VoIP雙模網(wǎng)關的研究與系統(tǒng)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(shù)據(jù)處理陣列DAA(Data Access Arrangement)組成。其中CODEC與FXS電路中的相同；DAA仿真了一部話機，通過提供PSTN的環(huán)路閉合來去除高壓直流分量，只讓PSTN線上的模擬交流信號通過。網(wǎng)關中使用FXO接口電路可實現(xiàn)以下功能：
(1)斷電時線路保持暢通：當網(wǎng)關斷電不能連接VoIP網(wǎng)絡時，將線路切換到PSTN線路上。
(2)呼叫重定向：當VoIP網(wǎng)絡由于擁塞或者其他原因而不可用時，能夠?qū)⒕€路切換到PSTN上，而且能記住已撥號碼并進行自動重撥。
(3)遠端VoIP呼叫：VoIP用戶可以在其他地方通過PSTN撥入的方式進行VoIP呼叫，F(xiàn)XO接口先把PSTN上的電話撥號音(模擬信號)接收下來，然后轉換成數(shù)字信號送出，相當于將撥號音從一個FXO擴展到多個本地FXS。
網(wǎng)關的語音處理模塊負責對PCM數(shù)字語音信號進行壓縮與解壓縮。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實現(xiàn)，也可以用純軟件實現(xiàn)。
軟件控制模塊實現(xiàn)網(wǎng)關的協(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(shù)據(jù)流進行封裝，加上IP協(xié)議包頭，形成可在VoIP網(wǎng)絡中傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流打成IP數(shù)據(jù)包后，選擇適當路由經(jīng)過以太網(wǎng)接口發(fā)送到VoIF網(wǎng)絡中。接收端網(wǎng)關接收到IP數(shù)據(jù)包后，將數(shù)據(jù)包解壓縮并將解壓縮后的PCM數(shù)字信號解碼，恢復原始語音信號。
2 VoIP雙模網(wǎng)關系統(tǒng)設計
本節(jié)提出了一種基于H．323的雙模網(wǎng)關的系統(tǒng)設計方案，該方案支持4路話音，使用一種經(jīng)濟實用的“假FXO接口”方式實現(xiàn)雙模切換，能夠在VoIP通話時檢測到PSTN線上進來的呼叫并可通過按話機的拍簧或者Flash閃斷鍵切換接聽。
為了有效利用資源，系統(tǒng)使用三相轉接頭將電話線路與PSTN線路組合到一個RJ11接口上，每路話路使用一個三相轉接頭。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化雙模切換的實現(xiàn)，也減少了設備的物理端口數(shù)量。
系統(tǒng)設計采用“硬件+嵌入式操作系統(tǒng)+應用層軟件”的總體架構。
2．1 硬件設計方案
系統(tǒng)的硬件部分主要包括雙模切換模塊、FXS接口電路、語音處理模塊電路、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路本身的VoIP和PSTN通路之間的雙模切換。繼電器在網(wǎng)關沒有上電時默認將網(wǎng)關置于把話機線與PSTN線對接的狀態(tài)，上電工作后由1片F(xiàn)PGA可編程邏輯芯片來控制繼電器的切換。FPGA芯片是網(wǎng)關實現(xiàn)智能切換的關鍵部件，其中實現(xiàn)的控制邏輯包括PSTN線路上的鈴流檢測、話機拍簧動作檢測等邏輯，并據(jù)此控制繼電器進行切換。FPGA與CPU的接口可實現(xiàn)在VoIP網(wǎng)絡路由不可達時切換到PSTN網(wǎng)絡的邏輯。雙模切換模塊實現(xiàn)了FXO接口的部分功能，但不是真正的FXO接口，所以稱之為“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(tǒng)使用1片Le58Q021和4片Le79R70協(xié)同工作支持4路話音，向話機提供饋電，產(chǎn)生振鈴信號、檢測話機摘掛機等，并負責完成電話模擬信號與PCM數(shù)字信號的相互轉換。
語音處理DSP芯片選用AudioCodes公司的AC483，它能同時支持4通道語音編解碼器，支持G．729A、G．723．1、G．727、G．726、G．711等壓縮算法標準，可完成實時的語音壓縮、DTMF信號的檢測、產(chǎn)生和回音消除等工作。
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