在開發 VoIP 系統時，主要考慮的一個方面就是連接到模擬電話的接口。設計人員必須了解 PSTN 中存在的電話接口要求，因為它們必須在 VoIP 系統中得到支持。本文將重點介紹連接到標準 POTS 電話的兩種最常用接口：Foreign eXchange Subscriber (FXS) 與 Foreign eXchange Office (FXO)。重點說明了設計人員在為 VoIP 小區網關的模擬電話接口提供支持時可能面臨的某些挑戰。
FXS 與 FXO 是模擬電話領域的常用術語，它們為什么對 VoIP 應用如此重要呢？就 PSTN 上的傳統電話連接而言，電話局端交換提供電源與電話振鈴。電話本身提供塞尖 (tip) /振鈴電路，以請求服務或應答來自 PSTN 的呼叫。對于通過因特網撥打的呼叫，FXS 電路將模擬電話局端交換的功能。小區網關虛擬為交換機，為電話提供電源并進行振鈴，并檢測環路電流。而在另一方面，FXO 電路則模擬電話功能，提供環路關閉功能并檢測來話振鈴。

圖1  雙線至四線轉換的線路回聲

圖2  本地環路的線路回聲

模擬電話與 PSTN 接口
FXS電路包括兩部分：CODEC 與 SLIC(用戶線路接口電路)。CODEC由 ADC與 DAC構成。ADC 將來自模擬電話的模擬信號轉換為可通過VoIP網絡傳輸的數字信號。DAC將數字信號轉換為模擬電平，以驅動模擬電話。為了實現 4kHz的音頻帶寬，ADC與DAC的采樣速率通常約為8kHz。SLIC器件模擬PSTN電壓電平。它必須檢測電話掛機還是摘機，并生成高達120V的振鈴電壓。
FXO電路包括CODEC與數據存取裝置(DAA)。CODEC與 FXS的功能相同，將模擬語音轉換為數字信號，隨后再轉換回來。DAA模擬(POTS)電話功能，其重要作用是去除高電壓直流偏置，將PSTN環路關閉，從而僅傳送來自PSTN的模擬交流信號。

圖3  PSTN 交換/傳輸網絡

FXO鏡像FXO
在VoIP網關中，FXS電路是在分組網絡上建立去話呼叫與接收來話呼叫的基本接口。在局端應用中，POTS線路卡上的雙線SLIC接口發揮FXS接口的作用。在用戶端(CPE)應用中，FXS電路存在于網關中，可提供撥號音、電池電流與振鈴電壓的功能，并檢測來自電話的環路關閉。由于該交換功能處于 CPE級，因此不必與PSTN建立直接連接。不過，有時用FXO接口建立到PSTN的連接也是有用的。這與普通的POTS電話連接到局端的接口類型相同，不過有一些改進。FXO 端口的重要用途包括：
?停電時的重要通信線：如語音網關停電，則網關無法連接至分組網絡，也就不能發出或接收呼叫。在這種情況下，可以用中繼將模擬電話直接連接至 PSTN。如果發生這種情況，那么 FXO 電路非常智能，能夠檢測正在進行的呼叫，從而避免電源恢復時呼叫中斷。
?呼叫重定向：當分組網絡由于網絡擁塞而無法使用時，FXO 電路可記住用戶撥打的號碼，并通過 FXO 電路將此呼叫發送至 PSTN 完成呼叫。該方法使得客戶不必在分組網絡出現故障時重新撥打電話號碼。
?遠程VoIP呼叫：當VoIP客戶不在家時，他們仍可通過 PSTN 網絡撥打自己的住宅號碼進行VoIP 呼叫。語音網關通過FXO端口接收呼叫并將其前轉至VoIP網絡。
FXS線路饋電接口中的用戶饋電功能：FXO 接口中的互補功能為電池受電 (battery sink)。局端的塞尖引線與振鈴線之間通過 FXO 摘機中繼連接，而 FXO 提供電流限制。
過壓保護：由于可能暴露于閃電與電力干擾的條件下，因此 FXO 必須提供過壓保護。SLIC 的塞尖與 FXS 電路中的振鈴輸入經過精心設計，可提供額外的過壓保護。
振鈴：振鈴由局端提供，但 FXO 必須能夠檢測振鈴并前轉此信息。FXS 電路必須向電話提供振鈴。CODEC 或 SLIC 生成的低壓振鈴信號由 SLIC 放大，并通過本地環路使電話振鈴。
信令：信令是指FXO能夠接收掛機/摘機信息并根據要求向局端提供摘機指示。它還必須檢測振鈴與其它情況并傳輸有關信息。FXS 必須能夠檢測掛機/摘機狀態，檢測并生成 DTMF信號音以及主叫用戶 ID 信號。
編碼：編碼是 CODEC 器件的功能之一，該器件是 FXS 與 FXO 接口的一部分。它指的是語音信號的模數編碼與數模編碼。
混合功能：混合功能對穩定性與高質量語音至關重要，對 FXO 與 FXO 接口也同樣重要。

