摘  要： 提出采用IP2202 MCU、基于88W8686 SoC芯片的Wi-Fi模塊和H9918 EVDO 3G模塊的組合，構(gòu)建無(wú)線雙模VoIP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信的低成本、低功耗和機(jī)動(dòng)靈活性。
關(guān)鍵詞： IP2202；Wi-Fi模塊；EVDO；3G模塊；無(wú)線雙模VoIP

　VoIP（Voice over Internet Protocol），即通過(guò)IP數(shù)據(jù)包發(fā)送實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，是一種利用Internet作為傳輸載體來(lái)實(shí)現(xiàn)PC到PC、Phone到Phone、PC到Phone之間話(huà)音通信的技術(shù)。VoIP終端打電話(huà)只需要幾分錢(qián)，對(duì)任何用戶(hù)都具有不可抵抗的誘惑力，因此作為通信業(yè)的革命性產(chǎn)品，VoIP一出現(xiàn)就呈現(xiàn)出強(qiáng)盛的生命力。
VoIP話(huà)音通信技術(shù)發(fā)展很快，隨著3G和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的快速普及和發(fā)展，無(wú)線VoIP的應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注，VoIP話(huà)音通信技術(shù)通過(guò)與新型無(wú)線寬帶的結(jié)合，將增加企業(yè)和消費(fèi)者獲得更靈活而且實(shí)惠的語(yǔ)音服務(wù)方式?？梢栽诖蠼稚贤ㄟ^(guò)3G手機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)VoIP話(huà)音通信，走進(jìn)辦公室后，或因3G手機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)弱化，呼叫可以轉(zhuǎn)到基于Wi-Fi的WLAN實(shí)現(xiàn)VoIP話(huà)音通信，構(gòu)建能在Wi-Fi和3G環(huán)境智能切換的無(wú)線雙模VoIP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)。本文采用IP2202 MCU、基于88W8686 SoC芯片的Wi-Fi模塊以及基于VIA CBP7.0的H9918 EVDO 3G模塊的組合，來(lái)實(shí)現(xiàn)一種無(wú)線雙模VoIP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)。
1 無(wú)線雙模VoIP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)的原理
　網(wǎng)關(guān)在VoIP網(wǎng)絡(luò)中主要扮演協(xié)議轉(zhuǎn)換、控制及關(guān)守角色，如呼叫控制和呼叫管理等。傳統(tǒng)有線的VoIP網(wǎng)關(guān)用的是LAN模式或者直接ADSL撥號(hào)上網(wǎng)建立連接。筆者曾采用RISC結(jié)構(gòu)的IP2022處理器，構(gòu)建了IP2022+DSP的VoIP有線網(wǎng)關(guān)方案，IP2022處理器帶有片上Flash程序存儲(chǔ)器，具有在線和離線編程調(diào)試功能及單字節(jié)時(shí)鐘周期精簡(jiǎn)指令集，用4階段并行流水線方式執(zhí)行指令，可達(dá)極高的代碼效率和指令運(yùn)行速度（120 MIPS），再加上DSP，完全滿(mǎn)足低碼率的視頻VoIP通話(huà)的需要。在此基礎(chǔ)上，如果考慮增加3G模塊和Wi-Fi模塊，能否實(shí)現(xiàn)基于Wi-Fi、3G環(huán)境的無(wú)線雙模語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)呢。經(jīng)過(guò)實(shí)際的設(shè)計(jì)改造，方案是可行的。在IP2022+DSP的有線VoIP網(wǎng)關(guān)基礎(chǔ)上，采用基于VIA CBP7.0的EVDO 3G模塊，用CDMA2000的EVDO數(shù)據(jù)鏈路取代過(guò)去LAN作為寬帶連接的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的處理，可在CDMA2000 1xEVDO（15~856）和CDMA lxRTT（15~200）環(huán)境下?lián)芴?hào)無(wú)線接入Internet，以及斷線自動(dòng)重?fù)艿裙δ?。另外，采用基?8W8686 SoC芯片的LBWA18HEPZ模塊作為Wi-Fi模塊實(shí)現(xiàn)與WLAN的寬帶連接，并做到針對(duì)WLAN和3G寬帶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境隨時(shí)切換，實(shí)現(xiàn)無(wú)線雙模VoIP語(yǔ)音通信。
