通信接口及其测试方法

专利名称：通信接口及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种双向通信接口，并涉及一种用于测试其故障的方法。
背景技术：
本发明的优选的但非唯一的应用是一种DSL(数字用户线)调制解调器和一种用于对其进行测试的方法。该调制解调器可以是数字用户线接入复用器(DSLAM)的一部分或用户设备的一部分。
现场运行的DSLAM的被怀疑出现故障或确实出现故障会显著地增加电信网络的运行成本。由于DSLAM必须安装得靠近用户端，因此不可能将很多DSLAM集中在同一位置。只要这些DSLAM中的一个DSLAM发生故障或者看起来发生了故障，就必须派出服务人员去检查DSLAM，使得网络运营商耗费相当可观的成本。
在DSLAM中发生故障的原因很多。常见的故障原因是DSLAM的电源设备。由于这种故障会引起DSLAM的整个电路板发生故障，因此从DSLAM所连接的网络管理站可以比较容易地检测到这些设备的故障。不那么容易检测的其他故障是单一组件的损坏。数字ASIC(专用集成电路)和模拟ASIC会非常频繁地发生这些损坏，原因是这些ASIC是高度集成的活性硅元件，其晶体管对过电压、电磁干扰等比较敏感。
另一种重要的故障原因是线路驱动器和与其相关联的组件，原因在于它们具有较高的功率消耗，并且原因在于这些设备是直接连接到电话线(用户线)的，而电话线可能会发生因闪电而产生的过电压。
DSLAM与用户调制解调器之间的通信问题的另一种常见原因是DSLAM在网络一端所连接的各种网络组件(诸如交换机、路由器和宽带接入服务器之类)的ATM(异步传输模式)层和IP(网际协议)层的配置错误。这种错误有可能使DSLAM看起来出现了问题，虽然DSLAM实际上只是处于错误的控制之下。
如果用户设备中的设置不正确，则用户的调制解调器也有可能引起类似的通信问题。
特别是在后几种情况下，经常会由于DSLAM看似不正常而将维修人员派往DSLAM处，但最终由于故障原因在其他方面而使努力徒劳无功。
网络运营商当然很希望将这种巡视的次数保持得尽可能低。为了满足这种需求，DSLAM在交付使用之前要经过严格的测试。
在常规的交付前测试中，将DSLAM卡的所有xDSL(数字用户线的总称)端口连接到100欧的参考阻抗。然后，DSLAM的处理器执行的一组自动测试实现对DSLAM中的硬件问题的检测。由于这种类型的测试需要已知的参考阻抗，因此不能在现场执行这种测试，而在现场，电话线连接到DSLAM端口，DSLAM端口阻抗并非确切已知，并且DSLAM端口上可能会有来源不同的噪声信号。
Acterna、LLC、Germantown、Maryland发表的题目为“检验基于ANSI(美国国家标准协会)T1.413标准和ITU-T(国际电信联盟)G.992.1标准的ADSL(非对称数字用户线)调制解调器接口”(Verification of ADSL Modem Interfaces as per ANSI T1.413 andITU-T G.992.1)一文中描述了一种用于对ADSL发射机进行测试的方法，其中发射机连接到ADSL线路仿真器。在形成传统ADSL信号的DMT(离散多音)载波的频谱中，通过抑制一个或多个载波频率形成间隙，以便在没有背景的情况下观察抑制频率上产生的互调噪声，并根据所述互调噪声的测量到的功率电平和该间隙的左边或右边的未抑制的DMT载波的功率电平得到抑制频率上的信噪比(signal-noise ratio)。
当开机时常规地由DSLAM来执行的所谓的引导自检使得可以检测主要存在于DSLAM的数字电路中的某些硬件问题。没有检测DSLAM和用户线的模拟前端的问题。此外，开机自检不能检测在运行期间发生的问题，原因是为了重复进行自检，必须重新引导DSLAM，这意味着要中断为连接到该DSLAM的所有用户所提供的服务，而这是不可容忍的。
