JP4142110B2 - 通信システムの検査方法及びその装置 - Google Patents
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Description
本発明は、通信システムの検査方法及び装置に係わる。特に、本発明は、フレーム位置調整検査信号を用いた通信システムの特性検査に関する。
II.関連技術の背景
デジタル通信リンクは、一般にデジタル情報を起点位置から物理的に離間した終点位置へ搬送するのに用いられる。デジタル通信リンクの1つのタイプはフレームベースの通信リンク又はパケット通信リンクと呼ばれる。このようなフレームベースの通信リンクは、一般に、フレームとも呼ばれるデータパケット内でデジタルデータを搬送する。一般的に、各データパケットは個々の時間インターバル間に通信リンクを通して搬送される。このようなデータパケットを搬送する際の時間インターバルは、フレームインターバルと呼ばれる。
このようなフレームベース通信リンクを含む通信システムにおいての特性検査を実行するある従来の検査システムは、“通信リンクの品質の客観的特性測定方法及びその装置”と題された1995年6月29日付米国特許出願第08/496,817号に開示されている。このような検査システムは、特性検査を受けている通信システムに検査信号を導入する。この検査信号は、フレームベース通信リンクを含む通信システムを通して搬送される。この検査システムは、その後検査信号を受信し、通信システムの種々のパラメータの特性を得るべくこの受信された検査信号を評価する。
このような検査システムにより生成された検査信号は通常、通信システムの異なるパラメータを試験するために慎重に選択された一連のトーンバーストを含む。このような検査システムにより実行される特性検査は、通常検査信号のトーンバーストが通信リンクのフレームインターバルの境界に位置調整されるとその検査性能が向上する。このようなフレーム位置調整は、一般に特定のトーンバーストの一部が異なるフレームインターバルで搬送されるのを妨害する。このように検査信号が分裂すると、受信された検査信号が異常になることがある。
このようにフレーム境界に検査信号を位置調整する従来の方法は、種々の型式の検査信号を導入し、受信された検査信号を試験することに関して試験的かつ誤った取り組み方である。このような取り組み方では、受信された検査信号が、フレーム位置調整誤り又は通信リンクの特性が評価されることによって、異常が生じるか否かを判定しなければならない。このような取り組み方によると、通信システムを評価するのに必要とされる時間が増し、また一般的に通信システムの特性を求め、維持するためのすべてのコストが増加する。
発明の概要
一つの観点によれば、本発明は、検査信号を、通信システムの一連のフレームインターバルに位置調整するための方法であって、この方法は:周波数の交互パターンを持つ位置調整検査信号を生成する工程と;通信リンクが一連のフレームインターバルにおける前記位置調整検査信号を搬送する通信システムを介して該位置調整信号を送信する工程と;前記通信システムを介して戻り位置調整検査信号として前記位置調整検査信号を受信し、その後前記戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツを評価する工程と;前記戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツが前記周波数の交互パターンに対応するまで前記位置調整検査信号の開始時間をシフトさせる工程とを含むものであることを特徴とする検査信号の位置調整方法を提供する。
他の観点によれば、本発明は、通信システムのための検査システムであって、このシステムは:周波数の交互パターンを持つ位置調整検査信号を生成する手段と;通信リンクが一連のフレームインターバルにおいて前記位置調整検査信号を搬送する通信システムに、該位置調整検査信号を導入する手段と;前記通信システムを通じた送信の後に前記位置調整検査信号を戻り位置調整検査信号として受信する手段と;前記受信された位置調整検査信号の周波数コンテンツを評価する手段と;前記戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツが前記周波数の交互パターンに対応するまで前記位置調整検査信号の開始時間をシフトさせる手段とを具備してなることを特徴とする通信システムのための検査システムを提供する。
また、他の観点によれば、本発明は、通信システムの検査方法であって、この方法は、異なる所定のインターバルにおいて一組の異なる信号パターンを有する検査信号を通信システム内で受信用に送信し;通信システムの特性を判定すべく、所定のインターバルに関連して検査信号のパターンを分析するものであることを特徴とする通信システムの検査方法を提供する。
さらに、本発明は、通信システムの検査装置であって、この装置は、異なる所定のインターバルにおいて一組の異なる信号パターンを有する検査信号を通信システム内で受信用の送信する発信機と、通信システムの特性を判定すべく前記所定のインターバルに関連して検査信号のパターンを分析する分析器とを具備してなることを特徴とする通信システムの検査装置を提供する。
フレームベースの通信システムに対する検査信号の位置調整方法及びその装置が開示されている。交互(alternating)周波数パターンを持つ位置調整された検査信号が生成され、通信システム内の通信リンクを通して通信される。この通信システムでは、通信リンクが一連のフレームインターバル内の位置調整検査信号を搬送する。この位置調整検査信号は、通信リンクを通した通信後に、受信位置調整検査信号として受信され、その周波数コンテンツについて評価される。位置調整検査信号の開始時間は、受信位置調整検査信号の周波数コンテンツが交互周波数パターンに一致するまで調整される。位置調整検査信号の開始時間は、開始時間の調整が一旦終了したフレームインターバルを示す。
位置調整検査信号により、デジタル通信システム内の通信チャネルの品質を量的に評価するシステムが強化される。実施形態では、本発明は、多数の移動ユーザ間で少なくとも一つのセル−サイトを介して情報がスペクトル拡散通信チャネルにより交換されるデジタルセルラ通信システム内に組み込まれてもよい。
