DE60121290T2

DE60121290T2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der leitungslänge und der brückenabgrifflange von in einer übertragunsleitung

Info

Publication number: DE60121290T2
Application number: DE2001621290
Authority: DE
Inventors: Murat Billerica BELGE
Original assignee: Aware Inc
Current assignee: Aware Inc
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2001-01-08
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2021-01-09
Also published as: JP4311902B2; ES2407155T3; JP2010148120A; ES2265411T3; CA2394826C; US8958466B2; CA2394826A1; EP1245085A1; EP1245085B1; US20110026569A1; US20010043647A1; AU2632601A; KR20020079772A; DE60121290D1; CA2687472A1; US8094703B2; CA2687472C; US8687680B2; US7852910B2; US20050123030A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bestimmung von Übertragungsleitungseigenschaften und insbesondere ein Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem, ein Verfahren zur Bestimmung einer Anschlußleitungslänge und mindestens einer Brückenabgriffslänge für eine Übertragungsleitung und ein Informationsspeichermedium, das jeweilige Informationen umfaßt.
Das Sammeln und der Austausch von diagnostischen und Testinformationen zwischen Sendern/Empfängern in einer Telekommunikationsumgebung ist ein wichtiger Teil eines Einsatzes der Telekommunikation wie zum Beispiel ADSL. Falls die Verbindung von Sender/Empfänger nicht wie erwartet funktioniert, zum Beispiel, wenn die Datenrate niedrig ist, wenn viele Bitfehler vorliegen oder dergleichen, ist es notwendig, diagnostische und Testinformationen von dem fernen Sender/Empfänger zu sammeln. Dies geschieht durch Aussenden eines Technikers zu dem fernen Standort, z.B. einer Fahrzeugaussendung, was zeitaufwendig und kostspielig ist.
Bei DSL-Technologie wird die Kommunikation über eine Ortsteilnehmeranschlußleitung zwischen einer Vermittlungsstelle und einem Teilnehmerstandort erreicht, indem man die zu übertragenden Daten in mehrere diskrete Frequenzträger einmoduliert, die summiert und dann über die Teilnehmeranschlußleitung übertragen werden. Individuell bilden die Träger diskrete, sich nicht überlappende Kommunikationssubkanäle begrenzter Bandbreite. Zusammen bilden die Träger effektiv einen Breitband-Kommunikationskanal. Am Empfängerende werden die Träger demoduliert und die Daten wiederhergestellt.
Bei DSL-Systemen kommt es zu Störungen von anderen Datendiensten und benachbarten Telefonleitungen, wie zum Beispiel ADSL, HDSL, ISDN, TI oder dergleichen. Diese Störungen können beginnen, nachdem der betreffen de ADSL-Dienst bereits eingeleitet ist, und da DSL für Internetzugang als ein immer eingeschalteter Dienst vorgesehen ist, müssen die Auswirkungen dieser Störungen durch den betreffenden ADSL-Sender/Empfänger gelindert werden.
Das Identifizieren, Messen und Charakterisieren des Zustands einer Übertragungsleitung ist ein Schlüsselelement eines ADSL-Einsatzes. Falls die Verbindung von Sender/Empfänger nicht wie erwartet funktioniert, wenn zum Beispiel die Datenrate niedrig ist, viele Bitfehler vorliegen, eine Datenverbindung nicht möglich ist oder dergleichen, ist es wichtig, in der Lage zu sein, die Anschlußleitungslänge sowie die Existenz, den Ort und die Länge etwaiger Brückenabgriffe zu identifizieren, ohne daß ein Techniker zu dem fernen Modemstandort gesendet werden muß, um diagnostische Tests durchzuführen.
Aus dem Artikel "The Modelling Aspect of Transmission Line Networks" von Patrick Boets et al., Proceedings of the Instrumentation and Measurement Technology Conference, US, New York, IDEE, 12.5.1992, Seiten 137 bis 141, ISBN: 0-7803-0640-6, ist ein Fehlererkennungssystem für Übertragungsleitungsnetzwerke bekannt. Es wird im Frequenzbereich ein synthetisches Reflektogramm aufgebaut, wobei Modelle benutzt werden, die Dämpfung und Dispersion eines sich auf einer gleichförmigen Übertragungsleitung ausbreitenden Impulses beschreiben. Dieses synthetische Reflektogramm wird mit einem digital aufgezeichneten Reflektogramm im Zeitbereich verglichen, so daß die durch einen Fehler verursachte erste Reflexion erkannt werden kann. Die Verzögerung zwischen dem vor-gefundenen Fehler und dem Reflektometer kann gemessen werden. Diese Verzögerung wird mit Hilfe der Ausbreitungsgeschwindigkeit in eine Distanz umgewandelt, um einem Bediener Informationen darüber zu geben, in welchem Netzwerkabschnitt sich der Fehler befinden kann.
Aus US 5,128,619 A sind ein Verfahren und ein System zur automatischen Bestimmung von Länge, Dämpfung, Impedanz und Existenz von Brückenabgriffen auf installierten Kommunikationskabeln bekannt. Außerdem wird ein Reflektometer benutzt. Es wird eine Wellenform, die einfallende und reflektierte Impulse enthält, analysiert, um die Anwesenheit signifikanter Impulse zu bestimmen. Die Anwesenheit von mehr als einem positiven signifikanten Impuls oder negativen Impuls zeigt die Anwesenheit mindestens eines Fehlers auf dem Kabel an.
Aus US 4,630,228 A ist ein Übertragungsleitungsanalysator zur automatischen Erfassung mindestens des Orts von Diskontinuitäten in einer Leitung mit Frequenzbereichs-Reflektometermitteln zur Bereitstellung eines komplexen zusammengesetzten zeitveränderlichen Signals, das die Ortsinformationen enthält, bekannt. Mittel zur schnellen Fouriertransformation verarbeiten automatisch das komplexe Signal, um Spektralspitzen zu bestimmen, die dann in den Ort der Diskontinuität umgewandelt werden.
Aus US 5,994,905 A sind ein Frequenzbereichsreflektometer und ein Verfahren zum Finden von Fehlern in einer von dem Reflektometer verwendeten Übertragungsleitung bekannt. Das Reflektometer unterdrückt Oberwellen, die als Fehler interpretiert werden können, die tatsächlich nicht existieren. Im allgemeinen legt das Reflektometer ein Sweep-Signal an die Übertragungsleitung an, um ein reflektiertes Sweep-Antwortsignal zu erhalten. Dann erhält das Reflektometer ein Sweep-Antwortspektrum aus dem jeweiligen Sweep-Antwortsignal. Das reflektierte Sweep-Antwortsignal enthält mehrere Spektralspitzen, die die Frequenzkomponenten des reflektierten Sweep-Antwortsignals repräsentieren. Das Reflektometer bestimmt dann mathematisch, welche Spektralspitzen des reflektierten Sweep-Antwortspektrums aufgrund von Oberwellen in dem reflek tierten Sweep-Antwortsignal erzeugt wurden. Nach der Bestimmung, daß eine Spektralspitze eine Oberwelle einer Grundspektralspitze ist, subtrahiert das Reflektometer einen Prozentsatz der Grundspektralspitze von der Oberwellenspektralspitze, wodurch eine Oberwelle des reflektierten Sweep-Antwortsignals unterdrückt wird. Das Reflektometer erhält dann aus dem korrigierten Sweep-Antwortspektrum einen Ort einer Impedanzfehlanpassung in der Übertragungsleitung.
