光端機(jī)網(wǎng)絡(luò)的話音交換范文

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《光通信技術(shù)雜志》2014年第六期

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1信號(hào)的復(fù)分接傳輸本方案中，F(xiàn)PGA基于串行電信總線（SerialTele-comBus,ST-BUS）[3]承載話音、信令及其它業(yè)務(wù)信號(hào)的傳輸，設(shè)ST-BUS速率為4.096Mb/s，由2MHz時(shí)鐘完成數(shù)據(jù)位同步，8kHz時(shí)鐘完成數(shù)據(jù)幀同步。ST-BUS時(shí)序定義如圖2所示。在復(fù)接方向，用戶/中繼接口將輸入的語(yǔ)音模擬信號(hào)經(jīng)8kHz的頻率采樣、8bitA律PCM編碼后轉(zhuǎn)換成64kb/s的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)PCM總線輸出到終端FPGA，F(xiàn)PGA將其復(fù)接至ST-BUS總線，并通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸。CPU通過(guò)讀取LE88221和LE58QL021獲取用戶接口的摘/掛機(jī)狀態(tài)及模擬中繼接口的鈴流狀態(tài)，將其通過(guò)SPI總線傳遞給終端FPGA，F(xiàn)PGA將其復(fù)接至ST-BUS總線。在分接方向，LE88221和LE58QL021通過(guò)DRA引腳接收來(lái)自終端FPGA的數(shù)字話音輸入，通過(guò)TIPD引腳輸出模擬話音信號(hào)。FPGA將用戶接口的摘/掛機(jī)狀態(tài)、模擬中繼接口的鈴流狀態(tài)分接至與CPU約定的讀寫地址，供CPU進(jìn)行查詢、處理。

1.2信令處理本交換系統(tǒng)的信令包括用戶摘/掛機(jī)狀態(tài)、中繼鈴流/忙音狀態(tài)、DTMF鎖碼狀態(tài)、450Hz信號(hào)音以及振鈴信號(hào)等。CPU讀取LE88221信令寄存器的HOOK位獲取用戶接口的摘/掛機(jī)狀態(tài)，以及LE58QL021的SLICI/O寄存器獲取延伸接口的鈴流狀態(tài)。振鈴信號(hào)的發(fā)送由CPU配置LE88221的節(jié)奏定時(shí)寄存器及信號(hào)生成控制寄存器，向用戶接口發(fā)送1通4斷的振鈴信號(hào)。本方案的DTMF解碼由中心設(shè)備完成，中心站基于DSP對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行DTMF解碼，不使用傳統(tǒng)的解碼芯片，無(wú)需引入額外的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊。用戶話路摘機(jī)后，CPU將話路對(duì)應(yīng)的時(shí)隙交叉到DSP的接收時(shí)隙，實(shí)時(shí)讀取鎖存到的DTMF信號(hào)。FPGA生成不同通斷比的450Hz單頻信號(hào)音作為撥號(hào)音、忙音、回鈴音等信號(hào)音。不同的信號(hào)音對(duì)應(yīng)不同的時(shí)隙，CPU將對(duì)應(yīng)時(shí)隙交叉到用戶話路，即可實(shí)現(xiàn)向用戶話路發(fā)送信號(hào)音。