検査信号は、地上線接続部から公衆電話交換網(PSTN)を通して、またワイヤレスチャネルを通して送信されてもよい。位置調整検査信号により、通信リンク上を妨害することのない検査が強化される。すなわち、すべての通信システム要素に対して明らかに指示されたこの検査は他の呼び出しとして単純化される。
本発明の他の特徴点及び利点は、以下に示される本発明の好ましい実施形態に関する詳細な説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
本発明は、詳細な実施形態について説明されており、その参照符号は以下の図面中に付されている:
図1は、通信システム上の特性検査を実行する通信リンクテスタを含む通信システムを示す;
図2は、戻り検査モードと呼ばれる特性検査の一方式を示す;
図3は、一方向検査モードと呼ばれる他の特性検査の方式を示す;
図4は、通信システムの特性検査を実行するための2者間検査のセットアップを示す;
図5は、通信リンクテスタにより生成される検査信号を、基地局と加入者端末との間のフレームベースの通信に位置調整する方法を示す;
図6a及び6bは、位置調整検査信号が、基地局と加入者端末間の通信チャネルに用いられるフレームベースの通信に位置調整されていない例における受信位置調整信号の周波数コンテンツを示す;
図7a及び7bは、位置調整検査信号が、基地局と加入者端末間の通信チャネルに用いられるフレームベースの通信に位置調整される例における受信位置調整信号の周波数コンテンツを示す;
図8は、信号生成器及び信号モニタを含む通信リンクテスタを示す;
図9は、ハイブリッド回路及びコーデックの組を含むPSTNを示す;
図10は、トランシーバ、ボコーダ、エコーキャンセル回路及びコンパンダを含む基地局を示す;
図11は、ハンドセット、コーデック、ボコーダ、1組のループバック回路及びトランシーバを含む加入者端末を示す;
図12a〜12cは、通信システムにおける検査信号の往復遅延の特性を示す;
図13は、通信システムにおける時間遅延を分析する信号モニタ内の装置を示す;
図14a〜14cは、通信システムの周波数応答を示す;
図15aは、基地局と加入者端末間の通信リンク上のフレーム誤りレート検査のためのフレーム誤りレート検査信号を示す;
図15bは、フレーム誤りレート検査信号の拡張された継続時間を示す時間線;
図16a〜16bは、PSTNと基地局との同期欠如を生じさせるサンプルのスリップ及び反復の測定値及び特性を示す;
図17a〜17cは、基地局内のボコーダのデータレートの判定技術を示す;
図18a及び18bは、通信システム内のフレーム異常検出を示す;
図19は、ハイブリッドシミュレータを用いた基地局内に含まれるエコーキャンセル回路の検査を示す。
望ましい態様の説明
図1は通信システム100であり、この通信システム100は、通信システム100に関する特性機能検査を実行する通信リンクテスタ30を有する。通信システム100は基地局12と加入者端末102を有する。基地局12と加入者端末102は、一対のアンテナ106及び107を介したフレームベースの空中通信を実行する。基地局12はボコーダ114を有し、加入者端末102はフレームベースプロトコルを実現するためのボコーダ104を有する。
フォワード方向において、ボコーダ114は通信リンクテスタ30から受信された信号を符号化し、アンテナ107を介して送信するためにこの符号化信号を送る。ボコーダ104はアンテナ106を介して受信された信号を復号化する。リバース方向において、ボコーダ104は内部で生成された信号を符号化し、アンテナ106を介して送信するためにこの符号化された信号を送る。次に、ボコーダ114もまたアンテナ107を介して受信された信号を復号化し、通信リンクテスタ30に送信するためにこの復号化信号を送る。
ある実施形態では、通信リンクテスタ30は基地局12と公衆電話交換網(PSTN)22を通じて通信する。他の実施形態では、通信リンクテスタ30はPSTN22を迂回して基地局12と直接接続される。
通信システム100の特性検査は、戻り検査モード及び一方向検査モードで実行される。戻り検査モードでは、検査信号は通信リンクテスタ30(起点位置)内で生成され、基地局12(終点位置)にルーティングされ、通信リンクテスタ30に戻され、通信リンクテスタ30で受信された検査信号の周波数コンテンツが評価される。一方向検査モードでは、位置調整検査信号は通信リンクテスタ30内で生成され、その後基地局12にルーティングされ、基地局12で受信検査信号が評価される。
図2は特性検査の戻り検査モードを示す図である。通信リンクテスタ330は、位置調整検査信号を含む検査信号を生成する機能ブロック300と、検査信号に対応する戻り信号を評価する機能ブロック302を有する。通信リンクテスタ30はフォワード方向で基地局12に向けて検査信号を送信する。基地局12では、検査信号をボコーダ114により処理した後にフォワード方向で加入者端末102に向けて検査信号を送信する。加入者端末102はこの検査信号を受信し、加入者端末内のループバック回路115はリバース方向で基地局12に向けて送信するために、この検査信号を検査信号についての戻り信号としてボコーダ104に戻す。基地局12はリバース方向にこの戻り信号を通信リンクテスタ30に中継する。その後通信リンクテスタ30は機能ブロック302において戻り信号を評価する。
図3は特性検査の一方向モードを示す図である。通信リンクテスタ30は機能ブロック300で検査信号を生成し、この検査信号をフォワード方向の基地局12に送信する。この検査信号をボコーダ114で処理した後に、基地局12はフォワード方向の加入者端末102にこの検査信号を送信する。加入者端末102は検査信号を受信し、ボコーダ104でこの検査信号を処理する。一方向モードにおける加入者端末102は、戻り検査信号として検査信号を評価する機能ブロック302を有する。
図4は通信システム100の特性検査を実行する2者間検査のセットアップを示す図である。2者間検査は一対のリンクテスタ140及び142により実行される。各リンクテスタ140及び142は、位置調整検査信号を有する検査信号を生成する検査信号生成器と、戻り検査信号を評価する評価システムを有する。
