DE19946763C2 - Verfahren zum Messen der Leitungseigenschaften einer Telekommunikationsleitung für hochbitratige Datenübertragung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Leitungseigenschaften einer Telekommunikationsleitung für hochbitratige Datenübertragung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Insbesondere sollen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die von einer öffentlichen Vermittlungsstelle zu einem Teilnehme­ ranschluß verlaufenden Leitungen vermessen werden. Für die zur Zeit verwendeten Baugruppen bzw. Line Cards, welche die Sprachübertragung zwischen einer öffentlichen Vermittlungs­ stelle und einem Standardtelefonanschluß (POTS, Plain Old Te­ lephone Service) regeln, wurde ein einfaches und preiswertes Verfahren ohne die Verwendung einer separaten Testeinheit entwickelt, mit dem effizient die Leitungen bis einschließ­ lich zum teilnehmerseitigen Telefon vermessen werden können. Dabei werden mittels eines Signalprozessors ein geeignetes Testsignal in die Leitung eingebracht und die dabei auftre­ tenden Spannungen bzw. Ströme erfaßt. Die Meßdaten lassen dann einen Aufschluß auf die Qualität der Telekommunikations­ leitung zu.

In näherer Zukunft werden jedoch immer häufiger Line Cards einer neuen Entwicklungsstufe verwendet werden, welche die Möglichkeiten einer hochbitratigen Datenübertragung bieten. Derartige Line Cards sind beispielsweise für ADSL (Asymmetric Bitrate Digital Subscriber Line) oder UDSL (Universal Digital Subscriber Line) geeignet. ADSL stellt ein Übertragungsver­ fahren dar, das die Möglichkeit bietet, über eine einzige Kupferdoppelader gleichzeitig die Signale eines normalen Standardanschlusses (POTS) oder eines ISDN-Anschlusses (Inte­ grated Services Digital Network) im Basisband sowie im dar­ überliegenden Frequenzbereich zusätzlich ein hochbitratiges Digitalsignal in Abwärtsrichtung zum Teilnehmeranschluß (downstream) und ein mittelbitratiges Digitalsignal in Auf­ wärtsrichtung (upstream) - eventuell zusätzlich auch in Ab­ wärtsrichtung - zu übertragen.

Der prinzipielle Aufbau eines Frequenzbandes für ADSL über POTS ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Darstellung in Fig. 3 zeigt dabei die Verhältnisse bei ADSL bei Frequenzge­ trenntlage. Für den gemeinsamen Transport der Nutzsignale wird dabei das Prinzip des Frequenzmultiplex genutzt, wobei die Signale des Standardtelefonanschlusses (POTS) im Basis­ band von 0 bis ca. 4 kHz übertragen werden und die Digital­ signale in Abwärtsrichtung DS in ein Frequenzband zwischen ungefähr 138 kHz und 1,1 MHz sowie die Digitalsignale in Auf­ wärtsrichtung US in ein Frequenzband zwischen ca. 30 kHz und 138 kHz umgesetzt werden. Dabei werden die verschiedenen Fre­ quenzbereiche nochmals in mehrere Unterkanäle mit einer Band­ breite von 4,3125 kHz unterteilt. Am Ende der gemeinsamen Übertragungsstrecke erfolgt dann die Trennung der analogen Telefonsignale von den Digitalsignalen mittels Filterschal­ tungen (sog. POTS- bzw. ISDN-Splittern) und die Signale werden dann dem jeweiligen Teilnehmerendgerät, beispielsweise einem Telefon und einem Modem zugeführt.

Der in Fig. 4 gezeigte prinzipielle Aufbau des Frequenzbandes für ADSL bei Echokompensation ist dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau sehr ähnlich. In Fig. 4 ist bereits die weitere Unter­ teilung in Unterkanäle dargestellt. Wiederum wird der Basis­ kanal für die Übertragung der Signale des Standardtelefonan­ schlusses (POTS) verwendet. Die darüber liegenden nächsten 25 Unterkanäle stehen wie zuvor für die Übertragung von Digital­ signalen in Aufwärtsrichtung US zur Verfügung. Allerdings können bei diesem Verfahren diese 25 Kanäle ebenfalls für die Übertragung von Digitalsignalen in Abwärtsrichtung zusammen mit den restlichen Unterkanälen verwendet werden, so daß für die Übertragung in Abwärtsrichtung insgesamt bis zu 249 Un­ terkanäle zur Verfügung stehen. Dies ist deshalb möglich, da aufgrund der Echokompensation das Echo des von der Line Card abgegebenen Signals zurück zur Line Card kompensiert wird, womit ein störender Einfluß dieses Echos nahezu verhindert wird.