2 無(wú)線雙模VoIP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)
　無(wú)線雙模VoIP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。

　構(gòu)成該無(wú)線雙模語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)的主要器件如下。
?。?）MCU。本網(wǎng)關(guān)的核心采用IP2022處理器，它要完成各部件的協(xié)同工作，還要做大量的計(jì)算處理。如：DSP處理后的編碼數(shù)據(jù)打包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，還要將網(wǎng)絡(luò)傳送過(guò)來(lái)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)解包后經(jīng)解碼處理送到話(huà)機(jī)。
　（2）DSP。完成本網(wǎng)關(guān)音頻、視頻的編解碼工作，采用的是Voice Pump公司的VP120。低功耗、高性能DSP-1xx系列混合數(shù)字信號(hào)處理器是該公司2001年5月推出的專(zhuān)門(mén)針對(duì)話(huà)音處理的低密度語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)、VoIP的綜合接入設(shè)備（IAD設(shè)備）和其他寬帶語(yǔ)音領(lǐng)域的適用產(chǎn)品。它通過(guò)主處理器靈活的接口協(xié)議，每個(gè)語(yǔ)音通道都可以配置多種語(yǔ)音編碼和話(huà)音應(yīng)用，再加上已經(jīng)固化在DPS內(nèi)部ROM上的各種應(yīng)用軟件，可作為一個(gè)接口將傳統(tǒng)模擬語(yǔ)音信息和基于包處理的系列主機(jī)作無(wú)縫連接。
　（3）Wi-Fi模塊。以IP2022為MCU的無(wú)線網(wǎng)關(guān)Wi-Fi模塊設(shè)計(jì)，既可以利用IP2002所特有的Wi-Fi套件，也可以采用其他Wi-Fi模塊，本設(shè)計(jì)采用的是LBWA18HEPZ模塊，它是一個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)的WLAN 802.11b/g模塊，內(nèi)部集成了WLAN芯片、電擦除存儲(chǔ)器、低壓差線性溫壓器、驅(qū)動(dòng)及功率放大器、晶振、不平衡變壓器和單刀雙擲開(kāi)關(guān)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　對(duì)于該模塊中應(yīng)用的88W8686 SoC芯片是Marvell公司生產(chǎn)的一個(gè)低成本、低功耗、集成了MAC/基帶/射頻/IEEE 802.11 a/b/g無(wú)線系統(tǒng)的高集成度的單片解決方案，載荷速率適合802.11 a或者802.11 g規(guī)定的6 Mb/s~54 Mb/s，也可以滿(mǎn)足802.11b所要求的1 Mb/s~11 Mb/s。
　（4）EVDO 3G模塊。目前，基于EVDO 3G模塊有多家解決方案，如高通QSC6085解決方案，這是針對(duì)EVDO A版本的方案，國(guó)內(nèi)的華為、中興都采用的此類(lèi)方案，其他還有威盛的解決方案，本設(shè)計(jì)采納了深圳宏電的H9918 EVDO模塊。H9918是一款針對(duì)CDMA2000網(wǎng)絡(luò)的3G模塊。
　在本方案中，H9918只作為一個(gè)3G USB MODEM連接，屏蔽了其他相關(guān)功能。H9918 EVDO 3G模塊外觀圖如圖3所示。

3.1 語(yǔ)音信號(hào)的編解碼處理
　語(yǔ)音信號(hào)的處理由IP2022及DSP相關(guān)單元來(lái)完成，這部分有相應(yīng)的軟件開(kāi)發(fā)套件來(lái)支持功能的實(shí)現(xiàn)。IP2022網(wǎng)絡(luò)處理器主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)軟件開(kāi)發(fā)工具包SDK的軟件模塊和開(kāi)發(fā)者編寫(xiě)的代碼來(lái)進(jìn)行配置，完成對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的編解碼處理。為便于開(kāi)發(fā)，本設(shè)計(jì)使用網(wǎng)絡(luò)軟件開(kāi)發(fā)工具包SDK中Ubicom提供的配置工具。它使得開(kāi)發(fā)者能選擇合適的ipModule，并對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)定，確定各模塊之間的關(guān)系，自動(dòng)鏈接到目標(biāo)代碼。