前述の2者間検査モードでは、検査信号はリンクテスタ140により生成される。リンクテスタ140は、検査信号を基地局12にルーティングするPSTN22に検査信号を導入する。基地局12は加入者端末102、さらにはリンクテスタ142に対して検査信号を中継する。リンクテスタ142は、周波数コンテンツとここに開示されているその他のコンテンツに対して評価される戻り検査信号として受信検査信号を取り扱う。
リバースの2者間検査モードでは、検査信号はリンクテスタ142により生成され、このリンクテスタ142は検査信号を加入者端末102に導入し、この加入者端末102はこの検査信号を基地局12にルーティングする。基地局12はPSTN22、さらにはリンクテスタ140を通して検査信号を中継する。リンクテスタ140は、戻り検査信号として受信検査信号を取り扱い、この戻り検査信号は周波数コンテンツとここに開示されているその他のコンテンツに対して評価される。
ある実施形態では、リンクテスタ142は検査信号を加入者端末102に導入し、リンクテスタ142内のスピーカから加入者端末102内のマイクロホンへの音響結合を使用して加入者端末102からの戻り検査信号を受信する。他の実施形態では、加入者端末102は物理的に変形され、加入者端末102においてリンクテスタ142から入力信号経路への電気的信号経路を与える。
ある実施形態におけるリンクテスタ140及び142はモデム回路340及びモデム回路342をそれぞれ有している。各モデム回路340,342は周波数偏移変調(FSK)モデム回路であって、ここで説明される技術によりフレーム位置調整されたトーンバーストを生成する。このFSKトーンバーストにより、テスタ140及び142間で制御及びステータス情報を交換するのに用いられる比較的低ビットレートのモデム接続が実現される。リンクテスタ140は、リンクテスタ142内のモデム回路342により受信及び復調されたFSKトーンバーストをPSTNに導入する。同様に、リンクテスタ142は、リンクテスタ140内のモデム回路340により受信及び復調されたFSKトーンバーストを加入者端末102に導入する。
図5は、基地局12と加入者端末102間のフレームベースの通信に対して、通信リンクテスタ30により、そしてリンクテスタ140及び142により生成された検査信号を位置調整する方法を示す図である。
ステップ200では、通信リンクテスタ30は位置調整検査信号を加入者端末102に送信する。位置調整信号は、第1の周波数帯(F1)と第2の周波数帯(F2)の間で交互に生じる。ここで各F1及び各F2のインターバルの継続時間は、基地局12と加入者端末102間の通信のフレームインターバル継続時間に等しい。その後ステップ202において、戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツが評価される。戻り位置調整検査信号は、通信リンクテスタ30(図2)で受信された戻り位置調整信号、加入者端末102(図3)で受信された位置調整検査信号、又はリンクテスタ140,142の一方で受信された検査信号のいずれかである。
ブロック202において、戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツが周波数帯F1及びF2の交互パターンを示す場合、ブロック206で位置調整検査信号がフレーム位置調整される。ブロック206においてフレーム位置調整されると、位置調整検査信号内の周波数帯F1とF2との間の転移は、基地局12と加入者端末102間の通信に用いられるフレームインターバルの境界に対応する。ブロック202において、戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツが周波数帯F1及びF2のオーバーラップエネルギーを示す場合、位置調整検査信号はブロック204で調整される。
ブロック204では、通信リンクテスタ30は時間的に前方に位置調整検査信号をシフトさせ、続行すなわち位置調整検査信号を再送する。その後ブロック202において、フレーム位置調整を示す周波数コンテンツについて戻り位置調整検査信号が再び評価される。
図6a及び図6bは位置調整検査信号が、基地局12と加入者端末102間の通信チャネルに用いられるフレームベースの通信に対して位置調整されていない例における戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツを示す図である。
図6aは、位置調整検査信号とボコーダ114及び104のフレーム境界との関係を示す図である。位置調整検査信号は時間t1で開始する周波数帯F1及びF2の交互パターンである。周波数帯F1は周波数faとfb間に範囲が及ぶ。周波数帯F2は周波数fcとfd間に範囲が及ぶ。図示したように、周波数帯F1及びF2は、グラフの周波数スケール又は時間スケールの双方においてオーバーラップしていない。このように位置調整検査信号のフレーム位置調整がされていない例では、時間t1〜t3間で周波数帯F1におけるエネルギー、これに続く時間t3〜t5間で周波数帯F2におけるエネルギー、これに続く時間t5〜t7間で周波数帯F1におけるエネルギー等が交互パターンで含まれている。対照的に、時間t2,t4,t6,t8等(暗に示す)にボコーダフレーム境界が生じる。
図6bは戻り位置調整検査信号を示す図である。この戻り位置調整検査信号は、時間t6に開始する周波数帯F1におけるエネルギーと、時間t8に開始する周波数帯F2におけるオーバーラップするエネルギーを有する。時間t1とt6間の時間インターバルは、戻り検査モードにおける通信リンクテスタ30と加入者端末102との間の往復送信遅延に対応する。時間t1とt6間の時間インターバルは、一方向検査モード又は2者間検査モードにおける、通信リンクテスタ30から加入者端末102への一方向送信遅延に対応する。
図7a及び図7bは、基地局12と加入者端末102間の通信チャネルに用いられるフレームベースの通信に位置調整検査信号が実質的に位置調整されている例における、位置調整検査信号及び戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツを示す図である。