Auch bei diesem hochbitratigen Datenübertragungsverfahren wä­ re es wünschenswert, die Eigenschaften der Leitung in ein­ facher und schneller Weise messen zu können. Insbesondere könnte dann bereits vorab eine Aussage darüber getroffen wer­ den, was für eine Datenübertragungsrate voraussichtlich mit dieser Leitung und dem gewählten Datenübertragungsverfahren erreicht werden kann. Die für die zur Zeit verwendeten POTS- Line Cards entwickelten Meßverfahren sind allerdings bei den neuen xDSL-Line Cards nicht anwendbar.

Eine Möglichkeit, eine Leitung für eine hochbitratige Daten­ übertragung im Feld zu testen, besteht darin, testweise ein zweites teilnehmerseitiges Modem anzuschließen und dann zwi­ schen diesem Modem und der Line Card Daten auszutauschen. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit, die Eigenschaften der Leitung sehr umfangreich und ausgiebig zu überprüfen. Beispielsweise kann damit eine komplette Messung des Signal- Rausch-Abstandes sowie eine Bitfehlermessung durchgeführt werden. Andererseits ist das Verfahren sehr aufwendig und be­ nötigt eine relativ lange Zeit, da beispielsweise bei ADSL zunächst eine vollständige Initialisierungsphase von ungefähr 10 Sekunden Dauer durchlaufen werden muss.

Aus der DE 197 26 539 A1 ist ein Verfahren und eine Schal­ tungsanordnung zur Lokalisierung eines Kurzschlusses oder Ka­ belbruchs in einem Zweidraht-Bus-System bekannt, bei dem an einem Punkt des Zweidraht-Bus-Systems ein Impuls mit einer solchen Steilheit eingespeist wird, dass sich an der Stelle des Kurzschlusses bzw. des Kabelbruchs eine Reflexion ein­ stellt. Mit Hilfe der Messung der Laufzeit des reflektierten Impuls kann eine Lokalisierung des Kurzschlusses oder Kabel­ bruchs vorgenommen werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfa­ ches und schnell durchzuführendes Verfahren zum Messen der Leitungseigenschaften einer Telekommunikationsleitung für hochbitratige Datenübertragung anzugeben, bei dem kein teil­ nehmerseitiges aktives Testsystem benötigt wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Erfindungsgemäß wird durch die Line Card bzw. Teilnehmeranschluß-Baugruppe zunächst ein definiertes Testsignal erzeugt, das in die zu vermessende Te­ lekommunikationsleitung eingespeist wird, wobei die Telekom­ munikationsleitung (3) teilnehmerseitig derart fehlangepasst ist, dass ein Echosignal mit Frequenzanteilen entsteht, die im Testsignal nicht enthalten sind. Ein in der Leitung auf­ grund des Testsignals entstehendes Echosignal wird dann in der Teilnehmeranschluß-Baugruppe wieder empfangen bzw. die durch das Testsignal in der Leitung auftretenden Spannungen und Ströme werden gemessen und zur Bewertung der Leitungs­ eigenschaften ausgewertet. Dabei nutzt das erfindungsgemäße Verfahren ein typisches Verhaltensmuster einer Leitung aus. Ist diese nämlich nicht durch ein am teilnehmerseitigen Ende befindliches Modem bzw. durch einen Testabschluß korrekt ab­ geschlossen, entsteht aufgrund der Fehlanpassung ein Echo, das abhängig vom Sendesignal und den Leitungscharakteristika ist, so daß bei Auswertung des Echosignals Rückschlüsse auf die Leitungseigenschaften gezogen werden können. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Initialisierungsphase durchlaufen werden muß oder am teilnehmerseitigen Ende Geräte zum Empfangen, Auswerten und Senden von weiteren Testsignalen notwendig sind, kann das Verfahren in einfacher Weise und schnell durchgeführt werden. Da Teilnehmeranschluß-Baugruppen für hochbitratige Datenübertragung meist nur QAM- (Quadrature Amplitude Modulation) Sendesignale mit definierter Frequenz und Amplitude erzeugen können, und - wie dies in Fig. 3 bei Frequenzgetrenntlage der Fall ist - unter Umständen auch le­ diglich in einem anderen Frequenzbereich von den empfangenen Signalen die Amplitude und die Frequenz ermitteln, können da­ her beim Leitungstest die Schwierigkeiten auftreten, daß der Empfangsteil der Teilnehmeranschluß-Baugruppe entweder voll­ ständig oder zumindest teilweise in einem anderen Frequenzbe­ reich arbeitet, als der Sendeteil. Um dennoch eine zuverläs­ sige Aussage über die Leitungseigenschaften treffen zu kön­ nen, ist erfindungsgemäß vorgesehen durch die Verwendung ei­ nes Leitungsabschlusses mit einer nichtlinearen Kennlinie am teilnehmerseitigen Ende der Telekommunikationsleitung neue und in dem ursprünglichen Testsignal nicht enthaltene Fre­ quenzanteile in dem Echosignal erzeugt werden. Die charakteristischen Eigen­ schaften dieser Frequenzanteile können dann beispielsweise mit Verfahren der Messung nichtlinearer Verzerrungen ermit­ telt werden, so daß auch hier eine Aussage über die Leitungs­ eigenschaften getroffen werden kann. Gemäß dem Anspruch 16 ist es dann insbesondere möglich, bei ADSL mit Frequenzge­ trenntlage ein Testsignal in dem oberen Frequenzband DS zwi­ schen 138 kHz und 1,1 MHz zu erzeugen und dieses durch den nichtlinearen Abschluß so zu beeinflussen, daß das Echosignal in einfacher Weise in dem unteren Empfangs-Frequenzband US der Teilnehmeranschluß-Baugruppe wieder empfangen und ausge­ wertet werden kann. Als Testsignal kann beispielsweise ein Rechtecksignal, eine Spannungs- oder Stromrampe, eine kon­ stante Spannung bzw. ein konstanter Strom oder ein Sinus­ signal verwendet werden. Denkbar wären aber auch Überlagerun­ gen mehrerer Testsignale.

