DE60222763T2

DE60222763T2 - Teilnehmeranschlusslokalisierung in einem Teilnehmeranschluss auf der Basis von Messungen des Reflexionszeitbereichs

Info

Publication number: DE60222763T2
Application number: DE60222763T
Authority: DE
Inventors: Tom Bostoen; Thierry Pollet; Patrick Jan Maria Boets; Leonard Pierre Van Biesen
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: EP1388953B1; US7050548B2; EP1388953A1; ATE375032T1; DE60222763D1; US20040022368A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualifikation einer Teilnehmeranschlussleitung aus an ihr durchgeführten Reflektometrie-Messungen, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben, und eine Vorrichtung, in der das Verfahren angewendet wird, wie im Oberbegriff von Anspruch 6 beschrieben.
Ein solches Verfahren und eine Vorrichtung, in der ein solches Verfahren angewendet wird, sind bereits in der Technik bekannt, z. B. aus der europäischen Patentanmeldung Nummer 01400832.0 mit dem Titel "Method and Apparatus for Identification of an Access Network by means of 1-port Measurements", eingereicht am 2. April 2001 im Namen von Alcatel. Darin wird ein Verfahren zur Vorhersage von Netzwerk-Parametern einer Teilnehmeranschlussleitung aus an ihr durchgeführten Reflektometrie-Messungen beschrieben.
Eine Teilnehmeranschlussleitung ist eine zweiadrige Übertragungsleitung, die Teilnehmereinrichtungen mit einer Vermittlungsstelle eines Telekommunikationsnetzes verbindet. Ursprünglich hat die Teilnehmeranschlussleitung einem Teilnehmer den Zugang zum Fernsprechnetz (Plain Old Telephony Service, POTS) gegeben. Dieses Zugangsnetz mit Kupferleitungen war de-fakto das Medium, um zu günstigsten Kosten neue Telekommunikationsdienste an private Teilnehmer zu liefern. DSL-Dienste (Digital Subscriber Line) nutzen das Frequenzband oberhalb von 4 kHz bis zu mehreren MHz, das von POTS nicht benutzt wird, um dem Teilnehmer einen schnellen Internetzugang (bis zu einigen Mbit/s) bereitzustellen.
Dennoch wurde die Teilnehmeranschlussleitung für die Sprachband-Übertragung entwickelt, ohne dass Datenkommunikationsdienste, die mit höheren Frequenzen arbeiten, in Betracht gezogen wurden. Die Teilnehmeranschlussleitung kann mehrere Beeinträchtigungen für DSL-Dienste aufweisen, durch die POTS nicht beeinflusst wird, wie z. B. Stichleitungen (Abzweigleitungen mit offenen Enden, die an die Hauptleitung gespleißt oder mit ihr gekoppelt sind), verschiedene Leitungsquerschnitte, Spleiße, usw. DSL-Dienste werden durch Reflexionen entlang der Leitung am meisten beeinträchtigt, die durch Ungleichmäßigkeiten der Impedanz der Übertragungsleitung verursacht werden. Reflexionen interferieren mit dem direkten DSL-Signal, und an den Frequenzen, an denen die Interferenz destruktiv ist, verringern sie die Größe des empfangenen Signals.
Es ist daher erforderlich, vor der Implementation von DSL-Diensten die Leitungsqualität zu bestimmen. Ein Ziel des bekannten Verfahrens ist es, die maximal auf der Teilnehmeranschlussleitung erzielbare Bitrate – auch als theoretische Kanalkapazität der Teilnehmeranschlussleitung bezeichnet – für einen mit der erwarteten Qualität über die Teilnehmeranschlussleitung bereitzustellenden Telekommunikationsdienst vorherzusagen, also eine Teilnehmeranschlussleitung für einen Telekommunikationsdienst zu qualifizieren.
In einem vorbereitenden Schritt des bekannten Verfahrens wird ein physikalisches Modell der Teilnehmeranschlussleitung durch die Theorie der elektromagnetischen Wellen definiert, das spezifiziert, wie sich Spannungs- und Strom-Wellen auf der Leitung ausbreiten. Die Teilnehmeranschlussleitung wird so modelliert, dass sie aus einer Vielzahl von Leitungsabschnitten besteht, die in einer baumähnlichen Struktur aneinander gespleißt oder gekoppelt sind, wobei:

– Die Wurzel des Baums ein Leitungsabschluss ist, der mit der Vermittlungsstelle verbunden ist,
– ein Zweig des Baums ein zweiadriger gleichmäßiger Leitungsabschnitt ist,
– ein Knoten des Baums eine Verbindung zwischen einer Vielzahl von Leitungsabschnitten ist,
– ein Blatt des Baums ein Leitungsabschluss ist, wobei alle offen gelassen werden, bis auf einen, der mit der Teilnehmereinrichtung verbunden ist.