Aus US 5,068,614 A ist ein verbessertes Durchstimmbares Frequenzbereichs-Reflektometrieinstrument bekannt, das einen an ein Ende eines Kabels angekoppelten Eingangs-/Ausgangsanschluß aufweist. Eine Hochfrequenz an dem Eingangs-/Ausgangsanschluß wird unter Verwendung einer durchgestimmten Lokalfrequenz in eine Zwischenfrequenz umgesetzt. Die Hochfrequenz verwendet dabei eine durchgestimmte Lokalfrequenz. Die Hochfrequenz wird aus der durchgestimmten Lokalfrequenz und einer variablen Offset-Frequenz abgeleitet. Eine Steuerung steuert die variable Offset-Frequenz und überwacht dabei die Amplitude der Zwischenfrequenz. Ein Periodenzähler zählt die Zwischenfrequenz bei einem ersten maximalen Ansprechen der Zwischenfrequenz und zählt ferner die Offset-Frequenz bei einem zweiten maximalen Ansprechen der Zwischenfrequenz. Der Ort einer Diskontinuität in dem Kabel wird aus den gezählten Frequenzen berechnet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems, eines Verfahrens und eines Informationsspeichermediums zur Bestimmung einer Anschlußleitungslänge und mindestens einer Brückenabgriffslänge für eine Übertragungsleitung, wobei eine einfache und effektive Bestimmung möglich ist.
Die obige Aufgabe wird durch ein Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 5 oder ein Informationsspeichermedium nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein System und ein Verfahren zur Schätzung der Anschlußleitungslänge, der Anzahl von Brückenabgriffen und der Länge der Brückenabgriffe auf einer Übertragungsleitung aus ohne weiteres verfügbaren Modemdaten. Die Anschlußleitungslänge, die Anzahl der Brückenabgriffe und die Länge der Brückenabgriffe kann geschätzt werden, indem man eine gemessene Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort der Übertragungsleitung mit einem Modell einer Übertragungsleitung vergleicht, die aus mehreren Abschnitten und mehreren Brückenabgriffen besteht. Die den Zustand der Leitung beschreibenden Diagnose- und Testinformationen können dann zum Beispiel von zwei Sendern/Empfängern während eines Diagnoseverbindungsmodus ausgetauscht werden.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen beschrieben bzw. gehen daraus hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ausführungsformen der Erfindung werden nun ausführlich mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 eine beispielhafte Anschlußleitung mit mehreren Abschnitten mit mehreren Brückenabgriffen;
2 einen Graph des gemessenen empfangenen Hallsignals und des theoretischen Modells für Abwärtsstromdaten;
3 einen Graph des gemessenen empfangenen Hall signals und des theoretischen Modells für Aufwärtsstromdaten;
4 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ein Flußdiagramm, das ein beispielhaftes allgemeines Verfahren zur Bestimmung von Anschlußleitungslänge und Brückenabgriffslängen gemäß der vorliegenden Erfindung skizziert;
6 ein Flußdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Schätzung der Anschlußleitungslänge und Brückenabgriffslänge in der Aufwärtsstromrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung skizziert; und
7 ein Flußdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Schätzung der Anschlußleitungslänge und Brückenabgriffslänge in der Abwärtsstromrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung skizziert.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in bezug auf die Anwendung der Erfindung auf eine ADSL-Sender/Empfänger-Umgebung beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß im allgemeinen die Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung genauso gut für eine beliebige Anschlußleitung mit mehreren Abschnitten mit einem oder mehreren Brückenabgriffen funktionieren.
Zum Beispiel wird während der ADSL-Modeminitialisierung die Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort der Teilnehmeranschlußleitung bei einer Menge diskreter Frequenzwerte gemessen. Die gemessenen Frequenzwerte werden als H_m(f_i) bezeichnet, und es ist f_i = i Δf für i = 0, 1, ..., k – 1, wobei Δf der Frequenzabstand zwischen benachbarten Stichproben ist.
1 zeigt ein beispielhaftes Modell einer Anschlußleitung mit N Abschnitten und M Brückenabgriffen. Das Frequenzbereichsmodell für die Kanalimpulsantwort für die Anschlußleitung in 1 kann als H(x, f) geschrieben werden, wobei f die Frequenz ist und der Vektor x die Längen (d_i) der N Abschnitte der Anschlußleitung und die Längen (b_i) der M Brückenabgriffe enthält: x = [d1, d2, ..., dN, b1, b2, ..., bM].
Vorausgesetzt, daß die Anzahl der Abschnitte der Teilnehmeranschlußleitung mit mehreren Abschnitten N und die Anzahl der Brückenabgriffe M bekannt sind, kann eine Schätzung des optimalen Parametervektors x anhand des Modells H(x, f) bestimmt werden, der die gemessene Kanalimpulsantwort H_m(f_i) am besten approximiert. Der optimale Parametervektorsatz x* kann dann geschätzt werden, indem man die Norm der Differenz zwischen den gemessenen und dem Modellfrequenzgang an den diskreten Frequenzwerten f_i = i Δf für i = 0, 1, ..., k – 1 minimiert. Diese Minimierung kann unter Verwendung des folgenden Ausdrucks durchgeführt werden:
Wenn die Anzahl der Brückenabgriffe auf der Anschlußleitung nicht bekannt ist, werden bei Verwendung einer großen Anzahl von Brückenabgriffen in dem Modellfrequenzgang und unter der Annahme, daß die Minimierung mit der korrekten Anzahl von Brückenabgriffen mit von null verschiedener Länge auf eine Lösung konvergiert, die übrigen Brückenabgriffe die Länge null aufweisen.
Das Frequenzbereichsmodell H(x, f) kann auch zum Beispiel den Effekt einer nicht perfekt angepaßten Übertragungsleitung berücksichtigen, indem die Effekte der Last- und Quellenimpedanzen mitaufgenommen werden.
Genauer gesagt verwenden die Anschlußleitungscharakterisierungsalgorithmen einen auf Modellen basierenden Ansatz zur Schätzung der Länge der Anschlußleitung und der Längen von bis zu zwei Brückenabgriffen. Ein Kanalcharakterisierungsalgorithmus vergleicht die gemessene Kanalimpulsantwort mit der Kanalimpulsantwort des Anschlußleitungsmodells, das aus einer Einzeldrahtleitung besteht und bis zu zwei Brückenabgriffe enthält. Es versteht sich jedoch, daß das Grundmodell erweitert werden kann, um Mehrdrahtleitungen und mehrere Brückenabgriffe zu enthalten. Die Anschlußleitungslänge und die Brückenabgriffslängen sind die Parameter der theoretischen Kanalimpulsantwort. Das System variiert die Parameter des theoretischen Modells und wertet die Differenz zwischen der gemessenen Kanalimpulsantwort und der theoretischen Kanalimpulsantwort aus. Die Anschlußleitungslänge bzw. Brückenabgriffslängen, die die Fehlerfunktion minimieren, werden dann als die geschätzten Werte deklariert. Die Anwesenheit eines Brückenabgriffs wird deklariert, wenn die Brückenabgriffslänge größer als eine vorbestimmte Länge, zum Beispiel einhundert Fuß, ist. Diese Schwelle für die Brückenabgriffserkennung wurde experimentell gesetzt. Es wurde bestimmt, daß für die meisten Anschlußleitungen eine Chance besteht, daß aufgrund von Modellierungsungenauigkeiten und Rauschen in dem Meßsystem ein Phantom-Brückenabgriff mit einer kleinen Länge erkannt wird. Da die Längen dieser Phantom-Brücken fast immer kleiner als 100 Fuß waren, wurde die beispielhafte Schwelle auf 100 Fuß gesetzt. Im allgemeinen kann die Schwelle jedoch abhängig von der konkreten Betriebsumgebung und der Komplexität des Modells verändert werden.