Das Auswerten des Echosignals bzw. der gemessenen Spannungen und Ströme kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Denkbar wäre beispielsweise eine vollständige zeitliche Abtastung der gemessenen Signale, aber auch eine Mittelwertbildung oder Spitzenwertbestimmung. Alternativ oder zusätzlich kann auch durch eine Korrelations- oder Schwellwertmessung die Laufzeit des Echosignals bestimmt werden. Wird als Testsignal eine konstante Spannung oder ein konstanter Strom in die Leitung eingespeist, kann vorzugsweise auch die Dauer bis zum Ein­ stellen eines Gleichgewichtszustands erfaßt werden.

Erfordert die Bestimmung der Leitungseigenschaften mehrere Messungen oder eine längere Zeit, so sollte dadurch der regu­ läre Betrieb der Vermittlungsstelle nicht oder nur unwesent­ lich beeinträchtigt werden. Vorzugsweise werden daher die Messungen in mehreren Abschnitten (Zeitscheiben) durchge­ führt, wobei zwischen den Zeitscheiben überprüft wird, ob von oder zu dem Teilnehmeranschluß am Ende der Leitung ein Ver­ bindungsaufbau erfolgen soll. Können Leitungstest und Verbin­ dungsaufbau nicht parallel zueinander durchgeführt werden, so wird das Messverfahren für die Dauer der Verbindung ausge­ setzt.

Gemäß der Erfindung wird eine Teilnehmeranschluß-Baugruppe für hochbitratige Datenübertragung angegeben, welche zum Mes­ sen der Leitungseigenschaften einer an die Teilnehmeran­ schluß-Baugruppe angeschlossenen Telekommunikationsleitung eine Signalerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen des definierten Testsignals, eine Sendevorrichtung zum Einspeisen des Test­ signals in die Telekommunikationsleitung, eine Empfangsvor­ richtung zum Empfangen eines aus der Leitung ankommenden Sig­ nals sowie eine Auswertevorrichtung zum Erfassen und Auswer­ ten des in der Leitung entstehenden Echosignals aufweist.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Verbindung zwischen der Teilnehmeranschluß-Baugruppe und dem Teilnehmer- Anschluß;

Fig. 2 eine nähere Ausführung der Teilnehmeranschluß-Bau­ gruppe;

Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau des Frequenzbandes für ADSL über POTS bei Frequenzgetrenntlage; und

Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau des Frequenzbandes für ADSL über POTS bei Echokompensation.

