JP2009514327A - 通信伝送路の特性を推定するための方法、装置、およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

通信伝送路の伝送特性の判定であって、線路上で送信された信号（２００）と結果として生じる受信された信号（２０１）との関係から、線路の複素入力インピーダンスが最初に判定される（２０４）。伝搬定数に線路長を乗じた絶対値がπ未満である周波数について、線路の入力インピーダンスは、テイラー級数展開を用いて、線路定数（線路の電気容量、抵抗、インダクタンス、伝導性）と周波数とに置き換えて表現できる。少なくとも２つの周波数が存在するならば、高次項の切り捨てと測定値の挿入の後、結果として生じる連立方程式の解が得られ、線路定数が生成される（２０６）。さらに、線路の電気容量と、ｋｍあたりの線路についての電気容量の標準値とから、線路長が推定できる（２０７）。

Description

本発明は、伝送路の解析の分野に関する。

通信ネットワークの運用にとって、ネットワークの伝送路の特性を測定することは、大いなる関心の的である。そのような測定の結果を、例えば、障害を検出するため、障害の位置を特定するため、発生寸前の一定の障害を予測するため、そして例えばＤＳＬのような一定のサービスについて線路の適合性と容量を予測するために使用してもよい。

線路の特性を推定するには、多様な方法および装置を用いることができる。

シングルエンドの線路試験すなわちＳＥＬＴは、重要な試験方法である。この試験方法では、線路の片方の端だけで行われる測定から、線路の特性が推定される。

ＳＥＬＴ機材の１つのクラスとして、金属試験アクセス付きの専用測定機材がある。ここでは、特定用途の測定装置が、測定が行われるときに伝送路にガルバニック的に接続される。

そのような測定は多様な方法で行われうる。電気容量は、線路に電圧を印加し、その後、電圧の印加を止め、電圧の減衰時間を測定することによって、推定されてもよい。

線路長は、パルスを送信し、反射パルスが到着するまでの時間を測定することによって、いわゆる時間領域反射率測定すなわちＴＤＲによって測定されてもよい。

しかし、ガルバニック・アクセスは、特別な試験装置を必要とする。ガルバニック・アクセスは、測定すべき線路に手動で試験装置を接続することによって達成されるか、あるいは、線路にサービス提供している通信用交換機に備えられたライン・ボードに、ガルバニック・アクセスを提供するための特別なハードウェア（例えば中継器）を備える必要がある。これは大きな欠点である。

さらに、通常、試験装置は、一時に一度の測定を行う。そのような試験装置を数多く使用するのはコストがかかり、また、ガルバニック・アクセスを提供するための構成の性格にもよるが、複数の試験装置によって複数の線路に同時にガルバニック・アクセスを行うための構成を整えるのは厄介なこととなりうる。

もっと好ましい解決策は、交換機が備えるライン・ボードの通常の信号経路を通じて線路への試験用アクセスを提供することである。多くの線路に同時にアクセスすることができ、専用のハードウェアは必要ない。

既存のライン・ボードは、多くの場合、単純な線路試験、例えば、一対の配線間の、および各配線とアースとの間の抵抗や電圧の測定のための、内蔵機能を有している。しかし、往々にして、そのような内蔵機能の精度は低い。

ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＳＥ２００４／０００７１８は、送信された信号と結果として生じる受信された信号との関係を分析することによって伝送路の長さを判定する方法について記述している。

この送信信号と受信信号との関係は、信号に対するトランシーバの影響について調整され、線路の入力インピーダンスが周波数の関数として算出される。次いで、インピーダンスの絶対値の周期的な変動から、長さが判定される。しかし、この方法は、約１．５ｋｍを越える線路長では十分に機能せず、また、おおむね３０ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの範囲の周波数を使用する。

線路のインピーダンスが上記のように、最初に判定されるような線路の入力インピーダンスの逆フーリエ変換を用いることで、ＴＤＲ測定の反射パルスと同様の反射パルスを算出することができる。なお、線路のインピーダンスの広帯域測定が必要とされることもある。最大で約６．４ｋｍの線路長が、この方法で測定できる。この方法に関する性能の詳細は、ＥＤＡ２．１線路試験、ＥＮ／ＬＺ_Ｔ１０８ ７７７３ Ｒ１Ａ、Ｅｒｉｃｓｓｏｎ ＡＢ、２００５年３月の文書に記載されている。

通信伝送路の特性を推定するための現行の諸方法は、専用のハードウェアもしくは金属試験アクセスが必要であるか、精度が低いか、又は、長い線路については機能しないという欠点がある。通常は、一度の測定からは、１本あるいはほんの数本の線路の特性しか推定できない。

