CN1260928A - 用于测试通信系统的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

使测试信号与通信系统的帧间隔对准。生成具有频率交替图形的对准测试信号(220,222,224),并通过在帧序列(A,B,C)中传送对准测试信号的通信链路(108)传输该对准测试信号。通过通信链路(108)接收对准测试信号,将其作为返回对准测试信号,然后就频率内容进行评价。调节对准测试信号的起始时间,直至返回对准测试信号的频率内容与频率交替图形对应。

Description

用于测试通信系统的方法和设备
                          发明背景I.发明领域
本发明涉及一种用于测试通信系统的方法和设备。尤其，本发明涉及用帧对准(frame-aligned)测试信号对通信系统进行特性测试。II.背景技术
数据通信链路通常用来将数字信号从源地点传送到物理上不同的目的地。一种类型的数字通信链路称为基于帧的通信链路或者分组通信系统。这种基于帧的通信链路一般传送数据包内的数字数据，这里数据包也称为帧。一般情况下，在分立的时间间隔内，通过通信链路传送每个数据包。用于传送一个数据包的时间间隔称为帧间隔。
在现有技术中，美国专利申请第08/496,817号揭示了一种测试系统，该测试系统可以对包括这种基于帧的通信链路的通信系统进行特性测试，所述专利申请于1995年6月29日提交，发明名称为“用于客观表征通信链路质量的方法和设备”。这种测试系统将一测试信号注入被表征的通信系统中。测试信号通过包括基于帧的通信链路的通信系统传输。然后，测试系统接收测试信号并评价接收到的测试信号，从而提供通信系统之各种参数的表征。
由这类测试系统产生的测试信号通常包括一系列的猝发音，小心选择这些猝发音，用以训练通信系统的不同参数。如果将测试信号的猝发音对准在通信链路帧间隔的边界，通常可以提高由这类测试系统完成的特性测试。帧对准通常可以防止特定的猝发音部分在不同的帧间隔中传送。测试信号分离会引起接收到的测试信号异常。
在现有技术中，将测试信号对准在帧边界的一种方法是试错法，该方法注入各种类型的测试信号，并检查接收到的测试信号。这种方法需要确定是否是由帧对准错误或由被评价通信系统的特征造成接收到的测试信号异常。这种方法会增加评价通信系统所需的时间，并且一般还会增加用于表征和保持通信系统的总成本。
                            发明内容
依照本发明的一个方面，提供了一种用于使测试信号与通信系统的一系列帧间隔对准的方法，该方法包括以下步骤：生成具有频率交替图形的对准测试信号；通过通信系统发射对准测试信号，其中通信系统中的通信链路在帧间隔系列中传送对准测试信号；通过通信系统接收同频测试信号，将其作为返回的对准测试信号，然后对返回对准测试信号的频率内容进行评价；移动对准测试信号的起始时间，直至返回对准测试信号的频率内容与频率的交替图形对应。
依照本发明的另一个方面，提供一种用于通信系统的测试系统，该测试系统包括：用于生成具有频率交替图形的对准测试信号的装置；将对准测试信号注入通信系统的装置，其中通信系统中的通信链路在帧间隔系列中传送对准测试信号；用于在通过通信系统传输后接收对准测试信号且将其作为返回对准测试信号的装置；用于评价接收到的对准测试信号之频率内容的装置；用于移动对准测试信号的起始时间，直至返回对准测试信号的频率内容对应于频率的交替图形的装置。
本发明还提供了一种用于测试通信系统的方法，该方法包括在通信系统中发射一测试信号，该测试信号在不同的预定接收间隔具有一组不同的信号图形；并且对于所述预定间隔，分析测试信号的各图形，以便确定通信系统的特征。
本发明还提供了一种用于测试通信系统的设备，其特征在于，所述设备包括一发射机，用于在通信系统中发射一测试信号，该测试信号在不同的预定接收间隔具有一组不同的信号图形；和一分析器，用于就所述预定间隔，分析测试信号的各图形，以便确定通信系统的特征。
揭示了使测试信号与基于帧的通信系统对准的方法和设备。生成具有频率交替图形的对准测试信号，并通过通信系统中的通信链路(108)传输该对准测试信号，其中通信链路在一系列帧间隔中传送对准测试信号。在通过通信链路传输后，接收对准测试信号，将其作为被接收的对准测试信号，然后就频率内容对其进行评价。调节对准测试信号的起始时间，直至被接收的对准测试信号的频率内容与频率交替图形对应。一旦起始时间调节结束，对准测试信号的起始时间指示了帧间隔边界。
对准的测试信号增加了一种用于定量地对数字通信系统内的通信信道的质量进行评价的系统。在一实施例中，本发明可以结合到数字蜂窝通信系统中，该系统通过至少一个蜂窝站，借助扩谱通信信道，在多个移动用户之间交换信息。
可以通过公共交换电话网(PSTN)和无线信道，由陆上通信线路连接发射测试信号。对准的测试信号增强了对通信链路的非侵入式测试。也就是说，所进行的测试对所有通信系统元件来说只是另一个呼叫。
