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力挺新一代車載緊急呼叫 NG eCall測試技術面面俱到
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。
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)。
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。
・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。
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。
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。
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)
