CN1545795A - 识别加感线圈的方法和开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在电讯线路中识别加感线圈的方法和开关装置。为了辨别加感线圈，由发送设备(2，4，5)发送周期的发送符号，由接收设备(3，6)接收，取样和进一步处理模拟的接收信号，在规定的频率范围内对规定的频率点数，确定接收信号的频率响应，从接收信号的频率响应的实部和虚部计算有函数值的函数(F(f_i))，由计算单元(11，12，13，14，15)从函数值(F(f_i))确定差分矢量(Δr_i)，从差分矢量(Δr_i)的分量推导出规定加感线是否存在的标准。

Description

识别加感线圈的方法和开关装置

技术领域

本发明涉及在通信线路中识别加感线圈的方法和开关装置。

背景技术

为了增加打电话的距离，初期有这样的情况，有时候在常规距离上电感(称为加感线圈或负载线圈)连接到用户的联接线路。较低衰减的电感影响约在3.5KHz以上的电话带宽，这样在打电话时增加发送的范围或改善发送的质量。

然而，对约3.5KHz的频率范围，衰减很快升高，因此这连接线路不适于DSL连接技术(例如，ISDN，SDSL，ADSL，VDSL)。如果仅保证连接线路没有加感线圈，线路能转换为DSL发送技术。

评估有可能提出的安装文件或由相应的测量，做出线路是否包含加感线圈的决定。在测量的情况中，区别单-端和两-端测量装置。在两-端测量装置的情况中，由频率-相关线路的衰减测量能精确的推导出加感线圈的存在。然而，因为开关的线路端和用户的线路端必须连接到测量装置，此测量装置不是特别好的适合于实际应用。

在单-端测量装置的情况中，测量约4KHz以上电话带宽中的输入阻抗可以识别加感线圈的存在。在线路不与加感线圈连接的情况中，获得输入阻抗的大小对频率单调下降。在3.5KHz输入阻抗等于小于1500Ω。依赖于线路的长度和线路的参数，输入阻抗也可等于仅400Ω。在与加感线圈连接的情况中，在低于4KHz的频率范围中，输入阻抗出现有许多局域最大值的概貌，局域最大值的数目依赖于加感线圈数。绝对最大值在3到4KHz，输入阻抗大于3000Ω。在3到4KHz之间的测量范围中测量输入阻抗，然后有可能查明加感线圈是否存在。输入阻抗必须在线路输入端直接测量。然而，线路常通过收发器和混合装置(两-线—四-线变换)连接到DSL收发器。变压器改变输入阻抗，也即改变变压器线路的的频率相关的概貌，在这种方法中，以这样简单的方式不再能简单的和可靠的识别可能存在的加感线圈。

发明内容

本发明的目的是提供一种识别加感线圈的方法和相应的电路装置。

根据本发明的方法基于不使用输入阻抗而使用回波传递函数识别加感线圈(负载线圈)。

因此，本发明的识别用户连接线引入的加感线圈[SIC]的方法包括以下步骤：由发送设备发送周期的发送符号，由接收设备接收，取样和进一步的处理模拟的接收信号，在规定的频率范围内对规定的频率点数确定接收信号的频率响应，从接收信号的频率响应的实部和虚部计算有函数值的函数，由计算单元从函数值确定差分矢量，从差分矢量的分量推导出确定加感线是否存在的标准。

在方法的优选实例中，由函数发生器从函数值形成第一部分矢量和第二部分矢量，由矩阵相乘设备从第二部分矢量确定中间矢量，在差分级从第一部分矢量和中间矢量形成差分矢量。在此情况中，优选的，第一部分矢量作为分量，包括有偶数索引的函数值，第二部分矢量作为分量，包括有奇数索引的函数值。

