CN100499700C

CN100499700C - Dsl系统中单端的线路探查

Info

Publication number: CN100499700C
Application number: CNB028116429A
Authority: CN
Inventors: 加利尔·卡马里; 巴巴克·H·哈拉加
Original assignee: IKANOS TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: IKANOS TECHNOLOGY Ltd
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2022-05-08
Also published as: EP1393538A1; US20040062361A1; US6668041B2; CN1515108A; US20030026391A1; WO2002091721A1

Abstract

本专利公开一种单端的线路探查技术，用于确定一电话线路是否合格用作数字用户线路服务。

Description

DSL系统中单端的线路探查

技术领域

本发明涉及数字用户线路(DSL)通信，具体说，是涉及DSL系统中环路的合格性考核。

背景技术

DSL通信系统通常在高速数据传输中使用铜电话线路。DSL服务提供商的主要问题，是在部署之前，充分考核环路的合格性或对线路充分探查。图1所示的是对线路进行探查的典型系统。该系统要求把手持送受话器110连在市话局(CO)地点130的电话线路上，又把第二个手持送受话器112连在用户住宅设备(CPE)地点140的电话线路上。因此，通常的线路探查要求有人在电话线路的两个点上测量。

一种包括电压源已知电阻R和电话线路未知电容C(l)的电路模型，被用作电话线路的模型，如图2A所示。电容C(l)是电话线路长度l的函数。电话线路电容C(l)的测量，是通过把直流(DC)电压脉冲V_DC，如图2B所示加在电话线路上，并如图2C所示记录线路电压V_line的充电时间T。因为线路电压V_line的充电时间T是线路电容C(l)的函数，线路电容能够从充电时间T估算。然后，可以用估算的线路电容来估算电话线路的环路长度l。DSL系统中的环路长度，通常在0.2到8公里(Km)之间。

但是，由于许多原因，该方法不能用来估算与DSL调制解调器板结合的线路的环路长度。例如，常规的DSL调制解调器板，包括线路变压器，用于使线路与CO设备隔离和抑制线路的共模电压。由于线路变压器的存在，DC脉冲不能在线路上传输。此外，图2A的简单RC电路的电阻，包括电源的电阻，但忽略了线路的电阻。当电源电阻远大于线路电阻时，该电阻是一种合理近似。但是，在常规的DSL调制解调器板中，电源的输出电阻，通常不显著大于线路电阻。这样，忽略线路电阻使环路长度的估算精度下降。

因此，需要的是一种考核DSL系统环路合格性的技术。

发明内容

本发明的一个实施例，提供一种进行单端的线路探查的方法，用于确定电话线路是否对数字用户线路服务合格。本方法包括在电话线路上发送低频信号，从该电话线路接收低频信号的反射信号，根据发送的低频信号和接收的该低频信号的反射信号，测量电话线路的传递函数，又根据该传递函数，考核该电话线路的合格性。

附图说明

图1画出探查电话线路的现有技术系统。

图2A画出电话线路的现有技术电路模型。

图2B画出使用图1的现有技术系统，用于探查电话线路的DC脉冲。

图2C画出使用图1的现有技术系统时，电话线路的充电时间曲线。

图3按照本发明的一个实施例，画出DSL调制解调器的方框图。

图4按照本发明的一个实施例，画出与电话耦合的调制解调器的低频RLC模型。

图5按照本发明的一个实施例，画出用于单端的线路探查的方法。

图6、7、和8按照本发明的一个实施例，画出用单端的线路探查方法测量的传递函数。

图9按照本发明的一个实施例，画出具有三个桥接抽头的线路。

具体实施方式

本专利公开一种用于考核传输线合格性的单端的线路探查技术。得到的考核数据，可以用来确定能否在特定的传输线上部署DSL服务。一般说，与DSL调制解调器耦合的电话环路的频率响应，以如下事实为表征：调制解调器在环路上发送低频信号，然后，在DSL调制解调器上接收该发射信号反射回来的信号。由于环路的输入和输出信号是已知的，所以能有效地测量环路的传递函数。有用的信息(如线路的拓扑结构)可以从该测量的传递函数导出。该信息然后被用于，例如，估算线路的长度和查明线路上存在的短路或负载线圈。这些信息，与其他信息结合(如希望的误码率)，能够用来确定可获得的数据速率以及对该特定线路可获得的服务类型。

