CN102014216B - 一种公共电话交换网信道传输时延的检测方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种公共电话交换网信道传输时延的检测方法，采用通断键控信号对周期性连续脉冲载波进行调制，对数字信号进行处理，相比对模拟信号进行振幅调制的方法简单易行；采用滤波模块将不适合公共电话交换网信道传输的脉冲调制序列数字信号变换为适合于公共电话交换网信道传输的正弦型信号，实现的方法电路结构简单；采用包络检波整形将中间缺少一个周期的单一频率的正弦波信号还原为通断键控信号，具有时延检测精确度高、抗干扰能力强、检测差错率小等优点。该方法所用的装置包括逻辑控制模块、脉冲调制模块、滤波模块、检波整形模块、脉冲比较模块、时延计时模块。

Description

一种公共电话交换网信道传输时延的检测方法与装置

技术领域

本发明属于通信中的信号检测技术领域，具体涉及到公共电话交换网信道的信号传输时延检测方法与装置。

背景技术

在通过公共电话交换网(PSTN：Public Switched Telephone Network)进行授时与定时的系统中，必须精确地测量出信号传输时延，用测得的信号传输时延对传输的标准时间信息加以修正，才能提高授时与定时的精确度。

公共电话交换网具有实时通信的特点，即通信信道建立后，不论有无信息传送，信道始终按预先分配的方案保持物理连接，通信双方发送到对方的信号传输时延是相同的。基于这一特点，公共电话交换网授时与定时系统采取“呼叫——回答”的方式测量信道传输时延，即一方发送一个信号，另一方收到后立即回送一个信号，将信号往返时间取一半，作为信号单向传输时延。

现有公共电话交换网授时与定时系统有两种检测时延的方法：

一种是字符检测法，即双方“呼叫——回答”所用的测量信号是某种调制方式所表示的一个字符。因为公共电话交换网信道带宽很窄(仅为300～3400Hz)，只能传输频率很低的音频频率信号，所以传输字符信号的速率低，传输一个字符所需的时间长。虽然传输一个时间长、速率低的字符信号有较强的抗干扰能力，但字符信号的建立时间(信号幅度从小到大达到稳定的时间)有较大的不确定性，所以字符检测法测量的时延精确度低。

另一种是相位检测法，即双方“呼叫——回答”所用的测量信号是某一频率的正弦波信号，用该信号的某一点的相位进行时延检测。相位检测法可解决字符检测法中字符信号的建立时间不确定的问题，提高检测时延的精确度，但相位检测法无抗干扰能力，差错率很高，只适用于低噪声的环境，信道存在大量的噪声时无法正常工作。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服现有公共电话交换网信道传输时延检测方法不能兼顾高抗干扰能力与高检测精确度的不足，提供一种检测精确度高、抗干扰能力强、差错率低的公共电话交换网信道传输时延检测方法。

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种工作稳定可靠的公共电话交换网信道传输时延检测装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案它采用通断键控信号检测公共电话交换网信道的传输时延，包括以下步骤：

步骤一、产生一个由1变0再由0变1的电平突变的通断键控信号，用该通断键控信号键控一个周期性连续脉冲载波信号，将该周期性连续脉冲载波信号调制为中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号，在产生的通断键控信号由1到0突变时，启动时延计时器开始计时。

步骤二、将中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号进行滤波，转换成适合公共电话交换网信道传输的中间缺少一个周期的连续正弦波信号，发送到公共电话交换网信道。

