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(yuǎn)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(kuò)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(zhǔn)確斷定VoP市場會向何處演變，會涌現(xiàn)哪些標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)。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(dá)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(jìn)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(biāo)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(jìn)行擴(kuò)減。

應(yīng)用細(xì)分

VoP市場分為三種不同的部分。第一是家庭市場，將VoP帶進(jìn)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(jìn)出傳統(tǒng)PSTN的話音數(shù)據(jù)通過第5類交換機(jī)選擇路由，這種交換機(jī)同時為進(jìn)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(jìn)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(biāo)成本要求這種接口與模擬電話組件進(jìn)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(jìn)嵌入式處理器資源。并且還須將這些資源恰當(dāng)安置，以便今后為會聚式網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)設(shè)備相配是有利的，這種增強(qiáng)設(shè)備將話音處理加速，并將進(jìn)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(jìn)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(dá)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)信令協(xié)議，進(jìn)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(dá)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(jìn)行網(wǎng)關(guān)設(shè)計時普遍采用的分布式交換標(biāo)準(zhǔn)之一，是Compact PCI 所用的H.110 CT總線。H.110提供的DS-O時隙多達(dá)4,096個。這個數(shù)字在某種程度上造成在單個網(wǎng)關(guān)機(jī)架上必須裝有相當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)配置，使網(wǎng)關(guān)的通道密度達(dá)到最大，而不在于各DSP都支持一切話音處理能力。當(dāng)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(dāng)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(jī)或控制處理器在呼叫激活時的負(fù)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(fù)之下，有可能使某些設(shè)計組件達(dá)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(jìn)行的通信降至最低限度。

配置是關(guān)鍵

隨著VoP市場的擴(kuò)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(kuò)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。