煤礦井下4G專網語音解決方案分析

劉易成

【摘要】 文章首先引出煤礦井下4G專網的建設背景，隨后介紹三種主流的4G語音解決方案，并結合煤礦井下實際情況得出OTT為最佳煤礦4G專網語音方案，最后對OTT方案進行總結與展望。

【關鍵詞】 煤礦通信 4G專網 語音 解決方案

一、引言

通信專網（簡稱專網）作為運營商網絡（簡稱公網）的補充，是指在一些特殊行業、部門或單位內部為滿足其組織管理、安全生產、調度指揮等需要所建設的通信網絡。一般來說，專網只對內部提供非經營性電信服務，而不承擔普遍社會服務的義務。煤礦井下無線通信系統是安全生產“六大系統”的重要組成部分，同時由于礦井通信環境與普通的地面通信環境存在很大差異，使得公網通信系統無法延伸至“最后一公里”。為滿足煤礦企業高產高效、節能減排、安全生產的迫切需求，必須建設煤礦通信專網提升調度管理效率和應急處理能力。現有井下無線通信技術在帶寬、傳輸速率、實時性等方面無法滿足多媒體調度、多任務并發、高清視頻傳輸、實時數據處理等綜合業務，與此同時，公網4G技術已發展成熟并成功商用，高帶寬、低延時的4G LTE無線通信技術越來越得到煤礦企業和設備供應商的認可。

二、4G語音解決方案

LTE的設計目標是提供寬帶高速業務，為全IP架構，只定義了PS（分組）域，取消了2G/3G語音CS（電路）域承載，但語音作為移動通信基本業務，系統必須提供解決方案，目前公網中成熟的解決方案列舉如下：

1、CSFB。CSFB是CS FallBack的簡稱，其基本原理是：終端駐留在LTE網絡時，其發起或接收語音呼叫時，需要先從LTE回落到2G/3G網絡，由2G或者3G的電路域來提供語音業務服務。作為LTE的過渡語音解決方案，目前在國內外運營商大量部署。該方案需要對2G/3G核心網設備進行升級，并對LTE小區與2G/3G小區覆蓋及鄰小區配置進行優化。3GPP協議規定了各場景下CSFB信令流程。

2、VoLTE。VoLTE作為LTE的終極語音解決方案，直接基于LTE網絡來承載語音業務，以VoIP的方式通過LTE的PS域來傳輸語音業務的數據包。此技術非常適合承載基于WB-AMR（寬帶自適應多速率）的高采樣速率語音服務，從而為用戶帶來較好體驗的語音服務。同時，在網絡演進方面，無線側體現為2G/3G向LTE發展，核心網側則體現為從CS向IMS（IP Multimedia Subsystem）發展，因此VoLTE非常符合移動通信產業演進的方向。終端側只需要增加IMS協議棧，接入網需要支持對應于Voice 業務的承載，核心網需要增加IMS Server。由于VoLTE涉及較多新技術，需要必要的測試和試驗，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高帶寬、低時延、永遠在線、全IP等特點將語音業務交給App（如微信、Skype）與其后臺的服務器實現，4G網絡僅作為通信管道。由于語音業務收入目前仍是運營商主要收入來源，其視OTT為競爭對手，運營商不會支持該方案。

三、方案比較與選擇

結合煤礦通信專網建設的實際情況，對上述公網4G語音方案在煤礦專網的應用進行比較分析。CSFB方案是目前主流4G語音方案，要求系統中同時存在LTE網絡與2G/3G網絡，但煤礦企業考慮建設維護成本，一般不會在井下重復建設2G/3G系統與LTE系統，因此該方案不可行。VoLTE方案要求終端支持IMS協議，同時在核心網部署IMS Server。目前VoLTE尚未商用，商用終端無法支持，此外該方案呼叫控制需要由IMS核心網負責，而在煤礦專網中都由調度機負責對用戶的指揮調度，IMS核心網與調度機間呼叫流程及處理策略需要深入研究。因此該方案短期內無法實現，至少需等待公網VoLTE技術商用及產業鏈成熟后才有可能運用到煤礦專網中。在煤礦專網建設中，終端、基站、核心網、調度機均由煤礦企業向設備商采購，與運營商無關。采用OTT方案時呼叫控制信令及媒體流在LTE網絡中透明傳輸，對基站及核心網無需進行升級改造，只要保證終端上安裝的APP與調度機兼容即可。目前調度機核心協議棧均基于實現簡單、擴展性強的SIP/RTP協議，只需在終端安裝基于SIP/ RTP協議的撥號軟件即可實現LTE語音功能。專網中需要支持語音業務的4G終端均為智能手機，其撥號功能本身即可視為APP，實現時將SIP撥號與傳統CS撥號融合后的APP替代手機自帶的撥號盤即可。綜上所述，OTT方案是4G煤礦專網最佳語音方案。此外，該方案因與調度機功能高度融合，除實現4G終端間語音單呼外，還可結合4G網絡的寬帶優勢實現高清視頻呼叫，調度組呼，短信業務以及視頻監控、視頻回傳等功能，支持與系統內固話及公網語音互通，并方便與人員定位系統、應急廣播系統整合聯動。

四、結論

4G技術在公網中已大規模商用，并逐漸在煤礦專網中得到應用，4G煤礦專網語音OTT方案，實現簡單，功能豐富，擴展性強，符合用戶使用習慣。該方案不僅可以滿足煤礦實時通信的需求，同時可以提高生產效率，確保安全生產，實施高效管理。

參 考 文 獻

[1]王凱敏.4G LTE技術在煤礦的應用[J].電子世界，2014， （05）

[2]于明.LTE語音承載技術方案及策略研究[J].電信技術，2013， （12）