用戶端設備的語音分組設計與語音網關

話音分組(VoP，Voice-over-Packet）服務與設備的誘人之處主要表現在三個方面：節約成本(由于傳輸效率高），簡便（話音、數據在一個網絡上傳輸）與增值服務(遠優于電路交換網絡）。傳統的話音呼叫，是通過撥號接通公用交換電話網(PSTN），形成一條專用的通信“透明信道”，在通話期間，雙方各占64Kb/s帶寬。這種方式十分可靠，通話質量近乎無可挑剔，但在只有一人講話及通話間隔期會造成容量浪費。而包交換網絡則充分利用了數據傳輸高效的特點，與電路交換網絡相比，可節省數倍的帶寬。

正因如此，VoP市場呈現出迅速擴展之勢，其全球營業額將從2000年的20億美元，上升到2004年的880億美元，年綜合增長率為102%。這些數字包括VoIP，VoFR，VoATM，以及增值IP服務，如IP傳真。

然而像其他新興市場一樣，難于準確斷定VoP市場會向何處演變，會涌現哪些標準作為主流技術。這也就難于決定在實施VoP中應采用哪些技術。舉例來說，G.168網絡的回波抵消算法與幾種ITUG.72x編譯碼規范，可利用處理資源的各種配置加以改進。目前的解決方案，多半是將微處理器與現有數字信號處理器(DSP)組合起來?？墒沁@些方案一直達不到因信道密度的不斷增加所提出的越來越高的要求。

為了改進各種算法的運行性能，采用可配置DSP芯片組是理想的方案。與通用 DSP芯片相比，可配置定制式DSP能將性能指標提高若干倍。除此之外，信道成本大大降低，底板所占面積大大縮小，能耗減少，并可在整個網絡上進行擴減。

應用細分

VoP市場分為三種不同的部分。第一是家庭市場，將VoP帶進家庭與小型家庭辦公室市場，在一條數字用戶線路(DSL)或電纜調制解調器上配二至四條話音線路。DSL與電纜服務提供商現在已能在一條雙絞線上或現有的有線電視電纜上增加幾條電話線路和高速數據信道。如以傳統網絡提供同樣的服務，則需采用多條銅線，按月按線支付費用。DSL話音和虛擬專用網絡這樣的增值服務，正為DSL和有線電視公司開拓市場，增加盈利。

第二是面向后臺辦公系統的大市場，使公司用戶有能力將電話網與廣域因特網體系結構融為一體。這類用戶端設備(CPE)能使公司大幅度降低成本，原因是模擬電話線路與DS-0（第０級數字傳輸系統）信道大為減少。

第三是正在迅速崛起的面向中心局“網關”產品的市場。它能處理大批電話線路。目前的應用系統尚處于起步階段，主要是把來自不同家庭的多條電話話路和后臺辦公產品轉至DSL或Tl線路，并為進出傳統PSTN的話音數據通過第5類交換機選擇路由，這種交換機同時為進出因特網基礎設施的數據選擇傳輸路由。

CPE設計

上述幾種新興市場，提出了一系列的設計課題。對于CPE，重點是單芯片系統(SoC)的集成度和靈活性。這種平臺必須有成本優勢，能支持多種多樣的網絡和話音處理軟件。對于典型的VoP CPE設計，優先考慮的是如下組件：

網絡接口。CPE設計要求LAN、WAN網絡具有連通性。LAN接口幾乎全部規定成以太網10/100Mbit接口。WAN接口則難以限制，在很大程度上必須支持一系列的寬帶調制解調器。在同樣的CPE設備系列中，之所以有多家CPE SoC廠商在提供以太網、Utopia、PCI、USB和SSI，正是要覆蓋寬帶數據傳送的繁多的物理接口。

數字電話接口。要求與各種模擬和數字電話元件進行“無縫”連接，勢必得規定一種同步時分復用（TDM）接口和配套的時隙交換設備。其次，系統的集成度和目標成本要求這種接口與模擬電話組件進行不牢固的連接，如用戶線路接口卡和數字T1/E1 幀接口。

網絡處理器。要求CPE支持多種網絡控制軟件和專用網關設備信令接口，這就需要在話音和數據包的通用路由選擇設備之外，加進嵌入式處理器資源。并且還須將這些資源恰當安置，以便今后為會聚式網絡補加增值功能，如網絡地址翻譯、加密和智能呼叫處理。采用VoP技術最困難的問題之一是，從中心局提供并配置CPE基礎設施。CPE處理資源，尤其是網絡信令軟件，對本地交換運營商經濟地利用VoP基礎設施起決定性作用。

