CN100411366C - 一种调制解调器上电状态的检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信领域，提供了一种调制解调器上电状态的检测方法及设备，所述方法包括A.采集局端通信线路定时内的电压信号；B.对所述电压信号进行变换处理，输出与所述电压信号对应的频域值序列；C.根据所述频域值序列的峰值特征或曲线特征判断所述调制解调器是否处于上电状态。通过本发明，可以在局端正确判断用户端调制解调器的上电状态，从而提高了局方线路故障检测以及线路测试和维护的质量，降低了局方的判障成本。

Description

一种调制解调器上电状态的检测方法及设备

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及一种调制解调器上电状态的检测方法及设备。

背景技术

在电信业务领域，运营商通过市话电缆向用户同时提供宽带电信业务和窄带电信业务，如ADSL over POTS(Asymmetrical Digital Subscriber Loop overPlain Old Telephone Service，普通电话增开非对称数字线路)、ADSL over ISDN(Asymmetrical Digital Subscriber Loop over Integrated Services DigitalNetwork，综合业务数字网增开非对称数字线路)、VDSL over POTS(Very HighSpeed Digital Subscriber Line over Old Telephone Service，普通电话增开甚高数字用户线路)或者VDSL over ISDN(Very High Speed Digital Subscriber Line overIntegrated Services Digital Network，综合业务数字网增开甚高数字用户线路)等业务。

对于ADSL、VDSL一般统称为xDSL(x数字用户线路)，如图1所示，xDSL信号和POTS/ISDN信号共存于一条用户外线中，在局端侧，局端宽带接入设备DSLAM(Data Subscriber Line Access Multiplexer，数字用户线路接入复用器)中的SPL(Splitter，语音分离器)101将宽带和窄带业务区分开来，分别送往宽带业务板(xDSL业务板)102和窄带业务板(POTS/ISDN业务板)103进行处理，而在用户端侧的SPL 104则将分离出的宽带和窄带业务送往RTU(Remote Terminal Unit，远端用户单元)105和电话机106。

在此类业务的运行和维护过程中，若用户申报故障，局方经常需要对用户线路进行各种测试，以判断线路的质量和故障情况以及是否是用户误申报故障。图1中的宽带线路测试模块107实现各项测试功能。当用户发现ADSL无法使用时，会向局方申报故障，如果局方通过线路测试发现线路正常，这时用户无法使用ADSL可能是用户的调制解调器(Modem)没有上电所造成的。另外，在进行线路参数测试时，调制解调器处于上电状态会影响线路众向平衡度、线路噪音等项目的测试，导致测试不准确。现有技术缺乏对调制解调器上电状态的检测方法，导致局方无法确定用户端的故障状况是否是由调制解调器没有上电产生的，以及在进行线路参数测试时，不能首先排除线路质量测试结果的不准确是由调制解调器处于上电状态导致的，因此，提供一种方法来检测调制解调器是否处于上电状态，对于局方进行线路故障检测以及线路测试和维护是非常有帮助的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种调制解调器上电状态的检测方法，以解决局方无法正确判断用户端调制解调器是否处于上电状态的问题。

本发明的另一目的在于提出一种调制解调器上电状态的检测设备。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种调制解调器上电状态的检测方法，用于在局端检测用户端调制解调器的上电状态，所述方法包括以下步骤：

A.采集局端通信线路定时内的电压信号；

B.对所述电压信号进行变换处理，输出与所述电压信号对应的频域值序列；

C.根据所述频域值序列的峰值特征或曲线特征判断所述调制解调器是否处于上电状态。

所述步骤C进一步包括：

C1.若通信线路第8、9、17或者25信道对应的频率位置上的频域值为峰值，则所述调制解调器处于上电状态。

所述步骤C进一步包括：

C2.根据所述频域值序列生成对应的波形图，若所述波形图与标准波形图相符，则所述调制解调器处于上电状态。

所述方法进一步包括：

D.判断采样总时间是否小于调制解调器建立连接时发送握手信号的周期时长，是则执行步骤A；否则判断所述调制解调器处于非上电状态。

所述定时由调制信号的最小周期和握手信号的持续时间来确定。

所述频域值序列为频域电压值序列、频域功率值序列或频域功率谱密度值序列。

为实现上述发明目的，本发明进一步提供了一种调制解调器上电状态的检测设备，用于在局端检测用户端调制解调器的上电状态，所述设备包括：

采集所述调制解调器在局端通信线路定时内的电压信号的信号采集单元；

连接所述信号采集单元，对所述电压信号进行变换处理，输出与所述电压信号对应的频域值序列，并根据所述频域值序列的峰值特征或曲线特征判断所述调制解调器上电状态的数字信号处理器；