在美国专利公开US 2001/0043675中公开了一种测试用于xDSL的电话传输线的方法。通过测量一个或多个频带中的噪声功率来完成测试。这里的问题是在多个噪声源之间进行区分并检测故障在哪里。
另一种对于测试DSLAM与用户调制解调器之间的通信有用的常规测试方法包括使用两个协议仿真器电路。为执行这一测试，用放置于DSLAM与电话线之间的继电器来中断DSLAM与用户调制解调器之间的连接，并将DSLAM连接到模拟用户调制解调器的协议仿真器，并将用户调制解调器连接到DSLAM仿真器。如果在测试表明用户调制解调器不能和与其相关联的仿真器进行通信，而DSLAM能够和与其相关联的仿真器进行通信，则说明DSLAM是可操作的，并且问题必然出在用户端。如果在DSLAM处有用于建立所需连接的两个仿真器和受远程控制的继电器，则可以在不将人员派往DSLAM处的情况下执行这种测试。因此，采用这种技术需要相当大的投资。
本发明的目的是提供一种用于测试诸如xDSL调制解调器之类的双向通信接口的新颖的方法，该方法实现起来成本较低并且适于在远程控制下执行。

发明内容
通过一种用于测试双向通信接口的方法可以实现本发明的目的，该双向通信接口包括连接到同一端口以便连接到传输线的发射机和接收机，在该方法中a)对发射机进行幅度控制以便以第一幅度发射第一频率范围内的测试信号，并检测同时在接收机上接收到的第二频率范围内的信号的第一幅度；
b)对发射机进行幅度控制以便以不同于第一幅度的第二幅度发射测试信号，并检测同时在接收机上接收到的信号的第二幅度；并且c)基于接收信号的第一幅度和第二幅度，判断该接口的状态是否正常。
应当注意，可以以任意次序执行步骤a)和步骤b)。
本发明基于这样的思想在这种双向通信接口中，来自发射机的信号在到达接收机时所具有的幅度超出从传输线远端的另一个通信接口接收到的信号的幅度几十分贝，因此只有尽最大努力来防止发射机产生第二频率范围内的噪声，才能在接收机中辨别来自该远端接口的信号。
如果发射机遭到严重损坏，使得其根本不能发射或只能产生噪声，或者如果接收机死机，则不管如何驱动发射机，接收机检测到的幅度都始终是相同的。如果发射机只是轻微受损，使得其仍能发射信号，但是其产生的噪声量增加了，则这种情况也可以检测到。因此，可以有各种方法来实现本发明的基本思想。
根据第一优选实施例，将测试信号的幅度选择为在第一幅度上发射机预期不会产生第二频率范围内的噪声，而在测试信号的第二幅度上发射机预期会产生第二频率范围内的噪声。然后，步骤c)包括将接收信号的第一幅度与第二幅度之间的差值与给定限度相比较的步骤c1)和如果该差值低于给定限度，则判定接口状态不正常的步骤c2)。在这种情况下，如果差值小于预期，则很有可能发射机已死机或发射机产生任意幅度的过多噪声，或者接收机已死机。在这些情况中的任意情况下，都必须将该接口判定为状态不正常。
当然，应当理解，当说到“发射机不产生噪声”时，并不意味着没有噪声存在，而只是以简便的方式表明噪声的功率电平低于某一门限而使该噪声不会干扰通信接口的运行。
如果接收信号的第一幅度与第二幅度之间的差值高于给定限度，则这并不一定表示该接口的状态是正常的。优选地，通过减小第二幅度并重复步骤b)和步骤c1)来继续测试过程，直到差值小于给定限度时为止，并且如果由此获得的第二幅度低于对应于发射机能够工作而不在第二频率范围内产生过多噪声的最大幅度的预定限度，则判定该接口的状态不正常。
作为替代，如果接收信号的第一幅度与第二幅度之间的差值高于给定限度，则通过增大第一幅度并重复步骤b)和步骤c1)来继续测试过程，直到该差值低于给定限度时为止，并且如果由此获得的第一幅度低于预定限度，则判定该接口的状态不正常。