3.2 基于Wi-Fi的UDP語(yǔ)音包的無(wú)線發(fā)送及接收
　本功能是將MCU主控模塊IP2022通過(guò)SPI總線傳輸過(guò)來(lái)的UDP語(yǔ)音包轉(zhuǎn)換成無(wú)線幀信號(hào)，并經(jīng)過(guò)RF單元發(fā)送；接收的過(guò)程也為發(fā)送的逆過(guò)程，并也通過(guò)SPI總線送回IP2022處理單元，并最終還原為語(yǔ)音信號(hào)，如圖5所示。

3.3 基于EVDO 3G模塊的UDP語(yǔ)音包的無(wú)線發(fā)送及接收
　VoIP終端通過(guò)H9918實(shí)現(xiàn)3G無(wú)線上網(wǎng)，采用PPP協(xié)議（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議），從而實(shí)現(xiàn)鏈路建立、維護(hù)、拆除、上層協(xié)議協(xié)商和認(rèn)證等過(guò)程，具體操作順序如下。
?。?）首先加載H9918模塊驅(qū)動(dòng)，操作如下：
　（a）把驅(qū)動(dòng)文件（usb-serial.C）放到Linux系統(tǒng)下的某個(gè)目錄下；
?。╞）用root用戶(hù)登錄；
?。╟）用字符命令進(jìn)入linux下的文件目錄，輸入make命令，會(huì)得到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)的模塊HONGDIANUSBModem.ko；
?。╠）輸入insmod HONGDIANUSBModem.ko加載模塊；
?。╡）可以lsmod查看模塊是否加載。
?。?）進(jìn)入附送的PPP撥號(hào)文件的/etc/ppp/peers目錄，在peers文件夾下，找到cdmadialer文件，輸入 　“pppd call cdmadialer”進(jìn)行撥號(hào)。
　該過(guò)程實(shí)際就是VoIP設(shè)備規(guī)定的必須裝載的模塊，還需加載3G模塊的USB驅(qū)動(dòng)以及PPP自動(dòng)撥號(hào)加載，以完成終端的初始化就緒狀態(tài)。
　本方案采用IP2202 MCU、基于88W8686 SoC芯片的Wi-Fi模塊的H9918 EVDO 3G模塊的組合，構(gòu)建雙模無(wú)線VoIP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，終端在WLAN環(huán)境半徑50 m范圍內(nèi)，和在有電信CDMA信號(hào)的范圍，均可以實(shí)現(xiàn)暢通無(wú)阻的無(wú)誤碼通信，通話(huà)質(zhì)量?jī)?yōu)良、運(yùn)行穩(wěn)定、靈活方便，而且還具有低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)價(jià)值的設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
[1] 王瑞剛，李燕.IP電話(huà)終端設(shè)備——原理、電路及應(yīng)用[M].西安：電子科技大學(xué)出版社，2003.
[2] 宋茂強(qiáng).通信軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007.
[3] 蔣昌茂，程小輝，劉洪林，等.無(wú)線IP語(yǔ)音通信原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.
[4] 楊曉亮，李廣軍，郭志勇.基于飛思卡爾射頻芯片MC13192的無(wú)線語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)[J].電子產(chǎn)品世界，2006（12）：110-112.
[5] 劉洪林，蔣昌茂.AR1688 VoIP話(huà)機(jī)無(wú)線升級(jí)方案設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)，2010（1）：44-46.
[6] ANSI/IEEE Std 802.11. Part 11： wireless LAN medium access control（MAC）and physical layer（PHY）Specifications，1999 Edition（R2003）[S].1999.
[7] IEEE Standard. 802.16-2004 Part 16： air interface for fixed broadband wireless access systems[S]. 2004.
[8] Wi-Fi Planet[EB/OL]. http：//www.wi-fiplanet.com/.
[9] RF Switch項(xiàng)目[EB/OL]. http：//rfswitch.sourceforge.net，2006-12-06.