無(wú)線(xiàn)IPPBX系統的設計與實(shí)現

　　隨著(zhù)以太網(wǎng)寬帶技術(shù)的發(fā)展，以IP網(wǎng)絡(luò )為媒介的語(yǔ)音通信技術(shù)（VOIP技術(shù)）憑借其低廉的話(huà)費受到消費者的廣泛關(guān)注。很多企業(yè)和科研機構也開(kāi)始研究、使用這項技術(shù)。無(wú)線(xiàn)VOIP交換設備（即無(wú)線(xiàn)IPPBX）通過(guò)GSM無(wú)線(xiàn)模塊來(lái)實(shí)現IP網(wǎng)絡(luò )的電話(huà)用戶(hù)與普通電話(huà)用戶(hù)之間的通信。它融合了以太網(wǎng)和GSM網(wǎng)絡(luò )，具備GSM網(wǎng)絡(luò )與以太網(wǎng)絡(luò )兩方面的優(yōu)勢，既具備IP電話(huà)話(huà)費低廉的優(yōu)勢，又可以通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )實(shí)現IP電話(huà)落地而不受固定電話(huà)線(xiàn)的束縛，同時(shí)結合以太網(wǎng)的http協(xié)議可以在其上實(shí)現短信網(wǎng)關(guān)的功能。本文將從硬件和軟件的角度來(lái)闡述該設備的設計與實(shí)現。

　　1 系統硬件設計

　　1.1 硬件結構

　　系統硬件結構如圖1所示，整個(gè)硬件系統由GSM工作單元、PCM編解碼工作單元、語(yǔ)音壓縮/解壓處理單元（DSP）、CPLD總線(xiàn)適配單元和MPC860T核心控制單元構成。系統通過(guò)兩條總線(xiàn)實(shí)現硬件系統的協(xié)同工作：通過(guò)I2C總線(xiàn)向GSM工作單元、PCM編解碼單元發(fā)送控制信令和讀取狀態(tài)信息；通過(guò)HPI總線(xiàn)實(shí)現對語(yǔ)音壓縮解壓處理單元（DSP）語(yǔ)音壓縮包的讀取和發(fā)送。系統通過(guò)CPLD以及與之相連的一塊MCU實(shí)現兩條總線(xiàn)的適配并在MPC860T核心控制單元端提供了統一的I/O接口。

　　系統的工作流程如下：若系統要傳送語(yǔ)音數據到以太網(wǎng)，GSM模塊或普通話(huà)機的模擬話(huà)音經(jīng)PCM編解碼器A law/μlaw 編碼后送到E1數據總線(xiàn)上，然后DSP將E1線(xiàn)上的PCM碼流按G.729/G.723的標準壓縮成低比特率的語(yǔ)音包，并在相應的端口產(chǎn)生一定的狀態(tài)信號，該狀態(tài)信號經(jīng)CPLD處理后轉化為MPC860T的中斷信號，MPC860T處理器響應中斷，通過(guò)CPLD將語(yǔ)音壓縮包從DSP的HPI口讀取出來(lái)并通過(guò)以太網(wǎng)控制器將其發(fā)送到以太網(wǎng)上。系統從以太網(wǎng)接收語(yǔ)音壓縮包，并將其還原成模擬話(huà)音，其過(guò)程與此相反。

　　1.2 GSM工作單元設計

　　GSM工作單元由MCU、GSM模塊以及一些外圍接口電路構成，其原理框圖如圖2所示。MCU是工作單元的控制部件，它通過(guò)自身的I2C接口與系統的I2C總線(xiàn)連接，并通過(guò)串口與GSM模塊連接。單元工作時(shí)先從I2C 總線(xiàn)接收系統發(fā)送的控制信令，然后由MCU將控制信令轉化為具體的AT指令并通過(guò)串口發(fā)送給GSM模塊。GSM模塊根據收到的AT指令執行相應的操作（發(fā)送撥號信息、建立語(yǔ)音通路、發(fā)送短信等）。當然GSM模塊也可以將自己的狀態(tài)信息如自己的忙閑狀態(tài)、來(lái)電號碼通過(guò)串口發(fā)給MCU，再由MCU通過(guò)I2C總線(xiàn)上報給主控CPU（MPC860T）。