以及对所述信号采集单元、数字信号处理器进行控制的控制单元。

所述设备进一步包括：连接所述控制单元，将所述调制解调器上电状态判断结果及频域值序列对应的波形输出显示的显示单元。

所述信号采集单元进一步包括：

连接所述数字信号处理器，采集局端通信线路上电压信号的模拟/数字信号转换器；

连接所述模拟/数字信号转换器，控制所述模拟/数字信号转换器进行局端通信线路上电压信号采集的逻辑单元；

连接所述数字信号处理器及模拟/数字信号转换器，储存所述采集电压信号的存储器；

连接所述模拟/数字信号转换器，将采集到的电压信号进行抗混叠滤波处理的线性滤波器；

连接所述线性滤波器，对所述电压信号进行放大输出的差分运算放大器；

控制所述信号采集单元进行采样的第一组继电器开关；

控制所述设备与接入所述通信线路的第二组继电器开关；

连接所述差分运算放大器，匹配通信线路的阻抗匹配电阻；以及

连接所述阻抗匹配电阻，实现线路隔离的非对称数字用户线路变压器。

若通信线路第8、9、17、25任一信道对应的频率位置上的频域值为峰值，则所述调制解调器处于上电状态。

若根据所述频域值序列生成的波形图与标准波形图相符，则所述调制解调器处于上电状态。

若采样总时间大于等于调制解调器建立连接时发送握手信号的周期时长，则所述调制解调器处于非上电状态。

所述定时由调制信号的最小周期和握手信号的持续时间来确定。

所述频域值序列为频域电压值序列、频域功率值序列或频域功率谱密度值序列

通过本发明，可以在局端正确判断用户端调制解调器的上电状态，从而提高了局方线路故障检测以及线路测试和维护的质量，降低了局方的判障成本。

附图说明

图1是本发明适用的系统环境示意图；

图2是调制解调器上电以G.992.1模式工作时的功率谱密度波形模板图；

图3是调制解调器上电以T1.413模式工作时的功率谱密度波形模板图；

图4是本发明提供的调制解调器上电状态检测设备的结构示意图；

图5是本发明提供的检测调制解调器是否处于上电状态的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明基于调制解调器在建立通信连接过程中发送的特定载波信号，通过采集局端通信线路上的电压信号，并将该电压信号经过傅立叶变换以及一系列运算转化，进而对得到的傅立叶变换值序列、功率值序列、功率谱密度值序列，或其波形进行峰值判断来完成的。

在调制解调器建立通信连接的过程中，调制解调器会不断重复地发送一个周期性的握手信号，对于该握手信号目前主要存在两种协议标准，一种是ITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication StandardizationSector，国际电信联盟-电信标准化部门)制订的G.992.x标准(包括G.992.1至G.992.5)；另一种是ANIS(American National Standard Institute，美国国家标准研究所)制订的T1.413 issue 2标准。G.992.x与T1.413的握手信号不同，前者使用G.994.1中A43频率组，也就是说握手信号的发起由第9、17、25Tone(信道)组成的时域叠加，称为R-Tones-Req；T1.413的握手信号为信道8的单频正弦信号，称为R-Act-Req。一般调制解调器都同时支持两种协议模式，这时调制解调器建立通信连接的过程为：首先是2s的R-信道s-Req信号，然后是0.1s的静默，接下来是2s的R-Act-Req信号，跟着又是0.1s的静默，然后重复这个过程。加上静默时间，调制解调器为建立通信连接而重复发送载波信号的周期约为10s，而在每一个重复周期中载波信号的持续时间约为3s。也就是说，只要在XTU-C(XDSL Transmission Unit-Centre，局端XDSL传输单元)端采集10秒的数据量，并通过DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)得到该批数据的PSD(Power Spectrum Density，功率谱密度)值，只要其中一次的功率谱密度符合协议标准中为调制解调器发送的载波信号所确定的功率谱密度模板，就可以得到调制解调器处于上电状态的结论；如果在10s的数据量中没有任一批数据的功率谱密度符合协议标准中为调制解调器发送的载波信号所确定的功率谱密度模板，就可以得到调制解调器未处于上电状态或者用户没接调制解调器的结论。同时，根据功率谱密度与采集电压信号的傅立叶变换值、功率值之间的转化关系，通过判断电压信号对应的傅立叶变换值或功率值在通信线路第8、9、17、25信道上的频率位置是否出现峰值也可以检测调制解调器是否处于上电状态。