Die Wurzel oder die Blätter des Baums werden im weiteren Text als Leitungsabschluss bezeichnet.
Ein Leitungsabschnitt wird durch die Klammer (Z₀, e^–γl) modelliert, wobei Z₀ die charakteristische Impedanz des Leitungsabschnitts, γ die Ausbreitungskonstante des Leitungsabschnitts und 1 die Länge des Leitungsabschnitts ist. Z₀ und γ können als Funktion der Frequenz f und einer endlichen Zahl von Koeffizienten ausgedrückt werden, wobei die Koeffizienten aus den geometrischen Querschnitts-Abmessungen der Leitung und der Materialkonstanten der Leitung definiert werden. (Z₀, e^–γl) spezifiziert die Art und Weise, wie Spannungs- und Stromwellen sich entlang der Leitung ausbreiten, sowie ihr jeweiliges Verhältnis. Die Randbedingungen, welche die Leitungsspannung und der Leitungsstrom an einem Spleiß oder an einem Leitungsabschluss einhalten müssen, ergeben die Reflexionen und den Durchlässigkeitsfaktor der Spannungs- und Stromwellen an dem Spleiß oder an dem Leitungsabschluss. Die Erweiterung dieser Argumentation auf die gesamte Teilnehmeranschlussleitung führt zu einem parametrischen Modell, das spezifiziert, wie sich die Spannungs- und Stromwelle über die Teilnehmeranschlussleitung ausbreitet, wobei die oben erwähnten Koeffizienten dessen Parameter sind. Die Netzwerkparameter der Teilnehmeranschlussleitung, wie die Streumatrix oder die ABCD-Matrix, werden daraus berechnet.
In einem weiteren Schritt des bekannten Verfahrens wird ein elektrisches Eingangssignal erzeugt und an einen Leitungsabschluss angekoppelt, wobei die elektrischen Signalformen an dem Kopplungspunkt beobachtet werden. Die beobachtete Signalform besteht aus einem Teil des Eingangssignals und aus einem Teil jedes Signals, das an jeder Ungleichmäßigkeit der Impedanz der Übertragungsleitung reflektiert wird, falls vorhanden. Diese Messung ist in der Technik als Reflektometrie bekannt, spezieller als Zeitbereichs-Reflektometrie oder als Frequenzbereichs-Reflektometrie, abhängig davon, ob die beobachtete Signalform im Zeitbereich oder im Frequenzbereich gemessen wird. Das gemessene Signal wird Reflektogramm genannt, entweder Zeitbereichs-Reflektogramm oder Frequenzbereichs-Reflektogramm.
In diesem Stadium des Qualifikationsprozesses wird die Teilnehmeranschlussleitung als Eintor-System betrachtet, wobei der Leitungsabschluss, an dem die Reflektometrie-Messungen durchgeführt werden, dessen Referenzanschluss ist. Der Leitungsabschluss, der mit der Teilnehmereinrichtung verbunden ist, wird mit einer ersten Impedanz belastet, wobei deren Definition (z. B. ein offenes Leitungsende) oder zumindest eine Approximation im betrachteten Frequenzbereich (z. B. durch einen RLC-Schaltkreis) angegeben wird.
In einem weiteren Schritt des bekannten Verfahrens werden die Koeffizientenwerte des parametrischen Modells berechnet. Der Berechnungsprozess umfasst folgende Schritte:

– Zuweisung eines Anfangswertes an einige der Koeffizienten unter Verwendung eines quasi-realistischen Modells der Teilnehmeranschlussleitung,
– aus dem parametrischen Modell Berechnung des Streuparameters S₁₁ der Teilnehmeranschlussleitung, und zwar S model / 11, wobei der Streuparameter S₁₁ als das Verhältnis im Frequenzbereich der rückwärts laufenden Welle oder der reflektierten Welle zur vorwärts laufenden oder einfallenden Welle definiert ist,
– aus den Reflektometrie-Messungen Berechnung des Streuparameters S₁₁ der Teilnehmeranschlussleitung, und zwar S meaurement / 11,
– Quantitative Bestimmung einer Differenz zwischen den Streuparametern S model / 11 und S meaurement / 11 durch Einführung einer Kostenfunktion,
– Verringerung der Differenz durch Anpassung der Koeffizientenwerte des parametrischen Modells.

