CN106068616A - 线路模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于模拟多条通信线路的模拟装置。在某些实施例中，沿一线路长度使用不同参数。

Description

线路模拟器

【技术领域】

本申请案是关于线路模拟器及其对应方法。

【背景技术】

线路模拟器广泛用于通信实验室及通信装置开发中，以测试通信系统及通信装置的功能性及效能。举例而言，为测试一通信装置，将该通信装置耦合至一线路模拟器，该线路模拟器模拟该通信装置在后续实际部署期间所欲耦合至的一通信线路(例如，有线线路)的行为。换言之，该线路模拟器模拟一实际的物理通信线路的特性。对于数字用户线(digital subscriber line；DSL)系统，该模拟线路可以是一用户环路，例如一双绞线(twisted wire pair)。本文中所述的数字用户线或DSL一般是指多个DSL类型(如ADSL、ADSL2、VDSL、VDSL2)其中的任一者，且包含即将到来的G.fast。

大部分传统线路模拟器是为单线装置，其仅模拟单一通信线路。使用此等线路模拟器将难以调查多条线路间的串扰对于线路数据传输的影响。为了至少在一定程度上对串扰进行仿真，此等传统线路模拟器可于线路上形成一特定噪声。

对于串扰消除系统，例如在某些DSL类型中所采用的向量化(vectoring)系统(例如，在ITU-T G.993.5中所定义或如在G.fast中所使用)，仅仅借由插入噪声是无法充分地仿真例如远端串扰(far-end crosstalk；FEXT)等串扰。因此，在此等情形中，需要一种在不同线路间具有多个耦合装置的多线路模拟器来模拟串扰。然而，此等装置仅针对例如VDSL中所使用的相对低的频率(例如最高约30百万赫兹)而存在。

然而，例如其他通信标准(如即将到来的G.fast)亦使用较高频率(例如最高约212百万赫兹)。传统的多线路模拟器可能无法足够准确地模拟通信线路的特性、特别是高频率下的特性。

【发明内容】

根据一态样，提供一种用于模拟多条通信线路的通信线路模拟装置，包含：对于该多条通信线路中的至少一个，该通信线路模拟装置包含至少二个区段模拟器，该至少二个区段模拟器使用不同参数。

在其他实施例中，可使用其他技术。

上述发明内容旨在仅对本申请案的某些态样进行简要概述，而不应将其视为具限制性的。

【附图说明】

图1为用于阐释四芯缆线中的某些效果的图。

图2为例示因串扰而在线路中产生的某些效果的图。

图3为例示缆线中的高频效果的图。

图4为例示一多对式缆线的一等效电路的图。

图5为例示双绞线中的一单端模式及混合模式的图。

图6例示在某些实施例中用于模拟的环路(loop)特性变化。

图7为根据一实施例的一模拟装置的方块图。

图8为例示根据一实施例的一方法的流程图。

【符号说明】

40、41、43、44：导线

45：参考电位

46：串扰

51、52、53、54：导线

55：参考电位

60：单一线路

61：参考电位

70、71、72、73：导线

74：参考电位

V11、V12、V21、V22：电压

Vc1：第一共模电压

Vc2：第二共模电压

Vd1：第一差模电压

Vd2：第二差模电压

C1、C2：电容

G1、G2：电阻

i₁(l)、i₂(l)、i₃(l)、i₄(l)：电流

i₁(l+dl)、i₂(l+dl)、i₃(l+dl)、i₄(l+dl)：电流

L1、L2：电感

R1、R2：电阻

u₁(l)、u₂(l)、u₃(l)、u₄(l)：电压

u₁(l+dl)、u₂(l+dl)、u₃(l+dl)、u₄(l+dl)：电压

XT1至XT12：元件

80、81：步骤

【具体实施方式】

以下，将参照附图对各种实施例进行详细说明。须注意者，该多个实施例仅用于例示目的而不应视为限制性的。举例而言，尽管各实施例可被描述为包含多个特征或元件，然而此不应被视为表明所有该多个特征或元件对于实施方案而言皆为必需的。相反，在其他实施例中，某些特征或元件可被省略，及/或可由其他特征或元件取代。于另外其他实施例中，除该多个明确显示或说明的特征或元件外，亦可提供其他的特征或元件。此外，来自不同实施例的特征或元件可组合形成进一步的实施例。除非有与此相反之说明，否则针于该多个实施例其中之一所描述的变化或润饰亦可适用于其他实施例。