在本发明中，采集线路上电压的采样时间总长度为调制解调器不断重复发送握手信号的一个周期，计为10s。将10s中采集的数据量分为几次来处理，只要每批数据的处理时间不超过一个周期内握手信号的持续时间，计为3s，就可以实时得到该批数据功率谱密度。

每批数据采样时间长度根据设计需求，要输入到DSP进行处理的每批数据的总采样时间长度对于G.992.1工作模式的调制解调器来说，至少应包括由第9、17、25个信道所调制的载波的一个周期；或者对于T1.413工作模式的调制解调器来说，至少应包括由第8个信道所调制的载波的一个周期。以G.992.1工作模式的调制解调器为例，设T_m为调制信号的最小周期， $T_m=\frac{1}{\mathrm{DCG}\left(f_1\right)},$ i＝0，1Λn；其中，符号DCG(f₁)表示求各调制信号频率的最大公约数；对于调制解调器载波信号而言，其载波频率分别在第9、17、25三个ADSL信道，其最大公约数为4312.5KHz，因此可以得到由第9、17、25个信道所确定的已调信号的周期为： $T_m=\frac{1}{4312.5}=232\mathrm{us};$ 即对于G.992.x工作模式的调制解调器每批输入DSP进行处理的采样数据的总时间长度应不小于232us。同理，可以知道这个时间长度对于检测以T1.413工作模式的调制解调器也是满足要求的。

采样频率的选择应该在满足工程设计的情况下选得越小越好，调制解调器的握手载波信号是在ADSL的第9、17、25三个信道上调制而成；或者是在第8个信道上的单频载波。因此调制解调器发送握手信号的最高频率不超过(25+1)×4312.5＝112.125KHz；为了描绘出ADSL甚至ADSL2+信号在全部信道上的功率谱密度曲线，根据多次实验确定采样频率选择为5MHz。

对于采样点的确定，假设采样点数为N，采样频率为f_s，则在每个信道内的采样频率样本数为： $m=\frac{4312.5}{f_s}N;$ 通常在单位信道内的采样频率样本数m不少于3。于是 $m=\frac{4312.5}{f_s}N\≥3\⇒N>3478.$ 为了快速得到时间样本数据的频谱，采样点数需为2的幂级数，而且越小越有利于放宽对实时处理单元DSP的选择；另外，每批采样数据总时间长度要求大于232us，每批数据采样总点数确定为4096。则每批数据采样时间总长度为：

$T_p=\frac{N}{f_s}=\frac{4096}{5000000}=819.2\mathrm{uS}>232\mathrm{uS}$

FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶转换)的功率谱密度检测算法是由离散的采样电压序列得到其功率谱密度曲线。对于能量有限的时域信号f(t)，它的能量E可以表达为：

$E={\∫}_{-\∞}^{+\∞}f{\left(t\right)}^2\mathrm{dt}$

对于周期性的信号，在一个周期时间T内，其功率可以表示为：

$P=\frac{1}{T}{\∫}_{-\∞}^{+\∞}f{\left(t\right)}^2\mathrm{dt}=\frac{1}{T}\·{\∫}_{-\∞}^{+\∞}{\left|F\left(j2\mathrm{\πf}\right)\right|}^2\mathrm{df}$

其中f(t)是信号的时域表示，F(j2πf)是信号的频域表示。

得到功率P后，除以每信道带宽4312.5KHz，就得到了单位信道上的功率谱密度。即：

$\mathrm{PSD}=\frac{1}{4312.5T}\·{\∫}_{-\∞}^{+\∞}{\left|F\left(j2\mathrm{\πf}\right)\right|}^2\mathrm{df}$

对于f(t)为连续函数，F(j2πf)可以通过如下变换得到：

$F\left(j2\mathrm{\πf}\right)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}f\left(t\right)\·e^{-\mathrm{jwt}}\mathrm{dt}$

对于f(t)为N点离散采样序列f(n)的情况，F(j2πf)同样为N点离散变换序列F(n)。F(n)可以通过f(n)的FFT变换得到：

$F\left(\frac{k}{N}{f}_s\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{\left(n\right)}{e}^{-j/\mathrm{ai}\frac{2\mathrm{\π}}{N}}$