本発明は、通信伝送路の伝送特性を推定する場合にこれらの欠点を克服するという問題に関係がある。

本発明の目的は、専用のハードウェアまたは金属試験アクセスに依存せず、合理的な精度を有し、より長い線路についても機能し、一度の測定でより多くの特性を推定できるような方法を見つけることである。さらなる目的は、その方法を実行するための装置およびコンピュータプログラムを提供することである。

上述の課題は、信号が伝送路上で送信され、伝送路を伝搬してきた信号が受信され、送信された信号と受信された信号との関係から伝送特性が推定されることを特徴とし、送信された信号は少なくとも２つの周波数を、これらの周波数は、線路の伝搬定数に線路長を乗算して得られた値の絶対値がπ未満となるような周波数であることを特徴とする方法によって、解決される。

使用された周波数が上記の基準を満たすかどうかを測定の時点では分らない場合、複数の周波数からなる所定の集合を用いて第１の推定が行われてもよい。次いで第２の、またはさらに続きの推定において使用される周波数が、第１の推定またはこれまでの推定の結果に基づいて選択されてもよい。

もう少し詳細に説明すると、一般に線路の特性は、（上述したように）送信された信号と伝送路を伝搬してきて受信された信号との関係から判定されてもよい。送信された信号が特定の基準を満たす場合には、以前に可能であったものより長い線路が測定できるということを、すでに確認した。精度は合理的であり、複数の特性を一度の測定で推定することができる。希望されるのであれば、線路の通常動作に用いられるライン・ボードが、信号の送受信に使用されてもよい（従って、金属試験アクセスの必要はない）。ライン・ボードは、標準的なＰＯＴＳボードであってもかまわない。

上記の基準は、送信されたその信号（または複数の信号）が、線路の伝搬定数に線路長を乗算して得られた値の絶対値がπ未満であるような、少なくとも２つの周波数成分を含むことである。この基準が満たされた場合、線路の特性を先行技術とは異なる方法で算出できるようになり、そのことが、いくつかの重要な点においてより良い結果をもたらす。

さらに詳細に説明すると、本方法は、以下のように実行される。周波数の関数としての線路の入力インピーダンスが、送信された信号と受信された信号との関係から判定される。上記基準の周波数範囲について、テイラー級数展開を用いて、線路の入力インピーダンスを線路定数と周波数とに置き換えて表現することができる。少なくとも２つの周波数が存在するならば、高次項の切捨てと測定値の挿入の後、結果として生じる連立方程式の解が得られ、線路定数が生成される。２より多い数の周波数が存在する場合、連立方程式が過剰に決定されており、この解は、最小２乗適合を通じて求められる。一般に、周波数が多いほど、高い精度が得られる。

従って、伝送路の通常動作のために設けられているライン・ボードの通常の信号経路（例えば、ＰＯＴＳボードの場合には音声経路）を通じてこの方法を利用でき、従って金属試験アクセスが不要であることは、本発明の利点である。

さらなる利点は、本発明が、ＰＯＴＳ帯域を利用でき、ＰＯＴＳライン・ボードを通じて利用されうることである。

ＰＯＴＳボードを用いることの利点は、通常、そのようなボードが通信の交換機の中に存在することである。

もう１つの利点は、ＰＯＴＳ帯域が（ＰＯＴＳボードによるか否かを問わず）測定のために用いられる場合、進行中のＤＳＬトラヒックを中断することなく実行されうることである。

さらなる重要な利点は、ライン・ボードを通じて送信された信号と結果として生じる受信された信号との比較から、これまで可能であったものよりも長い線路について、特性が推定される可能性があることである。

ＰＯＴＳ帯域（すなわち、比較的低い周波数）を用いることのさらなる利点は、一般に、低い周波数ほど、伝送路における信号の減衰が少ないことである。減衰が少ないということは、受信信号の容認できる強度が、より長い線路について得られること、すなわち、より長い線路が測定できることを意味する。

もう１つの利点は、先行技術のＰＯＴＳボードに内蔵された測定機能よりも高い精度を有することである。

さらなる利点は、一度の測定で、これまで可能であったパラメータより多くのパラメータが判定されうることである。

さらなる利点は、多くの測定が、高コストを招くことなく同時に実行可能となることである。大量の測定が予定されて、日常的に自動的に行われてもよい。

もう１つの利点は、専用試験機器へのガルバニックなライン・アクセスを提供するような中継器が今後は必要なくなるのならば、ライン・ボードが安く製造されよう。

さらにもう１つの利点は、本発明による方法に含まれる計算は、数量的に難しいものではなく、低い演算能力でも実施されうることである。

図１には、通信伝送路６０が通常、一方が顧客の居宅で終端され、他方が電話局装置１３０で終端されることが示されている。ここで、線路は通常、ライン・ボード１００に接続する。ライン・ボード１００は通常、通信の交換機のプロセッサ１１０によって制御される。電話局装置１３０から線路の特性を測定できることには、高い関心が寄せられている。