Es gibt zwei getrennte Algorithmen, die eine Anschlußleitungscharakterisierung für Daten des Abwärtsstroms (DS) und des Aufwärtsstroms (US) durchführen. Während der Modeminitialisierung sammelt Datensammelsoftware das Hallsignal durch Mitteln von K aufeinanderfolgenden Rahmen mit K ≥ 64. Es versteht sich jedoch, daß die Messung umso rauschärmer ist, desto mehr Mittelung durchgeführt wird. Da beim Standardmodemtraining, wenn das Hallsignal übertragen wird, eine vorbestimmte Anzahl von Rahmen besteht, wurde die beispielhafte Anzahl von Mittelwerten jedoch auf 64 eingestellt. Das auf diese Weise erhaltene Hallsignal ist eine Schätzung der Impulsantwort des gesamten Kanals einschließlich der Frontend-Antworten der sendenden und empfangenden Modems. Das empfangene Frequenzbereichs-Hallsignal wird gemäß folgender Gleichung erhalten:
wobei f eine Dummy-Variable ist, die die Frequenz bedeutet, und rx(n) für n = 1, ..., N die Stichproben des empfangenen Zeitbereichs-Hallsignals in dem Rahmen sind, wobei N die Anzahl der in einem einzigen Rahmen enthaltenen Stichproben ist. Gleichung 1 kann eine etwas mißbrauchte Notation enthalten, weil in der Realität die Frequenzvariable f nicht kontinuierlich, sondern diskret ist und aus diesem Grund die Kanalimpulsantwort an einer Menge diskreter Frequenzen, die als Töne bezeichnet werden, verfügbar sind, bei denen es sich um Vielfache von Δf = 4312,5 Hz handelt: fi = i Δf, i = 1, ..., N/2. (2)
Das Hallsignal wird über einen Teil des gesamten ADSL-Spektrums übertragen. Zum Beispiel ist das Hallsignal bei 224 (96 bei G.Lite) Tönen von f₃₂ = 32Δf bis f₂₅₅ = 255Δf im Abwärtsstromkanal und bei 26 Tönen von f₆ = 6Δf bis f₃₁ = 31Δf im Aufwärtsstromkanal verfügbar. Das Abwärtsstrom-Hallsignal wird an den Kundengeräten (CPE) und das Aufwärtsstrom-Hallsignal in der Vermittlungsstelle (CO) gesammelt. Obwohl kein Unterschied in bezug auf den Datensammelprozeß für das Aufwärtsstrom- oder das Abwärtsstrom-Hallsignal besteht, sind die Eigenschaften dieser beiden Datensätze recht unterschiedlich. Genauer gesagt enthalten die Abwärtsstrom-Halldaten signifikant mehr Informationen. Ferner sind in der Abwärtsstromrichtung mehr Stichproben des Frequenzbereichs-Hallsignals verfügbar und diese Stichproben decken einen erweiterten Bereich im Frequenzbereich ab, in dem die Auswirkungen von Brückenabgriffen auf die Impulsantwort leicht erkannt werden können. Es besteht jedoch ein wesentlicher Unterschied zwischen dem Aufwärtsstrom- und dem Abwärtsstrom-Datensatz, wodurch sich die Verwendung desselben Interpretationsalgorithmus für beide verkompliziert. Im Abwärtsstromkanal ist die Anpassung der Frontend-Impedanz an die Anschlußleitungsimpedanz meist besser als im Aufwärtsstromkanal. Dadurch wird es möglich, für den Abwärtsstromkanal ein vereinfachtes Kanalmodell zu verwenden. Leider ist die Impedanzanpassung im Aufwärtsstromkanal im allgemeinen nicht so gut wie im Abwärtsstromkanal, und es sollte eine kompliziertere Kanalimpulsantwort verwendet werden.
Wegen dieser Komplikationen bei der Kanalmodellierung und des Mangels ausreichender Datenstichproben ist der Grund-Aufwärtsstrom-Kanalcharakterisierungsalgorithmus im Hinblick auf die Schätzgenauigkeit und die Anzahl der Brückenabgriffe, die erkannt werden kann, beschränkt. Durch Erweiterung des Kanalmodells, so daß es mehrere Abschnitte verschiedener Leitungsstärken und/oder mehr als zwei Brückenabgriffe enthält, kann jedoch die Anwesenheit von mehr als zwei Brückenabgriffen erkannt werden und es können genauere Ergebnisse für die Längen einzelner Abschnitte der Anschlußleitung bestimmt werden, wenn eine Änderung der Drahtstärke entlang der Anschlußleitung vorliegt. Der einzige Kompromiß besteht darin, daß mit zunehmender Anzahl der Modellparameter die zur Schätzung der Parameter notwendigen rechnerischen Bemühungen auch zunehmen.
Im folgenden werden die theoretischen Einzelheiten beschrieben, die zu der Ableitung der Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort des Modells führen und die Kanalcharakterisierung sowohl für Abwärtsstrom- als auch Aufwärtsstromdaten ausführlich erläutert. Sowohl der Abwärtsstrom- als auch der Aufwärtsstrom-Interpretationsalgorithmus verwenden dasselbe Leastsquares-Minimierungskonzept, wobei das Quadrat der Fehlernorm zwischen der tatsächlichen und der theoretischen Kanalimpulsantwort minimiert wird, sie unterscheiden sich aber in bezug auf die verwendete theoretische Kanalimpulsantwort.
Für die Schleifencharakterisierung für Abwärtsstromdaten wird eine beispielhafte Zweidraht-Anschlußleitung durch ihre charakteristische Impedanz charakterisiert:
und ihre Ausbreitungskonstante: γ(f) = √(R + jωL)(G + jωC) wobei ω = 2πf die Kreisfrequenz ist und R (Widerstand), L (Induktivität), G (Admittanz) und C (Kapazität) die frequenzabhängigen Konstanten der Anschlußleitung sind und mit der Drahtstärke variieren. Für eine perfekt abgeschlossene Anschlußleitung oder eine sehr lange Anschlußleitung mit Länge d und zwei Brückenabgriffen der Längen b₁ und b₂ wird die Übertragungsfunktion der Anschlußleitung H(d, b₁, b₂, f) gegeben durch:
Im logarithmischen Maßstab: log|H(d, b1, b2, f)| = log(2) – dγ(f) – log [2 + tanh[b1γ)] – log[2 + tanh(b2γ)]. (4)
Man beachte die lineare Abhängigkeit der Anschlußleitungsverluste von der Länge des Kabels. Die tatsächliche Übertragungsfunktion der Anschlußleitung kann während der Modeminitialisierung gemessen werden. Die gemessene Übertragungsfunktion der Anschlußleitung wird dann mit der einer Schleife der Länge d mit zwei Brückenabgriffen wie durch Gl. 3 gegeben verglichen. Anders ausgedrückt, minimiert die Bestimmung von d, b₁ und b₂ das folgende Least-squares-Fehlerkriterium:
Dabei ist Rx(f_i) das empfangene Hallsignal, von dem bei f_I = if Stichproben genommen werden, und i_i und i_i sind der erste und der letzte Ton Rx(f_i).