步骤三、接收经公共电话交换网传送到对方后由对方回送的波形相同的信号，对回送的信号进行包络检波和波形整形，恢复为通断键控信号。

步骤四、产生一个高频率的周期性检测脉冲，与整形后的通断键控信号进行比较，当高频检测脉冲比较出通断键控信号由1到0的突变时刻，时延计时器停止计时。

步骤五、取时延计时器所计时间的1/2，得到信道单向传输时延，一次传输时延检测完毕，准备下一次的时延检测。

上述检测方法所采用的检测装置包括逻辑控制模块、脉冲调制模块、滤波模块、检波整形模块、脉冲比较模块、时延计时模块，逻辑控制模块分别与脉冲调制模块、脉冲比较模块、时延计时模块连接，与脉冲调制模块、脉冲比较模块、时延计时模块之间进行指令和数据传输。本发明的脉冲调制模块分别与滤波模块、时延计时模块连接，用于产生电平突变的通断键控信号，用通断键控信号调制周期性连续脉冲载波信号，用周期性连续脉冲载波信号调制中间缺少一个脉冲的脉冲序列方波信号并送入滤波模块，在通断键控信号由1到0的突变时刻，脉冲调制模块向时延计时模块发出信号，时延计时模块开始计时；所说的滤波模块与公共电话交换网信道联接，用于将脉冲调制模块送来的中间缺少一个脉冲的脉冲序列方波信号转换为中间缺少一个周期的连续正弦波信号，发送至公共电话交换网信道。本发明的检波整形模块分别与公共电话交换网信道的另一端、脉冲比较模块连接，用于将从公共电话交换网信道接收到的对方回送的中间缺少一个周期的连续正弦波信号进行包络检波，对检出的信号包络整形，恢复为通断键控信号，送入脉冲比较模块。本发明的脉冲比较模块与时延计时模块连接，用于产生高频检测脉冲，与检波整形模块送来的通断键控信号进行比较，当检测出通断键控信号由1到0突变时，脉冲比较模块向逻辑控制模块和时延计时模块发送信号。本发明的时延计时模块记录传输时延的检测时间，将计时量值传送至逻辑控制模块。

本发明的逻辑控制模块的复位端Rst与脉冲调制模块的复位端Rst、脉冲比较模块的复位端Rst、时延计时模块的复位端Rst连接，逻辑控制模块的地址总线A[7..0]、写信号端WRN、读信号端RDN、数据输入总线Din[7..0]、数据输出总线Dout[7..0]与外部微处理器连接，逻辑控制模块的时延数据读取总线DATA_Cnt[23..0]与时延计时模块的数据输出总线Dout[23..0]连接，逻辑控制模块的检测输入端Detect与脉冲比较模块的检测输出端Detect_Out、时延计时模块的检测输入端Detect连接，逻辑控制模块的脉冲产生使能输出端En_Pulse_Gen与脉冲调制模块的使能输入端EN_R连接，逻辑控制模块的时钟端Clk_10M与脉冲调制模块的时钟端Clk_10M、脉冲比较模块的时钟端Clk_10M、时延计时模块的时钟端Clk_10M连接；脉冲调制模块的计时开启输出端Gate_Out与时延计时模块的计时开启输入端Gate连接、调制脉冲输出端Mo_Pulse_Out与滤波模块的调制脉冲输入端Mo_Pulse_In连接。滤波模块的正弦波信号输出端Sin_Out与公共电话交换网信道的一端连接；检波整形模块的正弦波信号接收端Sin_In与公共电话交换网信道的另一端连接、键控脉冲输出端Pulse_Out与脉冲比较模块的键控脉冲输入端Pulse_In连接。

本发明的检测方法采用通断键控信号对周期性连续脉冲载波进行调制，对数字信号进行处理，相比对模拟信号进行振幅调制的方法简单易行；采用滤波模块将不适合公共电话交换网信道传输的脉冲调制序列数字信号变换为适合于公共电话交换网信道传输的正弦型信号，实现的方法电路结构简单；采用包络检波整形将中间缺少一个周期的单一频率的正弦波信号还原为通断键控信号的方法，具有较强的频率选择性和噪声抑制能力，显著提高时延检测信号抗干扰性能。本发明的检测方法与字符检测法相比，信号传输速率和时延检测精确度得到改善，与相位检测法相比，提高了抗干扰性能与检测差错率。