在本发明的一个实施例中，通过调制解调器的发射机，把低频的正弦线路探查信号，加到要探查的环路上。应当指出，该环路在远程端可以是开路端，意味着没有调制解调器与环路的远程端耦合。或者，可以有一调制解调器与该远程端耦合。不管是哪一种情况，发射的线路探查信号从环路返回，由调制解调器接收机接收。用发射和接收的线路探查信号，测量低频范围内环路的传递函数。应当指出，该测量的传递函数，是从市话局的方向看的。该低频正弦线路探查信号，例如可以在音频范围(如0.5KHz到3.5KHz)内。

按照本发明的单端的线路探查技术，能够在硬件、软件、固件、或它们的某些组合中实施。例如，本文公开的技术，可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)中实施，或作为数字信号处理器(DSP)或等效的处理环境中执行的一组指令或代码实施。按照本发明的单端的线路探查技术，能够用于：消除或缩减需要在远处的场所有一个真实的操作员执行线路探查；降低安装DSL线路必需的时间、劳动、和费用；有利于DSL线路的维护和修复；使与远处场所执行环路考核所要求的协调最小。

图3按照本发明的一个实施例，画出DSL调制解调器300的方框图。调制解调器300可以是许多调制解调器的一种，包括安装在多端口上的调制解调器(如有48个个别调制解调器和相应端口的线路卡)。或者，调制解调器300可以是独立的调制解调器。调制解调器300包括变压器360、混合网络330、线路驱动器320、模拟前端(AFE)340、和数字信号处理器(DSP)375。变压器360与线路370耦合，而DSP375与系统接口(如ATM网络)耦合。

变压器360把线路370耦合至调制解调器300的电路，并在线路370与调制解调器的电子电路及网络之间提供电的隔离。变压器360的匝数比是1:n，n值取决于诸如需要的线路电压和调制解调器300中包含的各部件的规格等因素。在一个实施例中，变压器360的结构能使低频接入线路370。在另一个实施例中，变压器360包括一可切换的高通滤波机构，它可以接通或不接通，依赖于操作模式。在数据模式中，高通滤波机构接通，因而从DSL频带中除去不需要的低频信号。但是，在线路探查模式中，高通滤波机构不接通，因而能使低频线路探查信号接入和来自DSL频带。

混合网络330执行2线到4线转换，把双向两线信号，从电话线路转换为两对单向的传输。一对用于接收而另一对用于发送。在一个实施例中，混合网络330的结构，能使低频接入和来自线路370。在另一个实施例中，分离器(例如，为了隔离DSL数据和POTS数据)在操作上耦合至变压器360的线路一侧。在该实施例中，分离器能切入或切出。例如，当调制解调器工作在数据模式时，分离器切入，因而从DSL传输频带中除去不需要的信号(如POTS信号)。另一方面，当调制解调器工作在线路探查模式时，分离器切出，因而能使低频探查信号接入和来自线路370。

AFE 340通常包括模拟到数字(A/D)变换器和数字到模拟(D/A)变换器。AFE 340从混合网络330接收的被分开的信号，由A/D变换器从模拟转换为数字，并提供给DSP 375。AFE 340还可以包括增益调整模块，用于优化发送至DSP 375的信号。至于传输方向，从系统接口接收的数据，由DSP 375处理。该数据可能来自用户的数据终端设备，或来自电话公司的网络。DSP 375的数字输出，被AFE 340中的D/A变换器转换为模拟的等价信号。

AFE 340的输出提供给线路驱动器320。在一个实施例中，线路驱动器320的结构能使低频接入线路370。在另一个实施例中，驱动器320包括可切换的高通滤波机构，它可以接通或不接通，依赖于操作模式。在数据模式中，高通滤波机构接通，因而从DSL频带除去不需要的低频信号。但是，在线路探查模式中，高通滤波机构不接通，因而能使低频线路探查信号接入线路370。

在图示的实施例中，DSP 375按照本发明执行线路探查处理。该线路探查处理功能，将参照图5的讨论更详细地讨论。DSP 375还可以执行许多其他功能。例如，DSP 375能够用于，或对DSP 375编程，以执行调制、编码、误差检测、和其他基于算法的功能。