阅读以下对本发明较佳实施例的详细描述，将清楚本发明的其它特征和优点。
                             附图概述
以下通过本发明的特殊实施例描述本发明，并且相应地参照附图，其中附图有：
图1示出了一种包括通信链路测试器的通信系统，其中测试器在通信系统上进行特性测试；
图2示出了一种特性测试模式，称为返回测试模式；
图3示出了另一种特性测试模式，称为单向测试模式；
图4示出了用于对通信系统进行特性测试的双边测试装置；
图5示出了一种用于使通信链路测试器产生的测试信号与在基站和用户终端之间进行的基于帧的通信对准的方法；
图6a-6b例示了接收到的对准信号的频率内容，其中对准测试信号不对准于在基站和用户终端之间的通信信道中使用的基于帧的通信。
图7a-7b例示了接收到的对准信号的频率内容，其中对准测试信号对准于在基站和用户终端之间的通信信道中使用的基于帧的通信；
图8示出了通信链路测试器，它包括一信号发生器和一信号监控器；
图9示出了PSTN，它包括一组混合电路和编码解码器；
图10示出了包括收发信机、声码器、回波消除电路和压扩器；
图11示出了用户终端，它包括手持受话器、编码解码器、声码器、一组环回电路和收发信机；
图12a-12c示出了通信系统中测试系统之往返路程时延的特性；
图13示出了信号监控器中用于分析通信系统中延时的设备；
图14a-14c示出了对通信系统进行的频率响应测试；
图15a示出了用于对基站和用户终端之间的通信链路进行帧差错率测试的帧差错率测试信号；
图15b是一时间轴，示出了帧差错率测试信号的扩展持续时间；
图16a-16d示出了对抽样遗漏和重复(sample slips and repetitions)的测量和表征，其中抽样遗漏和重复是由于PSTN和基站之间不同步；
图17a-17c示出了一种用于确定基站中声码器之数据速率的技术；
图18a-18b示出了在通信系统中的帧异常检测；
图19示出了用混合模拟器对基站中包含的回波消除电路进行测试。
                  较佳实施例的详细描述
图1示出一通信系统100，它包括通信链路测试器30，能够就通信系统100实现表征功能。通信系统100包括基站12和用户终端102。基站12和用户终端102通过一对天线106和107基于帧的空中通信。基站12包括声码器114，而用户终端102包括声码器104，它们可以执行基于帧的协议。
沿正向，声码器114对从通信链路测试器30接收到的信号进行编码，并通过天线107发射经编码的信号。声码器104对通过天线106接收到的信号进行解码。沿反向，声码器104对内部生成的信号进行编码，并通过天线106发射经编码的信号。接着，声码器114对通过天线107接收到的信号进行解码，并将经解码的信号传送给通信链路测试器30。
在一实施例中，通信链路测试器30通过公共交换电话网(PSTN)22与基站12通信。在另一实施例中，通信链路测试器30绕过PSTN 22与基站12直接连接。
可以按返回测试模式和单向测试模式对通信系统300进行特性测试。在返回测试模式中，先在通信链路测试器30(源地点)中产生一测试信号，然后将该测试信号传送给基站102(目的地)，并返回通信链路测试器30，最后就频率内容对通信链路测试器30处的接收测试信号进行评价。在单向测试模式中，先在通信链路测试器30中生成对准测试信号，然后将该对准测试信号传送给基站12，最后对基站12处的接收测试信号进行评价。
图2示出了特性测试的返回测试模式。通信链路测试器30包括功能块300和功能块302，前者用于生成包括一对准测试信号的测试信号，而后者用于评价与该测试信号对应的返回信号。通信链路测试器30沿正向将测试信号发送给基站12。在用声码器114对测试信号进行处理后，基站12沿正向将测试信号发送给用户终端102。用户终端102接收测试信号，然后用户终端中的环回电路115将测试信号返回给声码器104，以便沿反向作为测试信号的返回信号发送给基站12。基站12沿反向将返回信号转发给通信链路测试器30。然后，通信链路测试器30在功能块302处对返回信号进行评价。
图3示出了特性测试的单向测试模式。通信链路测试器30在功能300处生成一测试信号，并沿正向将测试信号发送给基站12。在用声码器114对测试信号进行处理之后，基站12沿正向将测试信号发送给用户终端102。用户终端102接收测试信号，并用声码器104对测试信号进行处理。单向测试模式中的用户终端102包括功能块302，用于对作为返回测试信号的测试信号进行评价。
图4示出了用于对通信系统100进行特性测试的双边测试装置。用一对链路测试器140和142进行双边测试。每个链路测试器140和142都包括一测试信号发生器以及用于评价返回测试信号的评价系统，其中由发生器生成的测试信号包括一对准测试信号。
在正向双边测试模式中，由链路测试器140生成一测试信号。链路测试器140将测试信号注入PSTN 22，而PSTN 22将测试信号传送给基站12。基站12将测试信号转发给用户终端102，并最终传送到链路测试器142上。链路测试器142将接收到的测试信号作为返回测试信号进行处理，并如本文所揭示的，对其频率内容和其它内容进行评价。