Ein Beispiel für die Funktionsweise des Algorithmus für eine beispielhafte Anschlußleitung ist in 2 dargestellt. Es sind das gemessene empfangene Hallsignal Rx(f) und das theoretische Modell H(d, b₁, b2, f) gezeigt, die durch Finden der Modellparameter d, b₁, b₂, die am besten mit den Daten übereinstimmen, erhalten wurden. Genauer gesagt ist das beobachtete (gestrichelte Linie) empfangene Hallsignal Rx(f) im Vergleich zu dem theoretischen Kanalmodell (durchgezogene Linie) H(d, b₁, b₂, f) als Funktionen der Frequenz für eine beispielhafte Anschlußleitung von 6000 Fuß mit einem beispielhaften einzelnen Brückenabgriff von 1300 Fuß aufgetragen. Die beispielhafte Anschlußleitung bestand aus einer 26-awg.-6000-Fuß-Leitung mit einem 26-awg.-1300-Fuß-Brückenabgriff in der Nähe des CPE. Die am besten mit den beobachteten Daten übereinstimmenden Modellparameter wurden als d = 6000 Fuß, b₁ = 1300 Fuß und b₂ = 0 Fuß gefunden.
Aus Gl. 5 folgt, daß der Interpretationsalgorithmus im Prinzip eine Suche über die Variablen d, b₁ und b₂ hinweg durchführt und diejenigen findet, die die nachfolgend angegebene Kostenfunktion minimieren:
Da die Kostenfunktion E(d, b₁, b₂) nichtlinear in d, b₁ und b₂ ist, enthält die Funktion viele lokale Minima. Deshalb sollten viele wohlbekannte Optimierungsalgorithmen, wie zum Beispiel Gauss-Newton, nicht benutzt werden, da diese Algorithmen mehrere lokale Minima nicht behandeln können und sie auf ein lokales Minimum der Kostenfunktion konvergieren. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wird das globale Minimum von E(d, b₁, b₂) gewünscht. Aus diesem Grund wird ein globaler Brute-Force-Minimierungsalgorithmus verwendet, bei dem an den Punkten (d^p, b₁ ^q, b₂ ^r), d^p = pΔD, b₁ ^q = qΔb₁ und b₂ ^r = rΔb₂ mit p = 1, ..., P, q = 1, ..., Q und r = 1, ..., R Stichproben von der Kostenfunktion genommen werden. Als nächstes werden die Parameter (d^p, b₁ ^q, b₂ ^r) gewählt, die unter den Stichprobenwerten zu den kleinsten Kosten führen. Dies erfordert eine Auswertung der Kostenfunktion an P × Q × R Stellen.
Um die theoretische Übertragungsfunktion der Anschlußleitung H(d, b₁, b₂, f) bestimmen zu können, muß die frequenzabhängige Ausbreitungskonstante γ(f) für eine Anzahl von Leitungen verschiedener Drahtstärken gespeichert werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wurden Leitungen mit den Stärken 24 awg. und 26 awg. verwendet, so daß 4 × N Speicherstellen zum Speichern des Real- und Imaginärteils von γ(f) für N ADSL-Töne erforderlich sind. Zusätzlich müssen Kompensationskurven des Analog-Frontend (AFE) gespeichert werden, die N Speicherstellen im Speicher einnehmen. Abhängig davon, wo der Algorithmus implementiert wird, kann die Anschlußheitungsübertragungsfunktion zum Beispiel direkt aus Gl. 4 bestimmt werden, falls der Algorithmus auf einem Personal Computer oder einer Workstation implementiert wurde, oder es kann notwendig sein, log[2 + tanh(b₁γ)] Terme in regelmäßigen Intervallen zu speichern, so wie es die Stichprobenprozedur für (d^p, b₁ ^q, b₂ ^r) erfordert. Zum Beispiel ist es möglich, log[2 + tanh(b_iγ)], i = 1, 2 von b₁ = 100 Fuß bis b₁ = 2000 Fuß in Intervallen von 100 Fuß im voraus zu berechnen. Unter der Annahme einer geringen Prozessorleistung können die log[2 + tanh(b₁γ)] Terme im voraus bestimmt und gespeichert werden, wofür allein für den Realteil etwa 20 × N Speicherstellen notwendig sind. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform beträgt der Gesamtspeicher deshalb etwa (20 + 4 + 1 + 3) × N = 28 × N, wobei 2 × 256 Speicherstellen zum Speichern von Zwischenvariablen notwendig sind, die während der Ausführung des Algorithmus bestimmt werden.
Obwohl es hier nicht gezeigt werden wird, ist es möglich, die Berechnung der Kostenfunktion E(d, b₁, b₂) zu vereinfachen, so daß nur 12 Multiplikationen und 15 Additionen notwendig sind. Dies heißt, daß die gesamte rechnerische Komplexität des Algorithmus etwa P × Q × R × (11 Multiplikationen + 15 Additionen) beträgt, plus einige zusätzliche Herauffahrberechnungen, die im Vergleich zu der obigen Zahl vernachlässigbar sind.
Im Gegensatz zu dem Abwärtsstrom-Interpretationsfall ist es für die Aufwärtsstrominterpretation genauer, anzunehmen, daß die Leitung nicht perfekt abgeschlossen ist. Genauer gesagt werden die Impedanzfehlanpassung an der Senderleitungsverbindung im CPE-Modem und die Impedanzfehlanpassung an der Empfängerleitungsverbindung am CO-Modem zu wichtigen Faktoren, die berücksichtigt werden sollten. Obwohl die Grundidee hinter dem Kanalcharakterisierungsalgorithmus für die Aufwärtsstromdaten gleich bleibt, und einen Vergleich einer theoretischen Kanalübertragungsfunktion mit der tatsächlichen gemessenen Übertragungsfunktion umfaßt, wird die Berechnung der theoretischen Kanalübertragungsfunktion wesentlich komplizierter. Wie beim Fall der Abwärtsstrominterpretation wird wieder die Kanalübertragungsfunktion durch Mittelung von K Rahmen des empfangenen Hallsignals gemäß Gl. 1 gemessen.
Das theoretische Modell für die Kanalübertragungsfunktion im Aufwärtsstromfall kann in zwei Schritten beschrieben werden. Der erste Schritt besteht aus dem Schreiben der Gleichungen für den Strom und die Spannung an der Quelle (CPE), I_S, V_S ausgedrückt über Strom und Spannung an der Last (CO), I_L, V_L durch Anwendung von ABCD-Matrizen:
wobei Aⁱ, B, F^S und F^L 2 × 2-Matrizen sind, deren Elemente Arrays von N Elementen sind. Hierbei ist Aⁱ eine Matrix, die den Frequenzbereichsgang des i-ten Abschnitts der Anschlußleitung repräsentiert, B ist die Matrix, die den Frequenzgang des Brückenabgriffs repräsentiert, und F^S und F^L sind Matrizen, die den Frequenzbereichsgang der Hardware des Analog-Frontend (AFE) der Modemschaltkreise für die Wege von TX (Quelle) und RX (Last) repräsentieren. Aus Gl. 7 kann die Übertragungsfunktion des Kanals abgeleitet werden und wird gegeben durch:
wobei d₁ die Länge des Abschnitts vor einem Brückenabgriff und d₂ die Länge des Abschnitts nach dem Brückenabgriff ist. Man beachte, daß der CO-Interpretationsalgorithmus ein Modell mit zwei Abschnitten und einem einzigen Brückenabgriff verwendet. Der Grund dafür ist die begrenzte Anzahl der Frequenz-Bins fi = iΔf von Ton i = 6 bis i = 32, an denen die Übertragungsfunktion verfügbar ist.
