CN103190141B

CN103190141B - 用户线路配电系统

Info

Publication number: CN103190141B
Application number: CN201080070064.9A
Authority: CN
Inventors: M.莫利纳里
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2030-11-09
Also published as: EP2638691A4; US9711963B2; EP2638691A1; WO2012064238A1; US20130221747A1; EP2638691B1; CN103190141A

Abstract

本发明包含向电信用户线路（231-236）配电的系统和方法。用户线路接口电路SLIC（221-226）的电力损耗减少是重要的。当用高于必要的电压电平馈电用户线路（231-236）时，发生电力损耗。实现允许配置用户线路（231-236）时的灵活性也是重要的。当前发明通过使用配电系统（210）已经解决这些问题，配电系统（210）包括具有不同电源电压的至少两个电源单元（211、212、213）、控制单元（218）以及连接在SLIC（221-226）与电源单元（211、212、213）之间的交换单元（219）。控制单元（218）适配为确定用户线路（231-236）的环路电压并且将对应SLIC（221-226）连接到给出最少电力损耗的电源单元（211、212、213）。

Description

用户线路配电系统

技术领域

本发明涉及用于向电信用户线路配电的系统和方法。

背景技术

普通老式电话服务（POTS）由于它的起源基于远程馈电而也被称为电池馈电。在用户房屋处的电话机通过使用在由中央局中的DC电源提供的用户环路中流动的电流而供电。使用远程馈电，在主电路故障的情况下，电话也工作，这一特征有时被称为“生命线”。

馈电用户线路所需的电力取决于环路长度。更长的用户线路比更短的线路需要更高的电压电平并且可以高达60伏DC。已经将此电平选择为足够高来通过几千米的用户线路但对于安全而言仍然非常低。

在用户线路接口单元（线路卡）处，不沿着用户线路传送（由于阻抗失配）的过量的电力作为热量而损耗并且它被称作电力损耗。

已知向用户线路提供馈电的不同解决办法。一个解决办法是为每个用户线路使用DC电源（现今通常为DC/DC转换器）。通过每个用户线路使用一个DC电源，可以由刚好高于操作所需要的电压电平来馈电每个用户线路并且电力损耗最小化。

此解决办法的一个缺点是它是昂贵的。另一缺点是对于包括大量用户线路接口电路（SLIC）的线路卡，设计变得非常复杂。所有DC/DC转换器也消耗线路卡上的大的区域。

又一缺点是当在相同线路卡上使用大量DC/DC转换器时，当转换器独立地调节不同用户线路时，转换器增加电磁干扰。

为了解决这些缺点中的一些，已经提出多个其它解决办法。

在美国专利6,760,430中公开一种解决办法。在此专利中，公共电压调节器馈电多个用户线路接口电路（SLIC）或线路驱动器。公共电压调节器必须提供充分高的电压电平以使所有用户线路（包含最长用户线路）可以操作。这意味着对于短于最长用户线路的每个用户线路而言，有从线路卡作为热量损耗的过量电力。

在美国专利6,351,534中公开另一解决办法。在此专利中，用户线路根据它们的环路长度而分组。在一个实施例中，具有0到300米的环路长度的组连接到一个线路卡并且具有300到1000米的环路长度的另一组连接到另一线路卡，等等。线路卡安装在支架上。每个组由在每个线路卡上安装的电源用足以操作那个组中的所有用户线路的充分的电压电平来馈电。

相较于如US 6,760,430那样从相同的电压调节器馈电所有用户线路（独立于环路长度）的解决办法，此解决办法减少了电力损耗。

采用US 6,351,534中的解决办法的一个缺点是它使用固定范围的组。当它开始重新配置包括线路卡的支架时，此将导致多个限制。

例如，当连接新的200米长的用户线路并且如果为范围0到300米配置的线路卡是满的时，有必要为那个范围添加新的卡而不是使用任何其它线路卡上的未使用的用户线路接口电路。关于另一示例，如果范围300米到1千米中的一个用户终止了他/她的订购，则空闲用户线路接口电路闲置直至识别了相同范围内的新用户。

已经观察到连接到中央局的一组用户线路中的长度不常是均匀分布的。正常情况是线路长度集中在某些范围附近，这些范围又可以取决于中央局位于哪里（例如，乡村或人口密集区域）而改变。此外，各国的范围也可大不相同。因此，使用具有固定范围分组的解决办法还可能需要去作出附加的市场配置和/或适配。