在反向双边测试模式中，链路测试器142生成一测试信号，并将测试信号注入用户终端102中，而用户终端102将测试信号传送给基站12。基站12通过PSTN22转发测试信号，并最终传送到链路测试器140上。链路测试器140将接收到的测试信号作为返回测试信号进行处理，并如本文所揭示的，对其频率内容和其它内容进行评价。
在一实施例中，链路测试器142将测试信号注入用户终端102中，并利用从链路测试器142之扬声器到用户终端102之拾音器的声耦合，接收来自用户终端102的返回测试信号。在另一实施例中，对用户终端102作物理上的修改，以便从链路测试器142到用户终端102中的输入信号通路，提供一条电信号通路。
一实施例中的链路测试器140和142分别包括调制解调器电路340和调制解调器电路342。每个调制调解器电路340-342都是频移键控(FSK)调制解调器电路，能够生成猝发音，然后依照本文技术的技术对猝发音进行帧对准。
FSK猝发音在测试器140和142之间提供相当低比特率的数据调制解调连接，该连接用来交换控制和状态信号。链路测试器140将FSK猝发音注入PSTN，链路测试器142中的调制解调器电路342接收该猝发音，并对其解调。同样，链路测试器142将FSK猝发音注入用户终端102中，链路测试器140中的调制解调器电路340接收该猝发音，并对其解调。
图5示出了将通信链路测试器30和链路测试器140、142生成的测试信号与在基站12和用户终端102之间的基于帧的通信对准的方法。在步骤200，通信链路测试器30将对准测试信号发送给用户终端102。对准信号在第一频带(F1)和第二频带(F2)之间交替，其中每个F1和F2间隔的持续时间等于在基站12和用户终端102之间进行通信的帧间隔持续时间。然后，在步骤202，就频率内容对返回的对准测试信号进行评价。返回的对准测试信号可以是在通信链路测试器30接收到的返回对准信号(图2)，可以是在用户终端102接收到的对准测试信号(图3)，或者是由链路测试器140-142中某一个接收到的测试信号(图4)。
如果在方框202，返回对准测试信号的频率内容显示频带F1和F2具有交替图形，那么在方框206处，对对准测试信号进行帧对准。当在方框206处帧对准，那么对准测试信号之频带F1和F2之间的过渡就对应于在基站12和用户终端102之间进行通信所用的帧间隔边界。如果在方框202，返回对准测试信号的频率内容表示频带F1和F2中的能量重叠，那么在方框204处，调节对准测试信号。
在方框204，通信链路测试器30随后将对准测试信号在时间上前移，并继续或再发射对准测试信号。然后，在方框202，再次就指示帧对准的频率内容对返回的对准测试信号进行评价。
图6a和6b例示了返回对准测试信号的频率内容，其中对准测试信号未对准于在基站12和用户终端102之间的通信信道中使用的基于帧的通信。
图6a是一示意图，示出了对准测试信号与声码器114和104之帧边界之间的关系。对准测试信号是从时刻t1开始的、由频带F1和F2构成的交替图形。频带F1的范围在频率fa和fb之间。频带F2的范围在频率fc和fd之间。如图所示，在示意图的频率标度上，或在示意图的时间标度上，频带F1和F2不重叠。在该例中，未帧对准的对准测试信号包含在时刻t1和t3之间的频带F1中的能量，接着是在时刻t3和t5之间的频带F2中的能量，接着是在时刻t5和t7之间的频带F1中的能量，并按交替图形继续下去。相反，声码器帧边界出现在t2、t4、t6、t8等时刻(隐含显示)。
图6b示出的返回对准测试信号具有从时刻t6开始的频带F1中的能量，以及从时刻t8开始的频带F2中的重叠能量。在返回测试模式下，时刻t1和t6之间的时间间隔对应于通信链路测试器30与用户终端102之间的往返路程传输时延。在单向测试模式或双边测试模式下，时刻t1和t6之间的时间间隔对应于从通信链路测试器30到用户终端102的单向传输时延。
图7a和7b例示了对准测试信号和返回对准测试信号的频率内容，其中对准测试信号基本上对准于在基站12和用户终端102之间的通信信道中使用的基于帧的通信。
图7a示出了从时刻t2开始的对准测试信号具有由频带F1和F2构成的交替图形，该图形与t2、t4、t6、t8等时刻处的声码器帧边界对准。在该例中，帧对准的对准测试信号包含在时刻t2和t4之间的频带F1中的能量，接着是在时刻t4和t6之间的频带F2中的能量，接着是在时刻t6和t8之间的频带F1中的能量，并按交替的且帧对准的图形继续下去。
图7b示出了当对准测试信号与帧边界对准时的返回对准测试信号。返回对准测试信号包含从时刻t7开始的、由频带F1和F2构成的交替图形中的能量。返回对准测试信号包含在时刻t7和t9之间的频带F1中的能量，接着是在时刻t9和t11之间的频带F2中的能量，接着是在时刻t11和t13之间的频带F1中的能量，等等。根据通信系统300中进行的测试模式，时刻t2和t7之间的时间间隔对应于往返路程传输时延或单向传输时延。