其中各参数含义分别为：

k＝0，1ΛN-1。

f_s：采样频率。

N：采样点数。

可见，即为信号频率，由此可以得到对应于第9个ADSL信道的序列位置为：

$9\&times;4312.5\&le;\frac{k}{N}{f}_s<10\&times;4312.5\&DoubleRightArrow;k_1\&le;k<k_2$

这样，就得到了调制解调器握手信号在ADSL第9个信道所处的频率位置，分别将这些信道内所有的F(k)的功率相加，即得到了其载波功率为：

$P_{\mathrm{Tone}9}=\frac{1}{T}\&CenterDot;\underset{k=k_1}{\overset{k_2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|F\left(k\right)\right|}^2$

其功率谱密度为：

${\mathrm{PSD}}_{\mathrm{Tone}9}=\frac{1}{4312.5T}\&CenterDot;\underset{k=k_1}{\overset{k_2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|F\left(k\right)\right|}^2$

同理，分别可以得到调制解调器在任意一个信道上的功率谱密度。这样就可以得到整个ADSL2+频段内的功率谱密度曲线。

当采集到线路上的电压信号，经过傅立叶变换后，电压信号对应的傅立叶变换值序列、功率值序列或功率谱密度值序列或其波形具有协议标准中为调制解调器发送的载波信号所确定的功率谱密度模板曲线的峰值特征或曲线特征，即可判断调制解调器处于上电状态。调制解调器上电处于正常工作状态时，其功率谱密度模板，在G.992.x模式下如图2所示；在T1.413模式下如图3所示。

如图4所示为局端调制解调器上电状态检测设备400的结构图，包括了控制单元401、数字信号处理器402、信号采集单元403、显示单元404。

控制单元401在物理上是一个中央处理器(CPU，Central Processing Unit)对检测设备400的检测操作进行集中控制。

数字信号处理器402实现对信号采集单元403的采集的数据进行FFT、PSD计算，并对调制解调器上电状态进行判断。

信号采集单元403采集局端调制解调器通信线路上的电压信号，将其输入到数字信号处理器402进行运算处理。信号采集单元包括：逻辑单元4031控制模拟/数字信号转换器4033采集电压信号，产生时钟。模拟/数字信号转换器4033将采集到的模拟电压信号转换为适合数字信号处理器402处理的数字信号，以及自适应增益调节；存储器4032存储模拟/数字信号转换器4033采集到的模拟电压信号；差分运算放大器4035对采集到的数字信号进行放大；ADSL变压器4037实现测试线路的隔离；线性滤波器4034为FFT运算提供抗混叠滤波；阻抗匹配电阻4037；继电器开关4038K1、K2、K3接通线路。

显示单元404显示波形及调制解调器上电状态的判断结果。

作为本发明的一个实施例，可以通过比较调制解调器在G.992.x与T1.413工作模式下的三个载波或一个单载波信号的PSD值曲线与标准协议中PSD模板曲线来判断调制解调器是否上电，图5示出了检测调制解调器是否处于上电状态的实现流程，详述如下：

在步骤S501中，对测试装置中的硬件初始化，即实现数字信号处理器402，控制单元401，逻辑单元4031等部分的初始化。

在步骤S502中，采集线路上的电压：控制单元401检测到数字信号处理器402状态就绪，闭合继电器开关4038K1，K2，K3，下发测试命令给数字信号处理器402，数字信号处理器402通知逻辑单元4031开始进行电压采样；逻辑单元4031启动模拟/数字信号转换器4033进行电压信号采样，并将采样好的数据放到存储器4032中。

在步骤S503中，设定模/数增益：数字信号处理器402检测到采样结束后，从存储器4032中将数据取出，数字信号处理器402根据采样到的数据自适应设定模拟/数字信号转换器4033增益，启动计时。

在步骤S504中，重新采样线路电压：数字信号处理器402通知逻辑单元4031启动储模拟/数字信号转换器4033进行采样，采样好的数据放到存储器4032中。

在步骤S505中，对采样电压信号进行变换处理：数字信号处理器402检测到采样结束后，从存储器4032中将数据取出，计算采样数据的FFT，P，PSD序列。

在步骤S506中，根据电压信号的频域值序列判断调制解调器的上电状态：将该PSD序列确定的曲线与协议标准G.992.x与T1.413中为调制解调器发送的载波信号所确定的功率谱密度模板曲线进行比较，如果曲线包络是一致的，则判断调制解调器处于上电状态，退出采样；执行步骤S508；如果不一致则执行步骤S507。同时，根据功率谱密度与采样电压信号的快速傅立叶变换值、功率值之间的转化关系，也可以通过判断采样电压信号对应的快速傅立叶变换值、功率值、功率谱密度值序列在通信线路第8、9、17、25任何一个信道对应的频率位置上值为峰值，或其波形与功率谱密度模板曲线的一致来判断调制解调器处于上电状态。