Das quasi-realistische Modell liefert Anfangswerte für die Koeffizienten des parametrischen Modells für die Berechnung des Streuparameters S model / 11. Die Anfangswerte des Modells sollten vorzugsweise die Größenordnung haben, die durch ihre Formel vorausberechnet wird, so dass die Optimierung der Kostenfunktion ein absolutes Minimum bestimmt und nicht in einem lokalen Minimum eingefangen wird. Im Gegensatz zum Black-Box-Modell ist das quasi-realistische Modell ein White-Box-Modell mit so vielen vorherigen Kenntnissen wie möglich. Das quasi-realistische Modell der Teilnehmeranschlussleitung basiert auf einer angenommenen oder abgeschätzten Leitungs-Topologie und möglicherweise auf der Art der Übertragungsleitungen, die im Feld eingesetzt werden, wie sie dem Betreiber des Telekommunikationsnetzes bekannt ist. Ein Verfahren zur Bestimmung der Topologie einer Teilnehmeranschlussleitung aus an ihr durchgeführten Reflektometrie-Messungen ist in der Technik bereits bekannt, z. B. aus der europäischen Patentanmeldung mit der Nummer 02291902.1 mit dem Titel "Interpretation System for Interpreting Reflectometry Information", eingereicht am 26. Juli 2002 im Namen von Alcatel. Darin wird ein Expertensystem beschrieben, das auf einem angenommenen Netzwerk und einem auf Regeln basierenden System aufbaut und das die Baumstruktur der Teilnehmerleitung bestimmt und die in jedem Leitungsabschnitt vorliegende Laufzeit berechnet.
Sobald die Koeffizienten berechnet wurden, ist es möglich die Übertragungsfunktion zwischen jedem Leitungsabschluss zu berechnen, wobei die Teilnehmeranschlussleitung nun als Mehr-Anschluss-System betrachtet wird. Mit der so berechneten Übertragungsfunktion zwischen der Vermittlungsstelle und der Teilnehmereinrichtung und angesichts einer berechneten oder gemessenen spektralen Leistungsdichte (PSD) des Rauschens beim Teilnehmer ist es möglich, die theoretische Kanalkapazität der Teilnehmeranschlussleitung zu berechnen.
Während der der Vermittlungsstelle zugeordnete Leitungsabschluss leicht überprüft werden kann, ist die Ermittlung, welcher der Leitungsabschlüsse der Teilnehmereinrichtung zugeordnet ist, nicht so offensichtlich, wenn es mehr als einen Kandidaten gibt. Ohne diese Information ist es unmöglich festzustellen, welche der Übertragungsfunktionen zur Berechnung der theoretischen Kanalkapazität der Teilnehmeranschlussleitung benutzt werden muss.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, festzustellen, welcher der Leitungsabschlüsse den Teilnehmereinrichtungen zugeordnet ist, wobei eine angenommene oder berechnete Topologie der Teilnehmeranschlussleitung gegeben ist.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel durch das in Anspruch 1 definierte Verfahren und durch die in Anspruch 6 definierte Vorrichtung erreicht. Es wird ein zweites Reflektogramm gemessen, wobei der mit der Teilnehmereinrichtung verbundene Leitungsabschluss mit einer zweiten Impedanz belastet wird, die sich von der ersten Impedanz unterscheidet. Als nächstes wird das erste Reflektogramm im Zeitbereich mit dem zweiten. Reflektogramm verglichen, um unter allen Reflexionen die an der Teilnehmereinrichtung abzugrenzen. In der Tat beeinflusst eine Änderung der Impedanz an einem Leitungsabschluss nur die Reflexionen an diesem Leitungsabschluss, alle anderen Reflexionen bleiben unverändert. Die beobachteten Signalformen unterscheiden sich voneinander, immer wenn von der Teilnehmereinrichtung reflektierte Signale vorhanden sind. Der erste Abweichungs-Spitzenwert zeigt die Reflexion erster Ordnung. Daraus kann die Gesamt-Umlaufzeit zwischen der Messungsseite und der Teilnehmerseite berechnet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Größe der Abweichungs-Spitzenwerte mit steigender Zeit abnimmt, da die Dämpfung umso größer ist, je länger die Laufzeit ist. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Eigenschaften des Ergebnisses des Vergleichsschrittes auch benutzt werden können, um die Gesamt-Umlaufzeit mit akzeptabler Genauigkeit zu berechnen.
Sind folgende Informationen vom Betreiber des Telekommunikationsnetzes und/oder aus dem oben erwähnten Expertensystem gegeben:

– Baumstruktur der Teilnehmeranschlussleitung,
– durch jeden Leitungsabschnitt eingeführte Laufzeit, ist es möglich, aus allen Pfaden zwischen dem Leitungsabschluss, an dem die Messungen durchgeführt werden und jedem anderen Leitungsabschluss den Pfad auszuwählen, für den die aufsummierte Laufzeit am besten mit der gemessenen Gesamt-Umlaufzeit übereinstimmt.