Einträge der obigen Matrizen werden wie folgt gegeben: Ai11 = Ai22 = cosh(γdi) Ai12 = Z0 sinh(γdi), Ai21 = Ai12 Z–20
Einträge der Matrix B: B11 = B22 = 1 B12 = 0, B21 = Z–1j (b)
Mit Z –1 / j = tanh(bγ)/Z₀ und schließlich: FS11 = FS22 = 1, FS12 = 0, FS21 = ZS FL11 = FL22 = 1, FL12 = 0, FL21 = Z–1L
Der Schätzalgorithmus minimiert die Differenz zwischen der gemessenen und der tatsächlichen Übertragungsfunktion:
3 zeigt ein Beispiel für die Funktionsweise des Schätzalgorithmus für die Aufwärtsstrom-Anschlußleitungslänge und die Brückenabgriffslänge. Hierbei werden das gemessene empfangene Hallsignal Rx(f) und das theoretische Modell H(d, b₁, b₂, f), das durch Finden der Modellparameter d, b₁b₂, die am besten mit den Daten übereinstimmen, erhalten wurde, gezeigt. Die beispielhafte Anschlußleitung bestand aus 26-awg.-7700 Fuß-Leitung mit einem 5900 Fuß von der CO entfernten 26-awg.-600 Fuß-Brückenabgriff. Die am besten mit den beobachteten Daten übereinstimmenden Modellparameter wurden als d₁ = 7900 Fuß, d₂ = 0 Fuß und b = 500 Fuß gefunden. Man beachte, daß, obwohl die von dem Algorithmus gefundenen Parameter d₁ und d₂ von ihren tatsächlichen Werten verschieden sind, die tatsächlichen Werte d₁ = 5900 Fuß und d₂ = 1800 Fuß sind, wobei die Summe von d₁ + d₂ innerhalb von 200 Fuß der tatsächlichen Anschlußleitungslänge liegt. Dieses Beispiel zeigt, daß, obwohl die Anschlußleitungslänge relativ genau ist, der Ort des Brückenabgriffs nur schwierig zuverlässig geschätzt werden kann.
Aus den Ausdrücken, die zu der theoretischen Kanalübertragungsfunktion H(d₁, d₂, b, f) führen, ist klar, daß für die beispielhafte Berechnung der theoretischen Kanalantwort Z_S, Z_L, Z₀ und γ für 24 awg. und 26 awg. gespeichert werden müssen und daß Z_j(b₁) zur Charakterisierung des Brückenabgriffs von der Brückenabgriffslänge abhängt. Bei Annahme einer beispielhaften Auflösung von 100 Fuß der Brückenabgriffslänge und einer maximalen beispielhaften erkennbaren Brückenabgriffslänge von 2000 Fuß liegen 20 verschiedene Z_j(b₁)-Arrays vor. Schließlich werden die Elemente sinh(.) und cosh(.) der Matrizen A₁ und A₂ gespeichert. Unter der Annahme einer Auflösung von 500 Fuß der Anschlußleitungslänge und einer maximal meßbaren Anschlußleitungslänge von 20 000 Fuß sollte es dann 80 × 46 Speicherstellen zum Speichern von Einträgen von A_i geben. Insgesamt sollten zum Speichern dieser Variablen 108 × 46 Speicherstellen vorliegen, einschließlich Speicherung für Rx(f) und H(d₁, d₂, b, f), und weitere 10 × 46 Speicherstellen sind notwendig, um während der Ausführung des Algorithmus Zwischenvariablen zu speichern, so daß sich insgesamt ungefähr 118 × 46 Speicherstellen für diese beispielhafte Ausführungsform ergeben.
3 zeigt das beobachtete (gestrichelte Linie) empfangene Hallsignal Rx(f) gegenüber dem theoretischen Kanalmodell (durchgezogene Linie) H(d₁, d₂, f) als Funktionen der Frequenz für eine beispielhafte Anschlußleitung von 7700 Fuß mit einem einzigen Brückenabgriff von 600 Fuß aufgetragen.
Während des Suchprozesses werden P Werte für d₁, Q Werte für b und R Werte für d_z ausgewählt und die Kostenfunktion für jede Kombination von d₁, d₂, b bestimmt. Um die Kanalimpulsantwort zu bestimmen, liegen somit 4 × (8 × 23 komplexe Multiplikationen + 4 × 26 komplexe Additionen vor). Die gesamten rechnerischen Kosten betragen bei dieser beispielhaften Ausführungsform deshalb P × Q × R × (32 × 26 komplexe Multiplikationen + 4 × 26 komplexe Additionen).
4 zeigt ein beispielhaftes Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für Abwärtsstromdaten. Insbesondere umfaßt das Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem 100 eine Abwärtsstrom-Anschlußleitungslängen- und -Brückenabgriffslängenbestimmungseinrichtung 200, eine Aufwärtsstrom-Anschlußleitungslängen- und -Brückenabgriffslängenbestimmungseinrichtung 300, ein Vermittlungsstellenmodem 20 und ein Modem 30 am Kundenstandort, verbunden durch die Verbindung 10, wie zum Beispiel eine verdrillte Doppelleitung. Die Abwärtsstrom-Anschlußleitungslängen- und -Brückenabgriffslängenbestimmungseinrichtung 200 umfaßt eine Steuerung 210, eine E/A-Schnittstelle 220, eine Speichereinrichtung 230, eine Hallsignalbestimmungseinrichtung 240, eine Anschlußleitungslängenausgabeeinrichtung 250 und eine Brückenabgriffsausgabeeinrichtung 260, verbunden durch die Verbindung 5. Die Aufwärtsstrom-Anschlußleitungslängen- und -Brückenabgriffslängenbestimmungseinrichtung 300 umfaßt eine Steuerung 310, eine E/A-Schnittstelle 320, eine Speichereinrichtung 330, eine Hallsignalbestimmungseinrichtung 340, eine Impedanz bestimmungseinrichtung 350, eine Modemidentifikationseinrichtung 360, eine Anschlußleitungslängenausgabeeinrichtung 370 und eine Brückenabgriffsausgabeeinrichtung 380, verbunden durch die Verbindung 5.
Obwohl die in 4 dargestellte beispielhafte Ausführungsform die Komponenten des Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystems und assoziierte Komponenten am selben Ort angeordnet zeigt, versteht sich, daß die verschiedenen Komponenten des Anschlußleitungslängen- und des Brückenabgriffslängenschätzsystems 100 in auseinanderliegenden Teilen eines verteilten Netzwerks, wie zum Beispiel eines lokalen Netzwerks, eines großflächigen Netzwerks, eines Intranet und/oder im Internet oder in einem eigenen Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem angeordnet sein können. Somit versteht sich, daß die Komponenten des Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystems 100 zu einer Einrichtung kombiniert oder zusammen auf einem bestimmten Knoten eines verteilten Netzwerks angeordnet werden können. Aus der folgenden Beschreibung und aus Gründen der rechnerischen Effizienz wird ersichtlich, daß die Komponenten des Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystems 100 an einer beliebigen Stelle angeordnet werden können, wie zum Beispiel in einem Vielzweckcomputer oder in einem verteilten Netzwerk, ohne die Funktionsweise des Systems zu beeinflussen.