在步骤S507中，判断计时时间是否大于10秒，如果超出10秒则判断调制解调器没有处于上电状态或者是没有接到线路上。

在步骤S508中，数字信号处理器402将判断结果及相关最后处理数据上报给控制单元401。

在步骤S509中，显示单元404显示波形及判断结果。

作为本发明另外的实施例，只要在检测的过程中检测到一个或两个或三个载波信号的采样电压信号的傅立叶变换序列、功率值序列、功率谱密度值序列的峰值就可以判断调制解调器上电状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1. 一种调制解调器上电状态的检测方法，用于在局端检测用户端调制解调器的上电状态，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A.采集局端通信线路定时内的电压信号；

B.对所述电压信号进行变换处理，输出与所述电压信号对应的频域值序列；

C.根据所述频域值序列的峰值特征或曲线特征判断所述调制解调器是否处于上电状态。

2. 如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：

C1.若通信线路第8、9、17或者25信道对应的频率位置上的频域值为峰值，则所述调制解调器处于上电状态。

3. 如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：

C2.根据所述频域值序列生成对应的波形图，若所述波形图与标准波形图相符，则所述调制解调器处于上电状态。

4. 如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

D.判断采样总时间是否小于调制解调器建立连接时发送握手信号的周期时长，是则执行步骤A；否则判断所述调制解调器处于非上电状态。

5. 如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述定时由调制信号的最小周期和握手信号的持续时间来确定。

6. 如权利要求1至5任一权利要求所述的检测方法，其特征在于，所述频域值序列为频域电压值序列、频域功率值序列或频域功率谱密度值序列。

7. 一种调制解调器上电状态的检测设备，用于在局端检测用户端调制解调器的上电状态，其特征在于，所述设备包括：

采集所述调制解调器在局端通信线路定时内的电压信号的信号采集单元；

连接所述信号采集单元，对所述电压信号进行变换处理，输出与所述电压信号对应的频域值序列，并根据所述频域值序列的峰值特征或曲线特征判断所述调制解调器上电状态的数字信号处理器；

以及对所述信号采集单元、数字信号处理器进行控制的控制单元。

8. 如权利要求7所述的检测设备，其特征在于，所述设备进一步包括：连接所述控制单元，将所述调制解调器上电状态判断结果及频域值序列对应的波形输出显示的显示单元。

9. 如权利要求7所述的检测设备，其特征在于，所述信号采集单元进一步包括：

连接所述数字信号处理器，采集局端通信线路上电压信号的模拟/数字信号转换器；

连接所述模拟/数字信号转换器，控制所述模拟/数字信号转换器进行局端通信线路上电压信号采集的逻辑单元；

连接所述数字信号处理器及模拟/数字信号转换器，储存所述采集电压信号的存储器；

连接所述模拟/数字信号转换器，将采集到的电压信号进行抗混叠滤波处理的线性滤波器；

连接所述线性滤波器，对所述电压信号进行放大输出的差分运算放大器；

控制所述信号采集单元进行采样的第一组继电器开关；

控制所述设备与接入所述通信线路的第二组继电器开关；

连接所述差分运算放大器，匹配通信线路的阻抗匹配电阻；以及

连接所述阻抗匹配电阻，实现线路隔离的非对称数字用户线路变压器。

10. 如权利要求7所述的检测设备，其特征在于，若通信线路第8、9、17、25任一信道对应的频率位置上的频域值为峰值，则所述调制解调器处于上电状态。

11. 如权利要求7所述的检测设备，其特征在于，若根据所述频域值序列生成的波形图与标准波形图相符，则所述调制解调器处于上电状态。

12. 如权利要求7所述的检测设备，其特征在于，若采样总时间大于等于调制解调器建立连接时发送握手信号的周期时长，则所述调制解调器处于非上电状态。

13. 如权利要求7所述的检测设备，其特征在于，所述定时由调制信号的最小周期和握手信号的持续时间来确定。

14. 如权利要求7至13任一权利要求所述的检测设备，其特征在于，所述频域值序列为频域电压值序列、频域功率值序列或频域功率谱密度值序列。

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