Sobald der der Teilnehmereinrichtung zugeordnete Leitungsabschluss bestimmt wurde, kann die richtige Übertragungsfunktion zur Berechnung der theoretischen Kanalkapazität zwischen der Vermittlungsstelle und der Teilnehmereinrichtung ausgewählt werden.
Vorzugsweise sollte eine solche Impedanz-Umschaltung beim Teilnehmer auf der Seite der Messung fernsteuerbar sein oder von fern überwacht werden können, um den gesamten Qualifikationsprozess auf einer Seite zu halten. Man kann verschiedene Ausführungen zur ferngesteuerten Umschaltung der Lastimpedanz beim Teilnehmer in Betracht ziehen. In Anspruch 2 wird eine solche Ausführung definiert, wenn der Teilnehmer bereits über die Teilnehmeranschlussleitung POTS nutzt. Das erste Reflektogramm wird gemessen, wenn alle Telefone beim Teilnehmer aufgelegt sind (sehr hohe Impedanz, die wie ein Leerlauf wirkt), wobei die Telefonleitung nicht belegt ist, und das zweite Reflektogramm wird gemessen, wenn bei mindestens einem Telefon der Hörer abgenommen ist, so dass die Telefonleitung belegt ist. Die Impedanzumschaltung kann durch einen Wartungs-Anruf beim Teilnehmer ausgelöst werden.
Eine weitere kennzeichnende Ausführung des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Ausführung wird in den Ansprüchen 3 und 7 definiert. Die Reflektometrie-Messungen werden im Zeitbereich durchgeführt, um ohne weitere Verarbeitung direkt mit dem Vergleichsschritt fortzufahren, vorausgesetzt zur Anregung der Leitung wurde dasselbe Signal benutzt.
Eine weitere kennzeichnende Ausführung des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Ausführung wird in den Ansprüchen 4 und 8 definiert. Die Reflektometrie-Messungen werden im Frequenzbereich durchgeführt, als nächstes werden die Messergebnisse zurück in den Zeitbereich umgewandelt, z. B. durch die inverse Fast-Fourier-Transformation (IFFT), bevor mit dem Vergleichsschritt fortgefahren wird.
Eine weitere kennzeichnende Ausführung des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Ausführung wird in den Ansprüchen 5 und 9 definiert. Aus der gemessenen Signalform werden eine einfallende und eine reflektierte Welle ermittelt, z. B. durch Messung sowohl der Leitungsspannung als auch der reflektierten Spannungswelle. Es ist dann möglich, das Zeitbereichs-Reflektogramm eines Referenzsignals, wie z. B. eines direkten Impulses, zu berechnen. Bei dieser Vorgehensweise müssen die Anregungssignale nicht identisch sein, um mit dem Verarbeitungsschritt fortzufahren.
Weitere kennzeichnende Ausführungen des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Vorrichtung werden in den beigefügten Ansprüchen erwähnt.
Es wird darauf hingewiesen, dass der in den Ansprüchen benutzte Begriff "enthält" nicht so interpretiert werden darf, als ob er auf die danach aufgelisteten Mittel oder Schritte begrenzt wäre. Der Umfang des Ausdrucks "eine Vorrichtung, die Mittel A und Mittel B enthält" darf nicht auf Vorrichtungen begrenzt werden, die nur aus den Komponenten A und B bestehen. Er bedeutet bezüglich der vorliegenden Erfindung, dass nur die Komponenten A und B der Vorrichtung relevant sind.
Auf gleiche Weise muss darauf hingewiesen werden, dass der Begriff "gekoppelt", der ebenfalls in den Ansprüchen verwendet wird, nicht so interpretiert werden darf, als ob er auf direkte Verbindungen begrenzt wäre. Der Umfang des Ausdrucks "eine Vorrichtung A, die mit einer Vorrichtung B gekoppelt ist" darf nicht auf Vorrichtungen oder Systeme begrenzt werden, bei denen ein Ausgang von Vorrichtung A direkt an einen Eingang von Vorrichtung B angeschlossen ist. Er bedeutet, dass ein Pfad zwischen einem Ausgang von A und einem Eingang von B vorhanden ist, der ein Pfad sein kann, welcher andere Vorrichtungen oder Mittel enthält.
Die oben angegebenen und weitere Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden deutlicher, und die Erfindung selbst wird am besten verstanden, wenn man auf die folgende Beschreibung einer Ausführung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
2 ein Beispiel für eine Teilnehmeranschlussleitung zeigt,
3 ein erstes Reflektogramm (einschließlich des Eingangs-Anregungssignals) zeigt, das gemessen wurde, während alle Telefone beim Teilnehmer aufgelegt waren,
4 ein zweites Reflektogramm (einschließlich des Eingangs-Anregungssignals) zeigt, das gemessen wurde, während mindestens ein Telefon beim Teilnehmer abgehoben war,
5 zeigt den Vergleich des ersten Reflektogramms mit dem zweiten Reflektogramm, der durch Subtraktion des zweiten Reflektogramms vom ersten Reflektogramm erhalten wurde.
Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, enthält:

– Eine Eingabe-Einrichtung IN,
– eine Ausgabe-Einrichtung OUT,
– eine Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit TDR und
– eine Verarbeitungseinheit PROC.

Die Eingabe-Einrichtung IN und die Ausgangs-Einrichtung OUT sind mit der Verarbeitungseinheit PROC gekoppelt. Die Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit TDR ist über einen Datenkommunikations-Bus COM, wie z. B. einen seriellen Bus, mit der Verarbeitungseinheit PROC und der Teilnehmeranschlussleitung LP gekoppelt.
Die Vorrichtung APR ist in ein tragbares Testgerät integriert, dass ein Techniker vor Ort einsetzen kann, z. B. in der Vermittlungsstelle in der Nähe eines Verteilers.
Das Eingabe-Mittel enthält eine Tastatur und eine Computer-Maus, die mit einer grafischen Benutzeroberfläche verbunden und für folgendes angepasst sind:

– Auslösung der Zeitbereichs-Reflektometrie-Messungen,
– Eingabe oder Auswahl aus einem Dropdown-Menü aller nützlicher Informationen, wie Charakteristiken der zu qualifizierenden Teilnehmeranschlussleitung (im parametrischen Modell verwendet), Messungseinstellungen, usw.

Die Ausgabe-Einrichtung OUT enthält einen Bildschirm, um einem Techniker das Ergebnis der Qualifikations-Prozedur anzuzeigen, wie z. B. eine Ja/Nein-Antwort, ob die Qualität der Teilnehmeranschlussleitung besser oder schlechter als ein vorher festgelegter Zielwert ist.
Die Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit TDR enthält die folgenden Funktionseinheiten:

– Eine Erzeugungs-Einheit GEN zur Erzeugung eines elektrischen Signals einer gegebenen Form innerhalb eines gegebenen Spektralbereichs,
– eine Messungs-Einheit MEAS zur Messung eines elektrischen Signals im Zeitbereich, wie z. B. Spannung, einschließlich eines Analog-/Digital-Wandlers,
– eine Kopplungs-Einheit COUP zur Kopplung des Anregungssignals von der Erzeugungs-Einheit GEN an ein Leiterpaar und zur Bereitstellung von geeigneten Messungs-Zugangspunkten für die Messungs-Einheit MEAS,
– eine Filtereinheit FILT zur Filterung des Signals von der Teilnehmeranschlussleitung LP, die folgendes umfasst: – ein Hochpassfilter zur starken Abschwächung des Frequenzbandes bis 4 kHz, in dem POTS-Signalisierung und Sprachverkehr übertragen werden, – ein Tiefpass-Anti-Alias-Filter für die Analog-/Digital-Wandlung,
– einen rauscharmen Verstärker LNA zur Verstärkung des Signals der Teilnehmeranschlussleitung LP,
– eine Synchronisationseinheit SYN zur gleichzeitigen Ansteuerung der Erzeugungs-Einheit GEN und der Messungs-Einheit MEAS.

