在媒體類型、編碼解碼器類型、頻寬、IP位址和連接埠等參數的協助下描述多媒體對話；即時傳送協定(RTP)和RTP控制協定(RTCP)適用於傳輸即時應用(例如音訊)。至於傳輸層則使用UDP和/或TCIP。
eCall和NG eCall：系統與概念
緊急呼叫是一項在歐洲提供的服務，其目標為減少道路上發生意外事故或其他緊急情況時的反應時間。這項服務自2018年3月起，成為法律規定的新車配備。在歐盟以外，eCall也引進了愛爾蘭、挪威和瑞士。NG eCall則是LTE Release 14的一部分(表1)，能夠為eCall提供LTE支援。
雖然eCall無法預防車禍事故，但是在事故發生時，可以自動發出呼叫(例如安全氣囊爆開時)，通知緊急求助專線112。必要資訊(包括車輛目前的位置)會以標準的資料格式進行傳輸。除了自動呼叫，eCall還可以用於手動發出呼叫(例如在其他類型的緊急情況下)。
每一台汽車中都有整合的車載系統作為關鍵要素。IVS的主要元件為用於判定目前位置的GNSS接收器(通常是GPS)，和用於允許最小化資料集(MSD)藉由蜂巢式網路傳輸到公共安全回應點(PSAP)的蜂巢式模組(傳統eCall為GSM或WCDMA，NG eCall為LTE或5G NR)。
NG eCall使用LTE網路將MSD傳輸到PSAP。LTE(VoLTE)中的語音呼叫使用IMS，而IMS是網路整體的一部分。MSD可以作為純粹的資料，放在呼叫建立(SIP邀請)之內非常迅速地傳輸。如果沒有LTE網路可以使用，就會觸發透過GSM或UMTS的標準eCall程序。 eCall和NG eCall的共存，則是在公共交換(PS)網域中，IVS(左側)會在NG eCall中使用語音呼叫，將MSD傳輸到(NG eCall)-PSAP(圖5)。LTE網路會透過eCallOverIMS-support旗標指示對NG eCall的支援。
圖5 eCall和NG eCall的共存
公共安全回應點(PSAP，例如警察、消防、緊急救護等)會回應呼叫(和接收資料)，並且啟動適當的回應(例如派遣救護車)。然後可以使用語音連線，要求額外的資訊。IVS會將資料以標準化的MSD傳輸到PSAP(表2)。
時序
圖6使用一般的情境，說明通訊隨著時間的進展。
圖6 一般的NG eCall順序。呼叫建立是透過SIP請求訊息INVITE完成
1. 緊急情況發生時，IVS會自動在LTE上建立連線(緊急呼叫)連結到PSAP(「SIP訊息INVITE」)。網路和PSAP的回答為TRYING和RINGING
2. 呼叫者在INVITE訊息之內傳輸MSD
3. PSAP一旦收到訊息，就會送回OK，呼叫者則回答ACK
4. 呼叫已經建立。可以傳輸任何其他的資料，例如語音呼叫、額外資料或視訊。路由是由SIP中的資源名稱處理：
・urn:service:sos.ecall.manual—手動eCall
・urn:service:sos.ecall.automatic—自動eCall
・urn:service:test.sos.ecall—測試eCall
LTE網路在系統資訊廣播1(SIB1)訊息中指定「eCallOverIMS-Support」(第14版)。如果在LTE網路內部沒有支援，或是根本沒有可用的LTE網路，則會以電路交換後降(CSFB)使用GSM或UMTS。如果僅有LTE網路，但是不支援IMS，IVS會使用頻段內數據機，並嘗試透過VoLTE進行語音呼叫。
標準
NG eCall由幾項不同的標準定義。(請注意這並不是完整的清單)：
・IETF rfc8147：新一代的泛歐洲eCall
・IETF rfc7852：緊急呼叫相關的額外資料
・IETF rfc8148：新一代車輛啟動的緊急呼叫
・3GPP TS 23.167：IP多媒體子系統(IMS)緊急對話
・3GPP TS 23.401：用於演進版通用地面無線接取網路(E-UTRAN)存取的一般封包無線服務(GPRS)強化功能
・3GPP TS 24.229：以對話啟動協定(SIP)和對話描述協定(SDP)為基礎的IP多媒體呼叫控制協定
・3GPP TS 26.269：頻段內數據機的IMS eCall一致性
・CEN TS 17184：智慧型傳輸系統—eSafety—使用IMS分封交換網路的eCall高層級應用協定(HLAP)
・CEN TS 17240：基於IMS的分封交換系統的端對端一致性測試規格
本文中介紹的解決方案，能夠滿足這些標準的所有要求，另外如本文後續的討論，還可確保端對端一致性測試遵循CEN TS 17240。
IVS一致性測試
為何要在實驗室中測試？