　　GSM單元的設計中需要特別注意以下幾點(diǎn)：

　　(1)電源設計。GSM模塊在整個(gè)系統中屬于功耗比較大的部件，空閑時(shí)工作電流為35mA，工作時(shí)的平均電流為350mA，突發(fā)工作電流可以達到2A。所以GSM模塊要采用單獨的電源芯片供電，并且有足夠的負載能力。在設計中采用DC-DC的電源芯片給模塊提供4V電壓并在電源的輸出端并聯(lián)一個(gè) 2200μF的大電容，以防止模塊的突發(fā)大電流使電源芯片的供電電壓發(fā)生瞬時(shí)下降。

　　(2)串行接口電路的設計。GSM模塊的串行口（UART）使用的不是標準的TTL電平，不能與控制它的MCU串口直接相連，在它們之間要有一個(gè)電平轉換接口電路。該電路要能實(shí)現模塊的3V高電平與 MCU端5V TTL高電平的相互轉換。設計中使用三極管的開(kāi)關(guān)電路和電阻分壓電路就可實(shí)現該功能，如圖3所示。實(shí)驗證明該方法簡(jiǎn)單、有效。

　　(3)模塊語(yǔ)音口電路的設計。GSM模塊的語(yǔ)音輸入、輸出都是差分信號，而PCM編解碼器的語(yǔ)音口要求單端信號。在兩個(gè)語(yǔ)音端口之間要有差分信號與單端信號的轉換電路，才可實(shí)現兩者的連接。設計中采用運放電路來(lái)實(shí)現差分與單端的轉換。由于GSM模塊的語(yǔ)音口特別容易受到射頻干擾，所以模塊的語(yǔ)音口還要連接一些濾波電容。此外,PCB布板也要保證語(yǔ)音信號線(xiàn)遠離模塊的天線(xiàn)，這樣才能將噪聲干擾降到最低, 保證話(huà)音質(zhì)量。

　　1.3 PCM編解碼單元設計

　　PCM編解碼單元主要有兩個(gè)任務(wù)：將來(lái)自GSM模塊或普通話(huà)機的模擬話(huà)音進(jìn)行A law/μ law PCM編碼，然后發(fā)送到系統E1數據線(xiàn)上；獲取系統E1數據總線(xiàn)某個(gè)時(shí)隙的PCM編碼并將其還原成模擬話(huà)音。設計中采用一塊帶I2C接口的MCU作為PCM編解碼器的控制器。該控制器從I2C總線(xiàn)接收主控CPU（MPC860T）發(fā)送的控制信令并將該信令轉化為PCM編解碼器命令序列，PCM編解碼器接受命令后完成相應的編解碼功能。

　　1.4 語(yǔ)音壓縮解壓?jiǎn)卧O計

　　語(yǔ)音壓縮解壓?jiǎn)卧墓ぷ魇牵簩⑶岸薖CM編碼器發(fā)送來(lái)的PCM數據壓縮成低比特率的語(yǔ)音包后交由主控CPU處理；將主控CPU發(fā)送來(lái)的語(yǔ)音壓縮包還原成 PCM編碼。該單元的設計中采用AudioCodes公司的 AC48304C_C作為語(yǔ)音PCM編碼的壓縮解壓處理器。該處理器支持四個(gè)語(yǔ)音處理通道，每個(gè)通道可以單獨編程，配置不同的PCM時(shí)隙和壓縮/解壓算法（G.723、G.729等）。根據主控CPU（MPC860T）的數據包處理能力，本設計在系統中掛載四片AC48304C_C，可同時(shí)處理16路語(yǔ)音的編解碼（壓縮/解壓）。