专利名称：一种检测通信线路中感性元件的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于通信领域，尤其涉及一种检测通信线路中加感线圈或话机分离器等感性元件的方法及装置。
背景技术：
在电信业务领域，运营商通过市话电缆(通常是双绞线)，向用户同时提供宽带电信业务和窄带电信业务，如ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线)over POTS(Plain Old Telephone Service，传统普通电话业务)(普通电话增开ADSL)、ADSL(Very High Speed DSL，甚高速数字用户通信线路)over ISDN(Integrated Services Digital Network，综合业务数字网)(ISDN增开ADSL)、VDSL over POTS(普通电话增开VDSL)以及VDSL overISDN(ISDN增开VDSL)等业务，该类应用已经相当普遍，在本发明中对ADSL、VDSL统称为xDSL。
如图1所示，xDSL信号和POTS/ISDN信号共存于一条用户外线中，在局端侧，宽带接入设备DSLAM(Data Subscriber Line Access Mulitiplexer，数字用户通信线路接入复用器)中的分离器SPL(Splitter，语音分离器)将宽、窄业务区分开来，分别送往宽带业务板(xDSL业务板)和窄带业务板(POTS/ISDN业务板)进行处理，而在用户端侧，分离器SPL则将分离出的宽、窄带业务送往用户端RTU(Remote Terminal Unit，远端用户单元)和话机。在业务运行和维护过程中，需要经常对用户通信线路进行各种测量来判断通信线路的质量和故障情况。图1中的宽带通信线路检测装置就是实现各项测试功能的。
为了提高话音信号传输质量，在通信线路中串联至少一个的线圈是比较常见的情况，但在开通XDSL业务时，线圈的存在就严重影响XDSL业务的开通，为了支持XDSL业务开通，需要去掉通信线路中串联的线圈。因此如何确定某条通信线路中是否存在加感线圈对于运营商实现通信线路智能维护来说是非常重要的。同时，局端在判断故障时经常需要知道局端或者用户端的SPL是否已经安装好，如何判断SPL是否已经安装好也是实现通信线路智能维护的重要内容。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的难以智能检测通信线路中加感线圈或话机分离器等感性元件的问题。
为了实现发明目的，本发明提供了一种检测通信线路中感性元件的方法，所述方法包括下述步骤A.向所述通信线路输入检测信号；B.检测采样点V1、V2、Va的时域电压矢量V1-V2以及Va-V1；C.生成所述通信线路的差分输入阻抗幅频特性曲线；D.根据所述曲线中极点或者零点的个数判断所述通信线路中感性元件的数量。
所述步骤C进一步包括下述步骤C1.将所述时域电压矢量转换为频域电压矢量Va1k＝Va-V1以及V12k＝V1-V2；C2.提取所述检测信号所对应的频率子序列矢量Va1k′＝Va-V1以及V12k′＝V1-V2；C3.计算差分输入阻抗序列Zink=R|V12k′Va1k′|,]]>其中，Zink为通信线路的差分输入阻抗，R为电阻标量；C4.生成所述差分输入阻抗序列对应的差分输入阻抗幅频特性曲线。
所述检测信号所对应的频率子序列矢量Va1k′，V12k′与电压矢量Va1k，V12k之间的关系满足下式Va1k′=Va1k(k=0,1···M-1;j=fkfsN)V12k′=V12k(k=0,1···M-1;j=fkfsN),]]>其中fs为采样频率，N为采样点，M为所述检测信号包含的子频率个数，fk为所述检测信号所包含的各频率分量的频率值。
