劉洪林,蔣昌茂

(1.桂林平步青云電子科技發(fā)展有限公司,桂林541002; 2.桂林師范高等?？茖W(xué)校)

劉洪林(工程師),主要研究方向為多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信及新型硬件電路設(shè)計應(yīng)用;蔣昌茂(講師),主要研究方向為數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)通信。

引 言

VOIP(Voice Over IP,通過 IP數(shù)據(jù)包發(fā)送實現(xiàn)的語音業(yè)務(wù)),是一種利用Internet作為傳輸載體來實現(xiàn)計算機與計算機、普通電話與普通電話、計算機與普通電話之間進行話音通信的技術(shù)。VOIP話音通信技術(shù)發(fā)展很快,很多新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。過去我們津津樂道的H323協(xié)議,現(xiàn)在已經(jīng)很陳舊了,而由H323變換出來的MGCP又是站在傳統(tǒng)電信角度來解決問題,所以產(chǎn)品升級換代是跟蹤VOIP發(fā)展的唯一思路。AR1688系列VOIP話機就是在低成本解決方案的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它在集成度和性能上都比PA1688系列有了很大的提高。

隨著3G和WIFI網(wǎng)絡(luò)的快速普及和發(fā)展,無線VOIP的應(yīng)用也越來越受到關(guān)注,VOIP話音通信技術(shù)通過與新型無線寬帶的結(jié)合,將改變企業(yè)和消費者獲得和使用移動與固定語音服務(wù)的方式。這意味著,走在大街上可以通過手機網(wǎng)絡(luò)交談,走進辦公室后,呼叫可以無縫地切換到WLAN語音技術(shù)。在手機信號很弱的特殊環(huán)境里,手機中的軟件會自動把呼叫轉(zhuǎn)移到WLAN語音系統(tǒng)上,而處在WLAN覆蓋范圍之外時,呼叫將切換到手機網(wǎng)絡(luò)。本文提出一種基于AR1688系列VOIP話機的無線升級解決方案。

1 AR1688 VOⅠP話機系統(tǒng)

基于AR1688的VOIP話機系統(tǒng),其基本框架是對復(fù)雜的語音編解碼算法和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進行處理。其中,語音編解碼算法需要100MIPS的數(shù)字信號處理器(DSP),這就要求在設(shè)計中使用高性能的處理器。同時,為了實現(xiàn)信息的路由處理和轉(zhuǎn)發(fā),需要在電路中使用網(wǎng)絡(luò)芯片。為了構(gòu)成一個功能完備的語音終端,還必須包括存儲器、供電電路、鍵盤、顯示屏、功放電路等。

AR1688 VOIP話機系統(tǒng)是由 AR1688主芯片、網(wǎng)絡(luò)接口(1～2個)、Flash、電源、鍵盤接口和顯示接口組成。AR1688系統(tǒng)框圖如圖1所示。

AR1688是一種可編程芯片,8位控制器用于VOIP協(xié)議棧,24位DSP用于語音壓縮算法。同PA1688相比,AR1688具有更高的性能、更好的語音質(zhì)量、更低的成本。AR1688將2個處理器集成在一個芯片里:8位MCU與Z80指令集兼容,典型運行頻率為24.576 MHz,最高運行頻率至60 MHz;24位DSP采用ADI公司的ADSP2181兼容處理器,內(nèi)核運算能力可達72 MIPS。將 DSP作為MCU的協(xié)處理器,在內(nèi)部解決了兩個處理器的協(xié)調(diào)問題。片內(nèi)集成116 KB的SRAM存儲器,無需外部擴展SDRAM,最大支持 2 MB外部存儲器,多至 4片外部SRAM、EEPROM或 Flash;片內(nèi)集成18位高質(zhì)量CODEC;集成 DC/DC變換提供核心電壓;支持 24.577 6 MHz晶振及片內(nèi)PLL,支持實時時鐘;包含1個 UART接口、12個鍵位鍵盤接口、16個通用編程輸入輸出接口(GPIO),簡化了系統(tǒng)設(shè)計,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖1 AR1688系統(tǒng)框圖

目前,針對已使用的有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的無線升級,有相當(dāng)多的解決方案,無外乎是在現(xiàn)有VOIP產(chǎn)品的基礎(chǔ)上加裝WIFI模組或TD模組。本文采用加裝WIFI模組的方法,用88W8510芯片實現(xiàn)無線橋接來達到對現(xiàn)有VOIP產(chǎn)品無線升級的目的。

2 AR1688 VOⅠP話機無線升級方案

在VOIP電話系統(tǒng)中,VOIP話機是必不可少的組成設(shè)備,它是面向用戶連接Internet網(wǎng)絡(luò),為用戶提供各種業(yè)務(wù)的用戶端設(shè)備。雖然可以將普通模擬話機當(dāng)作VOIP話機使用,但目前VOIP話機的發(fā)展方向是將語音的壓縮編碼、分組打包等都由終端實現(xiàn),終端直接與Internet相連接。這樣做的優(yōu)勢是實現(xiàn)了全IP通信,可以充分利用IP網(wǎng)絡(luò)的各種優(yōu)勢;同時,終端分擔(dān)了網(wǎng)關(guān)的部分功能,使得網(wǎng)絡(luò)功能配置更加靈活,這是傳統(tǒng)的有線設(shè)計方法。本升級方案思想是采用基于AR1688芯片設(shè)計的VOIP語音終端,性價比高,用88W8510芯片實現(xiàn)無線橋接,無線接入Internet,達到VOIP語音終端無線升級的目的。

美國Marvell公司的88W8010 WIFI模組是實現(xiàn)IEEE 802.11b/g功能的無線橋接設(shè)備,它解決了傳統(tǒng)VOIP設(shè)備從有線升級到無線注冊到SIP服務(wù)器的問題。具體解決方案如圖2所示。