1.3時(shí)隙交叉控制信令信號(hào)的接引和用戶話音的接續(xù)由時(shí)隙交叉控制實(shí)現(xiàn)。本方案采用時(shí)分復(fù)用（TDM）同步矩陣實(shí)現(xiàn)64k時(shí)隙交叉功能，系統(tǒng)中所有用戶話音及信令信號(hào)均通過(guò)光纖傳輸落地到中心設(shè)備的ST-BUS進(jìn)行集中時(shí)隙交叉控制。中心設(shè)備最多提供4條ST-BUS，每條ST-BUS速率為4.096Mb/s，可承載64個(gè)64k時(shí)隙。未使用的時(shí)隙可用作今后交叉容量的擴(kuò)展，在不更改中心設(shè)備設(shè)計(jì)的情況下，增加連接的終端設(shè)備。時(shí)隙交叉分配如表1所示。CPU通過(guò)SPI總線控制FPGA進(jìn)行時(shí)隙交叉，其SPI通信總線時(shí)序如圖3所示。1次片選有效的讀/寫周期內(nèi)有32個(gè)時(shí)鐘，前16個(gè)時(shí)鐘為操作+地址，后16個(gè)時(shí)鐘為數(shù)據(jù)。每16bit中最高有效位(MSB)在前，最低有效位(LSB)在后。CPU與FPGA之間約定12個(gè)bit指定ST-BUS中的唯一時(shí)隙，如表2所示。這12個(gè)bit作為地址，對(duì)應(yīng)目的ST-BUS和目的時(shí)隙；作為數(shù)據(jù)，則對(duì)應(yīng)源ST-BUS和源時(shí)隙。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

交換過(guò)程采取基于狀態(tài)機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)，將話路狀態(tài)定義為空閑、撥號(hào)、振鈴、忙音和通話共5個(gè)狀態(tài)。如圖4所示，各狀態(tài)基于摘/掛機(jī)、撥號(hào)和超時(shí)等行為進(jìn)行遷移。CPU選用為NXP公司基于CortexM3內(nèi)核的LPC1768[4]。CPU軟件基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），創(chuàng)建下列任務(wù)實(shí)現(xiàn)話音的程控交換功能：①用戶線狀態(tài)掃描任務(wù)。實(shí)時(shí)掃描用戶接口的摘/掛機(jī)狀態(tài)及延伸接口的鈴流/掛機(jī)狀態(tài)，將相關(guān)狀態(tài)變化實(shí)時(shí)提交給話音交換狀態(tài)機(jī)管理任務(wù)。②DTMF鎖碼任務(wù)。實(shí)時(shí)掃描用戶話路的按鍵DTMF編碼，將鎖定的DTMF編碼實(shí)時(shí)提交給話音交換狀態(tài)機(jī)管理任務(wù)。③用戶定時(shí)器任務(wù)。維護(hù)用戶話路的超時(shí)狀態(tài)，將摘機(jī)超時(shí)、按鍵超時(shí)、振鈴超時(shí)和忙音檢測(cè)超時(shí)等激勵(lì)實(shí)時(shí)提交給話音交換狀態(tài)機(jī)管理任務(wù)。④話音交換狀態(tài)機(jī)管理任務(wù)。維護(hù)話路交換的狀態(tài)，根據(jù)話路當(dāng)前狀態(tài)及上述各任務(wù)提交的狀態(tài)變化維護(hù)話音的話路接續(xù),對(duì)完整的語(yǔ)音呼叫流程進(jìn)行管理。如圖5所示，狀態(tài)機(jī)管理任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高，一旦它獲取來(lái)自其它任務(wù)的同步信號(hào)量，會(huì)馬上切換到運(yùn)行狀態(tài)對(duì)相應(yīng)的狀態(tài)變化執(zhí)行操作。狀態(tài)機(jī)管理任務(wù)處理代碼框架如下：

3結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種基于光端機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字交換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)具備多路二線PCM話音的程控交換功能。參與交換的二線話音數(shù)量可隨光接口數(shù)量的增加而靈活擴(kuò)展。終端設(shè)備與中心設(shè)備之間的話音業(yè)務(wù)可通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，也可以通過(guò)E1線纜、被復(fù)線或其它介質(zhì)進(jìn)行傳輸。除承載話音業(yè)務(wù)之外，系統(tǒng)還可同時(shí)承載其它業(yè)務(wù)類型。

作者：鄭鵬鄭立生郭季冬單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所空軍駐廣州深圳地區(qū)軍事代表室