本发明装置采用现场可编程门阵列器件构成的嵌入式操作系统电路结构简洁，功耗低，比电路板级的集成电路占用硬件空间小，工作稳定可靠。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。

图2a是周期性连续脉冲载波示意图。

图2b是通断键控信号示意图。

图2c是中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列信号示意图。

图2d是发送到公共电话交换网的中间缺少一个周期的连续正弦波信号示意图。

图3a是从公共电话交换网接收回送的中间缺少一个周期的连续正弦波信号示意图。

图3b是包络检波整形恢复的通断键控信号示意图。

图3c是与通断键控信号比较的高频检测脉冲示意图。

图4是本发明一个实施例的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和各实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

本发明的公共电话交换网信道传输时延的检测方法，采用通断键控(OOK：On-Off Keying)信号作为测量信号进行公共电话交换网信道传输时延的检测，包括以下步骤：

步骤一：产生一个由1变0再由0变1的电平突变的通断键控信号，用该通断键控信号键控一个周期性连续脉冲载波信号，将该周期性连续脉冲载波信号调制为中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号，同时在产生的通断键控信号由1到0的突变时刻，启动时延计时器开始计时。

步骤二：将中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号进行滤波，转换成适合公共电话交换网信道传输的中间缺少一个周期的连续正弦波信号，发送到公共电话交换网信道。

步骤三：接收经公共电话交换网传送到对方后由对方回送的波形完全相同的信号，对回送的信号进行包络检波和波形整形，恢复为通断键控信号；

步骤四：产生一个高频率的周期性检测脉冲，将包络检波和波形整形后的通断键控信号与高频检测脉冲进行比较，当高频检测脉冲比较出接收到的通断键控信号由1到0的突变时刻，时延计时器停止计时。

步骤五：取时延计时器所计时间的1/2，即为信道单向传输时延，一次传输时延检测完毕，准备下一次的时延检测。

如图1所示，采取本发明的方法对公共电话交换网信道传输时延进行检测的检测装置由逻辑控制模块1、脉冲调制模块2、滤波模块3、检波整形模块4、脉冲比较模块5、时延计时模块6连接构成。其中，逻辑控制模块1与外部微处理器连接，并与脉冲调制模块2、脉冲比较模块5、时延计时模块6连接，脉冲调制模块2与滤波模块3、时延计时模块6连接，滤波模块3另一侧连接公共电话交换网信道，公共电话交换网信道的另一端连接检波整形模块4，检波整形模块4和脉冲比较模块5连接，脉冲比较模块5与时延计时模块6连接。

逻辑控制模块1用于与微处理器接口，以及在微处理器和脉冲调制模块2、脉冲比较模块5、时延计时模块6之间进行指令和数据传输。

脉冲调制模块2用于产生通断键控信号和周期性连续脉冲载波信号。脉冲调制模块2接受逻辑控制模块1的控制指令，产生如图2b所示的由高电平(逻辑1)向低电平(逻辑0)突变的通断键控信号，自动用该由1到0突变的通断键控信号调制如图2a所示的周期性连续脉冲载波信号，随后用该周期性连续脉冲载波信号调制如图2c所示的中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号，送入滤波模块3。脉冲调制模块2产生的通断键控信号由1到0的突变时刻为公共电话交换网信道传输时延检测的起始时刻，此刻开始信道传输时延计时，即脉冲调制模块2向时延计时模块6发出信号，启动时延计时模块6开始计时。脉冲调制模块2在发出中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号一定时间后自动关闭。