Ferner können die Verbindungen 5 eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung oder beliebige andere bekannte oder später entwickelte Elemente sein, die elektronische Daten zu und von den angeschlossenen Elementen zuführen können.
Im Betrieb löst zur Bestimmung der Anschlußleitungslänge und der Brückenabgriffslänge in der Abwärtsstromrichtung die Steuerung 210 in Kooperation mit der E/A- Schnittstelle 220 eine Initialisierung des Modem 20 aus. In Kooperation mit dem Modem 20, der Steuerung 210 und der E/A-Schnittstelle 220 bestimmt die Hallsignalbestimmungseinrichtung 240 eine Übertragungsfunktion durch Mittelung von K aufeinanderfolgenden Rahmen eines Hallsignals. Die Anschlußleitungslänge, eine erste Brückenabgriffslänge und eine zweite Brückenabgriffslänge werden aus einer (nicht gezeigten) Eingabeeinrichtung, wie zum Beispiel einem Computer, einem Laptop, einem Endgerät, einer Übertragungsleitungstesteinrichtung oder dergleichen eingegeben oder aus der Speichereinrichtung 230 abgerufen.
In Kooperation mit der Speichereinrichtung 230 bestimmt die Steuerung 210 dann die Frequenzbereichs-Ausbreitungsfunktion für eine spezifizierte Drahtstärke und das Frequenzbereichs-Anschlußleitungsmodell. Die kalibrierten und kompensierten Hallsignale im Frequenzbereich werden in der Speichereinrichtung 230 gespeichert und die Referenz-Drahtstärke eingegeben oder aus der Speichereinrichtung 230 abgerufen.
In Kooperation mit der Speichereinrichtung 230 bestimmt die Steuerung 210 die Anzahl der Elemente in der Rx-Funktion und die Differenz zwischen der tatsächlichen und der gemessenen Übertragungsfunktion. In Kooperation mit der E/A-Schnittstelle gibt die Anschlußleitungslängenausgabeeinrichtung dann die geschätzte Anschlußleitungslänge zum Beispiel an einen Computer, einen Laptop, ein Endgerät, eine Übertragungsleitungs-Testeinrichtung oder dergleichen aus.
Zusätzlich gibt die Brückenabgriffsausgabeeinrichtung die geschätzte Brückenabgriffslänge zum Beispiel an einen Computer, einen Laptop, ein Endgerät, eine Übertragungsleitungs-Testeinrichtung oder dergleichen aus.
Zur Bestimmung der Anschlußleitungslänge und der Brückenabgriffslänge in der Aufwärtsstromrichtung löst die Steuerung 310 in Kooperation mit der E/A-Schnittstelle 320 im Betrieb eine Initialisierung des Modem 30 aus. In Kooperation mit dem Modem 30, der Steuerung 310 und der E/A-Schnittstelle 320 bestimmt die Hallsignalbestimmungseinrichtung 340 eine Übertragungsfunktion durch Mittelung von K aufeinanderfolgenden Rahmen eines Hallsignals.
Als nächstes bestimmt die Steuerung 310 in Kooperation mit der Speichereinrichtung 230 die Frequenzbereichs-Ausbreitungsfunktion für eine spezifizierte Drahtstärke, wobei die spezifizierte Drahtstärke eingegeben oder aus der Speichereinrichtung 330 abgerufen wird.
In Kooperation mit der Speichereinrichtung 330 und der Impedanzbestimmungseinrichtung 350 bestimmt die Steuerung 310 die Frequenzbereichsimpedanz der spezifizierten Drahtstärke. In Kooperation mit der Speichereinrichtung 330 und der Impedanzbestimmungseinrichtung 350 bestimmt die Steuerung 310 dann die Sendeimpedanz des CPE-Modem und die Empfangsimpedanz des CO-Modem.
In Kooperation mit der Speichereinrichtung 330 bestimmt die Steuerung 310 die Matrix, die die Frequenzbereichsantworten des i-ten Abschnitts der Anschlußleitung repräsentiert, die Matrix, die die Antwort des Brückenabgriffs repräsentiert, und die F^S-Matrix, die die AFE-Schaltkreise für den Weg von Quelle (TX) und Last (RX) repräsentiert, und speichert sie in der Speichereinrichtung 330 und schätzt die Übertragungsfunktion H. Das kalibrierte und das kompensierte Hallsignal im Frequenzbereich und die Referenzdrahtstärke der Leitung werden eingegeben oder aus der Speichereinrichtung 330 abgerufen.
Die Modemidentifikationsbestimmungseinrichtung 360 bestimmt dann die Identifikation des CO-Modem, das das Aufwärtsstrom-Hallsignal sammelt, und die Identifi kation des CPE-Modem, das das Aufwärtsstrom-Hallsignal sendet. Unter Kenntnis der Anzahl der Elemente in der Rx-Funktion minimiert die Steuerung 310 die Differenz zwischen der tatsächlichen und gemessenen Übertragungsfunktion und gibt unter Kooperation mit der Anschlußleitungslängenausgabeeinrichtung 370 und der Brückenabgriffsausgabeeinrichtung 380 die geschätzte Anschlußleitungslänge bzw. die geschätzte Brückenabgriffslänge aus.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung einer Anschlußleitungslänge und der Brückenabgriffslängen. Insbesondere beginnt die Steuerung im Schritt S100 und wird im Schritt S110 fortgesetzt. Im Schritt S110 wird auf der Basis eines gemessenen Hallsignals die Kanalimpulsantwort geschätzt. Als nächstes wird im Schritt S120 unter Verwendung einer Anschlußleitungslänge und der Brückenabgriffslängen die theoretische Kanalimpulsantwort eines Anschlußleitungsmodells bestimmt. Im Schritt S130 werden dann die Anschlußleitungslänge und die Brückenabgriffslängen des Modells variiert. Die Steuerung wird dann im Schritt S140 fortgesetzt.
Im Schritt S140 wird die Differenz zwischen der gemessenen Kanalimpulsantwort und dem theoretischen Kanalimpuls überwacht. Als nächstes werden im Schritt S150 auf der Basis der Anschlußleitungslängen und Brückenabgriffslängen, die die Fehlerfunktion zwischen der gemessenen Kanalimpulsantwort und der theoretischen Kanalimpulsantwort minimieren, die geschätzten Werte der Anschlußleitungslänge und der Brückenabgriffslänge deklariert. Die Steuerung wird dann im Schritt S160 fortgesetzt, in dem die Steuersequenz endet.
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung der Anschlußleitungslänge und der Brückenabgriffslänge für Abwärtsstromdaten. Insbesondere beginnt die Steuerung im Schritt S200 und wird im Schritt S210 fortgesetzt. Im Schritt S210 wird ein Modem initialisiert. Als nächstes wird im Schritt S220 durch Mittelung von K aufeinanderfolgenden Rahmen des Hallsignals eine Übertragungsfunktion bestimmt. Im Schritt S230 wird dann die Anschlußleitungslänge eingegeben. Die Steuerung wird dann im Schritt S240 fortgesetzt.