根据第三实施例，在测试信号的第一幅度上，发射机预期不会产生第二频率范围内的噪声，但是不需要进行关于第二幅度的假设。在这种情况下，如果接收信号的第一幅度与第二幅度之间的差值低于给定限度，则增大测试信号的第二幅度并重复步骤b)和步骤c1)，直到第二幅度已达到预定的最大电平或者该差值高于给定限度时为止，并且如果由此获得的第二幅度低于预定限度，即如果发射机开始产生幅度电平出乎意料地低的噪声，则判定该接口的状态不正常。
反过来，可以将测试信号的第二幅度选择为使发射机预期会产生第二频率的噪声，而不需要进行关于测试信号的第一幅度的假设。在这种情况下，如果接收信号的第一幅度与第二幅度之间的差值低于给定限度，则减小测试信号的第一幅度并重复步骤a)和步骤c1)，直到第一幅度已达到预定的最小电平(其可以为零)或者该差值高于给定限度时为止，并且如果由此获得的第一幅度高于预定限度，则判定该接口的状态不正常。
为了便于区分来自发射机的噪声与接收信号中的其他信号分量，测试信号优选地具有多个离散的频谱分量，并且接收信号的频率是测试信号的频谱分量的频率的和或差。如果发射机表现出非线性特性，即如果在测试信号的频谱分量之间发生混频，则将产生具有该和频率或差频率上的噪声。
为了将这些频率与其他类型的噪声分开(出于本发明方法的目的，噪声不只包括来自相邻调制解调器与传输线的串扰，还包括来自远端调制解调器的任意信号)，可以采用诸如同步平均之类的滤波技术。
为了在接口中的问题变得严重到足以影响数据通信之前发现这些问题，应当周期性地重复上述步骤a)-c)。
根据本方法的优选应用，该接口是xDSL用户线接口，并且测试信号是DMT信号。
由于为了执行本发明的方法，不需要中断经由用户线的数据通信，因此DMT信号可以包括至少一个用有效载荷数据调制的载波。
用上述方法测试的接口可以是一方面连接到电话线并且另一方面连接到用户终端的用户端接口。优选地，将该方法应用于电话线与通信网络之间的接口，并且该方法还包括向通信网络的中心站发送指示出所接收信号的第一幅度和第二幅度之一、这两个幅度之间的差值以及判断结果的消息的步骤d)，其中可以收集关于连接到网络的各接口的状态的信息以便协调维护操作。
该接口可以自动地执行上述测试方法，而不需要外部的触发信号。然而，该接口还应当适于在其接收到来自网络中心站的触发命令时执行上述步骤a)-d)。在这种方式中，当用户向中心站通报通信问题时，可以立即在远端控制下执行测试，并且可以将结果通知用户以便其确切地了解问题是由用户自己的设备引起的并且用户有责任解决问题，或者问题在网络端并且网络运营商应处理该问题。
用于执行本发明方法的调制解调器包括接口、用于将该接口连接到传输线的端口以及控制装置，该控制装置用于使得发射机发射具有所述第一幅度和第二幅度的测试信号并用于检测在发射所述测试信号的同时接收机接收到的信号的第一幅度和第二幅度。优选地在调制解调器中提供用于在中心站提供用于确定接收信号的第一幅度与第二幅度之间的差值或用于执行判断的装置，以便使在调制解调器与中心站之间交换的消息量保持较少。


通过后面参考附图对本发明实施例进行的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显。
图1是可应用本发明的电信网络的框图；图2是示出了网络端的调制解调器、用户的调制解调器和连接二者的用户线的框图；并且图3是由图2的网络端的调制解调器执行的测试方法的流程图。
具体实施例方式
图1是包括中心节点1和多个次级节点2的IP网络的框图，DSL接入复用器(DSLAM)3连接到次级节点2。DSLAM 3为用户提供到IP网络和到电话网(未示出)的接入，用户的终端5通过电话线4连接到DSLAM 3。每个DSLAM 3具有若干连接到该DSLAM 3并为若干用户服务的电话线4。
图2中示意性示出的DSLAM包括数字信号处理器6，其从网络中接收发给关联用户的数据包并向网络中输出数据包。DSP(数字信号处理器)与所谓的模拟前端电路7进行通信，模拟前端电路7将其从DSP 6中接收到的数字数据转换为适于在电话线4上传输的形式的模拟下行链路信号并将这些模拟下行链路信号提供给线路驱动器8以便放大这些信号。通常，这些下行链路信号是包括具有下行链路频率范围内的不同频率的多个载波的DMT信号，将数字数据调制在这些载波上。