本方法における最初のステップは、伝送路６０上で信号を送信し、伝送路６０を伝搬してきた信号を受信することである。次いで、送信信号と受信信号の関係から、これらの信号の中に存在する複数の周波数の各々について、線路の複素入力インピーダンスが算出できる。そのインピーダンスから、その線路の他の伝送特性が決定される。

ここで、ライン・ボード１００を通じて信号が送受信され、かつ、ライン・ボードがＰＯＴＳライン・ボードである場合に、この方法をどのようにして実行するかについて記述する。

多少簡略化しているが、ＰＯＴＳライン・ボード１０は、図２のような構造をしている。伝送路６０は、アナログ・フロントエンド５０に接続し、それが、Ｄ／Ａコンバータ３０とＡ／Ｄコンバータ４０に接続している。

アナログ・フロントエンド５０は、増幅器と、例えば線路変圧器のようなそれ以外のアナログ回路機構と、送信信号と受信信号とを分離するためのハイブリッド回路機構とを備える。

Ａ／ＤコンバータとＤ／Ａコンバータはアナログ・フロントエンドと一緒に、送受信機（トランシーバ）２０を構成する。

線路６０上で送信されることになる信号Ｓ_ｉｎ（ｔ）が、デジタル形式でトランシーバ２０へ供給され、ここで、Ｄ／Ａコンバータでアナログ電圧に変換され、それが線路上でアナログ・フロントエンド５０まで送信される。着信信号は、線路からアナログ・フロントエンドを通じてＡ／Ｄコンバータ４０によって受信され、Ａ／Ｄコンバータ４０は、それをデジタル信号に変換して、それを信号Ｓ_ｏｕｔ（ｔ）としてトランシーバから出力する。

測定の目的で、デジタル形式の測定信号ＭＳ_ｉｎ（ｔ）がトランシーバへ供給され、その後伝送路上で送信されてもよい。結果として生じる信号が線路から受信され、トランシーバによってデジタル形式でＭＳ_ｏｕｔ（ｔ）として供給される。

デジタル信号ＭＳ_ｉｎ（ｔ）およびＭＳ_ｏｕｔ（ｔ）は、通常、時間領域で表される。それらは、従来のＦＦＴ変換によって周波数領域表現へ変換されてもよく、その場合、信号ＭＳ_ｉｎ（ｔ）は、信号Ｖ_ｉｎ（ｆ）へと変換され、信号ＭＳ_ｏｕｔ（ｔ）は、信号Ｖ_ｏｕｔ（ｆ）へと変換される。

周波数の関数としての，送信された信号と受信された信号との関係は、エコー伝達関数Ｈ_ｅｃｈｏ（ｆ）と呼ばれる。これは次式のように定義される。

Ｈ_ｅｃｈｏ（ｆ）＝Ｖ_ｏｕｔ（ｆ）／Ｖ_ｉｎ（ｆ）
エコー伝達関数Ｈ_ｅｃｈｏ（ｆ）は、複素数であり、線路の特性とトランシーバの特性との両方に依存する。信号Ｖ_ｉｎ（ｆ）と信号Ｖ_ｏｕｔ（ｆ）とは、送信された信号と受信された信号とのフーリエ変換による複素数である。

従って、エコー伝達関数Ｈ_ｅｃｈｏ（ｆ）から線路の入力インピーダンスＺ_ｉｎ（ｆ）を決定するには、トランシーバ２０の特性を考慮しなければならない。

本方法の目的で、トランシーバの影響は、３つの較正パラメータＺ_ｈｏ（ｆ）、Ｚ_ｈｙｂ（ｆ）、Ｈ_∞（ｆ）を特徴としてもよい。それらはすべて、複素数であって周波数依存である。

