煤矿井下4G专网语音解决方案分析

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【摘要】 文章首先引出煤矿井下4g专网的建设背景，随后介绍三种主流的4G语音解决方案，并结合煤矿井下实际情况得出OTT为最佳煤矿4G专网语音方案，最后对OTT方案进行总结与展望。

【关键词】 煤矿通信 4G专网 语音 解决方案

一、引言

通信专网（简称专网）作为运营商网络（简称公网）的补充，是指在一些特殊行业、部门或单位内部为满足其组织管理、安全生产、调度指挥等需要所建设的通信网络。一般来说，专网只对内部提供非经营性电信服务，而不承担普遍社会服务的义务。煤矿井下无线通信系统是安全生产“六大系统”的重要组成部分，同时由于矿井通信环境与普通的地面通信环境存在很大差异，使得公网通信系统无法延伸至“最后一公里”。为满足煤矿企业高产高效、节能减排、安全生产的迫切需求，必须建设煤矿通信专网提升调度管理效率和应急处理能力。现有井下无线通信技术在带宽、传输速率、实时性等方面无法满足多媒体调度、多任务并发、高清视频传输、实时数据处理等综合业务，与此同时，公网4G技术已发展成熟并成功商用，高带宽、低延时的4G LTE无线通信技术越来越得到煤矿企业和设备供应商的认可。

二、4G语音解决方案

LTE的设计目标是提供宽带高速业务，为全IP架构，只定义了PS（分组）域，取消了2G/3G语音CS（电路）域承载，但语音作为移动通信基本业务，系统必须提供解决方案，目前公网中成熟的解决方案列举如下：

1、CSFB。CSFB是CS FallBack的简称，其基本原理是：终端驻留在LTE网络时，其发起或接收语音呼叫时，需要先从LTE回落到2G/3G网络，由2G或者3G的电路域来提供语音业务服务。作为LTE的过渡语音解决方案，目前在国内外运营商大量部署。该方案需要对2G/3G核心网设备进行升级，并对LTE小区与2G/3G小区覆盖及邻小区配置进行优化。3GPP协议规定了各场景下CSFB信令流程。

2、VoLTE。VoLTE作为LTE的终极语音解决方案，直接基于LTE网络来承载语音业务，以VoIP的方式通过LTE的PS域来传输语音业务的数据包。此技术非常适合承载基于WB-AMR（宽带自适应多速率）的高采样速率语音服务，从而为用户带来较好体验的语音服务。同时，在网络演进方面，无线侧体现为2G/3G向LTE发展，核心网侧则体现为从CS向IMS（IP Multimedia Subsystem）发展，因此VoLTE非常符合移动通信产业演进的方向。终端侧只需要增加IMS协议栈，接入网需要支持对应于Voice 业务的承载，核心网需要增加IMS Server。由于VoLTE涉及较多新技术，需要必要的测试和试验，另一方面，IMS 的部署也需要一定的周期。

3、OTT。OTT（Over The Top）是利用LTE高带宽、低时延、永远在线、全IP等特点将语音业务交给App（如微信、Skype）与其后台的服务器实现，4G网络仅作为通信管道。由于语音业务收入目前仍是运营商主要收入来源，其视OTT为竞争对手，运营商不会支持该方案。

三、方案比较与选择

结合煤矿通信专网建设的实际情况，对上述公网4G语音方案在煤矿专网的应用进行比较分析。CSFB方案是目前主流4G语音方案，要求系统中同时存在LTE网络与2G/3G网络，但煤矿企业考虑建设维护成本，一般不会在井下重复建设2G/3G系统与LTE系统，因此该方案不可行。VoLTE方案要求终端支持IMS协议，同时在核心网部署IMS Server。目前VoLTE尚未商用，商用终端无法支持，此外该方案呼叫控制需要由IMS核心网负责，而在煤矿专网中都由调度机负责对用户的指挥调度，IMS核心网与调度机间呼叫流程及处理策略需要深入研究。因此该方案短期内无法实现，至少需等待公网VoLTE技术商用及产业链成熟后才有可能运用到煤矿专网中。在煤矿专网建设中，终端、基站、核心网、调度机均由煤矿企业向设备商采购，与运营商无关。采用OTT方案时呼叫控制信令及媒体流在LTE网络中透明传输，对基站及核心网无需进行升级改造，只要保证终端上安装的APP与调度机兼容即可。目前调度机核心协议栈均基于实现简单、扩展性强的SIP/RTP协议，只需在终端安装基于SIP/ RTP协议的拨号软件即可实现LTE语音功能。专网中需要支持语音业务的4G终端均为智能手机，其拨号功能本身即可视为APP，实现时将SIP拨号与传统CS拨号融合后的APP替代手机自带的拨号盘即可。综上所述，OTT方案是4G煤矿专网最佳语音方案。此外，该方案因与调度机功能高度融合，除实现4G终端间语音单呼外，还可结合4G网络的宽带优势实现高清视频呼叫，调度组呼，短信业务以及视频监控、视频回传等功能，支持与系统内固话及公网语音互通，并方便与人员定位系统、应急广播系统整合联动。

四、结论

4G技术在公网中已大规模商用，并逐渐在煤矿专网中得到应用，4G煤矿专网语音OTT方案，实现简单，功能丰富，扩展性强，符合用户使用习惯。该方案不仅可以满足煤矿实时通信的需求，同时可以提高生产效率，确保安全生产，实施高效管理。

参 考 文 献

[1]王凯敏.4G LTE技术在煤矿的应用[J].电子世界，2014， （05）

[2]于明.LTE语音承载技术方案及策略研究[J].电信技术，2013， （12）