在进行单端的线路探查时，线路探查信号可以由调制解调器300发送至线路370。在一个实施例中，发送的线路探查信号的样值，能保持在可由DSP 375接入的存储器中(例如，EEPROM或其他存储装置)。在收到请求启动线路探查序列时，DSP 375能接入从存储器来的样值，并把它们提供给AFE 340，以便变换为模拟形式。或者，可编程的信号发生器(未画出)能够被DSP 375触发而提供线路探查信号。然后，DSP 375能把提供的线路探查信号传送至AFE340，以便变换为模拟形式。不管低频探查信号的源如何，它们的模拟等价信号，由线路驱动器320通过混合网络330和变压器360，传送至线路370。

发送的低频探查信号，被反射回调制解调器300。反射的信号被变压器360从线路370分离，又通过混合网络330和AFE 340，传送至DSP 375。在该实施例中，混合网络330既用于数据模式，也用于线路探查模式(例如，能使低频接入和来自线路370)。或者，有效地旁路混合网络330，以执行线路探查。在一个实施例中，变压器360的调制解调器侧有一个端口，直接与AFE 340耦合。在这样的实施例中，调制解调器300能够按照本发明原理工作，专用于线路探查功能。

根据发送的和接收的线路探查信号，DSP 375(或其等价装置)于是能测量线路370的传递函数。应当指出，在另外的实施例中，DSP 375可以用，例如ASIC或芯片组，或DSP与ASIC的组合，或其他等价的组合代替(例如一种DSP，能在操作上耦合至适合提供发送的探查信号的信号发生器及网络分析器，并根据发送的和反射的探查信号，测量传递函数)。DSP 375可以与调制解调器300结合，也可以在操作上与调制解调器300耦合(如，经过一个或多个外部端口的连接)。一般说，DSP 375分析发送的和反射的探查信号，从而提供考核线路合格性的信息。线路的考核包括，举例说，测量环路的长度、确定是否有短路、确定是否有负载线圈，而如果有，有多少。

包括一调制解调器(如调制解调器300)和一电话线路(如线路370)的系统的低频RLC电路模型，如图4所示。该RLC电路模型的谐振频率(它一般与传递函数的峰值对应)，是电话线路长度的函数。在本实施例中，L是变压器(如变压器360)初级或调制解调器侧的电感，R是模拟前端(如AFE 340)的输入阻抗，R_s是线路探查信号源的阻抗，r是线路电阻，及C是线路电容。L、R、和R_s的值是已知的。未知值r和C，是环路长度的线性函数，能够根据测量的传递函数确定。环路的传递函数H(jω)，能够通过如下测量：

H(jω)＝V₀(jω)/V_S(jω) (方程式1)

这里V_S(jω)代表发送的线路探查信号，而V₀(jω)代表反射的线路探查信号。

图4所示RLC电路模型的传递函数H(jω)，有一尖峰频率，该尖峰频率与各电路单元的值有关，包括r与C。因为r与C是环路长度的函数，所以环路长度能够通过测量传递函数来确定，且位于传递函数的尖峰频率处。

可以接入把测量的传递函数尖峰频率与环路长度(亦称线路长度)联系起来的对照表，以便根据尖峰频率查明估算的环路长度。该对照表例如可以通过对电话线路的实验测量而产生。例如，可以测量若干已知长度的环路的尖峰频率。每一环路的长度与对应的测量尖峰频率，可以存储在对照表中。于是，查明被测量的未知长度环路传递函数的尖峰频率。之后，把测量的尖峰频率与表中各项尖峰频率比较，据此查明相关的环路长度。

或者，对照表可以通过RLC电路模型的理论分析来产生。例如，假定变压器(如变压器360)调制解调器侧的电感是L、模拟前端的输入阻抗是R、和线路探查信号源的阻抗是R_s。此外，根据已知的环路特征，如长度l，导线的类型(如铜)，及导线的参数，能够计算线路电容C和线路电阻r。更具体说，

r = \frac{r_{oc}}{3} l

(方程式2)，和C＝c_∞1(方程式3)，这里参数r_oc(测量的每公里铜直流电阻，以欧姆为单位)和c_∞(测量的每公里接触电容，以纳法拉为单位)是与导线有关的参数。表1对通常使用的导线类型，列出参数r_oc和c_∞的值。表1没有列出的其他导线类型，也有相关的已知r_oc和c_∞值。应当指出，这些参数从一种类型到另一种类型没有明显变化。既然如此，可以用平均值(在通常不同导线类型之间)代表每一个这些参数，对精度的影响可以忽略。