发明内容

本发明是一种配电系统，包括馈电一组用户线路接口电路（SLIC）的至少两个电源单元（例如，DC/DC转换器）。在电源单元与用户线路接口电路之间有适配为将电流从电源单元连接（交换）到用户线路接口电路的交换单元。配电系统还包括控制单元。适配此控制单元来为每个电源单元设置不同的电源电压电平。控制单元也适配为在用户线路忙碌时确定用户线路的环路电压并且控制交换单元以使用户线路接口电路中的每一个从具有最低电源电压电平但充分高以操作对应用户线路的电平的电源单元来馈电。

本发明还包含一种减少用户线路接口电路中的电力损耗的方法，其中该方法包括为电源单元设置不同的电源电压电平的步骤。至少一个电源单元被设置为充分高以操作任何用户线路的电源电压电平。该方法还包括确定忙碌时的每个对应用户线路的环路电压的步骤。当已经确定环路电压时，该方法还包括将每个线路接口电路连接到具有最低电源电压电平但充分高以操作对应用户线路的电平的电源单元，换句话说意味着具有最少电力损耗的组合的步骤。

在一个实施例中，该方法还包含算法来为每个电源单元计算电压电平以使电源电压电平与操作每个用户线路所需的电压电平之间的差别的总和最小化。

本发明具有在配置具有POTS用户线路的中央局时允许很大的灵活性和可量测性的优点。不必要将用户线路手动连接到与用户线路的环路长度匹配的特定POTS线路卡（或线路卡组）。相反地，用户线路可以连接到具有空闲用户线路接口电路的任何POTS线路卡。

当添加新的用户线路并且如果没有更多的空闲用户线路接口电路可用时，可以简单地插入附加的POTS线路卡并且新的用户线路可以连接到此线路卡而无需考虑每个用户线路的不同环路长度。

当连接用户线路时，配电系统自动为用户线路确定所需的电压电平并且选择给出最低电力损耗的电源单元。

另一优点是无需根据中央局的位置或部署的国家而定义并且配置具体电压电平组，这是因为这由本发明自动设置。

又一优点是可以设计配电系统的单个版本来满足所有市场要求，这使得它更便宜。

因此，本发明的目标是提供灵活的配电系统，其中减少线路卡中的电力损耗。

现在将利用优选实施例并参考附图来更详细地描述本发明。

附图说明

图1是图示根据现有技术的远程馈电的框图。

图2是图示根据本发明的实施例的远程馈电的框图。

图3是图示具有多个线路接口单元的交换系统的框图，每个线路接口单元具有配电系统。

图4是图示具有由公共配电系统馈电的多个线路接口单元的交换系统的框图。

图5是图示根据本发明的用于减少电力损耗的方法的流程图。

具体实施方式

图1图示具有从现有技术（例如，US 6,351,534）已知的配电系统的支架100。在此系统中，取决于用户线路的环路长度而将它们分组在一起。例如，具有范围‘A’（例如，0-300米）内的环路长度的用户线路114、115连接到第一线路卡110。具有范围‘B’（例如，300-1000米）内的环路长度的用户线路124、125连接到第二线路卡120。最后，具有范围‘C’（例如，>1000米）内的环路长度的用户线路134、135连接到第三线路卡130。每个线路卡110、120、130具有补偿电源111、121、131。

每个电源111、121、131分别监测每个范围A、B、C内的用户线路的环路电压并且将每个输出电压适配为充分的值，其中那个范围内的所有用户线路可以操作。电源单元111、112、113自身由公共电力源P来馈电。

图2图示根据本发明的配电系统210的优选实施例。适配配电系统210来服务多个用户线路接口电路（SLIC）221-226。用户线路231-236可以连接到每个用户线路接口电路221-226。

配电系统210安装在如图3图示的交换系统300中的POTS线路卡310、320、330、340上。在另一实施例中，它可以是服务如图4图示的多个POTS线路卡410、420、430、440的交换系统400中的公共资源210。

图2中的配电系统210包括三个电源单元211、212、213。每个电源单元211、212、213的目的是向用户线路接口221-226和用户线路231-236提供不同的电源电压电平。发明概念不限于精确为三个电源单元211、212、213。可使用至少两个电源单元，但通常相较于用户线路的数量只是少量的。优选具有三个电源单元211、212、213的实施例，这是由于它提供电力损耗的显著减少但同时实现减少实现中的成本和复杂性的所希望的效果。电源单元211、212、213自身通常由公共电力源P来馈电。

