用戶端設(shè)備的語音分組設(shè)計與語音網(wǎng)關(guān)

話音分組(VoP，Voice-over-Packet）服務(wù)與設(shè)備的誘人之處主要表現(xiàn)在三個方面：節(jié)約成本(由于傳輸效率高），簡便（話音、數(shù)據(jù)在一個網(wǎng)絡(luò)上傳輸）與增值服務(wù)(遠優(yōu)于電路交換網(wǎng)絡(luò)）。傳統(tǒng)的話音呼叫，是通過撥號接通公用交換電話網(wǎng)(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(zhì)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(wǎng)絡(luò)則充分利用了數(shù)據(jù)傳輸高效的特點，與電路交換網(wǎng)絡(luò)相比，可節(jié)省數(shù)倍的帶寬。

正因如此，VoP市場呈現(xiàn)出迅速擴展之勢，其全球營業(yè)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(shù)字包括VoIP，VoFR，VoATM，以及增值IP服務(wù)，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(xiàn)哪些標準作為主流技術(shù)。這也就難于決定在實施VoP中應(yīng)采用哪些技術(shù)。舉例來說，G.168網(wǎng)絡(luò)的回波抵消算法與幾種ITUG.72x編譯碼規(guī)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(xiàn)有數(shù)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(wǎng)絡(luò)上進行擴減。

應(yīng)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(shù)字用戶線路(DSL)或電纜調(diào)制解調(diào)器上配二至四條話音線路。DSL與電纜服務(wù)提供商現(xiàn)在已能在一條雙絞線上或現(xiàn)有的有線電視電纜上增加幾條電話線路和高速數(shù)據(jù)信道。如以傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提供同樣的服務(wù)，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(wǎng)絡(luò)這樣的增值服務(wù)，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(tǒng)的大市場，使公司用戶有能力將電話網(wǎng)與廣域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)融為一體。這類用戶端設(shè)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(shù)字傳輸系統(tǒng)）信道大為減少。

第三是正在迅速崛起的面向中心局“網(wǎng)關(guān)”產(chǎn)品的市場。它能處理大批電話線路。目前的應(yīng)用系統(tǒng)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(chǎn)品轉(zhuǎn)至DSL或Tl線路，并為進出傳統(tǒng)PSTN的話音數(shù)據(jù)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(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)選擇傳輸路由。

CPE設(shè)計

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

網(wǎng)絡(luò)接口。CPE設(shè)計要求LAN、WAN網(wǎng)絡(luò)具有連通性。LAN接口幾乎全部規(guī)定成以太網(wǎng)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(diào)制解調(diào)器。在同樣的CPE設(shè)備系列中，之所以有多家CPE SoC廠商在提供以太網(wǎng)、Utopia、PCI、USB和SSI，正是要覆蓋寬帶數(shù)據(jù)傳送的繁多的物理接口。

數(shù)字電話接口。要求與各種模擬和數(shù)字電話元件進行“無縫”連接，勢必得規(guī)定一種同步時分復(fù)用（TDM）接口和配套的時隙交換設(shè)備。其次，系統(tǒng)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(shù)字T1/E1 幀接口。

網(wǎng)絡(luò)處理器。要求CPE支持多種網(wǎng)絡(luò)控制軟件和專用網(wǎng)關(guān)設(shè)備信令接口，這就需要在話音和數(shù)據(jù)包的通用路由選擇設(shè)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(wǎng)絡(luò)補加增值功能，如網(wǎng)絡(luò)地址翻譯、加密和智能呼叫處理。采用VoP技術(shù)最困難的問題之一是，從中心局提供并配置CPE基礎(chǔ)設(shè)施。CPE處理資源，尤其是網(wǎng)絡(luò)信令軟件，對本地交換運營商經(jīng)濟地利用VoP基礎(chǔ)設(shè)施起決定性作用。