优选的，标准存在于在比较器设备中差分矢量的分量的最大值和最小值之间的差值与规定的差值比较，如果差信号大于规定的差值就输出信号，或在比较器设备中差分矢量的分量的绝对值之和与规定值之和比较，如果和大于规定值之和就输出信号，或在比较器设备中差分矢量的分量的平方之和与规定值平方和比较，如果和大于规定值平方和就输出信号，或在比较器设备中实际上不同于零的差分矢量的分量数与规定的零分量值比较，如果和大于零分量规定值就输出信号。

在最后的情况中，为了能确定实际上不同于零的差分矢量的分量数，系数四舍五入并用有限字长表示，选择量化大小(字长)，因此在无加感的情况中，对所有的系数产生零值。

优选的规定的频率范围在1和5KHz之间。识别用户连接线引入的加感线圈[SIC]的方法的设备装备有发送设备发送周期的发送符号，接收设备接收，取样和进一步的处理模拟的接收信号，计算单元在规定的频率范围内对规定的频率点数，确定接收信号的频率响应，从接收信号的频率响应的实部和虚部计算有函数值的函数，从函数值确定差分矢量，从差分矢量的分量推导出确定是否存在加感线的标准。

方法的一个优点在于，事实上测量回波传递函数要求，当发送特殊的测试信号时处理在DSL接收器中取样的唯一的接收信号。因此，方法特别适合于连接到的DSL变换器和相应的混合装置的情况，并适合于集成在DSL收发器中。

附图说明

从下面的实例的描述中，显示本发明的又一特征和优点，附图作为参考，

图1只显示已知的收发器的框图；

图2显示加感线的线路配置框图；

图3显示不同线路配置的F(f)的概貌；

图4显示不同线路配置的ΔF(f)的概貌；

图5显示不同线路配置的频率响应Δr(f)的概貌；

图6显示不同线路配置的频率响应Δr(f)的实部和虚部的概貌；

图7显示根据本发明识别加感线圈的电路装置的第一实例；

图8显示根据本发明识别加感线圈的电路装置的第二实例。

具体实施方式

图1只显示已知的数字收发器1的框图，有数字发射机2，数字接收机3，在发射机端的D/A变换器4，在接收机端的A/D变换器6，线放大器(线性驱动器)5和通过线变压器的线混合器7。

用户连接线9是无加感线(无加感线圈)或加感线(有加感线圈)。

在美国使用简单的术语描述加感线。名称为D66和H88的线是最常用的。在D66线的情况中，加感线圈的电感是66mH，在H88线的情况中，加感线圈的电感是88mH。在两个线圈之间的距离分别是1356m和1829m(4450ft和6000ft)。在此情况中，D66线有约3.4KHz的限制频率，H88线有约4KHz的限制频率。

在图2显示加感线的线路配置。插图显示与电感10的连接线9，在此情况中，线9可以是D66线或H88线，即，在D66线的情况中，两个邻近的电感10之间的长度L是1356m，在H88线的情况中，两个邻近的电感10之间的长度L是1829m。

为了分辨连接发送的线是否包含加感线圈，评估不同频率的传递函数。在此情况中，当发送有特定频率的正弦信号时，传递函数指接收信号与发送信号的比率。

下面解释传递函数的确定。

本发明的目的是在频率f_o确定传递函数，为此目的，波特率f_T为

f_T＝N·f_o

其中，收发器选择的N是偶数(如N＝32)。

然后发送有同样幅度的

正符号和

负符号的周期数据序列，因此，除了在频率f_o的基频，发送的信号也包括奇数谐波。

为了确定在f_o的传递函数，必须从接收信号中滤除基频。为此，一方面，在f_T波特率(符号率)取样的信号乘以基频的余弦信号，另一方面，乘以基频的正弦信号。获得以下的两个信号：

k＝1到N。

从两个信号序列的算术平均获得传递函数的实部和虚部，这一定影响信号周期对整数M的平均。

用以下的公式可以确定频率响应的实部和虚部：

$\mathrm{Re}\left\{H\left(f_o\right)\right\}=\frac{2}{N\·M}\underset{k=1}{\overset{N\·M}{\mathrm{\Σ}}}{y}_1\left(k\right)$