數字信號處理。要求CPE支持各種基于標準的話音處理，就需要采用高性能的靈活的DSP。將這種平臺與專用硬件增強設備相配是有利的，這種增強設備將話音處理加速，并將進出WAN的話音流加以整理。讓DSP與網絡處理器最低限度地結合起來，處理話音的打包與拆包，同樣是有利的。DSP平臺最具挑戰性的問題之一是，如何在任一信道上對任一編譯碼器進行“真正的”傳輸過程配置。DSP必須與網絡處理器一同工作，達到無縫地實現管理WAN帶寬所需的實時呼叫建立功能。

系統支持組件。CPE設計需有支持組件，例如通用異步收發器，SPI，II2C以及外部存儲器接口控制器。這些組件已在嵌入式設計中使用，其高集成度有助于降低CPE設備的設計成本。

網關設備設計

對于網關設備，最重要的是信道密度和系統級的集成度。VoP網關的典型設計要考慮如下因素：

分組網絡接口。網關設計通常伴有ATM或IP交換機和路由選擇設備。以此使網關的分組接口專門去管理話音和話音控制信息。目前還有一種趨勢：采用多物理分組接口，提供一個冗余級。

話音網絡接口。網關設計也要為傳統的第5類交換設備提供一種數字中繼接口。VoDSL和VoCable網關利用這種接口提供PSTN服務。這兩類網關都采用GR-303標準信令協議，進行呼叫建立和控制。這正是在寬帶分組網絡上提供第5類PSTN老式普通電話服務的基礎。

話音分組接口。網關設計的難題之一在于話音分組在系統內的流動。網關內的DSP資源須有靈活的接口，將系統的控制處理器從話音分組路由中卸載下來。這種接口通常與系統的直接存儲器存?。―MA)控制和分組路由功能聯合使用，實現系統中話音流的合理化。

數字電話交換接口。數字電話接口與CPE設計有所不同，并不像設想的那樣與外部組件無縫集成，而是在網關內與高密度分布式交換構件結為一體。由于指定網關的DSP可處理的話音信道多達數百路，所以在系統內對特定的DSP資源必須易于作話路切換。在進行網關設計時普遍采用的分布式交換標準之一，是Compact PCI 所用的H.110 CT總線。H.110提供的DS-O時隙多達4,096個。這個數字在某種程度上造成在單個網關機架上必須裝有相當數量的DSP資源。

數字信號處理。網關設計中的DSP 資源，需要針對某種話音處理標準將網關處理能力最大化。因為DSP資源處于分布式交換環境，所以關鍵在于將DSP資源適當配置，使網關的通道密度達到最大，而不在于各DSP都支持一切話音處理能力。當前的VoDSL和VoCable 市場上，重點是G.711(64Kb/s)和G.726(32Kb/s)兩種編譯碼器及相應G.168回波抵消器。而更傳統的VoIP和高密度應用系統正在執行G.723.1(5.3/6.3kb/s)，G.728(16kb/s)以及帶G.168 回波抵消的G.729等幾種編譯碼器。

網關DSP資源的另一個重要問題是，話音分組的處理工作有多少交由DSP完成。要知道，網關內話音的打包拆包所涉及的處理量相當大。

如將這種操作全部交由控制處理器完成，則網關的信道密度勢必降低。一種有效的辦法是，在呼叫建立期間，將構成話音分組流所必須的VoP報頭信息卸載，從而免去主機或控制處理器在呼叫激活時的負荷。

理想的辦法是，在呼叫建立與拆除階段，控制處理器只需與DSP 上指定話音流交互操作。

網關的VoP設計特別易于受到系統劃分不良的影響。從以上對網關設計組件的描述可以推斷，將操作正確地分配給硬件、軟件和網關接口，關系到設計的成敗。網關內的實時數據和話音流，在呼叫重負之下，有可能使某些設計組件達到飽和，尤其是網絡控制處理器。在設計DMA控制和路由選擇功能時須加小心，以使在處理話音呼叫的激活時，處理器間所進行的通信降至最低限度。

配置是關鍵

隨著VoP市場的擴展，CPE和中心局網關應用系統設計者提出各種各樣的供貨和配置要求。出于這一原因，設計者需要有各種可配置技術。

設計者利用可配置DSP芯片，針對應用來定制算法，以提高性能，降低成本，減少功耗。除此之外還使整個網絡易于擴減。毫無疑問，具有可配置資源的DSP芯片，與傳統的微處理器加現貨DSP方式相比，其前景必將越來越誘人。