图8示出了通信链路测试器30。通信链路测试器30包括信号发生器28和信号监控器26。信号发生器28生成包括对准测试信号的数字信号，，用于对通信系统100进行特性测试。信号监控器26对通过通信链路120返回的、包括所接收的对准信号的信号进行评价。链路测试器140-142都包括类似的信号发生器和信号监控器。
在一实施例中，通信链路120是通向PSTN 22的TI线路，并且信号发生器28生成可直接提供给TI线路的数字信号。该实施例中的信号监控器26用TI线路接收数字形式的返回信号。
在另一实施例中，用数字-模拟转换器(未示出)将来自信号发生器28的数字信号转换成模拟信号，并通过模拟线路将模拟信号发送给PSTN 22。在该实施例中，用模拟-数字转换器(未示出)将模拟的返回信号转换成数字信号，然后提供给信号监控器26。
在一实施例中，以一微处理器或微控制器实现信号监控器26和信号发生器28，其中所有测量和生成的信号都是数字化的。在另一实施例中，用模拟信号发生器生成信号，并用模拟信号测量设备对信号进行监控。
图9示出了PSTN 22，它包括一组混合电路24和一编码解码器20。通过通信链路120将包括对准测试信号的测试信号提供给混合电路24，其中对准测试信息来自信号发生器28。混合电路24将二线信号转变成四线信号。一般电话系统中的混合电路24位于电话系统的中心局中。
将来自混合电路24的信号提供给编码解码器20。编码解码器20将来自混合电路24的模拟信号转换成线性数字信号。然后，将线性数字信号转换成μ-律(μ-law)信号。然后，PSTN 22通过通信链路108将来自编码解码器20的经脉码调制的信号提供给基站12。
图10示出了基站12，它包括收发信机109、声码器114、回波消除电路116和压扩器118。压扩器118将来自通信链路108的压扩信号转换成线性表示，然后将其提供给回波消除电路116。回波消除电路116通过消除发射信号中的回波，提高发射信号可识别的声音质量。在一实施例中，回波消除电路116是如美国专利第5,307,405号所述的网络回波消除器。将来自回波消除电路116的信号提供给声码器114。
声码器114对信号编码，并将信号分组成一系列的帧。在一实施例中，声码器114是一速率可变的码激励线性预测(CELP)编码器，美国专利第5,414,796号详细描述了一例这样的编码器，该专利已转让给本发明的受让人，其内容通过引用包括在此。然后，将经编码的信号提供给收发信机109。
收发信机109为纠错和检错目的对信号编码，对信号调制和上变频，然后将信号提供给天线，进行广播。在一实施例中，收发信机109是一码分多址(CDMA)收发信机，美国专利第4,901,301号和第5,103,459号描述了一例收发信机，这些专利已转让给本发明的受让人，其内容通过引用包括在此。
图11示出了用户终端102，它包括手持受话机101、编码解码器103、声码器104、一组环回电路115和一收发信机105。在天线106处接收来自基站12的广播信号，并将信号提供给收发信机105。收发信机105对信号下变频和解调，并且对信号进行纠错和检错操作。在一实施例中，收发信机105是一码分多址(CDMA)收发信机，美国专利第4,901,301号和第5,103,459号描述了一例收发信机，这些专利已转让给本发明的受让人，其内容通过引用包括在此。
沿单向和双边测试模式的正向，通过环回电路115将来自收发信机105的信号传送给声码器104，声码器104对信号解码，然后将其提供给编码解码器103。编码解码器103将信号转换成模拟信号，提供给手持受话机101。
沿单向和双边测试模式的反向，手持受话机101将声信号转换成电信号，再将其提供给编码解码器103。编码解码器103将模拟电信号转换成数据信号，再由声码器104对其编码。然后，声码器104通过环回电路115将经编码的信号提供给收发信机105，再传送给天线106。
在返回测试模式中，将包括对准测试信号的测试信号提供给环回电路115，其中对准测试信号由收发信机105接收，并且环回电路115将信号直接返回给收发信机105，作为诸如返回对准信号的返回信号通过天线106广播出去。在一实施例中，用户终端102的用户用一开关(未示出)激励返回测试模式。在另一实施例中，通过从通信链路测试器30发送预定数据序列，远距离地激励返回测试模式。在一实施例中，环回电路115包括一微处理器或微控制器。
沿反向，将基站12之天线107处接收到的广播返回信号提供给收发信机109。收发信机109对返回信号下变频、解调并且进行纠错和检错。然后，将信号提供给声码器114，声码器114对返回信号解码，并将经解码的返回信号提供给回波消除电路116。然后，将已消除回波的返回信号提供给压扩器18，压扩器18将-law返回信号转换成脉码调制(PCM)返回信号，并且将其发送给PSTN22。在编码解码器20中，将μ-律返回信号转换成模拟返回信号，并将该信号提供给混合电路24。然后，通过混合电路24，将该返回的模拟信号提供给通信链路测试器30的信号监控器26。在信号监控器26中，分析返回信号，以便表征通信系统100的客观质量，并使通信链路测试器30生成的测试信号与声码器104和114的帧边界对准。