各实施例是关于线路模拟装置。一般而言，一线路模拟装置是指一可用于模拟一或多条通信线路的行为的装置。用于通信线路的实例可以是用于例如使用数字用户线技术(如ADSL、VDSL、VDSL2或即将到来的G.fast)向顾客提供数据服务(例如，网际网络)的有线线路，但并非仅限于此。

根据某些实施例，线路模拟器可用于例如测试通信设备，例如借由连接该通信设备至该线路模拟器。

须注意者，为简明起见，本文中使用的用语「模拟(simulation)」及「仿真(emulation)」对于所提供的行为类似或相同于一所模拟/仿真实体的行为的任何技术皆是为同义的。具体而言，用语「模拟(simulation)」、「模拟器(simulator)」等旨在亦涵盖仿真技术，反之亦然。此举符合该多个用语的一常见用法，因例如取决于制造商，「线路模拟器(line simulator)」有时亦被称为「线路仿真器(line emulator)」。

在详细论述线路模拟器及相关方法的各实施例之前，将论述至少部分地未由某些传统线路模拟器模拟的某些效果。本文所述的线路模拟器的某些实施例可至少于一定程度上仿真下述效果其中之一或多个。然而，此不应被视为表明本文所述实施例必定模拟此等效果。

图1例示针对所谓四芯缆线(quad cable)的各种量测及模拟。图1显示相对于频率的各种传输函数(以分贝为单位)。四芯缆线是为有线线路连接，其中例如二对(例如二对双绞线)用于传输数据，该二对被设置成互相靠近。基于例如ETSI TS 101所述的一通道模型的传统模拟被标记为「ETSI」，且针对一直接通道及一远端串扰(far-end crosstalk；FEXT)总和进行显示。此外，显示对于直接通道、所量测远端串扰及所量测远端串扰功率总和的量测。在此等四芯缆线中，四芯导线内(in-quad)串扰相较于四芯导线间串扰(即不同四芯导线间的串扰)可明显不同。四芯导线内串扰可甚至强于直接通道。

传统模型可能不区分四芯缆线与成对式缆线(例如单一双绞线)。与此相反，如随后将详细论述，本文所述某些实施例可用以对四芯缆线提供改良的模拟，例如为了测试目的。

图2例示出现于传输线路中的另一效应(亦被称为钝态(passivity))。在此种情形中，直接通道ETSI线路例示根据一模型的无串扰直接通道，尽管被显示为「所量测直接通道」，然而实际直接通道会特别在高频下损失某些功率。在现有线路模拟模型中并不将直接通道的此种功率损失考量在内。倘若由串扰导致的衰减接近于直接通道衰减且直接通道劣化如在传统模型中一般被忽略，则传输线(binder)可不再表现为钝态。

在某些实施例中可能虑及的再一效应例示于图3中，图3例示同一缆线中的不同直接通道。由图可知，该多个直接通道在较高频率下可能会差别非常大且可能会包含陷波点(notch)。在用于模拟的传统模型中，所有直接通道通常是为相同的。

在实施例中，提供模拟装置，该多个模拟装置可仿真近端与远端间的直接传输路径以及模拟多条线路间的串扰。此等模拟装置可模拟一具有串扰的多对式缆线(例如，一四芯缆线)。图4例示一包含四条导线40、41、42及43的一缆线的一等效电路。举例而言，导线40、41可形成一第一对(例如，双绞线)，且导线43、44可形成一第二对(例如，双绞线)。45表示一参考电位，例如地电位。在一长度l与一长度l+dl之间显示该缆线。

i₁(l)至i₄(l)表示在长度l处各别导线40、41、42及43中的电流，且i₁(l+dl)至i₄(l+dl)表示在d+dl处的相应电流。u₁(l)至u₄(l)表示在位置l处线路40、41、42及43相对于参考电位45的电压，且u₁(l+dl)至u₄(l+dl)表示在位置l+dl处的相应电压。