$\mathrm{Im}\left\{H\left(f_o\right)\right\}=\frac{2}{N\·M}\underset{k=1}{\overset{N\·M}{\mathrm{\Σ}}}{y}_2\left(k\right).$

为了测量频率响应，除了选择相当于波特率(符号率)f_T的实部和虚部，必须确定不同频率f的实部和虚部。

为了检测加感线圈，进一步处理频率响应的实部和虚部。

a(f)＝Re{H(f)}

b(f)＝Im{H(f)}

首先，从a和b形成作进一步处理合适的函数。此函数可以是，从实部和虚部形成的F(f)＝a(f)²+b(f)²大小的平方，从实部和虚部形成的 $F\left(f\right)=\sqrt{{a\left(f\right)}^2+{b\left(f\right)}^2}$ 的大小，从实部和虚部形成的和F(f)＝a(f)+b(f)，从实部和虚部形成的差F(f)＝a(f)-b(f)或从实部和虚部形成的积F(f)＝a(f)·b(f)。

在没有加感线圈的线路的情况中，从a和b导出的函数F获得大大平滑的频率相关的概貌，有加感线圈的线路在约2KHz到4KHz的频率范围中，产生稍有一点波动的概貌。

在图3中说明F的概貌。在图3中，频率响应F(f)＝a(f)²+b(f)²大小的平方用作为进一步处理的函数。

在图3中画出由“1”，“2”和“3”指定的不同曲线[sic]。曲线“1”相当于有0.4mm厚的7.3km长的线路。在所示的例子中没有加感线圈。曲线“2”相当于有0.4mm厚的7.3km长的线路。在所示的例子中，在H88装置中有四个加感线圈。曲线“3”相当于有0.4mm厚的1.83km长的线路。在所示的例子中没有加感线圈。

仅选择在约1KHz到5KHz范围中在一些频率点使用的函数的支持点作进一步的处理。从这些支持值计算相应的参考函数F(f)。参考函数表示频率的功率函数，并以最小方差的意义近似原始的测量函数。

$F\left(f\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i{f}^i$

从在频率f测量的函数F(f)的支持值计算系数α_i。

在没有加感线圈的线路情况中，参考函数F(f)很好的相当于推导的函数，在有加感线圈的线路情况中，与功率函数的近似可能有大的偏差。

现在使用原始函数与参考函数之间的差分辩别加感线圈。

图4显示用于图3的例子概貌的各差分函数。曲线“1”，“2”和“3”的参数如在图3中的一样。从1.9Hz到4.5Hz的范围中从八个支持值的各情况计算系数α_i。

下面详细描述计算α_i的方法和参考函数的确定。

考虑M个频率点f_i其中i＝1到m。用这些形成有系数的矩形矩阵。

Q_i，j＝f_i ^j＝1

i＝1到m，j＝1到n+1。然后，例如m＝8，n＝4产生下面的矩形矩阵

$Q=\left[\begin{array}{ccccc}1& f_1& {f_1}^2& {f_1}^3& {f_1}^4\\ 1& f_2& {f_2}^2& {f_2}^3& {f_2}^4\\ 1& {f_3}^1& {f_3}^2& {f_3}^3& {f_3}^4\\ 1& {f_4}^1& {f_4}^2& {f_4}^3& {f_4}^4\\ 1& {f_5}^1& {f_5}^2& {f_5}^3& {f_5}^4\\ 1& {f_6}^1& {f_6}^2& {f_6}^3& {f_6}^4\\ 1& {f_7}^1& {f_7}^2& {f_7}^3& {f_7}^4\\ 1& {f_8}^1& {f_8}^2& {f_8}^3& {f_8}^4\end{array}\right]$

从要评估的函数F(f_i)的m个值形成有分量的矢量。

r_i＝F(f_i)