在单向测试模式中，用户终端102处的接收测试信号通过环回电路115传送，并最终到达信号监控器27。信号监控器27分析接收到的测试信号，以便表征通信系统100的客观质量，并且使通信链路测试器30生成的测试信号与声码器104和114的帧边界对准。
图12a-12c示出了通信系统100中往返路程的时延的特性。图12a示出了一输入信号，该信号为矩形脉冲形式，经过带通滤波，为时延测量提供一时延测试信号。在一实施例中，矩形脉冲输入信号为16毫秒长，带通滤波器用1000 Hz的低频截止频率和3000 Hz的高频截止频率对该输入信号滤波。图12b示出了信号发生器28生成的时延测试信号。在返回测试模式中，信号发生器28数字化地生成所示的时延测试信号，并将其经发送给用户终端102。图12c示出了通信链路测试器300响应于于时延测试信号从用户终端102接收到的返回时延测试信号。
在一实施例，用一微处理器生成时延测试信号，如本领域所公知的，对微处理器编码，产生这样的信号。信号发生器28将合适的数据抽样提供给PSTN 22。由于PSTN 22包含可以对信号进行带通滤波的电路，所以输入方波被带通滤波。如果输入信号在提供给PSTN 22之前没有预先滤波，那么在信号监控器26中时延测试信号和相应的返回信号可以精确相关。
在一实施例中，延迟时间(td)是用时延测试信号中第二峰(图12b中的点A)的发射时刻与返回时延测试信号中第二峰的接收时刻(图12c中的点B)之间的时间度量的，其中前一时刻是对图12矩形脉冲的下降沿滤波而产生的。延迟时间(td)可以用下式定义：
td＝tB-tA                               (1)其中tB是返回时延测试信号第二峰的到达时刻，而tA是时延测试信号第二峰的发射时刻。根据第二峰进行测量的原因是，声码器114中的自动增益控制(AGC)(未示出)需要一段时间来适应脉冲上升沿中信号强度的变化，因此第二峰较强，更容易区别和相关。
图13示出了信号监控器26中用于分析通信系统100之时延的设备。将信号发生器28生成的时延测试信号提供给快速傅里叶变换(FFT)元件52，该元件对时延测试信号进行傅里叶变换的计算。将返回时延测试信号提供给FFT元件50。将对时延测试信号的傅里叶变换和对返回时延测试信号的傅里叶变换提供给乘法器54。将两个信号相乘，并将乘积提供给快速傅里叶逆变换(IFFT)元件56。IFFT元件56对来自乘法器54的信号进行傅里叶逆变换，并将该信号提供给峰值检测器58。峰值检测器58分析IFFT元件56提供的信号，并识别信号中的峰值。
由峰值检测器58识别出的峰值确定了时延测试信号的往返路程时延，它是时延测试信号和返回时延测试信号的卷积。在一实施例中，FFT元件50和52对各信号进行4096个点的快速傅里叶变换。选择用来进行FFT操作的点数必须足以覆盖所有可能的时延。例如，在一般往返路程时延大约为200毫秒的通信系统中，以8 KHz采样速率覆盖512毫秒的4096个点就足够多了。在另一实施例中，可以直接对时延测试信号和返回时延测试信号进行卷积，或者用匹配滤波器计算两信号的相关系数。
根据所需的测量精度，可以反复测试几次。在一实施例中，在发射数据帧内，在不同的位置上提供矩形脉冲。有两个理由希望进行反复测量。第一个理由是，通信系统100中的噪声会对输出信号产生瞬刻尖锐干扰，造成测量误差。反复测量的第二个理由是因为可能发生帧擦除。在一实施例中，通过系统发射每20毫秒帧具有160个样本。在该实施例中，时延测试反复16次，每10个符号一次。
图14a-14c示出了对通信系统进行的频率响应测试。图14a示出了信号发生器28生成的频率响应测试信号，用于频率响应测量。在返回测试模式中，将频率响应测试信号发送给用户终端器102，并且由通信链路测试器30返回并分析该信号。在单向测试模式中，将频率响应测试信号发送给用户终端102，然后在用户终端102对其分析。在双边测试模式中，用链路测试器140-142中的一个发射频率响应测试信号，然后，由另一个链路测试器140-142接收和分析该信号。
在一实施例中，频率响应测试信号是由微处理器生成的正弦波，或具有固定持续时间的音调，其中微处理器经编程生成音调，用于频率响应测试。可以对微处理器编程以生成音调，或者简单地从微处理器内的存储器中检索频率响应测试信号的抽样。
下式给出了音调的最大持续时间(tmax)：
tmax＝td-tNE                      (2)其中td是先前描述的往返路程时延，而tNE是近端时延，它是混合电路24将来自信号发生器28的信号反射回信号监控器26的往返路程时间。在一实施例中，频率响应测试信号是持续时间为100毫秒的正弦波。