滤波模块3用于将脉冲调制模块2送来的中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号进行滤波转换。滤波模块3将中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号转换为如图2d所示的中间缺少一个周期的连续正弦波信号，发送至公共电话交换网信道。将中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号送入滤波模块3进行滤波转换的原因是脉冲调制模块2调制的中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号中含有丰富的高次谐波和直流成分，不适合公共电话交换网信道传输，因此要将该中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号送入滤波模块3进行滤波变换成适合公共电话交换网信道传输的中间缺少一个周期的连续正弦波信号后，再发送到公共电话交换网信道。由于滤波转换有相位延迟作用，图2d所示的连续正弦波比图2c所示的脉冲序列方波的相位延迟90°。

检波整形模块4用于将从公共电话交换网接收到对方回送的中间缺少一个周期的连续正弦波信号还原为通断键控信号。检波整形模块4从公共电话交换网信道接收到对方回送的如图3a所示的中间缺少一个周期的连续正弦波信号后，对其进行包络检波，并对检出的信号包络整形，恢复为如图3b所示的通断键控信号，再送入脉冲比较模块5。由于整形电路触发翻转电平选择在0电位，因此图3b所示的由1到0突变的通断键控信号比图3a所示的正弦波信号相位延迟90°。

脉冲比较模块5用于产生高频检测脉冲，并将检波整形模块4传送的通断键控信号与该高频检测脉冲进行比较。脉冲比较模块5受逻辑控制模块1的指令控制，产生如图3c所示的高频检测脉冲，并与检波整形模块4送来的通断键控信号进行比较，当检测出从检波整形模块4送来的通断键控信号由1到0的突变时刻，脉冲比较模块5向逻辑控制模块1和时延计时模块6发送信号。

时延计时模块6用于记录传输时延的检测时间，时延计时模块6在脉冲调制模块2产生的通断键控信号由1到0的突变时刻开始计时，并在脉冲比较模块5检测到回送的通断键控信号由1到0的突变时刻停止计时，然后将计时量值通过逻辑控制模块1传送给微处理器。逻辑控制模块1收到脉冲比较模块5的信号，将时延计时模块6的计时量值传送给外部的微处理器后，微处理器取时延计时模块6所计时间的1/2，即得到单向信道传输时延，逻辑控制模块1同时向脉冲调制模块2、脉冲比较模块5、时延计时模块6发出指令结束本次时延检测，并为下一次时延检测做好准备。

在图1中，本实施例的逻辑控制模块1、脉冲调制模块2、脉冲比较模块5及时延计时模块6采用VHDL语言编写，并用Quartus Ⅱ以上开发工具支持的各种型号的现场可编程门阵列(FPGA：Field Programmable Gate Array)器件固化；滤波模块3、检波整形模块4由普通元器件构成。图4为本发明采用现场可编程门阵列(FPGA)器件以及普通元件组成的一个实施例的电路示意图，以下对各模块电路构成与各模块之间的相互关系及工作原理作详细说明。

如图4所示，逻辑控制模块1的复位端Rst连接到脉冲调制模块2、脉冲比较模块5、时延计时模块6的复位端Rst，使现场可编程门阵列各模块电路统一复位。逻辑控制模块1的地址总线A[7..0]、写信号端WRN、读信号端RDN、数据输入总线Din[7..0]、数据输出总线Dout[7..0]与外部的微处理器连接，用于接收微处理器的指令及各模块之间的相互通信。逻辑控制模块1的时延数据读取总线DATA_Cnt[23..0]与时延计时模块6的数据输出总线Dout[23..0]连接，用于读取时延计时模块6的时延计数量值。逻辑控制模块1的检测输入端Detect与脉冲比较模块5的检测输出端Detect_Out以及时延计时模块6的检测输入端Detect连接。逻辑控制模块1的脉冲产生使能输出端En_Pulse_Gen与脉冲调制模块2的使能输入端EN_R连接。逻辑控制模块1的时钟端Clk_10M与脉冲调制模块2的时钟端Clk_10M、脉冲比较模块5的时钟端Clk_10M、时延计时模块6的时钟端Clk_10M连接，为现场可编程门阵列电路整体时钟信号线，使各模块间保持同步工作。脉冲调制模块2的计时开启输出端Gate_Out与时延计时模块6的计时开启输入端Gate连接，脉冲调制模块2的调制脉冲输出端Mo_Pulse_Out与滤波模块3的调制脉冲输入端Mo_Pulse_In连接。滤波模块3的正弦波信号输出端Sin_Out与公共电话交换网信道连接，公共电话交换网信道的另一端与检波整形模块4的正弦波信号接收端Sin_In连接。检波整形模块4的键控脉冲输出端Pulse_Out与脉冲比较模块5的键控脉冲输入端Pulse_In连接。