パラメータＨ_∞（ｆ）は、オープン線路接続の、すなわち、線路に接続されていないかたちの、トランシーバのための周波数依存エコー伝達関数である。パラメータＺ_ｈｙｂ（ｆ）は、ライン・ボードの線路接続部で測定したトランシーバのインピーダンス、すなわち、線路から見たボードのインピーダンスである。パラメータＺ_ｈｏ（ｆ）は、Ｚ_ｈｏ（ｆ）＝Ｈ_０（ｆ）・Ｚ_ｈｙｂ（ｆ）で表すことができ、ここでパラメータＨ_０（ｆ）は、線路接続部がショートカットされたトランシーバのための複素数であって周波数依存のエコー伝達関数であり、パラメータＺ_ｈｙｂ（ｆ）は、上記で定義したとおりである。

アナログ・フロンドエンド５０の回路機構に加えて、トランシーバ２０も、図３に示すようにデジタルフィルタ７０および８０の中で信号のデジタル・フィルタリングを提供してもよい。その結果、送信されることになる信号は、送信される前にライン・ボードによってデジタル・フィルタリングを適用され、そして、結果として生じる受信された信号は、Ａ／Ｄコンバータ４０によって変換された後にデジタル・フィルタリングを適用される。本方法の目的で、そのようなフィルタは、非アクティブにされてもよいし、アクティブにされ続けてもよい。後者の場合、信号に対するフィルタの影響について補正するための較正パラメータ値を判断する場合、信号に対するデジタル・フィルタリングの影響は、当然含まれてもよい。

その結果、信号ＭＳ_ｉｎ（ｔ）および信号ＭＳ_ｏｕｔ（ｔ）（並びにＶ_ｉｎ（ｆ）およびＶ_ｏｕｔ（ｆ））は、図３に示すように、それぞれ、フィルタリング前に送信された信号と、フィルタリング後に受信された信号のことをいう。

較正パラメータＺ_ｈｏ（ｆ）、Ｚ_ｈｙｂ（ｆ）およびＨ_∞（ｆ）をどのようにして判定して使用するかは、（ＷＯ２００４／１００５１２、ＷＯ２００４／１００５１３、ＷＯ２００４／０９９７１１として公開された）特許出願ＰＣＴ／ＳＥ２００４／０００２９６、ＰＣＴ／ＳＥ２００４／０００５６６およびＰＣＴ／ＳＥ２００４／０００７１８に、もっと詳細に記述されている。

ライン・ボードのインタフェースから見た、伝送路の複素数による周波数依存入力インピーダンスは、次式で算出されうる。

Ｚ_ｉｎ（ｆ）＝（Ｚ_ｈｏ（ｆ）−Ｚ_ｈｙｂ（ｆ）・Ｈ_ｅｃｈｏ（ｆ））／（Ｈ_ｅｃｈｏ（ｆ）−Ｈ_∞（ｆ））
ここで、
Ｈ_ｅｃｈｏ（ｆ）＝Ｖ_ｏｕｔ（ｆ）／Ｖ_ｉｎ（ｆ）
従って、信号Ｖ_ｉｎ（ｆ）が送信されて信号Ｖ_ｏｕｔ（ｆ）が受信された場合、線路の入力インピーダンスは、上記のように判断されうる。

電圧が印加され、結果として生じる受信された電圧が測定されることを、上記で述べた。しかし、線路の入力インピーダンスが信号同士の関係から算出されうる場合、原理的には一方の信号あるいは両方の信号が電流であってもよいだろう。

下記で説明する収束基準を満たすような少なくとも２つの周波数が存在することが、必要である。一般に、周波数が多いほど、高い精度が得られる。線路の入力インピーダンスを判断することが可能であるならば、必要な数の周波数を信号が一緒に含んでいるような多数の信号を送受信することも当然可能である。

信号は、専用の測定機器によって送受信されてもよいし、線路が接続されているライン・ボードの通常の信号経路を通じて送受信されてもよい。ライン・ボードは、上記のようなＰＯＴＳライン・ボードでもよいし、何らかの他のタイプであってもよい。

使用される信号および機器のタイプによって、線路の入力インピーダンスを決定するための式は、上記の式とは異なることがある。

＜入力インピーダンスから線路定数を決定する処理＞
伝送路は、単位長あたりのパラメータ、すなわち、直列抵抗Ｒ、直列インダクタンスＬ、分流伝導性Ｇ，そして分流電気容量Ｃ（例えば、単位はそれぞれ、Ω／ｋｍ、Ｈ／ｋｍ、Ｓ／ｋｍ、Ｆ／ｋｍ）によって記述できる。これらは、ケーブルタイプの主要パラメータと呼ばれる。