表1

导线类型	r<sub>oc</sub>(Ω/Km)	c<sub>∞</sub>(nF/Km)
导线类型	r<sub>oc</sub>(Ω/Km)	c<sub>∞</sub>(nF/Km)	26AWG	286.18	49
24AWG	174.56	50	26AWG	286.18	49

对给定环路长度l，一旦已知这些值，能够用本文方程式4至6，对该特定环路长度l计算相应的尖峰频率值。示于图4的RLC电路模型的传递函数是：

H (s) = \frac{v_{o}}{v_{s}} = \frac{sLR (sCr + 1)}{s^{2} LC ({RR}_{s} + {rR}_{s} + rR) + s ({LR}_{s} + r {RR}_{s} C + LR) + {RR}_{s}}

(方程式4)

通过把|H(s)|²s＝jω对ω取导数，并设该导数等于零，如方程式5所示，能够从理论上计算传递函数的尖峰频率。

(-H²F²+E²(M²-2NH))x²+2E²N²x+F²N²＝0

(方程式5)

这里x＝ω²；E＝LRCr；F＝LR；H＝LC(RR_s+rR_s+rR)；M＝(LR_S+rRR_sC+LR)；和N＝RR_s。于是得到尖峰频率为：

f_{peak} = \frac{1}{2 π} \sqrt{x^{*}}

(方程式6)

这里x^*是方程式5的正的解。可以用许多这样计算的尖峰频率及对应的环路长度，存放在对照表中。

表1画出的对照表例子，是用典型的电路模型参数，对AWG25类型的导线在理论上产生的。对照表中的项数，依赖于需要的精度和可用的存储器等因素。例如，每100米环路长度，可以有一项尖峰频率。该对照表可以存储在DSL调制解调器的计算机可读存储器(如EEPROM或闪存存储器)中。应当指出，在现有的美国导线规范(AWG)中，没有可用于制作该表所必需的假定参数r_oc和c_∞平均值的知识。

表2

环路长度(Km)	尖峰频率(Hz)
环路长度(Km)	尖峰频率(Hz)	1.0	3205
1.5	2605	1.0	3205
1.5	2605	2.0	2255
2.5	2025	2.0	2255
2.5	2025	..	..
5	1965	..	..

不管对照表是用经验的数据还是理论的数据存放的，测量的传递函数尖峰频率，可以与列在表中尖峰频率值比较。对应于匹配的尖峰频率表项的环路长度表项，能够用作被考核的线路估算的长度。如果测量的传递函数的尖峰频率，实际上不包含在表内，那么，可以在对照表的项间进行内插。例如(假定用表2的值)，如果测量的传递函数尖峰频率是2100Hz，则线性内插的环路长度将是2.3369Km。对其他的情形，为了更高的精度，可以用更高阶的内插。

测量的传递函数还可以用于确定该线路是否有短路，或是否有一个或多个负载线圈与该线路连接。负载线圈一般用于在电话线路上增强话音的传输。但是，负载线圈妨碍数字数据在线路上的传输，从而阻碍在该特定线路上部署DSL服务。这样，在考核用于DSL服务的线路时，查明这类负载线圈的存在是必要的步骤。

一般说，如果测量的传递函数有单个尖峰，其振幅在给定阈值之上，那么，该线路不存在负载线圈或短路。于是能用该尖峰频率来查明对应环路的长度。但是，如果测量的传递函数的尖峰振幅，低于给定阈值，那么该线路通常有短路。例如，如果计算出测量的传递函数尖峰振幅是0.1或更小，那么该线路短路了。假定没有检测到短路，那么应该测试是否有负载线圈。更详细地说，如果测量的传递函数有多个尖峰，那么有一个或多个负载线圈连在线路上。一般说，连在线路上的负载线圈数，等于尖峰总数减1。