混频电路9具有连接到线路驱动器8的输出的输入端口和连接到模拟前端7的输入的输出端口，以及经由高通滤波器10连接到电话线4的双向接口。模拟前端7、线路驱动器8和混频电路9可以看作DSLAM 3的调制解调器。在电话线的远端的是用户的调制解调器11。由于所有这些组件及其功能对本领域的普通技术人员来说非常熟悉，因此在此不需要对其进行更详细的说明。
DSLAM的突出特征在于控制器12，其连接到DSP 6、连接到线路驱动器8并连接到混频电路9的输出端口。参考图3的流程图描述了控制器12的操作过程的例子。
在该过程的第一步骤S1中，控制器12等待测试命令以便启动测试过程的执行。测试命令可以由DSLAM调制解调器3自身的内部定时器产生，或者测试命令可以经由网络从中心节点1中接收。中心节点1可以以固定的时间间隔向连接到网络的DSLAM 3发布这种测试命令，在这种情况下不需要调制解调器的内部定时器，或者中心节点1可以在任意时间上根据来自运营商的指令来发布测试命令，例如当运营商接收到来自用户的关于其终端不能正常通信的投诉时，中心节点1可以发布测试命令。
当接收到这种命令时，控制器前进到步骤S2，并将由线路驱动器8发射的信号的幅度值设置为A1，此时线路驱动器8预期将线性地操作，即线路驱动器8可以产生下行链路频率范围内的信号而不伴随产生用于从用户到网络进行传输的上行链路频带内的噪声，使得即使来自用户终端11的上行链路信号在用户线4中经过剧烈的衰减，该上行链路信号也不会被来自线路驱动器8的噪声所覆盖。
控制器12在步骤S2中设置的幅度A1可以为零，但是优选地，该幅度A1应当是正值并且足够高以便在用户端对调制在用作本测试过程中所用的测试信号的DMT信号的各载波上的有效载荷数据进行解码。
因此，可以在任意时间执行该测试过程，而不管是否同时将数据发送给用户。
当发射具有所述第一幅度A1的测试信号时，在步骤S3中执行对前端电路7的接收机端口接收到的噪声强度的测试。到达该接收机端口的信号来自多种源。有可能有来自用户设备11的有效载荷信号、来自连接到同一DSLAM的相邻线路的耦合到用户线4的串扰以及来自线路驱动器的通过混频电路9直接发射给接收机端口的噪声。由于线路驱动器8发射的DMT信号具有由离散直线构成的频谱，因此线路驱动器8所产生的噪声也具有离散频谱，这些频谱直线是DMT信号的频谱直线的和频率和差频率。为了执行步骤S3的测试，通过同步平均在接收机端口从宽带信号中提取这些和频率分量或差频率分量。控制电路12记录这种选定分量的强度E1。此时，不清楚有多少强度E1是真正由来自线路驱动器8的噪声所造成的，以及有多少强度E1是由串扰产生的，有多少强度E1是由来自用户调制解调器11的信号产生的，等等。
在下一步骤S4中，控制电路12将线路驱动器8的输出幅度设置为较高的电平A2，在电平A2上预期会发生谐波失真并且同时再一次测量所选频率上的强度E2。也就是说，尽管在步骤S3中所测的强度E1预期由其他源而不是线路驱动器8所产生，但是在步骤S5中，E2应当有很大一部分是来自于线路驱动器8。
如果需要，可以以预定次数重复步骤S2至步骤S5并且可以分别计算在步骤S3和步骤S5中测得的强度E1和E2的平均值，以便提高其可靠性。
在步骤S6中，控制电路12计算在步骤S3和步骤S5中所测量的强度之间的差值Δ＝E2-E1。在步骤S7中，将该差值Δ与预定门限Δ1相比较。如果Δ低于该门限，则原因可能是线路驱动器8已损坏，致使其完全不能发射信号，或者前端电路7的接收机端口已损坏，以至于不能检测到达其接收机端口的信号。在任一情况下，均认为DSLAM存在问题，并且在步骤S8中将表明DSLAM存在问题的消息发送给中心站，以便可以派出人员去维修DSLAM 3。
