VoIP雙模網(wǎng)關(guān)的研究與系統設計
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雙模切換模塊主要包括FXO接口電路，它由CODEC和數據處理陣列DAA(Data Access Arrangement)組成。其中CODEC與FXS電路中的相同；DAA仿真了一部話(huà)機，通過(guò)提供PSTN的環(huán)路閉合來(lái)去除高壓直流分量，只讓PSTN線(xiàn)上的模擬交流信號通過(guò)。網(wǎng)關(guān)中使用FXO接口電路可實(shí)現以下功能：
(1)斷電時(shí)線(xiàn)路保持暢通：當網(wǎng)關(guān)斷電不能連接VoIP網(wǎng)絡(luò )時(shí)，將線(xiàn)路切換到PSTN線(xiàn)路上。
(2)呼叫重定向：當VoIP網(wǎng)絡(luò )由于擁塞或者其他原因而不可用時(shí)，能夠將線(xiàn)路切換到PSTN上，而且能記住已撥號碼并進(jìn)行自動(dòng)重撥。
(3)遠端VoIP呼叫：VoIP用戶(hù)可以在其他地方通過(guò)PSTN撥入的方式進(jìn)行VoIP呼叫，FXO接口先把PSTN上的電話(huà)撥號音(模擬信號)接收下來(lái)，然后轉換成數字信號送出，相當于將撥號音從一個(gè)FXO擴展到多個(gè)本地FXS。
網(wǎng)關(guān)的語(yǔ)音處理模塊負責對PCM數字語(yǔ)音信號進(jìn)行壓縮與解壓縮。壓縮算法的標準包括G．711、G．723．1和G．729等，不同的算法壓縮比不一樣，占用的帶寬也不同。壓縮算法可以用硬件DSP實(shí)現，也可以用純軟件實(shí)現。
軟件控制模塊實(shí)現網(wǎng)關(guān)的協(xié)議棧處理和路由處理等功能。協(xié)議棧負責將壓縮后的數據流進(jìn)行封裝，加上IP協(xié)議包頭，形成可在VoIP網(wǎng)絡(luò )中傳輸的IP數據包。目前VoIP的協(xié)議棧主要基于H．323和SIP兩種標準。協(xié)議棧將數據流打成IP數據包后，選擇適當路由經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)接口發(fā)送到VoIF網(wǎng)絡(luò )中。接收端網(wǎng)關(guān)接收到IP數據包后，將數據包解壓縮并將解壓縮后的PCM數字信號解碼，恢復原始語(yǔ)音信號。
2 VoIP雙模網(wǎng)關(guān)系統設計
本節提出了一種基于H．323的雙模網(wǎng)關(guān)的系統設計方案，該方案支持4路話(huà)音，使用一種經(jīng)濟實(shí)用的“假FXO接口”方式實(shí)現雙模切換，能夠在VoIP通話(huà)時(shí)檢測到PSTN線(xiàn)上進(jìn)來(lái)的呼叫并可通過(guò)按話(huà)機的拍簧或者Flash閃斷鍵切換接聽(tīng)。
為了有效利用資源，系統使用三相轉接頭將電話(huà)線(xiàn)路與PSTN線(xiàn)路組合到一個(gè)RJ11接口上，每路話(huà)路使用一個(gè)三相轉接頭。三相轉接頭的連接方式如圖3所示。
三相轉接頭的使用可簡(jiǎn)化雙模切換的實(shí)現，也減少了設備的物理端口數量。
系統設計采用“硬件+嵌入式操作系統+應用層軟件”的總體架構。
2．1 硬件設計方案
系統的硬件部分主要包括雙模切換模塊、FXS接口電路、語(yǔ)音處理模塊電路、CPU模塊和以太網(wǎng)模塊，硬件設計原理圖如圖4所示。
雙模切換模塊使用了一種“假FXO接口”的方式。電路中用繼電器控制各話(huà)路本身的VoIP和PSTN通路之間的雙模切換。繼電器在網(wǎng)關(guān)沒(méi)有上電時(shí)默認將網(wǎng)關(guān)置于把話(huà)機線(xiàn)與PSTN線(xiàn)對接的狀態(tài)，上電工作后由1片FPGA可編程邏輯芯片來(lái)控制繼電器的切換。FPGA芯片是網(wǎng)關(guān)實(shí)現智能切換的關(guān)鍵部件，其中實(shí)現的控制邏輯包括PSTN線(xiàn)路上的鈴流檢測、話(huà)機拍簧動(dòng)作檢測等邏輯，并據此控制繼電器進(jìn)行切換。FPGA與CPU的接口可實(shí)現在VoIP網(wǎng)絡(luò )路由不可達時(shí)切換到PSTN網(wǎng)絡(luò )的邏輯。雙模切換模塊實(shí)現了FXO接口的部分功能，但不是真正的FXO接口，所以稱(chēng)之為“假FXO接口”。
FXS接口電路模塊主要由SUC芯片和Codee芯片組成，分別選用Legerity公司的Le79R70芯片和Le58Q021芯片。Le58Q021是4通道的Codec芯片，可以控制SLIC芯片(Le79R70)的工作狀態(tài)，選擇編碼方案(線(xiàn)性、a律、μ律)，還支持軟件可編程SLIC的輸入阻抗、平衡阻抗和頻率響應特性等。系統使用1片Le58Q021和4片Le79R70協(xié)同工作支持4路話(huà)音，向話(huà)機提供饋電，產(chǎn)生振鈴信號、檢測話(huà)機摘掛機等，并負責完成電話(huà)模擬信號與PCM數字信號的相互轉換。
語(yǔ)音處理DSP芯片選用AudioCodes公司的AC483，它能同時(shí)支持4通道語(yǔ)音編解碼器，支持G．729A、G．723．1、G．727、G．726、G．711等壓縮算法標準，可完成實(shí)時(shí)的語(yǔ)音壓縮、DTMF信號的檢測、產(chǎn)生和回音消除等工作。
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