图4的等效电路的线路阻抗是由电阻44表示，且线路间的耦合是由电容及电阻表示，如图所示。箭头46表示串扰，例如由线路间的电感耦合而产生的串扰。

基于图4的等效电路的一模型可用以模拟图1至图3所示的一或多种高频效应。该模型的参数(例如电阻、电容、电感等)可借由量测获得。借由根据一统计模型而随机改变线路参数(例如图4的等效电路的电阻、电容、电感等)，便能在某些实施例中对直接通道及串扰的随机变化进行建模，如同在实际缆线中可能发生的一样。

基于图4的等效电路，借由使用传统转换步骤，可计算对直接通道、近端串扰及远端串扰的一完整矩阵描述，此能够正确地描述一连串不同网络区段(例如，连续的缆线长度dl)。尽管图4的等效电路例示4条导线(例如，二双绞线)，然而本文中所述的技术及实施例可应用于任何数量的导线，例如，多于二条双绞线。

接着，将论述可用于以一相对简单的硬件结构来制造一模拟装置(其代表例如图4的等效电路)的各种技术。

图5例示二条双绞线的一配置：第一对是由导线51、52形成，且第二对是由导线53、54形成。55例示一参考电位，例如地电位。图5的配置可由根据各实施例的模拟装置来模拟。图5的配置可使用图5左侧所表示的一单端说明来进行说明，该单端说明对第一对(导线51、52)使用电压V11、V12，且对第二对(导线53、54)使用电压V21、V22，其中每条导线一个电压。该多个电压是相对于参考电位55而给出。图1所示线路或双绞线的区段可使用适当的电路(例如基于图4的等效电路)来模拟。

此外，亦可使用一混合模式说明来界定图5的配置中的电压，该混合模式说明显示于图5的右侧。在一混合模式说明中，可对第一双绞线51、52使用一第一差分电压Vd1＝V11-V12，且对第二双绞线53、54使用一第二差分电压Vd2＝V21-V22。此外，可对第一双绞线51、52使用一第一共模电压Vc1＝(V11+V12)/2，且对第二双绞线53、54使用一第二共模电压Vc2＝(V21+V22)/2。该二说明(单端模式及混合模式)包含相同信息。

使用该混合模式说明时，串扰不仅是由直接自差模电压Vd1传播至差模电压Vd2的信号产生(即，一第一双绞线51、52的差分模式在第二双绞线53、54的差分模式中造成串扰)，且亦存在自差模电压Vd1传播入共模电压Vc1及Vc2而后返回至差模电压Vd2的串扰(反之亦然)，该串扰与直接自Vd1至Vd2或自Vd2至Vd1的串扰具有不同的性质。换言之，第一双绞线51、52中的差分模式于共模电压Vc1与Vc2中造成串扰，且此又影响Vd2。传统的模拟装置通常仅使用差模电压，因此未将全部串扰考量在内。在若干实施例中，使用具有所有四个电压V11、V12、V21及V22的单端模式代替混合模式，该单端模式能够正确地仿真共模噪声，该共模噪声随后被插入至该多个线路的串扰中。相比之下，仅使用差模电压(例如Vd1、Vd2)的传统装置不能将一共模串扰效应考量在内，而在实际线路中却存在共模串扰。具体而言，共模串扰可对一线路上的噪声具有显著影响。因此，将共模串扰考量在内可提供一更逼真的模拟。然而，须注意者，其他实施例并未将共模串扰考量在内。

在若干实施例中，如线路(例如导线)般的连接是在整个线路长度上以不同的特性进行模拟。举例而言，再次参照图4，可为若干连续的长度部dl重复地提供所示等效电路。相比的下，传统模拟器通常在一整个线路长度上使用恒定的线路特性。举例而言，在传统解决方案中，代表一传输线路(例如一导线)的电路元件(电感L、相对于参考电位的电容C，线路电阻R及相对于参考电位的线路电阻G)在一整个线路长度上通常是为恒定的。