如果在步骤S7中发现Δ高于门限Δ1，则控制电路12前进到步骤S9，在步骤S9中为线路驱动器8确定一个新的输出幅度电平A2，其稍小于步骤S4中的幅度电平。在步骤S10中将线路驱动器8设置到这一新的输出幅度，并且在步骤S11中确定在接收机端口上所得到的具有所选频率的信号强度E2。重新计算(S12)Δ＝E2-E1并在步骤S13中再一次将新的Δ与门限Δ1相比较。如果Δ仍高于Δ1，则过程返回到步骤S9。如果在步骤S13中发现Δ低于门限Δ1，则在步骤S14中将在步骤S10中设置的幅度A2与第二门限Amin相比较。如果幅度A2高于第二门限Amin，则线路驱动器8可以运行于足够高的幅度上，而不会由于来自线路驱动器8的噪声而使上行链路信号严重变差，并且可以判定DSLAM 3的调制解调器状态正常(S15)。如果所设置的幅度低于门限Amin，则可以推断出在相当低的信号幅度上已经开始有谐波失真，并且线路驱动器8是有问题的(S16)。这种问题不一定严重到足以完全阻止通过用户线4的数据通信，用户甚至有可能还未察觉到这种问题。因此，不必立即纠正该问题，但是最好在维修人员正好在所涉及的调制解调器附近时纠正该问题，以免该问题恶化并变成用户可察觉的问题。
当然，上述过程只是示例性的，并且还有对该过程的各种可能的替代方案。根据第一种替代方案，步骤S1-S8与上述过程相同，但将步骤S9-S11替换为增大两个幅度A1和A2中较低的幅度A1，输出该幅度，并在接收机端口测量所得到的强度E1。步骤S13-S16仍是图3中的那些步骤。在此，如果在步骤S14中A1高于门限Amax，则认为调制解调器有问题。
根据另一替代性过程，首先，将线路驱动器8设置为以第一较低的幅度A1发射测试信号，在该幅度上，预期该输出信号没有谐波失真。然后，继续为线路驱动器设定较高的输出电平A2并且将在接收机端口上测量的具有最初的较低幅度A1的信号强度E1和在接收机端口上测量具有随后的较高幅度A2的信号强度E2之间的差值Δ＝E2-E1与门限Δ1相比较。记录第一次观察谐波失真时的幅度A2并将其与预定门限Amin相比较。如果幅度A2高于门限Amin，则确定调制解调器状态不正常。如果幅度A2低于该门限，则调制解调器中必定有一部分损坏了。
当然，还可以在用户的调制解调器中执行上述测试方法。在这种情况下，步骤S1的测试命令将必须由用户设备自动产生或由用户输入，并且发送消息给中心站的步骤S8、S15、S16应当替换为在用户设备的显示器上显示适当消息的步骤。
权利要求
1.一种用于测试双向通信接口的方法，所述双向通信接口包括连接到同一传输线(4)的发射机和位于模拟前端的接收机(7)，其中控制器(12)运行测试序列，所述方法的特征在于a)控制所述发射机的幅度以便以第一幅度(A1)发射(S2)第一频率范围内的测试信号；并且b)在所述接收机上检测(S3)第二频率范围内的信号的第一幅度(E1)；并且c)控制所述发射机的幅度以便以第二幅度(A2)发射(S4)第一频率范围内的测试信号；并且d)在所述接收机上检测(S5)第二频率范围内的信号的第二幅度(E2)；e)基于接收信号的第一幅度和第二幅度(E1，E2)计算要处理的差分信号(Δ)。
2.根据权利要求1所述的方法，为所述发射机选择不产生具有第二频率的噪声的具有第一幅度(A1)的第一测试信号，并为所述发射机选择产生具有第二频率的噪声的具有第二幅度(A2)的第二测试信号，并且所述方法包括步骤将所述接收信号的第一幅度(E1)与第二幅度(E2)之间的差值(Δ)与给定限度(Δ1)相比较，并且如果所述差值低于所述给定限度，则判定(S6)所述接口的状态不正常。
3.根据权利要求2所述的方法，其中如果所述接收信号的第一幅度(E1)与第二幅度(E2)之间的差值(Δ)高于所述给定限度(Δ1)，则减小所述测试信号的第二幅度(A2)，并且重复所述步骤直到所述差值(Δ)低于所述给定限度，并且如果由此得到的第二幅度(A2)低于预定的限度(Amin)，则判定(S13)所述接口的状态不正常。