图14b示出了在返回测试模式中返回通信链路测试器30的，或者由单向测试模式中的用户终端102或双边测试模式中的链路测试器140或142接收到的返回频率响应测试信号。如图所示，声码器114将畸变引入接收到频率响应测试信号中。
图14c示出了声码器114的频率响应，该响应与通信链路的任何其它效应无关。在一实施例中，在评价频率响应时，从接收到的频率响应信号中除去由声码器114引入的畸变。在频率响应测试信号频率下，表征链路的频率响应结果，它是两个能量的比，一个能量是除去了声码器114的频率响应后、所接收到的频率响应测试信号的能量，另一个能量是信号发生器28提供的频率响应测试信号的能量。
在一实施例中，在100 Hz到3900 Hz的范围内，按100 Hz增量进行频率响应测试。由于可能出现帧擦除，所以对每个测试频率重复频率响应测试。
通信链路测试器30对通信系统100进行的另一测试是噪声能量测试。在噪声能量测试中，信号发生器28不发送任何信号，并且信号监控器26测量返回信号的能量。在一实施例中，信号监控器26简单地检查返回信号帧中数字数据的值。在另一实施例中，返回信号是模拟信号，并且通信链路测试器30包括模拟-数字转换器。在又一实施例中，信号监控器26是模拟声能测量装置，其设计和实现是本领域公知的。
通过产生具有预定频率图形的帧差错率测试信号，通信链路测试器30在基站12和用户终端102之间的通信链路上进行帧差错率测试。当在测试期间发生帧擦除时，声码器114重新发射先前最后一个好的帧。在返回测试模式下，在通信链路测试器30处接收返回的帧差错率测试信号，或者在单向测试模式下，由用户终端102接收返回的帧差错率测试信号。分析返回帧差错率测试信号的预定图形，确定该图形是否与信号发生器28生成的图形相同。图形中不匹配的数目等于返回测试模式下正向和反向组合链路上帧擦除的数目，或者是单向测试模式下正向链路上帧擦除的数目，或者是双边测试模式下正向或反向链路上的帧擦除的数目。
图15a示出了具有一系列音调220-224(F1-F3)的帧差错率测试信号，每个音调的中心位于基站12和用户终端102之间的通信链路的一系列帧间隔A-C中的一个帧间隔中。根据上述技术确定帧间隔A-C的一系列帧边界240-246。在一实施例中，每个帧间隔A-C的持续时间为20毫秒，并且每个音调F1-F3的持续时间为10毫秒。
在一实施例中，在一微处理器中实现信号监控器26和27，其中对微处理器进行编程，以便通过检查返回帧中音调的图形，确定返回帧是否呈现帧擦除。信号监控器26和27保留帧差错率统计的运行记录。用于保留这类统计的数据库方法是本领域公知的。
图15b是一时间轴，示出了帧差错率测试信号的扩展持续时间，其包括一系列系统音调F1-F8，后接一暂停间隔，再接一系列音调F1-F8。音调系列F1-F8的持续时间(tmax)必须不大于往返路程时延td减去近端时延(等式2)，以便防止回波消除电路116的通话重叠效应和混合电路24的近端回波对测试进行干扰。两个音调系列之间的暂停间隔必须大于音调持续时间加上近端时延或往返路程时延中较大的一个。将音调F1-F8直接从信号发生器28提供给信号监控器26或27，合适时，还提供返回信号，供作比较。
在返回测试模式下的另一实施例中，环回电路115在接收到帧擦除时，提供一预定的音调。将该预定的音调发回信号监控器26。来自环回电路的预定音调能使信号监控器26区分正向链路上产生的差错(从基站12向用户终端102发射的信号)和反向链路上产生的差错(从用户终端102向基站12发射的信号)。
图16a-16d示出了对抽样遗漏和重复(sample slips and repetitions)的测量和表征，其中抽样遗漏和重复起因于PSTN和基站之间不同步。图16a示出了信号发生器28生成的测试信号，用以表征抽样遗漏和重复。该测试信号包括一对音调230和232。如前所述，每个音调230-232的持续时间必须不超过往返路程时延td减去近端回波时延，以防止回波消除电路16处的通话重叠效应和来自混合电路24的近端回波。应该注意，还可以在信号监控器26之前配备一个回波消除器，以便不再关心近端回波。在一实施例中，每个音调230和232的持续时间为160毫秒。
信号监控器26包括用于监控返回信号之相位的相位检测电路，其中返回信号是由用于抽样遗漏和重复测试的测试信号引起的。在一实施例中，在一微处理器中实现信号监控器26的相位检测电路，并且该相位检测电路用本领域公知的数字运算分析相位的变化。相位的移动表示抽样遗漏或重复。如图16b中点A和B所表示的，返回信号相位增大表示抽样遗漏。当相位如点C所示下降时，表示抽样重复。
这里揭示的测试可以区分正向链路上发生的遗漏和反向链路上发生的遗漏。正向链路的遗漏或重复具有较平缓的相位变化，而反向链路的遗漏和重复则较陡峭。图16c给出了一例正向链路遗漏的相位变化类型，而图16d示出了反向链路遗漏或重复所导致的相位变化类型。因此，本发明可以区分正向链路上发生的抽样遗漏和重复与反向链路上发生的抽样遗漏和重复。