NG eCall裝置必須在各個層級進行測試：
・模組層級(電路板)
包含研發/設計驗證、生產、維護等。
・裝置層級(IVS)
包含研發/設計驗證、共存、一致性測試、驗收測試、生產、修理/維護。
・系統層級(車輛)
包含輻射效能、特定車體、共存、靈敏度衰減、室外/室內。
本文介紹的解決方案旨在作為模組層級和裝置層級的測試之用。這項解決方案可以直接管理LTE網路設定的所有基本參數，例如頻道或層級。因此，量測可以完整重現。另外還可以在遮蔽環境中，使用緊急求助專線112發出真正的緊急呼叫。這樣可以避免非受控設定(例如網路業者做出的設定)所造成的影響。
測試設備架構
本文介紹的測試解決方案，涵蓋了依照CEN TS 17240進行的NG eCall一致性測試。圖7顯示測試設備架構。
圖7 IVS一致性測試的試驗裝置
CMW能夠模擬蜂巢式網路，並提供LTE(4G)網路，另外還提供IMS。透過RF連線到IVS，在LTE上進行訊號發出(例如建立呼叫)以及封包資料連線。SMBV可提供模擬的GNSS訊號，例如IVS用於定位的GPS和Galileo。安裝在外部PC上的CMWKA096軟體，可以模擬PSAP、在CMW上為NG eCall設定必要的參數，以及完全遙控CMW。它還可以遙控SMBV。此處不會深究CMW或SMBV的操作。NG eCall協定和MSD傳輸也是透過CMW和IVS之間的資料收集進行處理。端對端一致性測試是在外部PC上安裝的PSAP模擬器以及待測IVS之間執行。
・CMW無線通訊綜合測試儀
CMW是無線通訊應用(例如行動裝置或無線連接)的多機一體測試解決方案。此機型支援所有必要的標準，包括：2G的GSM、EGPRS、EGPRS2、EGDE演進和VAMOS；3G的W-CDMA，搭配HSDPA、HSUPA和HSPA+、TD-SCDMA、CDMA2000和1xEV-DO Rev A/B；4G的LTE(FDD和TDD)，LTE-A(包含MIMO)；以及無線連接如藍牙、WLAN、WiMAX。
CMW可測試所有的OSI層級，從實體層到端對端測試，RF測試及協定測試都包括在內。它還擁有內建的IMS，以支援IP多媒體服務的測試。
・向量訊號產生器
在扮演訊號產生器的角色時，SMBV支援各種無線通訊標準，以及其他的無線電標準。此機型可以作為GNSS訊號的主控端，為eCall產生GNSS訊號。GNSS特性的簡單概述如下：其具備GPS、Glonass、Galileo、BeiDou、QZSS；最多可模擬24個衛星；在自動定位模式中，支援不限模擬時間的自動衛星換手；天空視圖部分顯示衛星目前的位置和狀態(啟用或停用)；多路徑情境，例如人口密集的城市(LOS+回波)；移動情境可以模擬接收器沿著使用者定義軌跡(例如移動的汽車)移動的動態(支援定位點格式，例如KML、NMEA檔案)；地圖視圖部分顯示接收器目前的位置，這表示可以觀察到接收器的軌跡。
至於需要的GNSS選項，eCall/ERA-GLONASS需要表3中的SMBV選項。GPS城市和GLONASS城市情境，兩者都支援下列城市：紐約、雪梨、慕尼黑、莫斯科、東京、首爾。
・PSAP模擬器(NG eCall測試軟體)
如CMW-KA096軟體在外部PC上執行，可作為PSAP模擬器。它還可以遠端操控CMW和SMBV(例如透過LAN)。此軟體可執行端對端一致性測試。MSD已經解碼，並顯示測量結果：
在LTE上為NG eCall進行PSAP模擬、呼叫ID、MSD MIME類型、原始MSD、撥號號碼/URN、觸發類型、依據CEN EN 15722：2015(涵蓋每一個備援版本和上行鏈路資料部分)的MSDv2解碼、選用：固定位置GPS/GLONASS模擬/GPS移動情境。
NG eCall推升車用通訊電子產業發展
eCall帶來眾多優點，包含：由於沒有等待MSD傳輸的時間而能進行快速通訊(帶有SIP邀請的MSD)；可靠堅固的解決方案—使用具有糾錯/重傳功能的分組數據服務；實現快速傳輸大量數據(數Mbps)通訊；容易擴展，像是擴展到其他資料類型，例如車輛診斷、醫療/健康、碰撞及周圍環境、環境感測器，車輛減速曲線，以及擴展到其他媒體類型，例如影像電話、影片、視訊會議、高品質的音訊、殘障人士使用的文字，語言翻譯的文字；同時發送語音服務不會中斷語音對話；輕鬆協調其他無線協定之間的標準，例如5G網路。
希望藉由本文能夠讓各位車用電子產業相關人員，對NG eCall有更深的了解，也期望業者如羅德史瓦茲(Rohde&Schwarz)有機會協助解決NG eCall一致性測試相關的挑戰。
(本文作者皆任職於Rohde & Schwarz應用工程開發部門)