4.根据权利要求1所述的方法，为所述发射机选择不产生具有第二频率的噪声的具有第一幅度(A1)的第一测试信号，将所述接收信号的第一幅度与第二幅度之间的差与给定限度相比较如果所述差值低于所述给定限度，则增大所述测试信号的第二幅度；运行先前的步骤，直到所述第二幅度达到预定的最大级别或所述差值高于所述给定限度时为止，并且如果由此得到的第二幅度低于预定限度，则判定所述接口的状态不正常。
5.根据权利要求1所述的方法，为所述发射机选择产生具有第二频率的噪声的具有第二幅度(A2)的第二测试信号，将所述接收信号的第一幅度与第二幅度之间的差值与给定限度相比较如果所述差值低于所述给定限度，则降低所述测试信号的第一幅度；执行先前的步骤，直到所述第一幅度达到预定的最小级别或所述差值高于所述给定限度时为止，并且如果由此得到的第二幅度低于预定限度，则判定所述接口的状态不正常。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述测试信号具有多个离散的频谱分量并且所述接收信号的频率是所述测试信号的频谱分量的频率的和或差。
7.根据权利要求6所述的方法，其中通过同步平均获得所述接收信号。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中周期性地重复步骤a)-c)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述接口(3)是xDSL用户线接口，并且所述测试信号是DMT信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述DMT信号包括至少一个用有效载荷数据调制的载波。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述接口(3)位于用户线(4)与通信网络(1，2)之间，所述方法还包括向所述通信网络的中心站(1)发送(S8，S15，S16)指示出所述所接收信号的第一幅度和第二幅度之一、这两个幅度之间的差值以及判断结果的消息的步骤d)。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括从所述网络的中心站(1)向所述接口(3)发送用于执行步骤a)-d)的触发命令的步骤。
13.一种用于执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的调制解调器，包括发射机、位于模拟前端的接收机(7)、用于将所述发射机和所述接收机连接到传输线(4)的端口以及控制装置(12)，所述控制装置(12)用于使得所述发射机以第一幅度和第二幅度(A1，A2)发射测试信号，并用于在发射所述测试信号的同时检测所述接收机(7)接收的信号的第一幅度和第二幅度(E1，E2)。
14.根据权利要求13所述的调制解调器，其特征在于所述调制解调器为xDSL接入复用器(3)。
全文摘要
一种用于测试双向通信接口的方法，该双向通信接口包括连接到同一传输线(4)的发射机(8)和接收机(7)，该方法包括步骤a)对发射机(8)进行幅度控制以便以第一幅度(A1)发射(S2)第一频率范围内的测试信号，并检测(S3)同时在接收机(7)上接收到的第二频率范围内的信号的第一幅度(E1)；b)对发射机(8)进行幅度控制以便以第二幅度(A2)发射(S4)测试信号，并检测(S5)同时在接收机(7)上接收到的信号的第二幅度(E2)；c)基于接收信号的第一幅度和第二幅度(E1，E2)，判断(S6，S13)该接口的状态是否正常。
文档编号H04M11/06GK1835530SQ20061005748
公开日2006年9月20日 申请日期2006年3月15日 优先权日2005年3月18日
发明者福西翁·马克 申请人:阿尔卡特公司