図7aは時間t2に開始する位置調整検査信号における周波数帯F1及びF2の交互パターンを示す図であり、時間t2,t4,t6,t8等におけるボコーダフレーム境界に位置調整されている。この位置調整検査信号のフレームが位置調整されている例では、フレームが位置調整されている交互パターンで、時間t2〜t4間で周波数帯F1におけるエネルギー、これに続く時間t4〜t6間で周波数帯F2におけるエネルギー、これに続く時間t6〜t8間で周波数帯F1におけるエネルギー等が含まれている。
図7bは位置調整検査信号がフレーム境界に位置調整されている場合の戻り位置調整検査信号を示す図である。戻り位置調整検査信号は、時間t7で開始する周波数帯F1及びF2の交互パターンのエネルギーを含む。戻り位置調整検査信号は、時間t7〜t9間の周波数帯F1におけるエネルギー、これに続く時間t9〜t11間の周波数帯F2におけるエネルギー、これに続く時間t11〜t13間の周波数帯F1におけるエネルギー等を含む。時間t2及びt7間の時間インターバルは、通信システム100で行われる検査モードに依存して、往復送信遅延又は一方向送信遅延のいずれか一方に対応する。
図8は通信リンクテスタ30を示す図である。通信リンクテスタ30は信号生成器28及び信号モニタ26を有する。信号生成器28は、通信システム100での特性検査に用いられる位置調整検査信号を含むデジタル信号を生成する。信号モニタ26は、受信された位置調整信号を含む、通信リンク129を介して戻された信号を評価する。リンクテスタ140,142はそれぞれ同じ信号生成器及び信号モニタを含む。
ある実施形態では、通信リンク120はPSTN22に接続されるTI線であり、信号生成器28はTI線に直接供給されるデジタル信号を生成する。このような実施形態における信号モニタ26はTI線を通してデジタル形態の戻り信号を受信する。
代替的な形態では、信号生成器28からのデジタル信号はデジタル−アナログコンバータ(図示せず)によりアナログ信号に変換され、PSTN22にアナログ線を介して送信される。この代替的な形態では、アナログの戻り信号はアナログ−デジタルコンバータ(図示せず)によりデジタル信号に変換され、その後信号モニタ26に送信される。
ある実施形態では、信号モニタ26と信号生成器28はマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラにより実現され、その中で測定値及び生成信号はすべてデジタルである。他の実施形態では、信号はアナログ信号生成器により生成され、アナログ信号測定装置により監視される。
図9はハイブリッド回路24及びコーデック20の組を含むPSTN22を示す図である。信号生成器28からの位置調整検査信号を含む検査信号は通信リンク120を介してハイブリッド回路24に与えられる。ハイブリッド回路24は2線の信号を4線の信号に変換する。一般的な電話システムにおけるハイブリッド回路24は電話システムの中央局に配置される。
ハイブリッド回路24からの信号はコーデック20に与えられる。コーデック20はハイブリッド24からのアナログ信号を線形デジタル信号に変換する。線形デジタル信号はその後-law信号に変換される。その後、コーデック20からのパルス符号変調(PCM)信号はPSTN22により通信リンク108を介して基地局12に与えられる。
図10は基地局12を示す図である。この基地局12は、トランシーバ109,ボコーダ114,エコーキャンセル回路116及びコンパンダ118を有する。コンパンダ118は通信リンク108からのコンパンドされた信号を線形表示に変換する。この線形表示された信号はエコーキャンセル回路116に与えられる。エコーキャンセル回路116は、送信された信号におけるエコーを打ち消すことにより送信された信号の知覚音質を向上させる。ある実施形態では、エコーキャンセル回路116は米国特許第5,307,405号で説明されているようなネットワークエコーキャンセラである。エコーキャンセル回路116からの信号はボコーダ114に与えられる。
ボコーダ114は信号を符号化してその信号を連続フレームにパックする。ある実施形態では、ボコーダ114は可変レートのコード励起線形予測(CELP)コーダであり、その詳細に説明された一例が米国特許第5,414,796号であり、この米国特許は本発明の譲受人に譲渡されており、参考のためにここに組み込まれている。符号化された信号はその後トランシーバ109に与えられる。
トランシーバ109は誤り訂正及び検出目的のために信号を符号化してこの信号を変調及びアップコンバートし、放送のためにアンテナ7に与える。ある実施形態では、トランシーバ109は符号分割多元接続(CDMA)トランシーバであり、その詳細に説明された一例が米国特許第4,901,301号及び第5,103,459号であり、これらの特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、参考のためにここに組み込まれている。
図11は加入者端末102を示す図である。この加入者端末102はハンドセット101,コーデック103,ボコーダ104,ループバック回路115及びトランシーバ105を有する。基地局12からの放送信号はアンテナ106で受信され、トランシーバ105に与えられる。トランシーバ105はこの信号をダウンコンバートして復調し、この信号に対して誤り訂正及び検出操作を施す。ある実施形態では、トランシーバ105は符号分割多元接続(CDMA)トランシーバであり、その詳細に説明された一例が米国特許第4,901,301号及び第5,103,459号であり、これらの特許は本発明の譲受人に譲渡されており、参考のためにここに組み込まれている。
一方向及び2者間検査モードにおけるフォワード方向では、トランシーバ105からの信号がループバック回路115を通ってボコーダ104に送られ、この信号が復号化されるとコーデック103に与えられる。コーデック103はこの信号をハンドセット101のためにアナログ信号に変換する。
一方向及び2者間検査モードにおけるリバース方向に、ハンドセット101は音響信号を電気信号に変換して、この電気信号は次にコーデック103に与えられる。コーデック103はアナログ電気信号をボコーダ104により符号化されるデジタル信号に変換する。ボコーダ104はその後この符号化信号をループバック回路115を介してトランシーバ105そしてアンテナ106に与える。