Die in Fig. 1 gezeigte Telekommunikationsleitung 3 verbindet den teilnehmerseitigen Anschluß, der aus einem Telefon 4 und einem beispielsweise in einen PC integrierten Modem 5 be­ steht, mit der in der öffentlichen Vermittlungsstelle 2 ange­ ordneten Teilnehmeranschluß-Baugruppe 1. Der nähere Aufbau der Teilnehmeranschluß-Baugruppe 1 sowie der Ablauf des er­ findungsgemäßen Leitungstests ist in Fig. 2 dargestellt. Die Teilnehmeranschluß-Baugruppe 1 weist eine Signalerzeugungs­ vorrichtung 10 zum Erzeugen eines definierten Testsignales auf. Beispielsweise könnte als Testsignal eine Überlagerung zweier Sinussignale mit Frequenzen von 200 kHz und 230 kHz verwendet werden. Ein derartiges Testsignal wird der Sende­ vorrichtung 11 der Teilnehmeranschluß-Baugruppe 1 zugeführt, welche das Testsignal in die Telekommunikationsleitung 3 ein­ speist. Dieses Testsignal wird nun entlang der Telekommunika­ tionsleitung 3 zum teilnehmerseitigen Anschluß übertragen. Dort befindet sich ein passiver Leitungsabschluß 6 mit einer nichtlinearen Kennlinie, bei dem es sich beispielsweise um den passiven Prüfabschluß der Deutschen Telekom AG handeln kann. Aufgrund der Fehlanpassung der Telekommunikationslei­ tung 3 sowie der nichtlinearen Eigenschaften des Leitungsab­ schlusses 6 entsteht ein Echosignal, welches gegenüber dem ursprünglichen Testsignal neue Frequenzanteile aufweist. Bei dem zuvor angegebenen Beispiel der Überlagerung von zwei Si­ nuswellen sollte ein neuer Frequenzanteil im Bereich von 30 kHz entstehen. Sowohl das Sendesignal als auch das Echosignal werden auch an Stoßstellen entlang der Telekommunikationslei­ tung 3, d. h. an Schnittstellen, an denen sich der Durchmes­ ser des Kupferkabels ändert, verzerrt.

Dieses zur Teilnehmeranschluß-Baugruppe 1 zurückkehrende Echosignal wird in der Empfangsvorrichtung 12 empfangen und an eine Auswertevorrichtung 13 weitergeleitet, die beispiels­ weise durch ein Verfahren der Messung nichtlinearer Verzer­ rungen das Echosignal herausfiltert und bewertet. Dabei gibt sowohl die Laufzeit als auch die Struktur des Echosignals Auskunft über die Eigenschaften der Telekommunikationsleitung 3.

Anstelle von Sinussignalen, können allerdings auch weitere Signalformen als Testsignal verwendet werden. Ferner wäre es denkbar, daß die Signalerzeugungsvorrichtung 10 sowie die Auswertevorrichtung 13 nicht unmittelbarer Bestandteil der Teilnehmeranschluß-Baugruppe 1 selbst sind, sondern zentral in öffentlichen Vermittlungsstelle 2 angeordnet sind. Ledig­ lich für die Durchführung des Leitungstests erfolgt dann ein Daten- und Signalaustausch zwischen der Teilnehmeranschluß- Baugruppe 1 und den beiden zusätzlichen Vorrichtungen 11 und 13, so daß durch eine zentrale Testvorrichtung sämtliche Lei­ tungen, die an die öffentliche Vermittlungsstelle 2 ange­ schlossen sind, regelmäßig vermessen werden können, um somit auf einfache und schnelle Weise Leitungsdefekte erkennen zu können.