本発明に用いられる周波数について、主要パラメータは、合理的に一定であり、周波数に依存しないと想定されてもよい。

伝搬定数γと特性インピーダンスＺ_０とは、主要パラメータＲ、Ｌ、Ｇ、Ｃに関して定義され、すなわち、それぞれ、

と

である。

長さｄのオープンエンドの伝送路について、入力インピーダンスは、次式で表せる。

Ｚ_ｉｎ＝Ｚ_０・ｃｏｔｈ（γｄ）
γｄ・ｃｏｔｈ（γｄ）のテイラー級数展開を使用し、そして、若干の操作を行った後では、入力インピーダンスは、次式のように表せる。

ここで、^Ｒ＝Ｒ*ｄ、^Ｌ＝Ｌ*ｄ、^Ｇ＝Ｇ*ｄ、^Ｃ＝Ｃ*ｄ、ω＝２πｆ、そしてｆは周波数を表す。^Ｒ、^Ｌ、^Ｇ、^Ｃの値は線路定数と呼ばれる。級数展開は、│γｄ│＜πについては有効である（収束する）。

実際には、伝送路の分流伝導性は無視してもよい（Ｇ＝０）。同様に、最初の３項または多くても４項を除く高次の項は、問題にならないほど小さい。このため、Ｚ_ｉｎはすっきりした多項式

として表現でき、
ここで、係数a_ｋは、明示的に線路定数に結合させることができ、すなわち、

となる。

線路の入力インピーダンスを周波数多項式で表すと、加入者線路の線路定数の値を求めることを、正規方程式を解くことへと減らすことになる。二乗誤差関数が、次式のように導入できる。

ここで、Ｚ_ｉｎ（ｊω_ｍ）は、推定に用いられるＺ_ｉｎの測定値のスペクトル成分であり、Ｎは、推定に用いられるスペクトル成分（周波数）の総数である。

a_２を介して係数a_−１について解くと（例えば、最小のε^２を与えるような係数の集合を特定するための普通の最小二乗法）、線路定数^Ｒ、^Ｌ、^Ｃの最小分散推定量となる。

下記において、上記の式の実数部分と虚数部分を別に考えると、次式のようになる。

正規方程式は、周波数領域において、実数部分と虚数部分とを別々に解くことができるが、それは、偶数の係数はもっぱら実数部分だけに関連付けられ、他方、奇数の係数は虚数部分に関連付けられているからである。４つの係数a_ｋについて解を求めるために必要なのは、線路の入力インピーダンスＺ_ｉｎの２つのスペクトル成分（周波数）だけである。一般に、周波数が多いほど高い精度が得られる。

係数a_ｋが判定された場合、線路定数^Ｒ、^Ｌ、^Ｃが以下のように判定されうる。

あるいは、

経験から、^Ｌをa２から判定するより、a１から判定する方が、一般に精度の点で良い選択である。

＜線路長の決定＞
線路の電気容量^Ｃが既知である場合、線路長ｄは、Ｃ（単位長あたりの電気容量）の既知の値または考えうる値、例えば５０ｎＦ／ｋｍ、によって推定される。

＜周波数の選択＞
線路の入力インピーダンスの式に用いられるテイラー級数展開は、│γｄ│＜π（収束半径）について有効である。それゆえ、周波数は、│γｄ│＜πであるように選択されるべきである。このことを、各種のＥＴＳＩ規格ケーブルについて│γｄ│＜πのプロットを示す図４に図解する。個別のケーブルタイプについての曲線の下および左側の領域は、ケーブル長および周波数の点でそのケーブルについての収束基準が満たされている領域である。

従って、測定信号のための周波数の選択は、伝送路の長さと主要パラメータとに依存するが、それらは未知である可能性がある。その問題を解決するため、最初に広範囲の周波数が用いられ、長さと線路定数との大まかな推定値が判定されてもよい。次いで、収束基準を満たすような周波数を用いて、もっと精確な推定が行われる。

これは、以下のような連続的な方法で行われてもよい。最初の推定は、多くの周波数を用いて行われる。こうして得られた^Ｒ、^Ｌ、^Ｇ、^Ｃの推定値から（この場合、^Ｇは無視されてもよい、すなわち、ゼロに等しいと想定されてもよい）、使用された周波数のうちのいずれが、収束基準│γｄ│＜πを満たすかが判定されてもよく、ここで、各周波数について、

である。（このようにして、収束基準を満たしているということの値が、長さの推定を最初に行わずに、線路定数から直接求められてもよい。）
収束基準を満たしていない周波数は除外され、演算が繰り返される。この場合もまた、新たな推定によって収束基準を満たしていないと判定された周波数は、演算から除外される。このプロセスは、収束基準が満たされていることを線路定数の推定値が示すような周波数の集合が残るまで、推定のために用いられるすべての周波数について繰り返される。