戻り検査モードでは、トランシーバ105により受信された位置調整検査信号を含む検査信号がループバック回路115に与えられ、このループバック回路115は、戻り位置調整信号のような戻り信号としてアンテナ106を介して放送するためにこの信号をトランシーバ105に直接戻す。ある実施形態における戻り検査モードは加入者端末102のユーザがスイッチ(図示せず)を用いて起動させる。他の実施形態における戻り検査モードは、通信リンクテスタ30から予め定められたデータシーケンスを送ることにより遠隔で起動される。ある実施形態では、ループバック回路115はマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを含む。
リバース方向では、基地局12のアンテナ107で受信された放送戻り信号はトランシーバ109により与えられる。トランシーバ109は、戻り信号をダウンコンバートし、復調し、誤り訂正及び検出を施す。この信号はその後ボコーダ114に与えられ、このボコーダ114は戻り信号を復号化して、この復号化された戻り信号をエコーキャンセル回路116に与える。エコーキャンセルされた戻り信号はその後コンパンダ118に与えられ、そこで-law戻り信号が変換されてパルス符号変調(PCM)戻り信号としてPSTN22に送り戻される。コーデック20では、-law戻り信号がハイブリッド回路24に与えられるアナログ戻り信号に変換される。戻りアナログ信号はその後ハイブリッド回路24を通して通信リンクテスタ30の信号モニタ26に与えられる。信号モニタ26では、戻り信号が分析され、通信システム100の客観的な性質が特徴づけられ、通信リンクテスタ30により生成された信号がボコーダ104及び114のフレーム境界に位置調整される。
一方向検査モードでは、加入者端末102において受信された検査信号はループバック回路115を通して最終的に信号モニタ27に与えられる。受信された検査信号は信号モニタ27により分析される。これにより通信システム100の客観的な性質が特徴づけられ、通信リンクテスタ30により生成された信号がボコーダ104及び114のフレーム境界に位置調整される。
図12a〜12cは通信システム100における往復遅延の特性を示す図である。図12aは正方パルス状の入力信号を示す図である。この入力信号はバンドパスフィルタ処理され、遅延測定のための遅延検査信号が与えられる。ある実施形態では、正方パルス入力信号は16ミリセカンド長であって、1000Hzの低周波数カットオフ及び3000Hzの高周波数カットオフのバンドパスフィルタによりフィルタリングされる。図12bは信号生成器28により生成された遅延検査信号を示す図である。戻り検査モードでは、図示した遅延検査信号は信号生成器28によりデジタルで生成され、加入者端末102に送信される。図12cは遅延検査信号に応答して、通信リンクテスタ30により受信された加入者端末102からの戻り遅延検査信号を示す図である。
ある実施形態では、技術的によく知られているように、このような信号を生成するようにプログラムされたマイクロプロセッサにより遅延検査信号が生成される。信号生成器28は適切なデジタルのサンプルをPSTN22に与える。入力された正方波は、バンドパスフィルタによりフィルタリングされる。これは、PSTN22が信号にバンドパスフィルタ回路を有するからである。入力信号がPSTN22に与えられる前にフィルタリングされていない場合、遅延検査信号と信号モニタ26内の対応する戻り信号の相関関係は精度に悪影響を受ける。
ある実施形態では、遅延時間(td)は、図12aの正方パルスの下降端のフィルタリングにより生じる、遅延検査信号における第2のピーク(図12bの点A)の送信時間と、戻り遅延検査信号の第2のピーク(図12cの点B)の受信時間との間の時間として測定される。遅延時間(td)は以下の等式により定義される。
td=tB−tA (1)
上記式においてtBは戻り遅延検査信号の第2のピークの到着時間であり、tAは遅延検査信号の第2のピークの送信時間である。第2のピークにより測定する理由は、ボコーダ114内の自動利得制御(AGC)(図示せず)はパルスの前線における信号強度の変化に適応するのに時間がかかるため、第2のピークはより強度が高くさらに容易に識別可能で相関しやすいからである。
図13は、通信システム100内の遅延時間を分析するための信号モニタ26内の装置を示す図である。信号生成器28により生成される遅延検査信号は第1の高速フーリエ変換(FFT)素子52に与えられ、この高速フーリエ変換は遅延検査信号のフーリエ変換を演算する。戻り遅延検査信号はFFT素子50に与えられる。遅延検査信号のフーリエ変換及び戻り遅延検査信号のフーリエ変換は乗算器54に与えられる。この2つの信号は乗算され、その積は逆高速フーリエ変換(IFFT)素子56に与えられる。IFFT素子56は乗算器54からの出力信号を逆高速フーリエ変換し、その信号をピーク検出器58に与える。ピーク検出器58はIFFT素子56により与えられた信号を分析し、信号のピークを識別する。
ピーク検出器58により識別されたピークにより、遅延検査信号と戻り遅延検査信号を畳みこんだ遅延検査信号の往復遅延が識別される。ある実施形態では、FFT素子50及び52は4096点での高速フーリエ変換を行う。FFT円算用に選択される点の数は、可能性あるすべての遅延を充分にカバーするものでなければならない。例えば、典型的な往復遅延がおよそ200ミリセカンドの通信システムの場合、4096点は、8kHzのサンプリングレートで512ミリセカンドをカバーするするのに充分である。代替的な形態では、遅延検査及び戻り遅延検査信号を直接畳みこんでもよいし、整合フィルタを使用して2信号の相関を演算してもよい。
どれだけ精密に測定を行うかによって、検査は何回か繰り返されてもよい。ある実施形態では、正方パルスは送信されるデータフレーム内の異なる位置に与えられる。測定を繰り返すことが好ましいのには2つ理由がある。第1に、通信システム100のノイズが出力信号に瞬間的異常を生じさせ、これは測定に誤差を生じさせる。検査を繰り返す第2の理由は、フレーム消去の可能性である。ある実施形態では、160のサンプルの20ミリセカンドフレームのそれぞれがシステムを通じて送信される。その形態では、遅延検査は10シンボル毎に1回で16回繰り返される。