图5按照本发明的一个实施例，画出一种单端的线路探查方法。在510，从DSL调制解调器向线路上(如铜电话线路)发送低频线路探查信号(如从0.5KHz到3.5KHz范围的正弦信号)。这些线路探查信号从线路反射回来，并在520被DSL调制解调器接收。根据发送和接收的线路探查信号，在530测量线路的传递函数。在540，把测量的传递函数的最大绝对振幅，与预定的阈值(t_th)比较。如果最大的绝对值小于阈值，那么如在545所指出，该线路有短路。

否则，本方法在550确定，测量的传递函数的尖峰数，是否大于1。如果尖峰数大于1，那么。如在555所指出，有一个或多个负载线圈连在电话线路上。如果测量的传递函数只有一个尖峰，那么，在560，根据测量的传递函数尖峰频率，确定该线路的长度。在执行步骤560时，可以接入把尖峰频率与线路长度关联起来的对照表。

图6画出长的环路测量的传递函数。该例的传递函数，在约380赫兹(Hz)处，有单一的峰值。如前面所解释，线路的长度能够根据该尖峰频率确定，例如使用对照表。图7画出的测量的传递函数，有两个尖峰。更详细说，该例的传递函数的第一峰值，在约595Hz处，而第二尖峰频率，在约2700Hz处。该特定的传递函数表明，有一负载线圈连在线路上。图8画出的测量的传递函数，有三个尖峰(例如，480Hz、1790Hz、和2640Hz)，因而表明有两个负载线圈连在线路上。

按照本发明的单端的线路探查，还能够在有桥接抽头的情形下，提供环路长度的估算。桥接抽头是环路中有分支。一条线路可以有数个不同长度的桥接抽头。图9画出的电话线路有三个桥接抽头。在该实施例中，x₁、x₂、x₃、和x₄，是电话线路的各段，而1₁、1₂、和1₃，是连在电话线路的桥接抽头。环路的等价长度(l_equivalent)能够按照本发明原理估算。例如，图9所示环路的估算长度为：

l_{equivalent} = Σ_{i = 1}^{4} x_{i} + Σ_{i = 1}^{3} l_{i}

(方程式7)

应当指出，等价环路长度(l_equivalent)是主环路(如，x₁、x₂、x₃、和x₄)的长度(如，x₁、x₂、x₃、和x₄)与所有桥接抽头(1₁、1₂、和1₃)之和。估算的等价环路长度，是环路性能的一个良好的指示。应当指出，如果桥接抽头的整个长度与主环路长度相比可以忽略，该等价环路长度将接近主环路长度。

本发明的上述和其他的实施例，可以按照上述教导实现，显然，借助上述教导，在不违背本发明更广的精神和范围的情况下，可以作出各种变化和修改。因此，应认为本说明书和图是示范性的，而不含限制的意义，并且，本发明仅依据权利要求作为标准。

Claims

1.一种为使用市话局DSL调制解调器的数字用尸线DSL服务而考核电话线合格性的方法，包括：

在电话线上从市话局DSL调制解调器发送低频信号，其中该低频信号通过市话局DSL调制解调器中的电路发送；

从电话线路接收该低频信号的反射型式；

在市话局DSL调制解调器上，根据该发送的低频信号和接收的该低频信号的反射型式，测量传递函数，其中该传递函数模拟该电话线和该市话局DSL调制解调器中的该电路的特征；和