ほんの少数の低い周波数から推定を開始し、次に追加されることになる周波数は収束基準を満たさないだろうということが推定によって示されるまで、より高い周波数を順番に推定処理に追加することも可能である。例えば、第１の推定は、（下記に定義するように）トーン（周波数）３および４に基づいてもよいであろうし、次いで、より高いトーンが連続的に追加されてもよいだろう。

一般に、主として雑音の影響が削減されることに起因して、トーンを追加する度に精度は向上する。しかし、一般に、第３のトーンが精度の向上に最も寄与し、それに続くトーンは、それほど寄与しない。従って、一部の実装においては、３つの周波数に基づく推定が最適である。

本発明の一実装において、下記の単純な規則が用いられた。１２５Ｈｚから始めて、１２５Ｈｚ間隔で最大３６２５Ｈｚまでの複数の周波数が、トーン１乃至２９として定義される。すべてのトーンを用いて、第１の大まかな推定が行われる。次いで、
● ４ｋｍより長いと推定されるケーブルについては、トーン１乃至１４（１２５乃至１７５０Ｈｚ）が用いられ、
● ３ｋｍより短いと推定されるケーブルについては、トーン１４乃至２９（１７５０乃至３６２５Ｈｚ）が用いられ、
● それ以外の場合、トーン１乃至２５（１２５乃至３１２５Ｈｚ）が用いられる。

もう１つの実装において、すべてのトーンを用いて、第１の大まかな推定が行われ、ついで、
● ６ｋｍより長いと推定されるケーブルについては、トーン３乃至１３（３７５乃至１６２５Ｈｚ）が用いられ、
● ３ｋｍより短いと推定されるケーブルについては、トーン６乃至２６（７５０乃至３２５０Ｈｚ）が用いられ、
● それ以外の場合、トーン３乃至１５（３７５乃至１８７５Ｈｚ）が用いられる。

周波数を選択する場合に考慮されてもよい他の要因は、周波数依存雑音（雑音の多い周波数は避けてもよい）と、非常に低い周波数においては、伝導性Ｇは、すべてのケーブルタイプについて無視できるわけではないという事実とである（非常に低い周波数は回避してもよい）。

例えば、低い周波数を避けるため、例えば、１２５Ｈｚに等しいかまたはそれより高い周波数を使ってもよいだろうし、３７５Ｈｚより高いかまたは３７５Ｈｚに等しい周波数を使ってもよいだろう。

さらに、専用の測定機器を使用しない場合、ＤＣ信号を使用するのは不可能であることがあり（例えば、ほとんどのライン・ボードによって信号を送信する場合）、その場合は、それによって、周波数がゼロより大きいという制限が課されるであろう。

＜精度の実現と届く範囲＞
^Ｒ、^Ｌ、^Ｃを推定する試験が、ケーブル・シミュレータを使って、そしてケーブルドラム上の本物のケーブルで、そしてさらに現場の実際の伝送路でも行われた。

一般に、９ｋｍまでの長さのケーブルについては、^Ｃおよび^Ｒは、約２乃至６％の精度で推定できる。１１ｋｍまでのケーブルは、約１５乃至２０％の誤差で測定された。長さの推定の精度は、^Ｃにおける誤差に、ｋｍあたりの電気容量の誤った値によってもたらされた何らかの誤差をプラスしたものと同じである。

^Ｌの推定は、通常、精度がかなり低く、３０％のオーダであることも多い。

＜終端インピーダンスタイプの推定＞
上記において、線路の端部はオープンであるかまたは、終端インピーダンスは、線路の条件が、オープンエンドの線路と実質的に同等であるようになっていると想定した。線路の端部がオープンでなく、代わりに、図５に示すように終端インピーダンス６２が接続されている場合、終端インピーダンスのタイプが推定されてもよい。

伝送路は、片方がインピーダンスＺによって終端されており、伝送路の入力インピーダンスは、次式で表すことができる。

Ｇを無視すると（Ｇ＝０）、変数ｊωの級数として展開できる。

この級数は、│γｄ│＜πについて有効である(収束する）。

負荷インピーダンスＺ_Ｔは、抵抗部分と無効部分との両方を有してもよく、すなわち、Ｚ_Ｔ＝Ｒ＋ｊＸ_Ｔである。ＲとＣのほとんどの実際に起こりうる値について、そして、本発明に用いられる周波数について、直列Ｒ−Ｃ終端は、容量性終端