为了确定进一步评估测量的差分矢量，在矢量r的评估中给出下面的两个选择的解释。

在第一评估方法的情况中，m＝8，矢量r表示如下：

$r=\left[\begin{array}{c}F\left(f_1\right)\\ F\left(f_2\right)\\ F\left(f_3\right)\\ F\left(f_4\right)\\ F\left(f_5\right)\\ F\left(f_6\right)\\ F\left(f_7\right)\\ F\left(f_8\right)\end{array}\right]$

根据下面的公式使用矢量r获得有系数α_i的矢量α。

α＝(Q^T·Q)^-1·Q^T·r

在此情况中，上标T表示转置运算。

R＝(Q^T·Q)^-1·Q^T

可归纳为：

α＝R·r

矩形矩阵R只依赖于频率支持值，矢量r只依赖于要评估的函数F(f_i)的支持值。

同样的只用计算系数矢量的支持值评估差分函数。

下面用系数矢量α_i获得参考矢量

r_ref＝Q·α

下面产生差分矢量

Δr＝r-r_ref＝r-Q·α＝r-Q·R·r＝[E-Q·R]·r

其中矩阵E是(m×m)单位矩阵。

如果下面的写成矩阵

P＝[E-Q·R]

差分矢量可表示为

Δr＝P·r

在此情况中，P是只依赖于频率支持点的平方、对称的(m×m)矩阵。矢量r直接包括要评估的函数值，并从测量的传递函数的实部和虚部相应的结合获得。因此列矢量乘行矢量得到差分矢量的各个值。

下面确定可选的方法，原始矢量r分成两个部分矢量r1和r2，在此情况中，以例子的方式，矢量r1包括有奇数频率数的r的分量，矢量r2包括有偶数频率数的r的分量。

根据以下公式可以用矢量r2计算矢量α未知的系数

α＝(Q₂ ^T·Q₂)^-1·Q₂ ^T·r2＝R2·r2

其中在各种情况中的矩阵Q₂和R2从同样的频率支持值如r2(例如偶数频率支持值)中产生。

只对相应于矢量r1的频率支持值计算参考矢量。下面获得参考矢量。

r1_ref＝Q₁·α＝Q₁·R2·r2

在此情况中，矩阵Q₁从作为确定矢量r1的基础的频率支持值产生。

然后差分矢量是

Δr1＝r1-r1_ref＝r1-Q₁·R2·r2

P12＝Q₁·R2

从那里获得以下公式

Δr1＝r1-P12·r2

然后从矢量r1和方形矩阵P12与矢量r2的乘积产生的矢量之间的差得到差分矢量Δr1。在此情况中，在上面的例子中，从奇数频率支持值确定r1，从偶数频率支持值确定r2。

因为用较低的系数数目实现矩阵乘，在第二实例的情况中确定差分矢量的实现费用低于第一实例的情况。

在图5中显示差分矢量。曲线“1”，“2”和“3”的参数分别与在图3和图4中的是一样的。

如果频率值相当于图4的差分函数，由支持值作为应用。为计算，认为从频率响应值确定的传递函数的支持值是计算机精度的基础。因为由测量确定频率响应值，必须指望a(f)和b(f)必然的有限的精度。在图6中说明用10比特的实部a(f)和虚部b(f)的有限精度确定差分矢量。曲线“1”，“2”和“3”的参数分别与在图3，图4和图5中的是一样的。虽然无加感线路的差分矢量的值增加，实质上差分矢量的值仍小于加感线路。适当的评估差分矢量可推断加感线圈的存在。

下面给出评估差分函数可能性的解释，为了独立于D66或H88线的配置，得到在试验的线路中决定是否存在加感线圈的标准。

如从图5和图6获得的，无加感线路产生差分矢量的分量小于加感线路情况的差分矢量。因此差分矢量可用于辨别加感线圈。首先必须推导标准，以合适的方式，标准与选择的阈值作比较实现实际的辨别是可能的。