回聲
不管是通過 PSTN 還是分組網絡進行呼叫，穩定性與高質量語音都至關重要。回聲的潛在影響對 FXS 與 FXO 接口功能也至關重要。普通 POTS 電話在 200W~400W之間的阻抗相對來說不加控制。由于從局端到用戶的電流為雙線，而且增益不增加，因此所遇到的阻抗變化通常不會影響性能。不過，如果載波通信系統在每端都使用雙線至四線的音頻混合電路，那么就可能出現穩定性與線路回聲問題，此外還可能會出現四線通道增益。
在混合(雙線至四線轉換點)端上將語音信號傳輸到接收通道的滲通(breed-though)延遲，或由于阻抗不匹配使本地環路發生反射，均會產生線路回聲。PSTN中始終存在線路回聲，但不一定是問題。事實上，電話傳輸信號中的一部分會耦合到接收通道生成側音，使講話者可在聽筒中聽到自己的聲音。沒有側音，講話人就不清楚對方能否聽到自己說話，這樣對話可能就相當尷尬。但是，如果不加控制的話，線路回聲過大又會在以下兩方面影響主叫用戶的通話體驗：
?回聲越大，語音呼叫過程中受的干擾就越大。雖然許多情況下，線路上都存在較低的回聲，但用戶并不會察覺到。
?回聲的延遲時間會大幅影響語音質量。延遲是指用戶說話與用戶聽到自己回聲之間的時間。往返程回聲延遲大于 25ms 的話，就會影響語音質量。
混合電路完成了雙線至四線轉換，反之亦然，其主要作用是限制“滲透”到來話接收通道的輸出傳輸信號量。由于傳輸混合不平衡(混合組件不理想、阻抗不匹配等)，始終有一定量的 Tx 信號會進入 Rx 通道(見圖1)。
除了傳輸混合不平衡產生的回聲外，混合終端阻抗不匹配也會產生線路回聲。如果線路終端的特性阻抗不正確，則會生成回聲。雙線本地環路的來話信號遇到混合終端電阻，并反射回線路，這就產生了回聲(見圖2)。如果終端連接不恰當的 CPE 設備(如電話或調制解調器)也可能在本地環路生成回聲。
為了更好地了解回聲來源，還需要知道一些PSTN的背景信息。電話網絡包括兩個基本部分：交換與傳輸內核，以及本地環路。
交換與傳輸部分負責傳輸并路由呼叫、呼叫服務、催款等。在這部分中，所有語音與數據信號均以數字方式傳輸，Tx與Rx信號采用不同的通道。這就使得傳輸長途信號更加方便，也可以使用中繼器、微波傳輸塔等。本地環路包括“最后一英里”銅線，它實現了局端與用戶的連接。
 跟蹤圖3中電話A的Tx信號，假定EGP產生的回聲很大，從圖中可以看到，電話 A 在三個地方產生回聲(EGP 2、3 與 4)。EGP 2 處的回聲由線路混合阻抗不匹配造成，并導致回聲返回電話 A。由于往返程延遲不是很長，所以該回聲不是什么問題，最終用戶也不會察覺到。有時側音也能掩蓋該回聲。造成問題的回聲是在EGP 3與4處生成的，因為其往返程延遲相當大(大于25ms)。網絡遠端生成的回聲影響最大。EGP 3處的回聲是由于傳輸混合不平衡造成的，而EGP 4處的回聲是由電話連接到線路的阻抗不匹配造成的。
為了消除有害回聲，電話服務提供商一般會在 PSTN中安裝回聲抵消器。為了消除電話A連接上的回聲，回聲抵消器應剛好安裝在 2 號5類開關之前或之內，插入網絡的四線部分。回聲抵消器的作用是為包含EGP 3與EGP 4的本地環路部分的回聲特性建模，加上電話A的Tx信號的有關知識，就可在將電話 B 的 Tx 信號傳輸回電話 A 之前消除 EGP 3與 EGP 4 產生的回聲。在 VoIP 系統中，對于 VoIP CPE 網關發出與終止的呼叫而言，回聲必須完全在 VoIP 網關中處理。對于必須路由至 PSTN 的呼叫而言，PSTN 將繼續處理回聲抵消功能。

標準
盡管通過分組網絡進行 VoIP 呼叫不需要直接連接至 PSTN，但這并不意味著系統設計人員可以不考慮PSTN的要求。VoIP小區網關設計人員必須了解目前已有的電話技術要求，并將其應用于系統的FXS與FXO接口。對于了解 PSTN 的行為以及要求而言，以下四大標準至關重要：
1. GR57 指定了從局端塞尖/振鈴對到系統用戶端塞尖/振鈴對的數字環路載波通信系統的行為。
2. TA909 描述了從局端數字接口(北美為T1)到系統用戶端塞尖/振鈴接口的光纖到路邊系統的行為。光纖到路邊系統通常為16~24信道的系統。
3. GR303 討論的是集成數字環路載波通信系統的行為。對從局端 (T1) 數字接口到系統用戶端塞尖/振鈴接口的行為均作了規定。這類系統通常在用戶端有數百塞尖/振鈴對的較大接口。
4. GR1089 指定北美電話基礎設施的環境標準，包括抗閃電性、抗電源交擾以及 EMC。它還規定了意外 RF 放射的極限。

結語
隨著人們對VoIP服務的興趣不斷增強，專門為通過分組網絡進行語音呼叫而設計的電話(即 IP電話)將最終取代標準的模擬 POTS 電話。但在此之前，VoIP網關的設計人員必須考慮如何使其設備與上述標準的模擬電話相連。FXS 與 FXO 電路為此提供了一條有效途徑。