根据该传递函数来考核该电话线的合格性。

2.按照权利要求1的方法，其中的考核步骤包括：

把传递函数的最大尖峰振幅与预定阈值比较；和

如果传递函数的该尖峰振幅小于预定阈值，则确定电话线短路。

3.按照权利要求1的方法，其中的考核步骤包括：

计算与传递函数相联系的尖峰数，从而确定尖峰数；和

如果尖峰数大于1且至少有一个尖峰在该阈值以上，则确定至少有一个负载线圈连在电话线上。

4.按照权利要求1的方法，其中的考核步骤包括：

如果传递函数呈现振幅在阈值以上的单个尖峰，则根据传递函数的尖峰频率，确定电话线的长度。

5.按照权利要求4的方法，其中，把传递函数的尖峰频率值与对照表中许多尖峰频率值比较，而对照表中每一尖峰频率值，与包含在对照表中的一条线路长度值对应。

6.按照权利要求5的方法，其中的每一尖峰频率值，是与已知长度电话线相关联的测量的尖峰频率，而对照表中对应的线路长度值，是该已知的长度。

7.按照权利要求5的方法，其中的每一尖峰频率值，是根据具有已知长度的电话线的计算的传递函数的理论尖峰频率，而对应的线路长度值，是该已知的长度。

8.按照权利要求7的方法，其中线路参数值：测量的每公里DC电阻r_oc、和测量的每公里接触电容c_∞，是对许多导线类型的平均，从而提供平均的r_oc值和平均的c_∞值，其中平均的r_oc值、平均的c_∞值、和已知长度，是用于计算传递函数的电话线电阻和电话线电容的，从而能计算每一理论上的尖峰频率值，不必事先知道与已知长度电话线有关的具体的线路参数。

9.一种市话局数字用户线DSL调制解调器，被配置以便确定某一电话线用于DSL服务是否合格，该调制解调器包括：

用于在电话线上从市话局DSL调制解调器发送低频信号的装置，其中该低频信号通过市话局DSL调制解调器中的电路发送；

用于从电话线接收该低频信号的反射型式的装置；

用于在市话局DSL调制解调器上，根据发送的低频信号和接收的低频信号反射型式，测量传递函数的装置，其中该传递函数模拟电话线和市话局DSL调制解调器中电路的特征；和

用于根据该传递函数来考核电话线合格性的装置。

10.按照权利要求9的调制解调器，其中用于考核的装置还包括：

用于把传递函数的最大尖峰振幅与预定阈值比较的装置；和

用于确定如果传递函数的该尖峰振幅小于预定阈值，则该电话线短路的装置。

11.按照权利要求9的调制解调器，其中用于考核的装置还包括：

用于计算与传递函数相联系的尖峰数，从而确定尖峰数的装置；和

用于确定如果尖峰数大于1且至少有一个尖峰在该阈值以上，则至少有一个负载线圈连在电话线上的装置。

12.按照权利要求9的调制解调器，其中用于考核的装置还包括：

用于如果传递函数呈现振幅在阈值以上且没有另外尖峰的单个尖峰，则根据传递函数的尖峰频率，确定电话线长度的装置。

13.按照权利要求12的调制解调器，其中，把传递函数的尖峰频率与对照表中许多尖峰频率值比较，对照表中每一尖峰频率值与一条电话线长度值相联系。

14.一种用于确定一电话线用作数字用户线DSL服务是否合格的方法，该方法包括：

从电话线接收该低频信号的反射型式；

在市话局DSL调制解调器上，根据发送的低频信号和接收的低频信号反射型式，测量传递函数，其中该传递函数模拟电话线和市话局DSL调制解调器中电路的特征；

对确定了传递函数最大尖峰振幅小于预定阈值的响应，是确定该电话线短路；

对传递函数有多于一个尖峰且至少有一个尖峰在该阈值以上的响应，是确定至少有一个负载线圈连在该电话线上；和

如果传递函数呈现振幅在阈值以上且没有另外尖峰的单个尖峰，则

把该传递函数的尖峰频率与对照表进行比较，该对照表使尖峰频率值和环路长度相关联；及

根据比较步骤，估算电话线的长度。

15.按照权利要求14的方法，其中每一尖峰频率值和对应的长度值，都包括在对照表中。

16.按照权利要求14的方法，其中每一尖峰频率值，是与已知长度电话线相关联的已测量的尖峰频率，而对应的长度值是该已知的长度。

17.按照权利要求14的方法，其中的每一尖峰频率值，是根据已知长度电话线的计算的传递函数的理论尖峰频率，而对应的长度值是该已知的长度。

18.按照权利要求17的方法，其中线路参数值：测量的每公里DC电阻r_oc、和测量的每公里接触电容c_∞，是对许多导线类型的平均，从而提供平均的r_oc值和平均的c_∞值，其中平均的r_oc值、平均的c_∞值、和已知长度，是用于计算传递函数的电话线电阻和电话线电容的，从而能计算每一理论上的尖峰频率值，不必事先知道与已知长度电话线有关的具体的线路参数。