可能的标准是1)差分矢量的分量的最大值和最小值之间的差值，即，criterion＝Δr_max-Δr_min，2)差分矢量的分量的绝对值之和，即， $\mathrm{criterion}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\left|\mathrm{\Δ}{r}_i\right|,3)$ 差分矢量的分量的平方和，即， $\mathrm{criterion}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{r_i}^2,4)$

不同于零的分量数可进一步定义为标准。为此，首先系数四舍五入并用有限字长表示。选择量化大小(字长)因此在无加感线路的情况中，所有的系数产生零值。在上面的例子中，例如，选择的字长可以是9字节，因此量化级是10^-8。

在确定差分矢量后，提到的作为例子的标准1)到4)不须直接校验；例如，适宜简化校验标准1)到4)中的一个，可以预先修正差分矢量。一个可能的修正存在于，例如在两个相邻的矢量分量之间形成差值：

dΔr_i＝Δr_i-Δr_i-1

或在两个相邻的矢量分量之间的差形成差值：

ddΔr_i＝dΔr_i-dΔr_i-1

用在图7中说明的电路装置实现识别加感线圈的方法。这采取计算差分矢量的第一方法。与在图1中同样的元件有同样的参考符号。图7的结构不同于图1中的，频率响应测量设备11周期的向发送机2输出发送符，由发送机2在用户连接线9上发送。同时，频率响应测量设备11向发送机2输出符号时钟，接收机3和A/D变换器6连接后面的上行比特流。

为了在1到5KHz范围内对规定的频率点数产生分量a(f)和b(f)(更精确的，支持值a(f_i)和b(f_i))，接收的模拟回波信号在AD变换器6和接收机3之间流出，并在频率响应测量设备11中取样。分量a(f)和b(f)分别是在函数发生器12中计算的函数F(f_i)的实部和虚部。

函数发生器12向矩阵乘设备13输出输出值r_i，矩阵乘设备用矩阵乘从输出值确定差分矢量。为此，如上面描述的，输出值r_i乘以矩阵P＝[E-Q·R]，因此产生比较设备14的输入变量的值Δr_i。

在比较设备14中，从差分矢量的系数推导的合适的标准用作是否存在加感线的可靠表述。

在图8中显示根据本发明的识别加感线圈方法的电路装置的第二实例。在此实例中，根据可选的第二方法计算差分矢量。与在图1和图7中同样的元件有同样的参考符号。图8的结构不同于图7中的，由函数发生器12形成输出值r1_i和r2_i。在此情况中，用实例的方式，有偶数索引的分量形成第一部分矢量r1，有奇数索引的分量形成第二部分矢量r2。有分量r1_i的部分矢量直接输出到差分级15，而有分量r2_i的部分矢量形成矩阵乘设备13的输入变量，矩阵乘设备用矩阵乘从值r2_i确定中间矢量P12·r2。在差分级15中从部分矢量r1减去中间矢量，因此产生有分量Δr_i的差分矢量，分量Δr_i作为比较器14的输入变量。

然后相似于在图7中的设备方法进入最后。

测量方法以简单的方式集成在DSL收发器中。总之子系统如测量频率响应要求的发送机和A/D变换器是存在的，因此不导致附加的费用。同样的用通常存在的处理器实现评估需要的信号处理，为此只是需要扩大收发器的固件。

参考符号目录

1收发器

2发送机

3接收机

4D/A变换器

5线放大器

6A/D变换器

7线连接，混合级

8线变压器

9用户连接线

10连接线电感

11频率响应测量

12函数发生器

13矩阵乘设备

14比较设备

15差分级

Claims (16)

1.一种识别用户连接线引入的加感线圈的方法，包括以下步骤：

由发送设备(2，4，5)发送周期的发送符号；

由接收设备(3，6)接收、取样和进一步处理模拟的接收信号；

在规定的频率范围内对规定的频率点数确定接收信号的频率响应；

从接收信号的频率响应的实部和虚部计算具有函数值的函数(F((f_i))；

由计算单元(11，12，13，14，15)从函数值(F(f_i))确定差分矢量(Δr_i)；

从差分矢量(Δr_i)的分量推导出确定加感线是否存在的标准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于由函数发生器(12)从函数值(F(f_i))形成第一部分矢量(r1)和第二部分矢量(r2)，