所述检测信号为正弦调制信号或者脉冲信号。
所述检测信号的最高频率不高于所述通信线路的固有谐振峰值频率。
为了更好地实现发明目的，本发明进一步提供了一种检测通信线路中感性元件的装置，所述装置包括向所述通信线路输入检测信号的信号发生单元；连接所述检测信号发生单元，检测采样点V1、V2、Va的时域电压矢量V1-V2、Va-V1的采样单元；连接所述采样单元，生成所述通信线路的差分输入阻抗幅频特性曲线，根据所述差分输入阻抗幅频特性曲线中极点或者零点的个数判断所述通信线路中感性元件数量的数字信号处理器；以及对所述信号发生单元、采样单元以及数字信号处理器进行控制的控制单元。
所述装置进一步包括连接所述控制单元，将检测结果输出显示的显示单元。
所述信号发生单元进一步包括存储所述检测信号的第一存储器，以及通过数据总线与所述第一存储器连接，读取所述检测信号，将所述检测信号转换为模拟信号输入至所述采样单元的数字/模拟信号转换器。
所述采样单元进一步包括连接所述数字信号处理器，启动所述信号发生单元输出检测信号以及所述采样单元进行采样的逻辑单元；
连接所述信号发生单元，将采集到的电压矢量信号进行放大输出的差分运算放大器；连接所述差分运算放大器，对所述电压矢量信号进行抗混叠滤波处理的线性滤波器；连接所述线性滤波器，将所述线性滤波器输入的模拟电压矢量信号转换为数字信号的模拟/数字信号转换器；通过数字总线、控制总线以及地址总线与所述模拟/数字信号转换器连接，存储所述模拟/数字信号转换器输入的数字信号的第二存储器；控制所述采样单元进行采样的第一组继电器开关；控制所述装置与接入所述通信线路的第二组继电器开关；以及连接所述信号发生单元，将采样电压转换为电流的检流电阻。
所述采样单元进一步包括一个并联在所述第二组继电器开关的线间电容。
所述数字信号处理器执行下述操作生成所述通信线路的差分输入阻抗幅频特性曲线(1)将所述采样单元输入的时域电压矢量转换为频域电压矢量Va1k＝Va-V1以及V12k＝V1-V2；(2)提取所述检测信号所对应的频率子序列矢量Va1k′＝Va-V1以及V12k′＝V1-V2；(3)计算差分输入阻抗序列Zink=R|V12k′Va1k′|,]]>其中，Zink为通信线路的差分输入阻抗，R为电阻标量；(4)生成所述差分输入阻抗序列对应的差分输入阻抗幅频特性曲线。
所述检测信号所对应的频率子序列矢量Va1k′，V12k′与电压矢量Va1k，V12k之间的关系满足下式
Va1k′=Va1k(k=0,1···M-1;j=fkfsN)V12k′=V12k(k=0,1···M-1;j=fkfsN),]]>其中fs为采样频率，N为采样点，M为所述检测信号包含的子频率个数，fk为所述检测信号所包含的各频率分量的频率值。
所述检测信号为正弦调制信号或者脉冲信号。
所述检测信号的最高频率不高于所述通信线路的固有谐振峰值频率。
本发明实现了对通信线路上加感线圈或者话机分离器等感性元件数量的自动检测，判断准确，效率高，降低了通信线路的故障判断成本。
图1是用户通信线路故障检测系统环境示意图；图2是通信通信线路中存在一个线圈时的电路模型图；图3是通信线路中存在一个线圈的通信线路差分输入阻抗传递函数的幅频特性曲线图；图4是通信通信线路中存在两个线圈的电路模型图；图5是通信线路中存在两个线圈的通信线路差分输入阻抗传递函数的幅频特性曲线图；图6是通信线路存在固有谐振时的通信线路差分输入阻抗幅频特性曲线图；图7是本发明提供的宽带通信线路检测装置的结构图；图8是本发明提供的用户通信线路故障检测的实现流程图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由于加感线圈或话机分离器在电路物理模型上都等效于差模电感线圈，因此本发明根据电感与电容的谐振原理来实现对通信线路中的加感线圈或话机分离器的自动检测。