圖2 橋接取代有線LAN實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)注冊的解決方案

在圖2中,虛線為傳統(tǒng)LAN線路到互聯(lián)網(wǎng)的連接。在采用88W8010 WIFI模組橋接后,VOIP設(shè)備通過它連接到無線AP路由器,再通過互聯(lián)網(wǎng)注冊到SIP服務(wù)器。

3 AR1688 VOⅠP話機無線升級的硬件設(shè)計

3.1 88W8010的特點和優(yōu)勢

88W8010采用2.4 GHz ISM頻段;集成所有RF模擬基帶收發(fā)功能;高性能的外差射頻結(jié)構(gòu);高線性內(nèi)置式功率為23 dBm的功放及發(fā)射功率為20 dBm的天線分別連接到802.11b和802.11g;對于實際功率檢測,集成了傳輸功率循環(huán)控制功能;采用高靈敏度的接收器;低功耗設(shè)計及先進的電源管理模式;48腳QFN封裝,尺寸僅7 mm×7 mm。

88W8010的優(yōu)勢在于:單一芯片支持所有RF到模擬基帶的功能和IEEE 802.11g/b的標(biāo)準(zhǔn);降低了材料成本,簡化了板級布線設(shè)計,并提供最小的安裝尺寸,提高了性能,省略了聲表面帶通濾波器的使用,降低了成本;能夠為天線提供分辨率為0.5 dBm、0～20 dBm的發(fā)射功率;即使指定參數(shù)超過了額定溫度,供電電電壓和器件的參數(shù)有所改變,該器件的輸出功率也很穩(wěn)定;改進了微弱信號的探測方式,擴大了探測范圍;對于器件收發(fā)、睡眠及節(jié)能模式,提供低功耗特性;硬件設(shè)計緊湊,減小了空間尺寸。

3.2 88W8510的特點和優(yōu)勢

88W8510內(nèi)置嵌入式ARM946S-E處理器內(nèi)核;內(nèi)置天線采用分集接收技術(shù);對于WEP和80211i AES加密以及CCM信息認證,內(nèi)置硬件加密引擎;支持802.11e QoS質(zhì)量服務(wù)保證;可選配MII或PCI外部接口;集成了采用VCT技術(shù)的10/100M快速以太網(wǎng)MAC及PHY接口;支持高級安全認證專用的802.1X安全口協(xié)議;256腳TFBGA封裝,尺寸僅17 mm×17 mm。

88W8510的優(yōu)勢在于:88W8510芯片組是802.11g解決方案,同時兼容802.11b協(xié)議;接收范圍大,連接魯棒性好,減少了信息的丟失;收發(fā)性能高、范圍廣;在低功耗設(shè)計的基礎(chǔ)上,集成了盡可能多的功能;可同時連接更多的無線終端,無需降低無線的吞吐性能;可保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、音頻、視頻數(shù)據(jù)的連續(xù)和穩(wěn)定性;可外接多口路由器和外部系統(tǒng)總線;提供連接電纜故障診斷方法;為改進在公共環(huán)境下的安全性,添加了更多的身份認證機構(gòu);引腳兼容Marvell產(chǎn)品中使用802.11b協(xié)議的AP和網(wǎng)關(guān)芯片,方便802.11b和802.11g間的切換。

3.3 硬件設(shè)計

88W8510 WIFI橋接原理圖如圖3所示。

圖3 88W8510 WIFI橋接原理圖

基于AR1688芯片設(shè)計的VOIP語音終端連接到無線AP路由器,其中最關(guān)鍵的就是88W8010和88W8510構(gòu)成的基于WLAN 802.11g/b的AP和網(wǎng)關(guān)芯片組,88W8510與88W8010芯片的組合是高性價比的802.11g接入點/網(wǎng)關(guān)解決方案,消除了用于有線基礎(chǔ)設(shè)施連接的外部CPU和快速以太網(wǎng)端口,大幅降低了總體成本。該芯片組的WLAN內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 WLAN內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

4 AR1688 VOⅠP話機無線升級的軟件設(shè)計

Marvell公司對使用88W8510芯片組的客戶提供如下支持:板級設(shè)計參考;板級固件Bootloader設(shè)計;相關(guān)軟件設(shè)計;診斷工具;運行于 eCos和 μ Clinux環(huán)境下的SDK。

運行環(huán)境如下:

系統(tǒng)環(huán)境 eCos

CPU ARM946S-E

調(diào)試接口 JTAG

開發(fā)工具 Marvell AP31_SDK_2.19S或以上版本

軟件方案的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 無線升級軟件方案的結(jié)構(gòu)

網(wǎng)關(guān)主程序處理流程如圖6所示。

網(wǎng)關(guān)語音包數(shù)據(jù)處理流程如圖7所示。

圖6 網(wǎng)關(guān)主程序處理流程

產(chǎn)品實現(xiàn)功能如下:802.11g/b掃描;SSID網(wǎng)絡(luò)設(shè)置;WPA/WPA2、WEP(128 位)/WEP(64位)安全模式參數(shù)設(shè)置。

結(jié) 語

本方案采用可編程芯片AR1688,以 及 88W8010和88W8510 WIFI芯片組,實現(xiàn)了VOIP話機的無線升級。經(jīng)過實際測試,終端在40 m內(nèi)可以實現(xiàn)無誤碼通信,通話質(zhì)量優(yōu)良、運行穩(wěn)定、靈活方便。與基于其他技術(shù)的同類方案相比,本方案具有低成本、低功耗等優(yōu)點。

圖7 網(wǎng)關(guān)語音包數(shù)據(jù)處理流程

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