Im Schritt S240 wird eine erste Brückenabgriffslänge eingegeben. Als nächstes wird im Schritt S250 eine zweite Brückenabgriffslänge eingegeben. Als nächstes wird im Schritt S260 die Frequenzbereichs-Ausbreitungsfunktion für eine spezifizierte Drahtstärke bestimmt. Die Steuerung wird dann im Schritt S270 fortgesetzt.
Im Schritt S270 wird das Frequenzbereichs-Anschlußleitungsmodell bestimmt. Als nächstes werden im Schritt S280 die kalibrierten und kompensierten Hallsignale im Frequenzbereich eingegeben. Im Schritt S290 wird die Referenzdrahtstärke eingegeben. Die Steuerung wird dann im Schritt S300 fortgesetzt.
Im Schritt S300 wird die Anzahl der Elemente in der Rx-Funktion eingegeben. Als nächstes werden im Schritt S310 die Differenz zwischen der tatsächlichen und der gemessenen Übertragungsfunktion bestimmt. Im Schritt S320 wird die geschätzte Anschlußleitungslänge bestimmt. Die Steuerung wird dann im Schritt S330 fortgesetzt.
Im Schritt S330 wird die geschätzte Brückenabgriffslänge bestimmt. Die Steuerung wird dann im Schritt S340 fortgesetzt, in dem die Steuersequenz endet.
7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung der Anschlußleitungslänge und der Brückenabgriffslänge für Aufwärtsstromdaten. Insbesondere beginnt die Steuerung im Schritt S500 und wird im Schritt S510 fortgesetzt. Im Schritt S510 wird das Modem initialisiert. Im Schritt S520 wird als nächstes durch Mitteln von K aufeinanderfolgenden·Rahmen des Hallsignals die Übertragunsgfunktion bestimmt. Im Schritt S530 wird die Frequenzbereichs-Ausbreitungsfunktion für die benutzte Drahtstärke bestimmt. Die Steuerung wird dann im Schritt S540 fortgesetzt.
Im Schritt S540 wird die Frequenzbereichsimpedanz der Drahtstärke bestimmt. Im Schritt S550 wird als nächstes die Sendeimpedanz des CPE-Modems bestimmt. Im Schritt S560 wird die Empfangsimpedanz des CO-Modems bestimmt. Die Steuerung wird dann im Schritt S570 fortgesetzt.
Im Schritt S570 wird die Matrix bestimmt, die die Frequenzbereichsantworten des i-ten Abschnitts der Anschlußleitung repräsentiert. Als nächstes wird im Schritt S580 die Matrix bestimmt, die die Antwort des Brückenabgriffs repräsentiert. Im Schritt S590 wird als nächstes die F^S-Matrix bestimmt, die die AFE-Schaltkreise für den Weg von Quelle (TX) und Last (RX) repräsentiert. Dann wird die Steuerung im Schritt S600 fortgesetzt.
Im Schritt S600 wird die Übertragungsfunktion H geschätzt. Im Schritt S610 werden als nächstes das kalibrierte und das kompensierte Hallsignal im Frequenzbereich eingegeben. Im Schritt S620 wird die Referenzdrahtstärke der Leitung eingegeben. Die Steuerung wird dann im Schritt S630 fortgesetzt.
Im Schritt S630 wird die Identifikation des das Aufwärtsstrom-Hallsignal sammelnden CO-Modems eingegeben. Als nächstes wird im Schritt S640 die Identifikation des den Aufwärtsstrom-Hall sendenden CPE-Modems eingegeben. Im Schritt S650 wird dann die Anzahl der Elemente in der Rx-Funktion eingegeben. Dann wird die Steuerung im Schritt S660 fortgesetzt.
Im Schritt S660 wird die Differenz zwischen der tatsächlichen und der gemessenen Übertragungsfunktion minimiert. Als nächstes wird im Schritt S670 die geschätzte Anschlußleitungslänge bestimmt. Im Schritt S680 wird dann die geschätzte Brückenabgriffslänge bestimmt. Dann wird die Steuerung im Schritt S690 fortgesetzt, in dem die Steuersequenz endet.
Wie in 4 dargestellt, kann das Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem entweder auf einem Einzelprogramm-Vielzweckcomputer oder einem Getrenntprogramm-Vielzweckcomputer implementiert werden. Das Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem kann jedoch auch auf einem speziellen Computer, einem programmierten Mikroprozessor oder Mikrocontroller und einem integrierten Peripherie-Schaltungselement, einer ASIC oder anderen integrierten Schaltung, einem digitalen Signalprozessor, einer festverdrahteten Elektronik oder Logikschaltung, wie zum Beispiel einer Schaltung mit diskreten Elementen, einem programmierbaren Logikbaustein, wie zum Beispiel einem PLD, PLA, FPGA, PAL, einem Modem oder dergleichen implementiert werden. Jede Einrichtung mit der Fähigkeit zur Implementierung eines Automaten, der seinerseits zur Implementierung der in 5–7 dargestellten Flußdiagramme fähig ist, kann im allgemeinen zur Implementierung des Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystems gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Ferner kann das offengelegte Verfahren ohne weiteres in Software implementiert werden, wobei Objekt- oder objektorientierte Softwareentwicklungsumgebungen verwendet werden, die portierbaren Quellcode liefern, der auf vielfältigen Computer- oder Workstation-Hardwareplattformen verwendet werden kann. Als Alternative kann das offengelegte Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem teilweise oder vollständig unter Verwendung von Standard-Logikschaltungen oder VLSI-Design in Hardware implementiert werden. Ob Software oder Hardware zur Implementierung der Systeme gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hängt von den Geschwindigkeits- und/oder Effizienzanforderungen des Systems, der konkreten Funktion und von den konkreten Software- oder Hardwaresystemen oder Mikroprozessor- oder Mikrocomputersystemen, die verwendet werden, ab. Die hier dargestellten Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsysteme und -verfahren können jedoch ohne weiteres unter Verwendung beliebiger bekannter oder später entwickelter Systeme oder Strukturen, Einrichtungen und/oder Software von Fachleuten auf dem relevanten Gebiet aus der hier angegebenen Funktionsbeschreibung und einer allgemeinen Kenntnis der Computertechnik ohne weiteres in Hardware und/oder Software implementiert werden.
Außerdem lassen sich die offengelegten Verfahren ohne weiteres als Software implementieren, die auf einem programmierten Vielzweckcomputer, einem speziellen Computer, einem Mikroprozessor oder dergleichen ausgeführt wird. In diesen Fällen können die Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung als ein auf einem Personal Computer zum Beispiel als Java^®- oder CGI-Script eingebettetes Programm, als ein auf einem Server oder einer Graphikworkstation verankertes Betriebsmittel, als eine in einem eigenen Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem eingebettete Routine, ein Modem, ein eigenes Anschlußleitungslängen- und/oder Brückenabgriffslängenschätzsystem oder dergleichen implementiert werden. Das Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem kann auch implementiert werden, indem das System und das Verfahren physisch in ein Software- und/oder Hardwaresystem, wie zum Beispiel das Hardware- und Softwaresystem eines eigenen Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystems oder – modems integriert werden.
Es ist deshalb ersichtlich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung Systeme und Verfahren zur Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzung bereitgestellt wurden. Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist ersichtlich, daß Fachleuten auf den relevanten Gebieten viele Alternativen, Modifikationen und Varianten ersichtlich sein werden. Folglich ist beabsichtigt, alle solchen Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und Varianten zu umschließen, die in den Schutzumfang der angeführten Ansprüche fallen.