当通信线路中存在一个线圈的情况下，如图2所示，图中的L1与L2代表通信线路中的加感线圈或话机分离器，对于在图中箭头所标明的差分输入阻抗Zin而言，经过推导可以得到Zin的s域传递函数为Zin(s)=V1-V2Va-V1R1s=(L1+L2)C2s2+(R1+R2)C2s+1s((L1+L2)C1C2s2+(R1+R2)C1C2s+C1+C2);]]>该传递函数在正频域存在一个极点分布为fp=12πC1+C2(L1+L2)C1C2]]>上述传递函数的差分输入阻抗幅频特性曲线如图3所示，从曲线波形可以发现，如果通信线路中存在一个线圈的话，在通信线路的差分输入阻抗传递函数的幅频特性曲线上会存在一个极点(波峰)。
当通信线路中存在两个线圈的情况下，此时的通信线路电路模型如图4所示，同样的得到Zin(s)=V1-V2Va-V1R1s=m4s4+m3s3+m2s2+m1s+1s(n4s4+n3s3+n2s2+n1s+no),]]>其中m，n是与通信线路基本参数有关的常数。
该传递函数在正频域存在两个极点分布，分别为fp1=12πRaC1C3+RaC2C3+RbC1C2+RbC1C3LaRbC1C2C3+RaLbC1C2C3]]>fp2=12πn2+n22-4n4no2n4]]>上面传递函数的差分输入阻抗幅频特性曲线如图5所示，从曲线波形可以发现，如果通信线路中存在两个线圈的话，在通信线路的差分输入阻抗传递函数的幅频特性曲线上会存在两个极点。
根据通信线路中存在一个以及两个线圈时通信线路的差分输入阻抗传递函数的特点分析，假设当通信线路中存在N个线圈时Zin(s)_N=m2Ns2N+m2N-1s2N-1+···+m1s+1s(n2Ns2N+n2N-1s2N-1+···+n1s+no),]]>其中mj，nj(j＝0，1...2N-1，2N)是与通信线路基本参数有关的常数。当通信线路中存在N+1个线圈时，通过有N个线圈与有N+1个线圈时对应的电路模型所满足的关系可以得到Zin(s)_N+1=[Zin(s)_N+RN+1+RN+2+s(LN+1+LN+2)]1sCN+1[Zin(s)_N+RN+1+RN+2+s(LN+1+LN+2)]+1sCN+1]]>化简上式即可以得到Zin(s)_N+1=m2(N+1)′s2(N+1)+m2N+1′s2N+1+···+m1′s+1s(n2(N+1)′s2(N+1)+n2N+1′s2N+1+···+n1′s+no′),]]>其中mj′，nj′(j＝0，1...2N+1，2N+2)是与通信线路基本参数有关的常数。上式表明，通信线路的差分输入阻抗传递函数的幅频特性曲线上的极点的个数就等于通信线路中的线圈的个数。
很明显，在本发明中，也可以通过差分输入阻抗传递函数的幅频特性曲线上的零点(波谷)个数来确定线圈是否存在及线圈个数，或者通过差分输入阻抗虚部的幅频特性曲线上极点或者零点的个数来确定线圈是否存在及线圈个数的方法。
在本发明的一个实施例中，考虑线圈在通信线路始端的特殊情况。如果在通信线路的始端就接有线圈，如局端话机分离器，此时相当于令上面的所有模型中的C1＝0。把C1＝0代入差分输入阻抗传递函数的极点频率分布中，会发现这时必定有一个极点频率会趋向于无穷大，而这在硬件上是不可实现的，也就是说在有限频率域内的通信线路差分输入阻抗传递函数的幅频特性曲线上的极点的个数会比通信线路中线圈的个数少一个。