由矩阵乘设备从第二部分矢量(r2)计算中间矢量(P12·r2)，

在差分级(15)从第一部分矢量(r1)和中间矢量(P12·r2)形成差分矢量(Δr_i)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于第一部分矢量(r1)作为分量包括有偶数索引的函数值(F(f_i))，

第二部分矢量(r2)作为分量包括有奇数索引的函数值(F(f_i))。

4.根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于标准存在于差分矢量的分量的最大值和最小值之间的差值，(criterion＝Δr_max-Δr_min)，在比较器(14)中与规定的差分值比较，如果差值大于规定的差分值就输出信号。

5.根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于标准存在于差分矢量的分量的绝对值之和， $(\mathrm{criterion}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}|\mathrm{\Δ}{r}_i\left|\right),$ 在比较器(14)中与规定的和值比较，如果和大于规定的和值就输出信号。

6.根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于差分矢量的分量的平方和， $(\mathrm{critirion}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{r_i}^2),$ 在比较器(14)中与规定的平方和值比较，如果和大于规定的平方和值就输出信号。

7.根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于实质上不同于零的差分矢量(Δr_i)的分量数在比较器(14)中与规定的零分量值比较，如果和大于规定的零分量值就输出信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于为了确定实质上不同于零的差分矢量(Δr_i)的分量数，系数四舍五入并用有限字长表示，选择量化大小(字长)因此在无加感线路的情况中，对所有的系数产生零值。

9.根据前述的权利要求之一所述的方法，其特征在于规定的频率范围在1和5KHz之间。

10.一种识别用户连接线引入的加感线圈的设备，包括：

发送设备(2，4，5)，用于发送周期的发送符号；

接收设备(3，6)，用于接收、取样和进一步处理模拟的接收信号；

计算单元(11，12，13，14，15)，在规定的频率范围内对规定的频率点数确定接收信号的频率响应；

从接收信号的频率响应的实部和虚部计算有函数值的函数(F(f_i))；

从函数值(F(f_i))确定差分矢量(Δr_i)；

从差分矢量(Δr_i)的分量推导出规定加感线是否存在的标准。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于计算单元(11，12，13，14，15)包括函数发生器(12)从函数值(F(f_i))形成第一部分矢量(r1)和第二部分矢量(r2)；

由矩阵乘设备(13)从第二部分矢量(r2)确定中间矢量(P12·r2)；

差分级(15)从第一部分矢量(r1)和中间矢量(P12·r2)形成差分矢量(Δr_i)。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于计算单元(11，12，13，14，15)包括比较器(14)，差分矢量的分量的最大值和最小值之间的差值，(criterion＝Δr_max-Δr_min)，与规定的差分值比较，如果差值大于规定的差分值就输出信号。

13.根据权利要求10到12任一个所述的设备，其特征在于计算单元(11，12，13，14，15)包括比较器(14)，差分矢量的分量的绝对值之和， $(\mathrm{criterion}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}|\mathrm{\Δ}{r}_i\left|\right),$ 与规定的绝对值之和比较，如果和大于规定的和值就输出信号。

14.根据权利要求10到12任一个所述的设备，其特征在于计算单元(11，12，13，14，15)包括比较器(14)，差分矢量的分量的平方和， $(\mathrm{criterion}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{r_i}^2),$ 与规定的平方和值比较，如果和大于规定的平方和值就输出信号。

15.根据权利要求10到12任一个所述的设备，其特征在于计算单元(11，12，13，14，15)包括比较器(14)，实质上不同于零的差分矢量的分量数与规定的零分量值比较，如果和大于规定的零分量值就输出信号。

16.根据权利要求10到15任一个所述的设备，其特征在于规定的频率范围在约1和5KHz之间。

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