外部的微处理器通过逻辑控制模块1向脉冲调制模块2的使能输入端EN_R输出一个控制信号，脉冲调制模块2接收到控制信号后产生由1到0突变再由0变1的通断键控信号，并用该通断键控信号调制一个频率适合公共电话交换网信道传输的周期性连续脉冲载波信号，将该周期性连续脉冲载波信号调制为中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号，在通断键控信号由1到0突变的同时脉冲调制模块2的计时开启输出端Gate_Out发送指令到时延计时模块6的计时开启输入端Gate，时延计时模块6开始计时。脉冲调制模块2调制的中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号由脉冲调制模块2的调制脉冲输出端Mo_Pulse_Out输出到滤波模块3的调制脉冲输入端Mo_Pulse_In后，经滤波模块3滤波变换为缺少一个周期的连续正弦波信号，并从滤波模块3的正弦波信号输出端Sin_Out传送到公共电话交换网信道。检波整形模块4的正弦波信号接收端Sin_In从公共电话交换网信道接收到对方回送的相同的中间缺少一个周期的连续正弦波信号后，对该中间缺少一个周期的连续正弦波信号进行包络检波，并将检测出的信号进行包络整形恢复为通断键控信号，由检波整形模块4的脉冲输出端Pulse_Out输出到脉冲比较模块5的脉冲输入端Pulse_In。脉冲比较模块5用产生的高频检测脉冲对检波整形模块4送入的通断键控信号进行比较，当检测到数个0(低电平)时，则在脉冲比较模块5的检测输出端Detect_Out向时延计时模块6的检测输入端Detect及逻辑控制模块1的检测输入端Detect输出信号。时延计时模块6的检测输入端Detect接收到脉冲比较模块5检测输出端Detect_Out传送来的信号后停止计时。逻辑控制模块1的检测输入端Detect接收到脉冲比较模块5检测输出端Detect_Out传来的信号后，其时延数据读取总线DATA_Cnt[23..0]从时延计时模块6的数据输出总线Dout[23..0]读取时延计时模块6所计时延量值，并将所计时延量值传送给微处理器，同时将现场可编程门阵列各模块电路复位，准备下一次信号传输时延测量。

Claims (3)

1.一种公共电话交换网信道传输时延的检测方法，其特征在于它采用通断键控信号检测公共电话交换网信道的传输时延，包括以下步骤：

步骤一、产生一个由1变0再由0变1的电平突变的通断键控信号，用该通断键控信号键控一个周期性连续脉冲载波信号，将该周期性连续脉冲载波信号调制为中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号，在产生的通断键控信号由1到0突变时，启动时延计时器开始计时；