図14a〜14cは通信システム100の周波数応答検査を示す図である。図14aは、周波数応答測定のために信号生成器28により生成された周波数応答検査信号を示す図である。戻り検査モードでは、周波数応答検査信号は加入者端末102に送信され、通信リンクテスタ30に戻されて分析される。一方向検査モードでは周波数応答検査信号は加入者端末102に送信され、その後加入者端末102内で分析される。2者間検査モードでは、周波数応答検査信号はリンクテスタ140,142の一方により送信され、その後もう一方のリンクテスタ140,142により受信されて分析される。
ある実施形態では、周波数応答検査信号はサインカーブであったり、周波数応答検査のためのトーンを生成するためにプログラムされたマイクロプロセッサにより生成される固定継続時間のトーンであったりする。マイクロプロセッサはトーンを生成するようにプログラムされるものでも、単にマイクロプロセッサ内のメモリから周波数応答検査信号のサンプルを引き出すものであってもよい。
トーンの最大継続時間(tmax)は以下の等式により与えられる:
tmax=td−tNE
上式においてtdは先に述べた往復遅延で、tNEは、信号生成器28からの信号がハイブリッド回路24により反射されて信号モニタ26に戻ってきた往復時間である近端の遅延である。ある実施形態では、周波数応答検査信号は継続時間100ミリセカンドのサインカーブである。
図14bは戻り検査モードにおいて通信リンクテスタ30へ戻され、又は一方向検査モードにおいて加入者端末102により受信され、又は2者間検査モードにおいてリンクテスタ140,142のいずれかにより受信された戻り周波数応答検査信号である。図示したように、ボコーダ114は受信された周波数応答検査信号にひずみを導入する。
図14cは通信リンクの他の影響とは無関係なボコーダ114の周波数応答を示す図である。ある実施形態では、ボコーダ114により導入されたひずみは、周波数応答の評価において、受信された周波数応答信号から取り除かれる。その結果、周波数応答検査信号の周波数において特徴づけられたリンクの周波数応答は、ボコーダ114の周波数応答が取り除かれた受信周波数応答検査信号のエネルギーと、信号生成器28により与えられる周波数応答検査信号のエネルギーとの間の比である。
ある実施形態において、周波数応答検査は、100Hzから3900Hzまでの範囲100Hzの増分で実施される。周波数応答検査は、フレームが消去される可能性があるため、それぞれの検査周波数で繰り返される。
通信システム100上の通信リンクテスタ30により実施される他の検査は、ノイズエネルギー検査である。ノイズエネルギー検査では、信号生成器28により信号は送られず、信号モニタ26が戻り信号のエネルギーを測定する。ある実施形態では、信号モニタ26は単に戻り信号のフレームにおけるデジタルデータの値を試験する。代替的な実施形態では、戻り信号はアナログ信号であり、通信リンクテスタ30にはアナログ−デジタルコンバータが含まれる。他の代替的な実施形態では、信号モニタ26はアナログ音エネルギー測定装置であり、その設計及び実施は技術的によく知られている。
通信リンクテスタ30は、所定の周波数パターンを持つフレーム誤りレート検査信号を生成することにより、基地局12と加入者端末102間の通信リンクでのフレーム誤りレート検査を実施する。検査中にフレーム消去が生じると、ボコーダ114は最後に送った良好なフレームを再送する。フレーム誤りレート検査信号は、戻り検査モードでは通信リンクテスタ30において、又は一方向検査モードでは加入者端末102により受信される。戻りフレーム誤りレート検査信号における所定のパターンは、信号生成器28により生成されたパターンと同一であるか否かを判定するために分析される。パターンにおける不一致数は、戻り検査モードでは結合されたフォワード及びリバースのリンク上、又は一方向検査モードではフォワードリンク上、又は2者間検査モードではフォワード又はリバースリンク上におけるフレーム消去の数に等しい。
図15aは、フレーム誤りレート検査信号を示す図である。この検査信号は、一連のトーン220〜224(F1〜F3)を有する。この一連のトーン220〜224はそれぞれ、基地局12と加入者端末102間の通信リンクの連続フレームインターバルA〜Cの一つの中央に位置する。フレームインターバルA〜Cの一連のフレーム境界240〜246は、先に開示した技術に基づいて決定される。ある実施形態では、フレームインターバルA〜Cの継続時間はそれぞれ20ミリセカンドで、トーンF1〜F3の継続時間はそれぞれ10ミリセカンドである。
ある実施形態では、信号モニタ26及び27は、戻りフレームのトーンパターンを試験することにより戻りフレームがフレーム消去を示しているか否かを判定すべくプログラムされたマイクロプロセッサで実現される。信号モニタ26及び27はフレーム誤りレート統計を連続的に記録し続ける。このような統計を維持するデータベース手法は当該技術分野でよく知られている。
図15bはフレーム誤りレート検査信号の拡張された継続時間を示す時間線を示す図であり、このフレーム誤りレート検査信号は、連続トーンF1〜F8を有し、その後にポーズインターバルが続き、その後に連続トーンF1〜F8が続く。この連続トーンF1〜F8は、エコーキャンセル回路116におけるダブルトーク及びハイブリッド回路24からの近端のエコーによる影響によりこの検査が妨害されないようにするため、往復遅延tdよりも大きく、近端遅延よりも小さい継続時間(tmax)を有してはならない(等式2)。2つの連続トーン間のポーズインターバルは、トーンの継続時間と、近端遅延又は往復遅延のうちのいずれか大きい方との和よりも大きくなければならない。トーンF1〜F8は、比較のための戻り信号とともに適切に信号生成器28から信号モニタ26又は27に直接与えられる。
戻り検査モードにおける他の実施形態では、ループバック回路115はフレーム消去を受け取ると所定のトーンを与える。この所定のトーンは信号モニタ26に送り返される。ループバック回路からの所定のトーンにより、信号モニタ26がフォワードリンク(基地局12から加入者端末102に送信される信号)で生じる誤りと、リバースリンク(加入者端末102から基地局12へ送信される信号)で生じるフレーム消去とを識別することができる。