为了对此进行例示，图6显示在一线路长度上具有变化的特性的一单一线路60(例如一单一导线)的一实例。61表示一参考电位。在被标记为「线路特性1」的一第一部分中，传输线路60是例如由一电感L1、线路的电阻R1、相对于参考电位61的一电容C1及相对于参考电位61的一电阻G1来表征。在图6的实例中，此等元件重复出现二次。此仅作为一实例，且在实施例中，此等元件可重复任何次，包含高次数的重复(例如，多于10次、多于50次或多于100次的重复)。在被标记为「线路特性2」的一第二部分中，线路60是由L2、R2、C2及G2来表征。L2、R2、C2及G2其中之一或多个可分别不同于L1、R1、C1及G1。对于此等实施例，该多个变化的特性可在线路中造成反射。借由将此等反射考量在内，一线路仿真可较具有恒定线路特性的传统解决方案更为精确。然而，其他实施例可使用恒定的路线特性。

尽管图6显示二种不同线路特性作为一实例，然而此不应被视为限制性的，而是可提供多于二种不同线路特性，例如一线路的不同区段中的三或更多种不同线路特性。可为多条线路其中的每一者提供此等不同线路特性。

图7例示根据一实施例的一模拟装置的方块图。图7的模拟装置模拟四条导线70、71、72及73。导线70、71形成一第一环路(例如一第一双绞线)，且导线72、73形成一第二环路(例如一第二双绞线)。数字74表示一参考电位。在其他实施例中，可模拟一不同数量的导线。在某些实施例中，二条双绞线可形成一四芯缆线，例如一所谓星绞缆线(star quad)。此种四芯缆线可在串扰方面具有特殊的性质。此等性质可借由适当地选择参数(如L、R、C、G)来模拟。在某些实施例中，一模拟装置可模拟一或多个此种四芯缆线(例如星绞缆线)。

图7的实施例中的每一环路具有三个环路模拟器，被标记为「环路模拟器1」至「环路模拟器3」。该二环路的具有相同数字的环路模拟器(例如导线70、71的环路模拟器1，及导线72、73的环路模拟器1)在图7中一同亦被称为环路仿真器。每一环路模拟器可使用如图6所示的电路元件(即电感L、电阻R、相对于一参考电位的电容C及相对于一参考电位的电阻G)来模拟各自的导线70、71。具体而言，每一导线70至73的每一环路模拟器可包含一或多组如图6所示的L、R、C及G，例如多个此种组(图6的线路特性1中显示二个组)。具有不同数字的环路模拟器(例如环路模拟器1及环路模拟器2)可对L、R、C及G中的至少一或多个使用不同值，如已参照图6所阐释。用于不同导线的环路模拟器可使用不同或相同的值。

如参照图6所阐释，借由使用不同参数提供不同环路模拟器，能够将变化的导线性质考量在内及/或能够产生反射，此亦可发生于现真实生活中。换言之，在图7中，串接地配置多个环路模拟器(在第7中的实例中为3个，但不仅限于此)，此可使该串接的每一区段具有不同性质。

在各环路模拟器之间，提供串扰仿真器(在图7的实例中为二个串扰仿真器，但不仅限于此)。该多个串扰仿真器由元件XT1至XT12表示，该多个元件XT1至XT12代表各别线路间的耦合且亦代表各别线路相对于参考电位的耦合。亦可使用其他配置。该多个不同元件XT1至XT2可简单地包含加权因数，以使用加权因数对一条线路中的信号进行加权并将其加至相应另一线路的信号或加至参考电位74。

对于各该元件XT1至XT12，可在二个方向上(例如对于XT2，自导线71至导线72，及自导线72至导线71)使用不同的或相同的加权因数。

在某些实施例中，线对(环路)间的串扰(亦被称为对内(intra-pair)串扰)以不同于传统解决方案的方式被考量在内，例如借由经由参考电位74提供耦合。如已在图5中所例示，常常使用二对线路，尤其是二条双绞线。在许多应用中，该二对线路(例如70、71及72、73)额外地在彼此间围绕扭绞以形成一所谓芯线(cord)。传统模拟装置通常仅量测线对间的串扰。然而，各别线路间及甚至各别线路与其他线路间亦存在串扰。在某些实施例中可将此种线内(intra-wire)串扰考量在内，例如，如图7所示。