每个电源单元211、212、213连接到公共交换单元219。此交换单元219适配为将电流从电源单元211、212、213交换/连接到用户线路接口电路221-226。

配电系统210还包括控制单元218，该控制单元218连接到所有电源单元211、212、213和交换单元219。在优选实施例中，控制单元218可连接到与配电系统210相同的线路卡310上的所有用户线路接口电路221-226。

控制单元218适配为监测用户线路接口电路221-226以便确定每个连接的用户线路231-236的环路电压。当用户线路处于忙碌模式（摘机）时，确定环路电压。控制单元218还适配为控制每个电源单元211、212、213中的电压电平并且控制交换单元219以使来自具体电源单元211、212、213的电流被馈电到具体用户线路接口电路组。控制单元218更好地实现为具有存储器区域M 2182的处理器P 2181，其包括可执行代码来执行以上描述的功能和以下另外描述的功能。

利用三个电源单元211、212、213和交换单元219，消除了将具有某个范围内的环路长度的用户线路连接到具体线路卡的需要。具有任意的环路长度（当然是在可接受的电信标准内）的用户线路可以连接到相同线路卡并且由给出那个特定用户线路的最少电力损耗的电源单元211、212、213馈电。

当确定哪个用户线路接口221-226要连接到给出最少电力损耗的哪个电源单元211、212、213时，该方法包括确定用户线路231-236的环路电压的步骤和其它步骤。以下另外更详细地对此进行描述。

如以上所论述的，配电系统210优选实现在与所服务的用户线路接口电路221-226相同的线路卡310上。图3图示具有多个线路卡310、320、330、340的交换系统300，每个线路卡具有根据本发明的配电系统210。在如图4所图示的另一实施例中，配电系统210是交换系统400中的公共资源。在此情况下配电系统210服务分别在若干线路卡410、420、430、440上的用户线路接口电路411、421、431、441。

交换系统400能非常好地装备有多个公共配电系统210、490，例如出于容量原因或出于为防失效的备份和冗余。

当减少用户线路接口221-226中的电力损耗时，每个用户线路接口221-226都连接到这样的电源单元211、212、213是重要的，该电源单元211、212、213具有最低电源电压电平但仍然具有足够高的电平以使用户线路231-236可以操作。可选地，使所有连接的用户线路的电力损耗的总和最小化也是优点。在优选实施例中，这意味着连接到线路卡310的用户线路231-236的电力损耗的总和最小化。

使用户线路231-236可操作所需的最小电压电平Vmin是Vmin = Vab + Vas，其中Vab是确定的环路电压并且Vas是用于抗饱和间隙的预定义的值。Vas是应用于用户线路接口电路中的前端放大器的开销电压以便为语音信号分配所请求的动态以便避免信号削波。Vas的值通常为10V左右。

当用户线路忙碌时，控制单元218确定每个用户线路231-236的环路电压电平Vab的值。

由图5图示并且在下文中描述减少用户线路接口221-226中的电力损耗的主要方法。假定用户线路接口221-226最初连接到电源单元211、212、213。必须用足够高的电压电平来馈电用户线路231-236以使它可以操作，以便确定用户线路231-236的环路电压Vab。为实现该情况，在步骤501中，用初始电源电压电平设置电源单元211、212、213，其中至少一个电压电平被设置为充分高以操作用户线路231-236中的任一个。在步骤502中，当用户线路231-236忙碌（摘机）时，确定用户线路231-236的环路电压Vab。当已经确定环路电压Vab时，每个用户线路接口电路221-226连接到电源单元211、212、213，如上所述，该电源单元211、212、213具有最低电源电压电平但至少电平Vmin = Vab + Vas。当电源电压电平与Vmin之间的差别很小时，电力损耗也很小。假定所有用户线路231-236的线路电流相同，这意味着找到最佳电压电平也引起找到最少电力损耗。初始电源电压电平的设置能可选地包含如以下进一步详细描述的附加的计算。