Die Verarbeitungseinheit enthält einen Pentium-III-Prozessor, der von Intel Corp. geliefert wird, sowie die erforderliche Hardware, wie sie einem Fachmann bekannt ist, wie z. B. Arbeitsspeicher, eine Festplatte, einen Interrupt-Controller, einen DMA-Controller, eine Grafikkarte, E/A-Peripheriegeräte usw.
Auf der Verarbeitungseinheit PROC läuft Software, die das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausführt, spezieller:

– Erfassung und Mittelwertbildung der Messergebnisse von der Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit TDR,
– Berechnung der Topologie der Teilnehmeranschlussleitung aus diesen Messergebnissen, wie bereits in der Technik bekannt,
– Berechnung der Netzwerkparameter der Teilnehmeranschlussleitung aus diesen Messergebnissen, wie bereits in der Technik bekannt,
– Bestimmung aus diesen Messergebnissen welcher der Leitungsabschlüsse der Teilnehmereinrichtung zugeordnet ist,
– Qualifikation der Teilnehmeranschlussleitung für einen bestimmten Telekommunikationsdienst.

Das zur Anregung der Teilnehmeranschlussleitung verwendete elektrische Signal ist ein Block-Impulssignal. Der Signaltyp sowie die Burstdauer können über das Eingabemittel IN eingestellt werden.
Die gemessenen elektrischen Signale sind die Leitungsspannung VIN in Verbindung mit der reflektierten Spannungswelle VIN-. Letztere erlaubt die Unterscheidung der einfallenden und reflektierten Wellen durch die Leitungsspannung, um den Streuparameter S meaurement / 11 zu berechnen.
Auf Anforderung durch den Bediener über die Eingabe-Einrichtung IN aktiviert die Verarbeitungseinheit PROC die Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit TDR über den Datenkommunikations-Bus COM, um eine Zeitbereichs-Reflektometrie-Messung auszuführen. Daraufhin aktiviert die Synchronisationseinheit SYN sowohl die Erzeugungs-Einheit GEN zur Erzeugung des Anregungssignals, als auch die Messungs-Einheit MEAS zum Start der Messung der Ergebnis-Signale am Kopplungspunkt. Eine Messung ist ein Satz digitaler Abtastwerte, wobei jeder Abtastwert die codierte Größe des gemessenen Signals zu einem bestimmten Zeitpunkt darstellt. Die Messergebnisse werden über den Datenkommunikations-Bus COM zur weiteren Verarbeitung zurück an die Verarbeitungseinheit PROC geliefert. Die Messungs-Prozedur wird mehrmals über eine kurze Zeitdauer wiederholt, um den Mittelwert und die Varianz jedes Abtastwertes zu berechnen.
Im Folgenden wird der Betrieb der bevorzugten Ausführung mit Bezug auf ein Beispiel einer Teilnehmeranschlussleitung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Teilnehmeranschlussleitung LP, wie in 2 gezeigt, enthält eine einzelne Übertragungsleitung TL, die an einem bestimmten Punkt entlang der Leitung eine Stichleitung BT aufweist. Die Vorrichtung APR befindet sich in einer Vermittlungsstelle CO und ist mit dem Abschluss TERM 1 der Teilnehmeranschlussleitung LP gekoppelt. Die Vorrichtung APR ist als Spannungsquelle E modelliert, die mit einer Impedanz ZG in Reihe geschaltet ist, und als Messungs-Einrichtung M, welche die Leitungsspannung V1 und die reflektierte Spannungswelle V1- misst. Beim Teilnehmer CP ist ein Kommunikations-Endgerät (z. B. ein Telefon) mit dem Abschluss TERM 2 der Teilnehmeranschlussleitung LP verbunden. Das Kommunikations-Endgerät ist als variable Impedanz ZL modelliert.
Eine erste Reflektometrie-Messung findet statt, während die Telefonleitung frei ist (siehe 3). Das Telefon beim Teilnehmer CP ist aufgelegt und wirkt als offene Leitung (ZL = ∞). Die Vorhersage der Leitungstopologie und die Vorhersage der Netzwerkparameter werden daraus durchgeführt.
Die Vorhersage der Leitungstopologie liefert folgende Ergebnisse (siehe die oben erwähnten Patente für weitere Einzelheiten):

– Einen ersten Leitungsabschnitt
mit einem Spleiß 100 μs vom Abschluss TERM 1 entfernt,
– Vom Spleiß SP an 2 Leitungsabschnitte
und
mit Übertragungs-Laufzeit von 75 μs bzw. 25 μs.

Sobald die Baumstruktur der Teilnehmeranschlussleitung bestimmt wurde, wird das entsprechende parametrische Modell aus einer vordefinierten Sammlung parametrischer Modelle ausgewählt. Wenn keine Übereinstimmung gefunden wird, wird der Bediener über die Ausgabe-Einrichtung OUT aufgefordert, das entsprechende parametrische Modell zu importieren oder zu erzeugen.
Der Eintor-Streuparameter S model / 11 für eine Teilnehmeranschlussleitung mit einem Abzweig ist gegeben durch:
Hierbei ist:
Z_i ist die Impedanz-Last am Anschluss TERM i.
Der Typ der Übertragungsleitung, wie er dem Betreiber des Telekommunikationsnetzes bekannt ist und wie er über die Eingabe-Einrichtung IN eingegeben wurde, ist eine nicht geschirmte verdrillte Doppelleitung (UTP), die aus 2 parallelen kreisförmigen zylindrischen Leitern besteht, die in einem homogenen Dielektrikum eingebettet sind, das als linear und isotrop angenommen wird. (Z₀, e^–γl) einer UTP ist wie folgt gegeben:
wobei:

– s = jω = j2πf die Laplace-Frequenz darstellt,
–
eine Hilfsfunktion bezeichnet, die in den Berechnungen benutzt wird,
– J_i = J_i(a₃√–S) die Bessel-Funktion bezeichnet,
– y_p = a₅s/l die Parallel-Admittanz pro Längeneinheit der Übertragungsleitung ist.