Claims (17)

1. Verfahren zum Messen der Leitungseigenschaften einer Tele­ kommunikationsleitung (3) für hochbitratige Datenübertragung mit folgenden Schritten:
Erzeugen eines definierten Testsignals in einer Teilneh­ meranschluß-Baugruppe (1) einer Vermittlungsstelle (2) und Einspeisen des Testsignals in die Telekommunikationsleitung (3), wobei die Telekommunikationsleitung (3) teilnehmerseitig derart fehlangepasst ist, dass ein Echosignal mit Frequenzan­ teilen entsteht, die im Testsignal nicht enthalten sind.
Erfassen des in der Telekommunikationsleitung (3) durch das Testsignal entstehenden Echosignals in der Teilnehmeran­ schluß-Baugruppe (1) und Messen von aufgrund des Testsignals in der Telekommunikationsleitung (3) auftretenden Spannungen und Strömen; und
Auswerten des erfaßten Echosignals bzw. der gemessenen Spannungen und Ströme zur Bewertung der Leitungseigenschaf­ ten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verwendung eines Leitungsabschlusses (6) mit einer nichtlinearen Kennlinie am teilnehmerseitigen Ende der Telekommunikationsleitung (3) neue und in dem Testsignal nicht enthaltene Frequenzanteile in dem Echosignal erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Testsignal ein Rechtecksignal verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Testsignal ein Sinussignal verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Testsignal eine Spannungs- oder Stromrampe verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Testsignal aus einer Überlagerung von mehreren Signa­ len besteht.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerten des erfaßten Echosignals bzw. der gemesse­ nen Spannungen und Ströme durch eine zeitliche Abtastung der gemessenen Signale erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerten des erfaßten Echosignals bzw. der gemesse­ nen Spannungen und Ströme durch eine Mittelwertbildung er­ folgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerten des erfaßten Echosignals bzw. der gemesse­ nen Spannungen und Ströme durch eine Spitzenwerterfassung er­ folgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerten des erfaßten Echosignals bzw. der gemesse­ nen Spannungen und Ströme durch eine Bestimmung der Laufzeit des Echosignals erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Laufzeit des Echosignals durch eine Korrelationsmessung erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Laufzeit des Echosignals durch eine Schwellwert-Messung erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerten des erfaßten Echosignals bzw. der gemesse­ nen Spannungen und Ströme durch eine Bestimmung der zeitli­ chen Dauer bis zum Einstellen eines Gleichgewichtszustands erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses in mehreren Abschnitten durchgeführt wird und zwi­ schen diesen Abschnitten überprüft wird, ob von oder zu einem Teilnehmeranschluß (4, 5) am Ende der Telekommunikationslei­ tung (3) der Aufbau einer Verbindung erfolgen soll, wobei das Verfahren für die Dauer der Verbindung ausgesetzt wird.

15. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorherigen An­ sprüche zum Messen der Leitungseigenschaften einer Telekommu­ nikationsleitung (3) für hochbitratige Datenübertragung ent­ sprechend einem xDSL-Verfahren, dadurch gekennzeichnet,
daß das Testsignal in einem Frequenzbereich erzeugt wird, in dem eine für das xDSL-Verfahren geeignete Teilnehmeranschluß- Baugruppe (1) in der Lage ist Signale zu senden,
und daß das Testsignal derart verzerrt wird, daß das Echo­ signal Frequenzanteile aufweist, die von der Teilnehmeran­ schluß-Baugruppe (1) empfangen werden können.

16. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verzerren des Testsignals ein Leitungsabschluß (6) mit einer nichtlinearen Kennlinie verwendet wird.

17. Teilnehmeranschluß-Baugruppe für hochbitratige Datenüber­ tragung welche zum Messen der Leitungseigenschaften einer Te­ lekommunikationsleitung (3) folgendes aufweist:
eine Signalerzeugungsvorrichtung (10) zum Erzeugen eines definierten Testsignals, wobei an die Telekommunikationslei­ tung teilnehmerseitig ein Leitungsabschluss (6) derart fehl­ angepasst angeschlossen ist, dass ein Echosignal mit Fre­ quenzanteilen entsteht, die im Testsignal nicht enthalten sind;
eine Sendevorrichtung (11) zum Einspeisen des Test­ signals in die an die Teilnehmeranschluß-Baugruppe (1) ange­ schlossene Telekommunikationsleitung (3);
eine Empfangsvorrichtung (12) zum Empfangen eines aus der Telekommunikationsleitung (3) ankommenden Signals bzw. von aufgrund des Testsignals in der Telekommunikationsleitung (3) auftretenden Spannungen und Strömen; und
eine Auswertevorrichtung (13) zum Erfassen und Auswerten eines in der Telekommunikationsleitung (3) durch das Test­ signal entstehenden Echosignals bzw. der gemessenen Spannun­ gen und Ströme zur Bewertung der Leitungseigenschaften.