图17a-17c示出了用于确定声码器104和114所用数据速率的技术。在一实施例中，声码器104和114的输出数据速率为每秒8千比特(8K声码器)或每秒13千比特(13K声码器)。
图17a示出了信号发生器28生成的测试信号，它包括一系列猝发音300和302，它们跟在一段静音后面。每个猝发音300和302基本上携带相同的能量，如幅值E0所示。
图17b示出了在通过基站12发送后，信号监控器26接收到的作为返回信号的猝发音300和302，其中基站12包括一13K声码器。返回信号中的猝发音300和302具有基本相同的能量电平E1。
图17c示出了在通过基站12发送后，信号监控器26接收到的作为返回信号的猝发音300和302，其中基站12包括一8K声码器。返回信号中的猝发音300和302分别具有实质上不同的能量电平E2和E3。
通过分析返回测试信号中猝发音300和302的能量电平差，可以确定使用了8K或13K声码器。如果能量电平E2和E3的差大于一阈值，那么可以断定基站12正在使用8K声码器，因为与13K声码器相比，8K声码器要化更多的时间对跟在一段静音后面的大信号作出响应。
图18a-18b示出了通信系统100中的帧异常检测。图18a示出了信号发生器28生成的帧异常测试信号。该帧异常测试信号包括一系列帧310-317，这些帧所包含的猝发音分别具有频率为F1到F8的能量，接着是一段静音318，然后是下一个系列的帧。
图18b示出了与帧异常测试信号对应的返回测试信号。信号监控器26分析返回测试信号中每个帧310-317的频率内容，以便确定在传输期间是否发生帧异常。例如，返回测试信号的帧310应该包含频带F1(如果不发生帧擦除)或F2(如果发生帧擦除)中的能量。信号监控器26就非F1或F2频率下的能量内容对帧310进行分析，检测各种异常。另外，信号监控器26就任何能量内容对返回测试信号中的静音时段318进行分析。返回测试信号中的静音时段318不应该包含任何频率下的任何能量内容，除非在传输期间发生了异常。
图19示出了用混合模拟器330对基站12中包含的回波消除电路116进行测试。混合模拟器330产生一模拟回波，用以训练回波消除电路116。混合模拟器330包括滤波器334和加法电路332。滤波器34提供一数字信号处理功能，用以产生仿真回波信号。用加法电路332将来自滤波器334的仿真回波与来自信号发生器28的测试信号相加。
当滤波器334的脉冲响应功能稳定时，回波消除电路116收敛到仿真回波的值，并消除该回波。为了测试回波消除电路116所化费的时间，从而收敛到并消除该回波，可以改变滤波器334的脉冲响应。滤波器334中的变化改变了仿真回波的值，使得回波消除电路重新设置并重新收敛到新的仿真回波。
为进行说明，以上详细描述了本发明的一个实施例，但这不是穷尽，或者希望将本发明局限于所揭示的实施例。相应地，本发明的范围由所附的权利要求书来限定。

Claims (28)

1.一种用于使测试信号与通信系统的一系列帧间隔对准的方法，其特征在于，包括以下步骤：
生成具有频率交替图形的对准测试信号；
通过通信系统发射对准测试信号，其中通信系统中的通信链路在帧间隔系列中传送对准测试信号；
通过通信系统接收对准测试信号，将其作为返回对准测试信号，然后对返回对准测试信号的频率内容进行评价；
移动对准测试信号的起始时间，直至返回对准测试信号的频率内容与频率的交替图形对应。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，频率的交替图形包含第一频带和第二频带，第一和第二频带在频率标度上不重叠，在时间标度上不重叠。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，第一频带的持续时间和第二频带的持续时间基本上等于通信链路上一帧间隔的持续时间。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，移动对准测试信号之起始时间的步骤包括以下步骤：如果返回对准测试信号包括在时间标度上重叠的第一和第二频带中的能量，则移动对准测试信号的起始时间。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，如果返回对准测试信号的频率内容对应于频率的交替图形，则在时间标度上第一和第二频带之间的每一过渡序列表示通信链路上帧间隔的边界。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
生成具有一系列猝发音的测试信号，其中每个猝发音的持续时间小于每个帧间隔的持续时间；
根据过渡序列所表示的边界，使测试信号的猝发音与通信链路的帧对准。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过通信系统发射对准测试信号的步骤包括以下步骤：
通过通信系统，沿正向将对准测试信号从源地点发送到目的地；
复制目的地的对准测试信号；