须注意者，借由提供图7中的二个串扰仿真器(或任何其他数目)，可将变化的串扰参数考量在内。举例而言，在XT1至XT6中所用的耦合系数可不同于在XT7至XT12中所用的耦合系数。在图7的实施例中，耦合元件并不作用于差模电压(参见图5)，而是作用于各别导线之间及自各别导线作用至一共同参考电位(例如，图7中的74)。在其他实施例中可存在除所示者以外的其他耦合，例如导线70与73之间或导线71与72间的耦合。因此，图7的实施例仅用于例示目的而不应被视为限制性的。

图8例示根据一实施例的一方法。图8的方法可用以制作一上述模拟装置，但并非仅限于所例示的模拟装置的确切实施例。

在步骤80中，对每一环路提供多个环路模拟器，例如，如图7所示二个环路模拟器或三个环路模拟器，但并非仅限于此。视需要，在步骤81中，提供环路模拟器间的串扰仿真。该串扰仿真可基于单端电压，且可在所仿真导线或线路与一参考电位之间包含串扰耦合。

在其他实施例中，可使用其他技术。

在某些实施例中，提供一种用于仿真一频率高于30百万赫兹的线路或环路的DSL环路仿真装置，该装置包含：至少二个电路区段，用于仿真一缆线束中的不同线路或环路；及一参考线路，连接至每一电路区段以形成一共模噪声。

此种装置可更包含具有不同电路的电路区段的串接，以仿真不同线路特性。

在某些实施例中，此种装置亦可包含一用于仿真一双绞线的一导线的电路区段。

可提供一种制作如上所述的仿真装置的方法。

本文所述的装置可适用于模拟线路频率例如高于30百万赫兹的通信线路的行为。

上述各实施例仅作为例示性实例，而不应被视为限制性的。

Claims (17)

1.一种用于模拟多条通信线路的通信线路模拟装置，

对于该多条通信线路中的至少一个，该通信线路模拟装置包含至少二个区段模拟器，该至少二个区段模拟器使用不同参数并模拟该多条通信线路中的该至少一个的不同区段。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该多个不同参数包含以下其中之一或多个：一线路电感、一线路电阻、相对于一参考电位(reference potential)的一电容、或相对于一参考电位的一电阻。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，更包含一参考电位，该参考电位用以形成共模噪声(common mode noise)。

4.如权利要求1至3中任一所述的装置，其特征在于，更包含至少一个串扰模拟装置，该至少一个串扰模拟装置用以模拟该多个线路间的串扰。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，该串扰模拟装置包含相对于一参考电位的多个串扰耦合(crosstalk couplings)。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，该串扰模拟装置基于与一参考电位相关的多个单端电压(single-ended voltages)而运作。

7.如权利要求4至6中任一所述的装置，其特征在于，包含多个串扰模拟装置，该多个串扰模拟装置中的至少二个使用不同串扰参数。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该多个串扰模拟装置配置于区段模拟器之间。

9.如权利要求1至8中任一所述的装置，其特征在于，该多个线路包含至少一个环路(loop)，其中该多个区段模拟器包含多个环路模拟装置。

10.如权利要求1至9中任一所述的装置，其特征在于，该多个线路包含导线(wires)。

11.如权利要求1至10中任一所述的装置，其特征在于，该多个线路包含四条导线，该四条导线被配置成一第一对及一第二对，该第一对及该第二对分别形成一环路。

12.如权利要求1至11中任一所述的装置，其特征在于，该装置用以模拟一数字用户线(digital subscriber line；DSL)环路。

13.如权利要求1至12中任一所述的装置，其特征在于，该装置用以针对高于30百万赫兹(MHz)的频率模拟该多条通信线路的行为。

14.一种用于模拟多条通信线路的通信线路模拟装置，包含：

串扰耦合仿真装置，该多个串扰耦合仿真装置包含：多个第一串扰耦合仿真装置，用以仿真该多个线路中各别线路间的串扰；及多个第二串扰耦合仿真装置，用以分别仿真该多个线路其中之一与一参考电位间的一耦合。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，该多个串扰仿真装置基于与该参考电位相关的多个单端电压而运作。

16.一种用于提供一通信线路模拟装置的方法，包含：

提供用于多条通信线路的多个线路模拟器，以及

对于该多条通信线路中的至少一个，提供二个线路区段模拟器，该二线路区段模拟器是串联耦接并使用不同参数。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法适以形成如权利要求1至15中任一项所界定的装置。