として近似されうる。他方、並列Ｒ−Ｃ終端は、抵抗性終端

として近似されうる。短絡した伝送路（Ｚ_Ｔ＝０）についての入力インピーダンスの級数展開を

オープンエンドの伝送路（Ｚ_Ｔ＝∞）についての級数展開

と比較すると、入力インピーダンスの虚数部分は、線路がオープンエンド／容量性終端であるかまたは短絡／抵抗性終端であるかに依存して、およそ１／ωまたはωとして変化することが分る。

従って、周波数の関数として虚数部分が、オープンエンド／容量性終端線路と短絡／抵抗性終端線路とを区別するのに使用されてもよい。非常に低い周波数（例えば１２５Ｈｚ）での虚数部分の絶対値が、約１乃至２ｋＨｚの周波数での虚数部分の絶対値と比較される。低い周波数での虚数部分の絶対値が、より高い周波数での絶対値より大きい場合、線路は、オープンエンドまたは容量性終端である可能性が高い。低い周波数での虚数部分の絶対値が、より小さい場合、線路は、短絡または抵抗性終端である可能性が高い。

＜本方法のフローチャート＞
上記の方法を、図６のフローチャートに示す。本方法は、伝送路上で信号ＭＳ_ｉｎ（ｔ）が送信される、ステップ２００で始まる。ステップ２０１において、結果として生じる信号ＭＳ_ｏｕｔ（ｔ）が受信される。ステップ２０２において、送信された信号と受信された信号とが、ＦＦＴ変換によって周波数領域の信号へ変換される。そのように変換された信号から、ステップ２０３において、エコー伝達関数Ｈ_ｅｃｈｏが算出される。ステップ２０４において、Ｈ_ｅｃｈｏと較正パラメータＺ_ｈｏ（ｆ）、Ｚ_ｈｙｂ（ｆ）、Ｈ_∞（ｆ）とから、線路の入力インピーダンスＺ_ｉｎ（ｆ）が算出される。ステップ２０５において、対応する正規方程式を解くことによって、二乗誤差関数ε^２を最小化する係数a_−１−a_２が特定される。ステップ２０６において、係数a_−１−a_２から線路定数^Ｒ、^Ｌ、^Ｃが算出される。ステップ２０７において、線路の電気容量^Ｃから線路長が算出される。

ステップ２２０において、Ｚ_ｉｎの虚数部分が、非常に低い周波数（ｆ１、例えば１２５Ｈｚ）およびより高い周波数（ｆ２、例えば１．５ｋＨｚ）について算出される。ステップ２２１において、非常に低い周波数ｆ１についてのＺ_ｉｎ（ｆ）の虚数部分の絶対値が、より高い周波数ｆ２についてのＺ_ｉｎ（ｆ）の虚数部分の絶対値より大きいかどうかがチェックされる。答えがイエスである場合、線路の端部はオープンであるかまたは容量性終端ステップ２２２である可能性が高い。答えがノーである場合、線路の端部は短絡しているかまたは抵抗性終端ステップ２２３である可能性が高い。

＜本方法を実行するための装置と構成＞
本発明の方法は、図１による構成で実行されてもよい。伝送路上での信号の送受信は、ライン・ボード１００によって行われ、他方、信号のさらなる処理は別のワークステーション１２０で行われる。ライン・ボードは、伝送路上で信号を送信し、結果として生じる信号を受信するための標準的な機能を有していてもよく、それを本発明の目的で使用してもよい。送信されることになる信号のデジタル表現が、ワークステーション１２０からライン・ボードへダウンロードされる。ワークステーションからライン・ボードへコマンドが送られると、信号が伝送路６０上で送信され、結果として生じる信号が受信され、次いでそれがワークステーションへ返信される。次いでワークステーションでは、本方法によって推定が行われる。

ワークステーション１２０は、本方法による線路試験を数千本の線路について処理することができる。時間の経過と共に起きる線路の特性の変化を監視するため、試験が計画されて日常的に実行されてもよい。特定の線路について以前の結果と比較すると、障害が発生したことや、発生しそうなことや、一部の線路の特性が次第に悪化しつつあることの指標が示されることがある。そのような指標が自動的に検出され、警告を発生させてもよい。

当然、ワークステーションの機能が、複数のコンピュータに分散されてもよいだろうし、同じコンピュータに他の機能性と一緒に常駐してもよいだろう。また、ワークステーションもしくはコンピュータは、電話局装置１３０とは別の場所に設置されて、ネットワークを介して通信してもよいだろう。