Die Koeffizienten a₁ bis a₅ können als Anfangswerte entsprechend folgender Gleichungen gegeben sein:
wobei:

– α der Radius der kreisförmigen Leiter ist (für beide Leiter derselbe Radius),
– D der Abstand zwischen den Achsen der beiden Leiter ist,
– σ die Leitfähigkeit des Leitermaterials (z. B. Kupfer) ist,
– ε und μ die Dielektrizitätskonstante, bzw. die magnetische Permeabilität des dielektrischen Materials (z. B. Polyethylen) ist.

Somit sind 15 Koeffizienten für das parametrische Modell der Teilnehmeranschlussleitung LP definiert, 5 für jeden Leitungsabschnitt. Die Koeffizienten müssen bezüglich des ersten gemessenen Reflektogramms optimiert werden. Weitere Details über die Kostenfunktion und den Optimierungs-Algorithmus siehe das oben erwähnte Patent.
Sobald die Koeffizienten optimiert wurden, kann die theoretische Kanalkapazität der Teilnehmeranschlussleitung mit der folgenden Formel berechnet werden:
wobei:

– H(f) die Übertragungsfunktion zwischen der Vermittlungsstelle CO und der Teilnehmereinrichtung CP bezeichnet,
– S(f) die spektrale Leistungsdichte des Signals bezeichnet, das an der Vermittlungsstelle CO über die Teilnehmeranschlussleitung LP gesendet wird,
– N(f) die spektrale Leistungsdichte des Rauschens an den Teilnehmereinrichtungen CP bezeichnet.

Wie erwartet, tritt das folgende Problem auf: Welche der Übertragungsfunktionen H₁₂ oder H₁₃ ist die Übertragungsfunktion zwischen der Vermittlungsstelle CO und den Teilnehmereinrichtungen CP, oder alternativ welchem der Leitungsabschlüsse TERM 2 oder TERM 3 sind die Teilnehmereinrichtungen zugeordnet? Daher wird ein zweites Reflektogramm gemessen, um festzustellen, welcher Leitungsabschluss den Teilnehmereinrichtungen CP zugeordnet ist.
Die zweite Reflektometrie-Messung findet während eines Telefonates statt (siehe 4), wobei das Telefon beim Teilnehmer CP abgenommen ist (ZL ≠ ∞). Das Telefonat kann durch den Techniker selbst oder durch einen Dritten ausgeführt werden.
Das erste Zeitbereichs-Reflektogramm wird dann in der Verarbeitungseinheit PROC mit dem zweiten Zeitbereichs-Reflektogramm verglichen, indem eines vom anderen subtrahiert wird, d. h.: Δ(n) = |s1(n) – s2(n)|,wobei:

– s₁(n) der n-te gemittelte Messwert des ersten Zeitbereichs-Reflektogramms ist,
– s₂(n) der n-te gemittelte Messwert des zweiten Zeitbereichs-Reflektogramms ist.

Das Ergebnis der Subtraktion wird geglättet, indem Δ mit einer Gauß-Funktion h geglättet wird:
wobei:

– h(k) = e^–tI_k(t),
– I_k(t) die modifizierte Bessel-Funktion der geradzahligen Ordnung k bezeichnet,
– t der Skalierungsfaktor ist, der geeignet gewählt werden muss.