通过通信系统，沿反向把对准测试信号发送给源地点，作为返回对准测试信号。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在源地点，对返回对准测试信号的频率内容进行评价。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过通信系统发送对准测试信号的步骤包括以下步骤：通过通信系统，沿正向将对准测试信号从源地点发送到目的地，以便目的地接收对准测试信号，作为返回对准测试信号。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在目的地，对接收到的对准测试信号的频率内容进行评价。
11.一种用于通信系统的测试系统，其特征在于，包括：
用于生成具有频率交替图形的对准测试信号的装置；
将对准测试信号注入通信系统的装置，其中通信系统中的通信链路在帧间隔系列中传送对准测试信号；
用于在通过通信系统传输后接收对准测试信号且将其作为返回对准测试信号的装置；
用于评价接收到的对准测试信号之频率内容的装置；
用于移动对准测试信号的起始时间，直至返回对准测试信号的频率内容对应与频率的交替图形的装置。
12.如权利要求11所述的测试系统，其特征在于，通信系统包括一公共交换电话网和一基站，所述基站能通过通信链路在公共交换电话网络和用户终端之间进行通信。
13.如权利要求12所述的测试系统，其特征在于，用户终端包括用于从基站接收对准测试信号并且将对准测试信号环回给基站作为返回对准测试信号的装置。
14.如权利要求12所述的测试系统，其特征在于，用于生成的装置，用于注入的装置、用于评价的装置和用于移动的装置都包含在与公共交换电话网耦合的通信链路测试器中。
15.如权利要求12所述的测试系统，其特征在于，用于生成的装置和用于注入的装置包含在与公共交换电话网耦合的第一测试器中，而用于评价的装置和用于移动的装置包含在与用户终端耦合的第二测试器中。
16.如权利要求15所述的测试系统，其特征在于，第一测试器和第二测试器都包括一调制解调器电路，所述调制解调器电路能够用经对准测试信号对准的频移键控(FSK)猝发音在第一和第二测试器之间传递控制和状态信息。
17.如权利要求12所述的测试系统，其特征在于，用于生成的装置和用于注入的装置包含在与用户终端耦合的第一测试器中，并且用于评价的装置和用户移动的装置包含在与公共交换电话网耦合的第二测试器中。
18.如权利要求17所述的测试系统，其特征在于，第一测试器和第二测试器都包括一调制解调器电路，所述调制解调器电路能够用经对准测试信号对准的频移键控(FSK)猝发音在第一和第二测试器之间传递控制和状态信息。
19.如权利要求12所述的测试系统，其特征在于，基站和用户终端都包含一个具有输出数据速率的声码器。
20.如权利要求19所述的测试系统，其特征在于，还包括通过将测试信号注入通信系统中并分析与测试信号对应的返回测试信号的频率内容来确定输出数据速率的装置。
21.如权利要求11所述的测试系统，其特征在于，还包括：
用于生成帧异常测试信号的装置，其中所述帧异常测试信号具有一系列处于不同频带的猝发音；
用于将帧异常测试信号注入通信系统的装置，其中通信系统中的通信链路在帧序列中传送帧异常测试信号；
用于在通过通信系统传输后接收帧异常测试信号且将其作为返回帧异常测试信号的装置；
用于评价返回帧异常测试信号之频率内容的装置，其中包含在返回帧异常测试信号中而非处于不同频带的猝发音系列中的任何能量表示通过通信链路传递一个或多个帧期间的数据的恶化。
22.一种测试通信系统的方法，其特征在于，所述方法包括在通信系统中发射一测试信号，该测试信号在不同的预定接收间隔具有一组不同的信号图形；并且相对于所述预定间隔，分析测试信号的各图形，以便确定通信系统的特征。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述测试信号在不同的帧间隔具有一组不同的频率，并且分析接收到的测试信号的频率。
24.如权利要求22或23所述的方法，其特征在于，从通信系统中的一个地点发射测试信号，并在另一不同地点接收测试信号。
25.如权利要求22或23所述的方法，其特征在于，在单一地点发射和接收测试信号。
26.一种用于测试通信系统的设备，其特征在于，所述设备包括一发射机，用于在通信系统中发射一测试信号，该测试信号在不同的预定接收间隔具有一组不同的信号图形；和一分析器，用于就所述预定间隔，分析测试信号的各图形，以便确定通信系统的特征。
27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，还包括一分立接收机，并且从通信系统中的一个地点发射测试信号，而在另一不同地点接收测试信号。
28.如权利要求26所述的设备，其特征在于，还包括一接收机，并且在单一地点发射和接收测试信号。
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