図16a〜図16dは、PSTN22と基地局12との間の同期欠如から生じるサンプルのスリップ及び反復の測定値及び特性を示す図である。図16aはサンプルのスリップと反復を特徴づけるべく信号生成器28により生成された検査信号を示す図である。この検査信号は一対のトーン230及び232を有する。前述したとおり、各トーン230及び232の継続時間は、エコーキャンセル回路116におけるダブルトーク及びハイブリッド回路24からの近端エコーの影響を受けないようにすべく、往復遅延tdを超え、近端エコー遅延よりも小さくてはならない。信号モニタ26の前にエコーキャンセラをおくことにより、近端エコーをもはや無関係とすることもできることは注目すべきことである。ある実施形態では、エコートーン230及び232の各継続時間は160ミリセカンドである。
信号モニタ26はサンプルのスリップ及び反復検査用の検査信号から生じる戻り信号の位相を監視するための位相検出回路を有する。ある実施形態では、信号モニタ26における位相検出回路はマイクロプロセッサにより実現され、これにより当該技術分野でよく知られたデジタルアルゴリズムを用いた位相変化の分析が実行される。位相シフトは、サンプルのスリップ又は反復を示す。戻り信号の位相の増加は、図16bの点A及び点Bにより示されているようなサンプルのスリップを示す。点Cで示されるように位相が減少するとき、このことはサンプルの反復を示す。
ここに開示された検査により、フォワードリンクで生じるこれらスリップと、リバースリンクで生じるものとを識別可能である。フォワードリンクのスリップ又は反復では位相変化が緩やかに増加する一方、リバースリンクのスリップ及び反復ではより急峻に増加する。図16cはフォワードリンクのスリップに予想される位相変化の一形式の一例を示す一方で、図16dはリバースリンクのスリップ又は反復により生じることが予想される位相変化の一形式を示す。従って、本発明では、サンプルのスリップ及び反復について識別可能であるとするとともに、これらのフォワードリンクで生じるものとリバースリンクで生じるものとを識別可能である。
図17a〜図17cはボコーダ104及び114で用いられているデータレートを判定する技術を示す図である。ある実施形態では、ボコーダ104及び114は8キロビット/秒(8Kボコーダ)又は13キロビット/秒(13Kボコーダ)のいずれか一方の出力データレートを有する。
図17aは信号生成器28により生成された検査信号を示す図である。この検査信号は、無音時間に続く一連のトーンバースト300及び302を有する。このトーンバースト300及び302はそれぞれ振幅E0により示さているような実質的に同じ量のエネルギーを搬送する。
図17bは、13Kボコーダを含む基地局12を通してルーティングされた後の戻り信号として信号モニタ26により受信されたトーンバースト300及び300を示す図である。この戻り信号のトーンバースト300及び302はE1と実質的に同じエネルギーレベルを有する。
図17cは、8Kボコーダを含む基地局12を通してルーティングされた後の戻り信号として信号モニタ26により受信されたトーンバースト300及び302を示す図である。この戻り信号のトーンバースト300及び302はそれぞれ実質的に異なるエネルギーレベルE2及びE3を有する。8Kボコーダと13Kボコーダのいずれを用いているかは、戻り検査信号のトーンバースト300及び302のエネルギーレベル差を分析することにより判定される。エネルギーレベルE2とE3との間にしきい量よりも大きな差異がある場合には、基地局12が8Kボコーダを用いていると決定される。これは、8Kボコーダの方が13Kボコーダよりも無音時間に続く大きな信号に応答するのに長い時間がかかるからである。
図18a及び図18bは通信システム100におけるフレーム異常の検出を示す図である。図18aは、信号生成器28により生成されるフレーム異常検査信号を示す図である。フレーム異常検査信号は、それぞれ周波数F1からF8までのエネルギーを持つトーンバーストが含まれる連続フレーム310〜317を有する。このトーンバーストの後には、次の連続フレームの前に無音時間318が続く。
図18bはフレーム異常検査信号に対応する戻り検査信号を示す図である。信号モニタ26は、送信中にフレーム異常が生じたか否かを判定するために、戻り検査信号内のフレーム310〜317のそれぞれの周波数コンテンツを分析する。例えば、戻り検査信号のフレーム310は、周波数帯F1(フレーム消去が生じなかった場合)又はF2(フレーム消去が生じた場合)のエネルギーを含む。信号モニタ26は、異常を検出するためにF1又はF2以外の周波数において、フレーム310のエネルギーを分析する。加えて、信号モニタ26は、何らかのエネルギーコンテンツについて戻り検査信号内の無音時間318を分析する。戻り検査信号内の無音時間318は、送信中に異常が生じていない限り、いかなる周波数においてもいかなるエネルギーコンテンツも含んでいてはならない。
図19は、ハイブリッドシミュレータ33を用いた基地局12内に含まれるエコーキャンセル回路116の検査を示す図である。ハイブリッドシミュレータ330は、エコーキャンセル回路116を試験するための模擬エコーを生成する。ハイブリッドシミュレータ330はフィルタ334及び加算回路332を有する。フィルタ334は模擬エコー信号を生成するためのデジタル信号処理機能を提供する。フィルタ334からの模擬エコーは、加算回路332により、信号生成器28からの検査信号に付加される。
フィルタ334のインパルス応答関数が安定である間、エコーキャンセル回路116は模擬エコー量に収束してエコーをキャンセルする。エコーキャンセル回路116によりエコーを収束してキャンセルするのにかかる時間量を検査するため、フィルタ334のインパルス応答を変化させる。フィルタ334における変化は、模擬エコー量を変化させ、これはエコーキャンセル回路をリセットして新しい模擬エコーに再収束させる。
前述した本発明の一実施形態の詳細な説明は、説明の目的で提供されるものであって、開示された実施形態通りの発明に徹底しまた制限することを意図するものではない。従って、本発明の範囲は付加された請求の範囲により定義される。
Claims (21)
- 検査信号を通信システムの一連のフレームインターバルに位置調整するための方法において、
周波数の交互パターンを持つ位置調整検査信号を生成するステップと、
通信リンクが一連のフレームインターバルで位置調整検査信号を搬送する通信システムを介して、位置調整検査信号を送信するステップと、