作为另外的选项，在步骤504中，通过使每个对应用户线路231-236的电源电压电平与Vmin之间的差别的总和最小化，可以进一步最小化一组用户线路231-236的总电力损耗。使该差别的总和最小化基本意味着找到最佳电源电压电平以使所有连接的用户线路231-236的电力损耗的总和最小化。以下进一步详细描述计算这些电源电压电平的算法的实施例。

如果该计算产生新的电源电压电平，则在步骤505中为电源单元211、212、213设置这些新的电源电压电平。而且，如果需要，在步骤506中可以将一些用户线路接口电路221-226连接到另一电源单元211、212、213。通过在步骤507中开始定时器T1，可以按常规间隔可选地重复计算。当在步骤508中定时器T1超时时，在步骤509中再次确定忙碌的用户线路的环路电压。如果在步骤510中确定改变，则在步骤504中作出新的计算，等等。如果确定没有改变，则在步骤511中再次开始定时器T1。

以下描述该方法的实施例，其中配电系统210安装在具有64个线路接口电路的线路卡310上并且其中配电系统210包括三个电源单元211、212、213。在线路卡310上电时，电源单元211、212、213中的电源电压电平被设置为初始值。一个电源电压电平Vh_init被设置为充分高的值以使连接到线路卡310的任何用户线路231-236可以操作。可以由电力单元211、212、213自身或按来自控制单元218的命令来设置这些电平。最初所有用户线路接口电路221-226连接到具有最高电压电平的电源单元211、212、213。

为了确定哪个电源单元211、212、213生成特定用户线路接口电路221-226的最少电力损耗，有必要确定当忙碌时的每个用户线路231-236的环路电压。

在其中配电系统210连接到64个用户线路的本实施例中，可以由下文的伪代码来示范该算法：

当已经确定maxVab时，电源单元211、212、213的最高值Vh被设置为Vh = maxVab + Vas，其中Vas是用于抗饱和间隙的预定义的值。

通常提前预设安全操作的极限值minVh。如果所确定的值maxVab小于minVh，则Vh被设置为Vh = minVh + Vas。否则Vh被如以上那样设置为Vh = maxVab + Vas。

其它的电源单元的其余电源电压电平被计算为低于Vh的不同初始值。在本实施例中配电系统210具有三个电源单元211、212、213。这意味着必须计算三个电压电平，最高电压电平Vh（如上所述地计算出）和中间电压电平Vm和低电压电平Vl。

可以由下文的伪代码所图示的算法来设置中间电压电平Vm的值：

参数deltaVhm是Vh与Vm之间的最小差别的预定义的值。

简而言之，在小于（Vm_max - Vas）的Vab值的设置中，此算法将值Vm设置为最大值maxVab加上抗饱和间隙Vas，即Vm = maxVab + Vas。

低电压电平Vl的值被设置为Vl_max = Vm – deltaVml与最小可接受电压电平Vl_min = Vphone +4+ Vas之间的值。参数deltaVml是Vm与Vl之间的最小差别的预定义的值。常数值‘4’表示由于连接用户电话到用户线路接口电路221-226的最短用户环路长度所引起的电压降。它被认为是对应于处于20 mA的最小导线规格的700米的4 V。这意味着设置了安全最小值Vl。参数Vphone指示在电话处出现的电压降（取决于它的阻抗和环路电流）。电压降值通常在7到12伏的范围内，具有20到40 mA的环路电流。

可以通过使用下文的算法来设置Vl的初始值：

现在用户线路接口221-226可以连接到具有最低电压电平但足够高以操作对应用户线路231-236的电源单元211、212、213。再次，用户线路接口221-226连接到具有最低电源电压电平但具有至少电压电平Vmin = Vab + Vas的电源单元211、212、213。

以上过程描述了用于对电源单元211、212、213设置电源电压电平的初始值并且将用户线路接口221-226连接到生成最少电力损耗的电源单元211、212、213的一些过程。

可能需要进一步微调，以便最小化连接到线路卡310的所有用户线路231-236的电力损耗的总和。可以按常规间隔（例如，每15分钟）发起此微调以便应付配置的改变。初始最高电压电平Vh保持不变，直至确定所有用户线路的最大环路电压已经降低。例如，这可以是当已经从线路卡310卸掉和/或移除具有最高环路电压的用户线路时的情况。在此情况下，最高电源电压电平Vh可以降低，但决不低于值Vh = minVh + Vas。