Die Funktion Δ' wird schließlich dazu benutzt, die Umlaufzeit zwischen der Messungs-Seite und der Teilnehmerseite zu bestimmen. Als erstes wird das globale Maximum M der Funktion Δ' (dΔ'/dt = 0) gesucht (siehe 5). Als nächstes wird der erste Wendepunkt I der Funktion Δ' (d²Δ'/dt² = 0) vor dem globalen Maximum M gesucht (siehe 5). Die Zeit, die diesem Wendepunkt entspricht, in Bezug auf die Zeit, zu der das Eingangssignal in die Teilnehmeranschlussleitung LP gekoppelt wurde, definiert die Referenz-Verzögerung DREF (siehe 5).
Die Referenz-Verzögerung DREF wird schließlich dazu benutzt, den Leitungsabschluss zu ermitteln, der den Teilnehmereinrichtungen zugeordnet ist. Dies wird erreicht, indem aus allen Pfaden zwischen dem Leitungsabschluss, an dem die Messung durchgeführt wird, und jedem anderen Leitungsabschluss der Pfad ausgewählt wird, dessen aufsummierte Laufzeit am besten mit der Referenz-Verzögerung DREF übereinstimmt.
Weiter mit Bezug auf 2 ist die Gesamt-Umlaufzeit zwischen TERM 1 und TERM 2 (100 + 75) × 2 = 350 μs, und die Gesamt-Umlaufzeit zwischen TERM 1 und TERM 3 ist (100 + 25) × 2 = 250 μs. Durch Vergleich mit DREF ≅ 350 μs ergibt sich TERM 2 zweifellos als der Leitungsabschluss, der den Teilnehmereinrichtungen CP zugeordnet ist.
Wenn der den Teilnehmereinrichtungen CP zugeordnete Leitungsabschluss erkannt wurde, wird die richtige Übertragungsfunktion zur Berechnung der theoretischen Kanalkapazität zwischen der Vermittlungsstelle CO und den Teilnehmereinrichtungen CP ausgewählt.
Die Übertragungsfunktion zwischen der Vermittlungsstelle CO und den Teilnehmereinrichtungen CP ist somit gegeben durch:
Hierbei ist:
Die theoretische Kanalkapazität zwischen der Vermittlungsstelle CO und den Teilnehmereinrichtungen CP wird daraus berechnet, wobei Z₁ und S(f) durch den entsprechenden Wert des Dienstes ersetzt werden (z. B. Z₁ = 100 oder 135 Ω für ein DSL-Modem). Die so berechnete Kapazität wird schließlich über die Ausgabe-Einrichtung OUT als Ja/Nein-Antwort angezeigt, oder es wird angegeben, ob die Kapazität der Leitung größer oder kleiner als ein vorher festgelegter Zielwert ist, d. h. eine Ja/Nein-Antwort, ob die Teilnehmeranschlussleitung für den Wert qualifiziert ist oder nicht.
In einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die Eingabe-Einrichtung IN eine aus einer Vielzahl von Eingabe-Einrichtungen umfassen, die einem Fachmann bekannt sind, wie spezielle Tasten, ein berührungsempfindlicher Bildschirm (Touch Screen) usw. Auf ähnliche Weise kann die Ausgabe-Einrichtung OUT eine aus einer Vielzahl von Ausgabe-Einrichtungen umfassen, die einem Fachmann bekannt sind, wie ein Drucker, eine Ausgabedatei, usw.
In einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit TDR den Leitungszustand überwachen, indem sie die spektrale Leistungsdichte der Teilnehmerleitung im Sprachband misst und bestimmt, ob sie größer oder kleiner als ein vorher festgelegter Grenzwert ist. Der Leitungszustand wird in einem Register gespeichert, das von der Verarbeitungseinheit PROC über den I/O-Adressbereich adressiert werden kann. Immer, wenn sich der Leitungszustand ändert, wird die Verarbeitungseinheit PROC durch einen speziellen Interrupt-Vektor unterbrochen. Die Verarbeitungseinheit PROC kann auch zyklisch das Leitungszustands-Register abfragen. Die Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit TDR kann auch über den Datenkommunikations-Bus COM mit speziellen Nachrichtenelementen Änderungen des Leitungszustandes an die Verarbeitungseinheit PROC melden. Die Verarbeitungseinheit PROC löst automatisch eine erste Zeitbereichs-Reflektometrie-Messung aus, während die Leitung frei ist (PSD < Schwellwert) und eine zweite Zeitbereichs-Reflektometrie-Messung, während die Leitung belegt ist (PSD ≥ Schwellwert). Hierbei ermittelt die Verarbeitungseinheit PROC den Leitungszustand während der Reflektometrie-Messungen, und die gesamte Qualifikations-Prozedur wird automatisiert.
In einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung befinden sich die Eingabe- und Ausgabe-Verarbeitungs-Einrichtungen in einem entfernten Host, während die Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit TDR auf einer Karte installiert ist und in einen Karten-Steckplatz des Telekommunikations-Netzwerk-Elementes, wie z. B. eines digitalen Teilnehmerleitungs-Anschluss-Multiplexers (DSLAM), eingesteckt wird. Die Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit TDR wird mit den Verarbeitungs-Einrichtungen über ein Datenkommunikationsnetz, wie z. B. das Internet, ein lokales Netz (LAN) oder ein Weitverkehrsnetz (WAN) gekoppelt.
Eine abschließende Anmerkung ist, dass Ausführungen der vorliegenden Erfindung oben in Form von Funktionsblöcken beschrieben werden. Aus der oben angegebenen Funktionsbeschreibung dieser Blöcke wird es einem Fachmann für die Entwicklung elektronischer Geräte offensichtlich sein, wie Ausführungen dieser Blöcke mit wohlbekannten elektronischen Bauelementen hergestellt werden können. Eine detaillierte Architektur des Inhaltes der Funktionsblöcke wird daher nicht angegeben.
Obwohl die Prinzipien der Erfindung oben in Verbindung mit einer speziellen Vorrichtung beschrieben wurden, muss deutlich verstanden werden, dass diese Beschreibung nur als Beispiel erfolgt und nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.