通信システムを介して、位置調整検査信号を戻り位置調整検査信号として受信し、その後、戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツを評価するステップと、
戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツが周波数の交互パターンに対応するまで、位置調整検査信号の開始時間をシフトさせるステップとを含む検査信号の位置調整方法。 - 周波数の交互パターンは第1の周波数帯と第2の周波数帯とを含み、第1の周波数帯および第2の周波数帯は周波数スケールでオーバーラップせず、かつ時間スケールでオーバーラップしない請求項1記載の方法。
- 第1の周波数帯の継続時間および第2の周波数帯の継続時間は、通信リンクにおけるフレームインターバルの継続時間と実質的に等しい請求項2記載の方法。
- 位置調整検査信号の開始時間をシフトさせるステップは、戻り位置調整検査信号が時間スケールでオーバーラップする第1の周波数帯および第2の周波数帯双方におけるエネルギーを含む場合に、位置調整検査信号の開始時間をシフトさせるステップを含む請求項3記載の方法。
- 時間スケールの第1の周波数帯と第2の周波数帯との間の転移のシーケンスのそれぞれは、戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツが周波数の交互パターンに対応する場合に、通信リンクにおけるフレームインターバルの境界を示す請求項3記載の方法。
- 各トーンバーストが各フレームインターバルの継続時間よりも短い継続時間をそれぞれ持つ、一連のトーンバーストを有する検査信号を生成するステップと、
転移のシーケンスにより示される境界にしたがって、検査信号のトーンバーストを通信リンクのフレームに位置調整するステップとをさらに含む請求項5記載の方法。 - 通信システムを介して位置調整検査信号を送信するステップは、
通信システムを介して、起点位置から終点位置に向けて通信システムのフォワード方向に位置調整検査信号を送信するステップと、
終点位置において位置調整検査信号を複製するステップと、
通信システムを介して、起点位置に向けてリバース方向に位置調整検査信号を戻り位置調整検査信号として送信するステップとを含む請求項1記載の方法。 - 戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツを評価するステップは、起点位置において実行される請求項7記載の方法。
- 通信システムを介して位置調整検査信号を送信するステップは、終点位置が位置調整検査信号を戻り位置調整検査信号として受信するように、通信システムを介して、起点位置から終点位置に向けてフォワード方向に位置調整検査信号を送信するステップを含む請求項1記載の方法。
- 受信された位置調整検査信号の周波数コンテンツを評価するステップは、終点位置において実行される請求項9記載の方法。
- 周波数の交互パターンを持つ位置調整検査信号を生成する手段と、
通信リンクが一連のフレームインターバルで位置調整検査信号を搬送する通信システムに、位置調整検査信号を導入する手段と、
通信システムを介した送信後に、位置調整検査信号を戻り位置調整検査信号として受信する手段と、
受信された位置調整検査信号の周波数コンテンツを評価する手段と、
戻り位置調整検査信号の周波数コンテンツが周波数の交互パターンに対応するまで、位置調整検査信号の開始時間をシフトさせる手段とを具備する通信システムのための検査システム。 - 通信システムは、公衆電話交換網と、この公衆電話交換網と加入者端末との間で通信リンクを介して通信することを可能にする基地局とを備える請求項11記載の検査システム。
- 加入者端末は、位置調整検査信号を基地局から受信し、位置調整検査信号を戻り位置調整検査信号として基地局にループバックする手段を含む請求項12記載の検査システム。
- 生成する手段、導入する手段、評価する手段およびシフトさせる手段は、公衆電話交換網に接続された通信リンクテスタに含まれる請求項12記載の検査システム。
- 生成する手段および導入する手段は、公衆電話交換網に接続された第1のテスタに含まれ、評価する手段およびシフトさせる手段は加入者端末に接続された第2のテスタに含まれる請求項12記載の検査システム。
- 第1のテスタおよび第2のテスタは、位置調整検査信号により位置調整された周波数偏移変調(FSK)トーンバーストを用いて、第1および第2のテスタ間で制御およびステータス情報の送信を可能にするモデム回路をそれぞれ備える請求項15記載の検査システム。
- 生成する手段および導入する手段は、加入者端末に接続された第1のテスタに含まれ、評価する手段とシフトさせる手段は公衆電話交換網に接続された第2のテスタに含まれる請求項12記載の検査システム。
- 第1のテスタおよび第2のテスタは、位置調整検査信号により位置調整された周波数偏移変調(FSK)トーンバーストを用いて、第1および第2のテスタ間で制御およびステータス情報の送信を可能にするモデム回路をそれぞれ有する請求項17記載の検査システム。
- 基地局および加入者端末は、出力データレートを持つボコーダをそれぞれ含む請求項12記載の検査システム。
- 通信システムに検査信号を導入し、この検査信号に対応する戻り検査信号の周波数コンテンツを分析することにより、出力データレートを決定する手段をさらに具備する請求項19記載の検査システム。
- 異なる周波数帯における一連のトーンバーストを持つフレーム異常検査信号を生成する手段と、
通信リンクがフレーム異常検査信号をフレームのシーケンスで搬送する通信システムに、フレーム異常検査信号を導入する手段と、
通信システムを介した送信後に、フレーム異常検査信号を戻りフレーム異常検査信号として受信する手段と、
戻りフレーム異常検査信号の周波数コンテンツを評価する手段とをさらに具備し、
異なる周波数帯における一連のトーンバースト以外の戻りフレーム異常検査信号内に含まれる何らかのエネルギーは、通信リンクを通して、1つ以上のフレームの送信中のデータの破損を示す請求項11記載の検査システム。
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