基于用户线路的确定的环路电压电平Vab的分配而计算出其余电源单元的最佳电源电压电平。用于确定最佳值的算法要采用步进（例如，采用0.5 Volt的步长）试验低于Vh的所有电源电压电平的组合直至所有连接的用户线路的电力损耗的总和达到最小值。此算法可用于任何数量的电源单元211、212、213。当已经计算出电源电压电平时，用计算出的值来设置电源单元211、212、213并且用户线路连接到具有最低电源电压电平但充分高以操作对应用户线路的电源单元211、212、213。

在具有三个电源单元211、212、213的实施例中，该算法要采用步进试验电源电压电平Vm、Vl的每个组合。以下示出示例：

Claims

1.一种配电系统（210），包括用于馈电多个用户线路接口电路（221-226）的至少三个电源单元（211、212、213），每个用户线路接口电路适配为连接到对应用户线路（231-236），所述系统（210）的特征在于：

- 交换单元（219），适配为将电流从所述电源单元（211、212、213）连接到所述用户线路接口电路（221-226）；以及

- 控制单元（218），适配为：确定忙碌时的所述用户线路（231-236）的环路电压，并且为每个电源单元（211、212、213）设置不同电源电压电平，其中最高电源电压电平Vh被设置为值Vh = maxVab + Vas，其中maxVab是最高的所确定的环路电压，并且Vas是用于抗饱和间隙的预定义的值，并且其中通过尝试预定义的步骤中的组合来设置低于Vh的至少两个电源电压电平，直到所述电源电压电平与操作对应用户线路（231-236）所需的电压电平之间的差的总和最小化，并且适配为控制所述交换单元（219）以使从具有最低电源电压电平但充分高以操作所述对应用户线路（231-236）的电源单元（211、212、213）来馈电所述多个用户线路接口电路（231-236）中的每一个。

2.如权利要求1所述的配电系统（210），其中所述控制单元（218）还适配为：以常规间隔确定所述用户线路（231-236）的环路电压并且如果必要则计算新的电源电压电平，如果必要则为所述电源单元（211、212、213）设置所述新的电源电压电平和/或将所述线路接口电路（231-236）连接到另一电源单元（211、212、213）。

3.如上述权利要求中的任一项所述的配电系统（210），其中所述电源单元（211、212、213）由DC/DC转换器组成。

4.一种用户线路接口单元（310），包括根据上述权利要求中的任一项所述的配电系统（210）和多个用户线路接口电路（311）。

5.一种交换系统（300），包括如权利要求4所述的至少一个用户线路接口单元（310）。

6.一种交换系统（400），包括如权利要求1到3中的任一项所述的至少一个配电系统（210），其中所述配电系统（210）馈电多个用户线路接口单元（410、420、430、440）上的用户线路接口电路（411、421、431、441）。

7.一种用于减少多个用户线路接口电路（221-226）中的电力损耗的方法，每个用户线路接口电路连接到对应用户线路（231-236）并且其中所述用户线路接口电路（221-226）由包括至少三个电源单元（211、212、213）的配电系统（210）馈电，所述方法包括步骤：

- 确定（502）忙碌时的每个对应用户线路（231-236）的环路电压；

- 为所述至少三个电源单元（211、212、213）设置不同电源电压电平，其中最高电源电压电平Vh被设置为值Vh = maxVab + Vas，其中maxVab是最高的所确定的环路电压，并且Vas是用于抗饱和间隙的预定义的值，并且其中通过尝试预定义的步骤中的组合来设置低于Vh的至少两个电源电压电平，直到所述电源电压电平与操作对应用户线路（231-236）所需的电压电平之间的差的总和最小化；

- 将每个用户线路接口电路（221-226）连接（503）到具有最低电源电压电平但充分高来操作所述对应用户线路（231-236）的电源单元（211、212、213）。

8.如权利要求7所述的用于减少电力损耗的方法，其中以常规间隔执行确定（502、509）环路电压的所述步骤并且其中如果必要则执行计算（504）和设置（505）所述电源电压并且将用户线路（231-236）连接（506）到另一电源单元（211、212、213）中的任何步骤。

9.如权利要求7到8中的任一项所述的用于减少电力损耗的方法，其中操作用户线路（231-236）所需的所述最小电压电平Vmin被定义为Vmin = Vab + Vas，其中Vab是所述用户线路（231-236）的环路电压并且Vas是用于抗饱和间隙的预定义的值。