數(shù)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(shè)備相配是有利的，這種增強設(shè)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(wǎng)絡(luò)處理器最低限度地結(jié)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(zhàn)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(wǎng)絡(luò)處理器一同工作，達到無縫地實現(xiàn)管理WAN帶寬所需的實時呼叫建立功能。

系統(tǒng)支持組件。CPE設(shè)計需有支持組件，例如通用異步收發(fā)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(shè)計中使用，其高集成度有助于降低CPE設(shè)備的設(shè)計成本。

網(wǎng)關(guān)設(shè)備設(shè)計

對于網(wǎng)關(guān)設(shè)備，最重要的是信道密度和系統(tǒng)級的集成度。VoP網(wǎng)關(guān)的典型設(shè)計要考慮如下因素：

分組網(wǎng)絡(luò)接口。網(wǎng)關(guān)設(shè)計通常伴有ATM或IP交換機和路由選擇設(shè)備。以此使網(wǎng)關(guān)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(wǎng)絡(luò)接口。網(wǎng)關(guān)設(shè)計也要為傳統(tǒng)的第5類交換設(shè)備提供一種數(shù)字中繼接口。VoDSL和VoCable網(wǎng)關(guān)利用這種接口提供PSTN服務(wù)。這兩類網(wǎng)關(guān)都采用GR-303標準信令協(xié)議，進行呼叫建立和控制。這正是在寬帶分組網(wǎng)絡(luò)上提供第5類PSTN老式普通電話服務(wù)的基礎(chǔ)。

話音分組接口。網(wǎng)關(guān)設(shè)計的難題之一在于話音分組在系統(tǒng)內(nèi)的流動。網(wǎng)關(guān)內(nèi)的DSP資源須有靈活的接口，將系統(tǒng)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(tǒng)的直接存儲器存?。―MA)控制和分組路由功能聯(lián)合使用，實現(xiàn)系統(tǒng)中話音流的合理化。

數(shù)字電話交換接口。數(shù)字電話接口與CPE設(shè)計有所不同，并不像設(shè)想的那樣與外部組件無縫集成，而是在網(wǎng)關(guān)內(nèi)與高密度分布式交換構(gòu)件結(jié)為一體。由于指定網(wǎng)關(guān)的DSP可處理的話音信道多達數(shù)百路，所以在系統(tǒng)內(nèi)對特定的DSP資源必須易于作話路切換。在進行網(wǎng)關(guān)設(shè)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(shù)字在某種程度上造成在單個網(wǎng)關(guān)機架上必須裝有相當數(shù)量的DSP資源。

數(shù)字信號處理。網(wǎng)關(guān)設(shè)計中的DSP 資源，需要針對某種話音處理標準將網(wǎng)關(guān)處理能力最大化。因為DSP資源處于分布式交換環(huán)境，所以關(guān)鍵在于將DSP資源適當配置，使網(wǎng)關(guān)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(yīng)G.168回波抵消器。而更傳統(tǒng)的VoIP和高密度應(yīng)用系統(tǒng)正在執(zhí)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(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)內(nèi)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(wǎng)關(guān)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(gòu)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(wǎng)關(guān)的VoP設(shè)計特別易于受到系統(tǒng)劃分不良的影響。從以上對網(wǎng)關(guān)設(shè)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(wǎng)關(guān)接口，關(guān)系到設(shè)計的成敗。網(wǎng)關(guān)內(nèi)的實時數(shù)據(jù)和話音流，在呼叫重負之下，有可能使某些設(shè)計組件達到飽和，尤其是網(wǎng)絡(luò)控制處理器。在設(shè)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(guān)鍵

隨著VoP市場的擴展，CPE和中心局網(wǎng)關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計者提出各種各樣的供貨和配置要求。出于這一原因，設(shè)計者需要有各種可配置技術(shù)。

設(shè)計者利用可配置DSP芯片，針對應(yīng)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(wǎng)絡(luò)易于擴減。毫無疑問，具有可配置資源的DSP芯片，與傳統(tǒng)的微處理器加現(xiàn)貨DSP方式相比，其前景必將越來越誘人。