Claims

Verfahren zur Qualifikation einer Teilnehmeranschlussleitung (LP), die Teilnehmereinrichtungen (CP) mit einer Vermittlungsstelle eines Telekommunikationsnetzes (CO) verbindet und die mindestens drei Leitungsabschlüsse (TERM 1, TERM 2, TERM 3) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) An einem L eitungsabschluss (TERM 1) Ausführen einer ersten Reflektometrie-Messung der Teilnehmeranschlussleitung und dadurch Bereitstellung eines ersten Reflektogramms, b) an dem Leitungsabschluss Ausführen einer zweiten Reflektometrie-Messung der Teilnehmeranschlussleitung und dadurch Bereitstellung eines zweiten Reflektogramms, c) im Zeitbereich Vergleichen des ersten Reflektogramms mit dem zweiten Reflektogramm, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin zwischen Schritt a) und b) den Zwischenschritt d) enthält, an den Teilnehmereinrichtungen eine Impedanz-Last (ZL), die mit der Teilnehmeranschlussleitung gekoppelt ist, von einem ersten Impedanzwert (Z1) auf einen zweiten Impedanzwert (Z2) umzuschalten, und dadurch, dass das Verfahren weiterhin den abschließenden Schritt e) umfasst, aus dem Ergebnis des Vergleichs zu erkennen, welcher Leitungsabschluss von den mindestens drei Leitungsabschlüssen mit den Teilnehmereinrichtungen (CP = TERM 2) verbunden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der herkömmliche Fernsprechdienst über die Teilnehmeranschlussleitung bereitgestellt wird, und dadurch, dass der erste Impedanzwert und der zweite Impedanzwert Impedanz-Belastungs-Werte eines Kommunikations-Endgerätes beim Teilnehmer sind, dessen Hörer aufgelegt bzw. abgehoben wird oder umgekehrt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reflektometrie-Messung und die zweite Reflektometrie-Messung Zeitbereichs-Reflektometrie-Messungen sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reflektometrie-Messung und die zweite Reflektometrie-Messung Frequenzbereichs-Reflektometrie-Messungen sind, und dadurch, dass das Verfahren weiterhin den Schritt umfasst, die erste Reflektometrie-Messung und die zweite Reflektometrie-Messung zurück in den Zeitbereich umzuwandeln und dadurch das erste Reflektogramm und das zweite Reflektogramm bereitzustellen.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin folgende Schritte umfasst: – Abgrenzung einer einfallenden Welle und einer reflektierten Welle aus der ersten Reflektometrie-Messung, – aus der ersten Reflektometrie-Messung Berechnung eines Zeitbereichs-Reflektogramms eines Referenzsignals und dadurch Bereitstellung des ersten Reflektogramms, – Abgrenzung einer einfallenden Welle und einer reflektierten Welle aus der zweiten Reflektometrie-Messung, – aus der zweiten Reflektometrie-Messung Berechnung eines Zeitbereichs-Reflektogramms des Referenzsignals und dadurch Bereitstellung des zweiten Reflektogramms.
Vorrichtung zur Qualifikation einer Teilnehmeranschlussleitung (LP), die Teilnehmereinrichtungen (CP) mit einer Vermittlungsstelle eines Telekommunikationsnetzes (CO) verbindet und die mindestens drei Leitungsabschlüsse (TERM 1, TERM 2, TERM 3) aufweist, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: – Eine Reflektometrie-Einheit (TDR), die mit der Teilnehmeranschlussleitung gekoppelt und angepasst ist, an einem Leitungsabschluss (TERM 1) eine erste Reflektometrie-Messung durchzuführen und dadurch ein erstes Reflektogramm bereitzustellen, und an dem Leitungsabschluss eine zweite Reflektometrie-Messung auszuführen und dadurch ein zweites Reflektogramm bereitzustellen, – Verarbeitungs-Mittel (PROC), die mit der Reflektometrie-Einheit gekoppelt und angepasst sind, das erste Reflektogramm mit dem zweiten Reflektogramm zu vergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin angepasst ist, die Anweisung zu erhalten, zwischen der ersten Reflektometrie-Messung und der zweiten Reflektometrie-Messung an den Teilnehmereinrichtungen eine Impedanz-Last (ZL), die mit der Teilnehmeranschlussleitung gekoppelt ist, von einem ersten Impedanzwert (Z1) auf einen zweiten Impedanzwert (Z2) umzuschalten, und dadurch, dass das Verarbeitungs-Mittel weiterhin angepasst ist, aus dem Ergebnis des Vergleichs zu erkennen, welcher Leitungsabschluss von den mindestens drei Leitungsabschlüssen zu der Teilnehmereinrichtung (CP = TERM 2) gehört.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektometrie-Einheit eine Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit ist, die angepasst ist, Zeitbereichs-Reflektometrie-Messungen auszuführen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektometrie-Einheit eine Frequenzbereichs-Reflektometrie-Einheit ist, die angepasst ist, Frequenzbereichs-Reflektometrie-Messungen auszuführen, und dadurch, dass die Verarbeitungs-Einheit weiterhin angepasst ist, die erste Reflektometrie-Messung und die zweite Reflektometrie-Messung zurück in den Zeitbereich umzuwandeln und dadurch das erste Reflektogramm und das zweite Reflektogramm bereitzustellen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit weiterhin angepasst ist, eine einfallende Welle und eine reflektierte Welle aus der ersten Reflektometrie-Messung abzugrenzen, und dadurch, dass die Verarbeitungs-Einheit weiterhin angepasst ist, aus der ersten Reflektometrie-Messung ein Zeitbereichs-Reflektogramm eines Referenzsignals zu berechnen und dadurch das erste Reflektogramm bereitzustellen, dadurch, dass die Zeitbereichs-Reflektometrie-Einheit weiterhin angepasst ist, aus der zweiten Reflektometrie-Messung eine einfallende und eine reflektierte Welle abzugrenzen, und dadurch, dass die Verarbeitungs-Einheit weiterhin angepasst ist, aus der zweiten Reflektometrie-Messung ein Zeitbereichs-Reflektogramm des Referenzsignals zu berechnen und dadurch das zweite Reflektogramm bereitzustellen.
Vorrichtung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs-Einrichtung von fern über ein Datenkommunikations-Netzwerk mit der Reflektometrie-Einheit gekoppelt ist.