ある特定の実装において、そのような他の機能性とは、ＤＳＬのためのライン・ボードの全般管理である。もう１つの実装において、そのような他の機能性とは、伝送路管理に関するすべてのあるいはほとんどの機能性が一箇所で行われるような、伝送路のその他の管理に関する。そのようなワークステーションは、「銅線プラントマネジャー」と呼ばれることがある。

代案として、本発明の方法は、専用の試験装置またはライン・ボード（ＰＯＴＳライン・ボードであってもよいしそうでなくてもよい）の中に完全に実装されてもよい。また、（信号の送受信に加えて）本方法の一部分がライン・ボードによって行われ、残りが、ライン・ボードが属する通信交換機のプロセッサ１１０によって行われることも可能である。さらなる代案においては、本方法が、ライン・ボードと、前記通信交換機のプロセッサと、別個のワークステーションとで部分的に行われる。

簡略化した電話局装置のブロック概略図である。 ＰＯＴＳライン・ボードを簡略化した構造のブロック概略図である。 ＰＯＴＳライン・ボードを簡略化した構造のブロック概略図である。 各種のＥＴＳＩケーブルタイプについての、伝搬定数に線路長を乗算して得られた値の絶対値がπに等しいような条件の場合の、ケーブル長の関数としての周波数の図である。 ＰＯＴＳライン・ボード、伝送路、および終端インピーダンスの簡略化したブロック概略図である。 通信伝送路の伝送特性を判定する方法のフローチャートである。

Claims (18)

1. 通信伝送線路の伝送特性の少なくとも１つについての推定値を決定する方法であって、
   前記通信伝送線路へ少なくとも１つの信号を送信するステップと、
   前記通信伝送線路を伝搬してきた前記信号を受信するステップと、
   １つ又は複数の送信信号と１つ又は複数の受信信号との関係から前記推定値を決定するステップと
   を含み、
   前記１つ又は複数の送信信号は、少なくとも２つの周波数を含んでおり、該２つの周波数は、前通信記伝送線路の長さに該信記伝送線路の伝搬定数を乗算して得られた値の絶対値がπ未満となるような周波数であることを特徴とする方法。
2. 決定対象となる少なくとも１つの前記伝送特性は、
   線路長、
   線路抵抗、
   線路容量、
   線路インダクタンス、
   線路終端のインピーダンスのタイプ
   のうち１つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記１つ又は複数の送信信号は、
   少なくとも３つの周波数を含んでおり、該３つの周波数は、前通信記伝送線路の長さに該信記伝送線路の伝搬定数を乗算して得られた値の絶対値がπ未満となるような周波数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 第１の推定値を生成する際に使用された周波数であって、該第１の推定値によれば、前通信記伝送線路の長さに該信記伝送線路の伝搬定数を乗算して得られた値の絶対値がπ未満となるような周波数のみを使用して第２の推定値を生成するステップを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前通信記伝送線路の長さに該信記伝送線路の伝搬定数を乗算して得られた値の絶対値がπ未満となるような周波数が決定されるまで、同一の手法を使用して推定値を繰り返し生成することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 第２の推定値を生成するために使用された周波数は、第１の推定値から決定された線路長又は線路容量に依存して選択されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記少なくとも２つの周波数は、ＰＯＴＳバンド内に含まれていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
8. 少なくとも３つの周波数が、ＰＯＴＳバンド内に含まれていることことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記通信伝送線路の通常運用における送受信機を通じて前記１つまたは複数の信号が送受信されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記送受信機は、ＰＯＴＳ送受信機であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前前記信号へ前記送受信機が及ぼす影響を補償するために記送信信号と前記受信信号との関係を補正することを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
12. 約６．４ｋｍよりも長い通信伝送線路について少なくとも１つの伝送特性を推定することを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 装置であって、
    通信伝送線路へ信号を送信して該通信伝送線路から信号を受信する手段を備え、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の前記方法を実行することを特徴とする装置。
14. 前記装置は、通信交換局に備えられたライン・ボードであることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 通信交換局に備えられた少なくとも１つのライン・ボードと協働して、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法を実行する装置であって、
    前記ライン・ボードは、通信伝送線路へ信号を送信して該通信伝送線路から信号を受信する手段を備えたことを特徴とする装置。
16. 通信交換局に備えられたライン・ボードと、該通信交換局に備えられた他の少なくとも１つの部分と協働して、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されたことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 通信交換局であって、
    通信伝送線路へ信号を送信して該通信伝送線路から信号を受信する手段を備え、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の前記方法を実行することを特徴とする通信交換局。
18. コンピュータプログラムであって、
    請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の前記方法を、請求項１３ないし１７のいずれか１項に記載の前記装置によって実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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