Claims

Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffslängenschätzsystem (100), umfassend: ein Vermittlungsstellenmodem (20) und ein Modem (30) am Kundenstandort; eine Kanalimpulsantworteinrichtung (200, 300), die so ausgelegt ist, daß sie eine Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort für eine mit einem Vermittlungsstellenmodem (20) und einem Modem (30) am Kundenstandort verbundene Übertragungsleitung auf der Basis von während der Modeminitialisierung gesendeten Signalen bestimmt; eine Modellierungseinrichtung, die so ausgelegt ist, daß sie eine theoretische Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort bestimmt; und eine Anschlußleitungslängen- und Brückenabgriffsbestimmungseinrichtung, die so ausgelegt ist, daß sie eine Anschlußleitungslänge und mindestens eine Brückenabgriffslänge auf der Basis eines Vergleichs der Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort und der theoretischen Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort bestimmt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich auf einer Fehlerminimierungsfunktion basiert, wobei vorzugsweise die Fehlerminimierungsfunktion eine Least-squares-Minimierung ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Impedanzbestimmungseinrichtung (350), die eine Sendeimpedanz des Modems (30) am Kundenstandort und/oder eine Empfangsimpedanz eines Vermittlungsstellenmodems (20) bestimmt und/oder ferner mit einer Modemidentifikationsbestimmungseinrichtung (360), die eine Identi fikation eines Modems der Kundenstandortgeräte und/oder eine Identifikation eines Vermittlungsstellenmodems bestimmt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die theoretische Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort Variablen umfaßt, die eine Last- und eine Quellenimpedanz repräsentieren, und/oder daß die Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort auf der Basis eines gemessenen Behallungssignals geschätzt wird und/oder daß die Übertragungsleitung mindestens eine Drahtstärke und/oder mindestens einen Brückenabgriff umfaßt, und/oder daß die Übertragungsleitung für Mehrträgermodulationskommunikation verwendet wird.
Verfahren zur Bestimmung einer Anschlußleitungslänge und mindestens einer Brückenabgriffslänge für eine mit einem Vermittlungsstellenmodem (20) und einem Modem (30) am Kundenstandort verbundene Übertragungsleitung, mit den folgenden Schritten: Schätzen einer Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort auf der Basis von während der Modeminitialisierung übertragenen Signalen; Bestimmen einer theoretischen Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort im Frequenzbereich; Überwachen einer Differenz zwischen der theoretischen Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort und der geschätzten Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort; und Bestimmen der Anschlußleitungslänge und mindestens einer Brückenabgriffslänge auf der Basis einer Fehlerminimierungsfunktion.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit dem Schritt des Bestimmens einer Übertragungsfunktion der Übertra gungsleitung auf der Basis eines Behallungssignals, wobei vorzugsweise die Übertragungsfunktion auf der Basis einer Mittelung einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Rahmen des Behallungssignals bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, ferner mit dem Schritt des Bestimmens einer Frequenzbereichs-Ausbreitungsfunktion für mindestens eine Drahtstärke und/oder ferner mit dem Schritt des Bestimmens eines kalibrierten und/oder eines kompensierten Behallungssignals im Frequenzbereich und/oder ferner mit dem Schritt des Bestimmens der Frequenzbereichsimpedanz mindestens einer Drahtstärke und/oder von Kundenstandortgeräten ferner mit dem Schritt des Bestimmens einer Sendeimpedanz des Modems (30) am Kundenstandort und/oder ferner mit dem Schritt des Bestimmens einer Empfangsimpedanz des Vermittlungsstellenmodems (20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner mit dem Schritt des Bestimmens einer Matrix, die eine Frequenzbereichsantwort für einen vorbestimmten Teil der Übertragungsleitung repräsentiert und/oder ferner mit dem Schritt des Bestimmens einer Matrix, die eine Antwort mindestens eines Brückenabgriffs repräsentiert und/oder ferner mit dem Schritt des Bestimmens einer Matrix, die eine analoge Frontend-Schaltung für einen Quellen- und einen Lastweg repräsentiert und/oder ferner mit dem Schritt des Bestimmens einer Identifikation des Vermittlungsstellenmodems (20) und/oder des Modems (30) am Kundenstandort und/oder ferner mit dem Schritt des Ausgebens einer geschätzten Anschlußleitungslänge der Übertragungsleitung und/oder ferner mit dem Schritt des Ausgebens einer geschätzten Brückenabgriffslänge für die Übertragungsleitung.
Informationsspeichermedium, das Informationen umfaßt, die eine Anschlußleitungslänge und mindestens eine Brückenabgriffslänge für eine mit einem Vermitt lungsstellenmodem (20) und einem Modem (30) am Kundenstandort verbundene Übertragungsleitung bestimmen, umfassend: Informationen, die auf der Basis von während der Modeminitialisierung übertragenen Signalen eine Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort schätzen; Informationen, die eine theoretische Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort bestimmen; Informationen, die eine Differenz zwischen der theoretischen Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort und der geschätzten Frequenzbereichs-Kanalimpulsantwort überwachen; und Informationen, die die Anschlußleitungslänge und mindestens eine Brückenabgriffslänge auf der Basis einer Fehlerminimierungsfunktion bestimmen.
Informationsspeichermedium nach Anspruch 9, das ferner Informationen umfaßt, die auf der Basis eines Behallungssignals eine Übertragungsfunktion der Übertragungsleitung bestimmen, wobei vorzugsweise die Übertragungsfunktion auf der Basis einer Mittelung einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Rahmen des Behallungssignals bestimmt wird, und/oder das ferner Informationen umfaßt, die eine Frequenzbereichs-Ausbreitungsfunktion für mindestens eine Drahtstärke bestimmen.
Informationsspeichermedium nach Anspruch 9 oder 10, das ferner Informationen umfaßt, die ein kalibriertes und/oder ein kompensiertes Behallungssignal im Frequenzbereich bestimmen, und/oder das ferner Informationen umfaßt, die die Frequenzbereichsimpedanz mindestens einer Drahtstärke bestimmen, und/oder das ferner Informationen umfaßt, die eine Sendeimpedanz eines Kundenstandortgerätemodems (30) bestimmen, und/oder das ferner Informationen umfaßt, die eine Empfangsimpedanz des Vermittlungsstellenmodems (20) bestimmen, und/oder das ferner Informationen umfaßt, die eine Matrix bestimmen, die eine Frequenzbereichsantwort für einen vorbestimmten Teil der Übertragungsleitung repräsentiert.
Informationsspeichermedium nach einem der Ansprüche 9 bis 11, das ferner Informationen umfaßt, die eine Matrix bestimmen, die eine Antwort des mindestens einen Brückenabgriffs repräsentiert, und/oder das ferner Informationen umfaßt, die eine Matrix bestimmen, die eine analoge Frontend-Schaltung für einen Quellen- und einen Lastweg repräsentiert, und/oder das ferner Informationen umfaßt, die eine Identifikation des Vermittlungsstellenmodems (20) und/oder des Modems (30) am Kundenstandort bestimmen, und/oder das ferner Informationen umfaßt, die eine geschätzte Anschlußleitungslänge der Übertragungsleitung ausgeben, und/oder das ferner Informationen umfaßt, die eine geschätzte Brückenabgriffslänge für die Übertragungsleitung ausgeben.