步骤二、将中间缺少一个脉冲的已调脉冲序列方波信号进行滤波，转换成适合公共电话交换网信道传输的中间缺少一个周期的连续正弦波信号，发送到公共电话交换网信道；

步骤三、接收经公共电话交换网传送到对方后由对方回送的波形相同的信号，对回送的信号进行包络检波和波形整形，恢复为通断键控信号；

步骤四、产生一个高频率的周期性检测脉冲，与整形后的通断键控信号进行比较，当高频检测脉冲比较出通断键控信号由1到0的突变时刻，时延计时器停止计时；

步骤五、取时延计时器所计时间的1/2，得到信道单向传输时延，一次传输时延检测完毕，准备下一次的时延检测。

2.一种公共电话交换网信道传输时延的检测装置，其特征在于：包括逻辑控制模块(1)、脉冲调制模块(2)、滤波模块(3)、检波整形模块(4)、脉冲比较模块(5)、时延计时模块(6)，逻辑控制模块(1)分别与脉冲调制模块(2)、脉冲比较模块(5)、时延计时模块(6)连接，与脉冲调制模块(2)、脉冲比较模块(5)、时延计时模块(6)之间进行指令和数据传输；所说的脉冲调制模块(2)分别与滤波模块(3)、时延计时模块(6)连接，用于产生电平突变的通断键控信号，用通断键控信号调制周期性连续脉冲载波信号，将周期性连续脉冲载波信号调制为中间缺少一个脉冲的脉冲序列信号并送入滤波模块(3)，在通断键控信号由1到0的突变时刻，脉冲调制模块(2)向时延计时模块(6)发出信号，时延计时模块(6)开始计时；所说的滤波模块(3)与公共电话交换网信道连接，用于将脉冲调制模块(2)送来的中间缺少一个脉冲的脉冲序列方波信号转换为中间缺少一个周期的连续正弦波信号，发送至公共电话交换网信道；所说的检波整形模块(4)分别与公共电话交换网信道的另一端、脉冲比较模块(5)连接，用于将从公共电话交换网信道接收到的对方回送的中间缺少一个周期的连续正弦波信号进行包络检波，对检出的信号包络整形，恢复为通断键控信号，送入脉冲比较模块(5)；所说的脉冲比较模块(5)与时延计时模块(6)连接，用于产生高频检测脉冲，与检波整形模块(4)送来的通断键控信号进行比较，当检测出通断键控信号由1到0突变时，脉冲比较模块(5)向逻辑控制模块(1)和时延计时模块(6)发送信号；所说的时延计时模块(6)记录传输时延的检测时间，将计时量值传送至逻辑控制模块(1)。

3.根据权利要求2所述的公共电话交换网信道传输时延的检测装置，其特征在于：所说的逻辑控制模块(1)的复位端(Rst)与脉冲调制模块(2)的复位端(Rst)、脉冲比较模块(5)的复位端(Rst)、时延计时模块(6)的复位端(Rst)连接，逻辑控制模块(1)的地址总线(A[7..0])、写信号端(WRN)、读信号端(RDN)、数据输入总线(Din[7..0])、数据输出总线(Dout[7..0])与外部微处理器连接，逻辑控制模块(1)的时延数据读取总线(DATA_Cnt[23..0])与时延计时模块(6)的数据输出总线(Dout[23..0])连接，逻辑控制模块(1)的检测输入端(Detect)与脉冲比较模块(5)的检测输出端(Detect_Out)、时延计时模块(6)的检测输入端(Detect)连接，逻辑控制模块(1)的脉冲产生使能输出端(En_Pulse_Gen)与脉冲调制模块(2)的使能输入端(EN_R)连接，逻辑控制模块(1)的时钟端(Clk_10M)与脉冲调制模块(2)的时钟端(Clk_10M)、脉冲比较模块(5)的时钟端(Clk_10M)、时延计时模块(6)的时钟端(Clk_10M)连接；脉冲调制模块(2)的计时开启输出端(Gate_Out)与时延计时模块(6)的计时开启输入端(Gate)连接、调制脉冲输出端(Mo_Pulse_Out)与滤波模块(3)的调制脉冲输入端(Mo_Pulse_In)连接；滤波模块(3)的正弦波信号输出端(Sin_Out)与公共电话交换网信道的一端连接；检波整形模块(4)的正弦波信号接收端(Sin_In)与公共电话交换网信道的另一端连接、键控脉冲输出端(Pulse_Out)与脉冲比较模块(5)的键控脉冲输入端(Pulse_In)连接。

Images