AR1688系列VOIP話機的無線升級方案設計

　引言

　　VOIP(Voice Over IP，通過IP數據包發送實現的語音業務)，是一種利用Internet作為傳輸載體來實現計算機與計算機、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。VOIP話音通信技術發展很快，很多新技術不斷涌現。過去我們津津樂道的H323協議，現在已經很陳舊了，而由H323變換出來的 MGCP又是站在傳統電信角度來解決問題，所以產品升級換代是跟蹤VOIP發展的唯一思路。AR1688系列VOIP話機就是在低成本解決方案的基礎上發展起來的，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網絡的快速普及和發展，無線VOIP的應用也越來越受到關注，VOIP話音通信技術通過與新型無線寬帶的結合，將改變企業和消費者獲得和使用移動與固定語音服務的方式。這意味著，走在大街上可以通過手機網絡交談，走進辦公室后，呼叫可以無縫地切換到WLAN語音技術。在手機信號很弱的特殊環境里，手機中的軟件會自動把呼叫轉移到WLAN語音系統上，而處在WLAN覆蓋范圍之外時，呼叫將切換到手機網絡。本文提出一種基于AR1688系列VOIP話機的無線升級解決方案。

　　1AR1688 VOIP話機系統

　　基于AR1688的VOIP話機系統，其基本框架是對復雜的語音編解碼算法和網絡通信協議進行處理。其中，語音編解碼算法需要100MIPS的數字信號處理器(DSP)，這就要求在設計中使用高性能的處理器。同時，為了實現信息的路由處理和轉發，需要在電路中使用網絡芯片。為了構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話機系統是由AR1688主芯片、網絡接口(1～2個)、Flash、電源、鍵盤接口和顯示接口組成。AR1688系統框圖如圖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，內核運算能力可達72 MIPS。將DSP作為MCU的協處理器，在內部解決了兩個處理器的協調問題。片內集成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；片內集成18位高質量CODEC；集成DC／DC變換提供核心電壓；支持24.577 6MHz晶振及片內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)，簡化了系統設計，提高了系統穩定性。

　　目前，針對已使用的有線網絡設備的無線升級，有相當多的解決方案，無外乎是在現有VOIP產品的基礎上加裝WIFI模組或TD模組。本文采用加裝WIFI模組的方法，用88W8510芯片實現無線橋接來達到對現有VOIP產品無線升級的目的。

　　2AR1688 VOIP話機無線升級方案

　　在 VOIP電話系統中，VOIP話機是必不可少的組成設備，它是面向用戶連接Internet網絡，為用戶提供各種業務的用戶端設備。雖然可以將普通模擬話機當作VOIP話機使用，但目前VOIP話機的發展方向是將語音的壓縮編碼、分組打包等都由終端實現，終端直接與Internet相連接。這樣做的優勢是實現了全IP通信，可以充分利用IP網絡的各種優勢；同時，終端分擔了網關的部分功能，使得網絡功能配置更加靈活，這是傳統的有線設計方法。本升級方案思想是采用基于AR1688芯片設計的VOIP語音終端，性價比高，用88W8510芯片實現無線橋接，無線接人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IEEE 802.11b／g功能的無線橋接設備，它解決了傳統VOIP設備從有線升級到無線注冊到SIP服務器的問題。具體解決方案如圖2所示。

　　在圖2中，虛線為傳統LAN線路到互聯網的連接。在采用88W80lO WIFI模組橋接后，VOIP設備通過它連接到無線AP路由器，再通過互聯網注冊到SIP服務器。

　3 AR1688 VOIP話機無線升級的硬件設計

　　3.1 88W8010的特點和優勢

　　88W8010 采用2.4 GHz ISM頻段；集成所有RF模擬基帶收發功能；高性能的外差射頻結構；高線性內置式功率為23 dBm的功放及發射功率為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控制功能；采用高靈敏度的接收器；低功耗設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的標準；降低了材料成本，簡化了板級布線設計，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的發射功率；即使指定參數超過了額定溫度，供電電電壓和器件的參數有所改變，該器件的輸出功率也很穩定；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、睡眠及節能模式，提供低功耗特性；硬件設計緊湊，減小了空間尺寸。

　　3.2 88W8510的特點和優勢

　　88W8510 內置嵌人式ARM946S-E處理器內核；內置天線采用分集接收技術；對于WEP和80211i AES加密以及CCM信息認證，內置硬件加密引擎；支持802.11eQoS質量服務保證；可選配MII或PCI外部接口；集成了采用VCT技術的 10／100M快速以太網MAC及PHY接口；支持高級安全認證專用的802.1X安全口協議；256腳TFBGA封裝，尺寸儀17 mm×17 mm。

　　88W8510 的優勢在于：88W8510芯片組是802.11g解決方案，同時兼容802.11b協議；接收范圍大，連接魯棒性好，減少了信息的丟失；收發性能高、范圍廣；在低功耗設計的基礎上，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；可保證傳輸的數據、音頻、視頻數據的連續和穩定性；可外接多口路由器和外部系統總線；提供連接電纜故障診斷方法；為改進在公共環境下的安全性，添加了更多的身份認證機構；引腳兼容Marvell產品中使用802.11b協議的AP和網關芯片，方便802.11b和802.11g間的切換。

　　3.3硬件設計

　　88W8510 WIFI橋接原理圖如圖3所示。

　　基于AR1688芯片設計的VOIP語音終端連接到無線AP路由器，其中最關鍵的就是88WS010和88W8510構成的基于WLAN 802.11g／b的AP和網關芯片組，88W8510與88W8010芯片的組合是高性價比的802.11g接入點／網關解決方案，消除了用于有線基礎設施連接的外部CPU和快速以太網端口，大幅降低了總體成本。該芯片組的WLAN內部結構如圖4所示。

　　4 AR1688 VOIP話機無線升級的軟件設計

　　Marvell公司對使用88W8510芯片組的客戶提供如下支持：板級設計參考；板級固件Bootloader設計；相關軟件設計；診斷工具；運行于eCos和μClinux環境下的SDK。

　　運行環境如下：

　　系統環境eCos

　　CPUARM946S-E

　　調試接口JTAG

　　開發工具Marvell AP31_SDK_2.19S或以上版本

　　軟件方案的結構如圖5所示。

　　產品實現功能如下：802.11g／b掃描；SSID網絡設置；WPA／WPA2、WEP(128位)／WEP(64位)安全模式參數設置。

　　結語

　　本方案采用可編程芯片AR1688，以及88W8010和88W8510 WIFI芯片組，實現了VOIP話機的無線升級。經過實際測試，終端在40 m內可以實現無誤碼通信，通話質量優良、運行穩定、靈活方便。與基于其他技術的同類方案相比，本方案具有低成本、低功耗等優點。