例如，在上面通信线路中存在一个线圈的情况下fp=12πC1+C2(L1+L2)C1C2,]]>如果令C1＝0，得到fp＝∞再例如，在上面通信线路中存在两个线圈的情况下得到了fp1=12πRaC1C3+RaC2C3+RbC1C2+RbC1C3LaRbC1C2C3+RaLbC1C2C3]]>fp2=12πn2+n22-4n4no2n4,]]>如果令C1＝0，得到fp1＝∞而fp2为一有限值。
为了满足上述线圈在通信线路始端的特殊情况下的检测，本发明在通信线路始端增加一个线间电容，此时不管线圈处于通信线路中何处，都可以得到通信线路差分输入阻抗传递函数的幅频特性曲线上极点的个数就等于通信线路中的线圈的个数。
作为本发明的另外一个实施例，考虑通信线路固有谐振的因素对检测的影响。由于通信线路一般都比较长，在频率较高时，通信线路就不能用上述电路模型来表征信号的传输特性了，这时需要用传输线模型来表征信号在通信线路中的传输特性。根据传输线理论，在终端不匹配的条件下，即使不在通信线路中外加线圈，通信线路差分输入阻抗传递函数的幅频特性曲线本身就会出现谐振，谐振频率是与通信线路长度有关的。例如对于终端开路的传输线，当通信线路长度等于信号波长的一半时，通信线路差分输入阻抗传递函数的幅频特性曲线上就会出现一个极点，图6是长度为6公里的通信线路在终端开路时的固有谐振情况，由此可知在频率大约为15.3KHz处，通信线路差分输入阻抗幅频特性曲线出现了极点。
对于普通聚碌乙烯绝缘双绞线，其固有谐振峰值频率大约为fc=0.3cl,]]>其中c为真空中光速，l为通信线路长度。
为了使得通信线路的固有谐振峰值不对检测造成影响，在本发明中，对检测信号的频率进行限制，使检测信号的最高频率不高于通信线路的固有谐振峰值频率。
图7示出了本发明提供的实现加感线圈自动检测的宽带通信线路检测装置100的硬件结构图。
宽带通信线路检测装置100包括控制单元101、数字信号处理器102、信号发生单元103、数据采样单元104以及显示单元105。
控制单元101在物理上是一个微处理器(CPU，Central Processing Unit)，对检测装置100的检测操作进行集中控制，与数字信号处理器102之间通过HPI(Host Port Interface，主端口接口)进行相互通信，控制单元101可以直接访问数字信号处理器102的存储空间。
数字信号处理器102对数据采样单元104输入的信号进行运算处理，产生差分输入阻抗幅频特性曲线，判断曲线中极点或者零点的个数，并将检测结果上报到控制单元101，由控制单元101输入至显示单元105进行显示处理。
信号发生单元103产生检测用的特定信号，数/模转换器1031的数字输入数据总线与存储器1032的数据总线相连，存储器1032中存储有控制单元101设置的检测信号。由于要描绘出频域曲线，因此检测信号需要具有一定的带宽，而连续带宽的信号是很难实现的，从成本方面来考虑，检测信号应是在要求的带宽内的一系列离散频点信号的集合，在本发明中通过发送正弦调制信号或者是脉冲信号来实现。数/模转换器1031的模拟输出连接到检流电阻R1046、1047一端，检流电阻R1046、1047的另外一端通过继电器开关K3、K4连接外线。数/模转换器1031读取存储器1032中存储的检测信号，将检测信号发送到通信线路。
数据采样单元104检测线路采样点Va，V1，V2的时域电压矢量V1-V2、Va-V1，将其输入至数字信号处理器102进行运算处理。逻辑单元1041，模/数转换器1042，数/模转换器1031通过数据总线、地址总线、控制总线来访问存储器1043。模/数转换器1042的模拟输入通过线性滤波器1044、1045、差分运算放大器1046、1047连接到三个采样节点Va，V1，V2。线间电容Cb与继电器开关K3、K4并联，当接入通信线路时，连接在通信线路的始端，以解决线圈在通信线路始端时差分输入阻抗幅频特性曲线上极点个数比线圈个数少一个的现象。
根据图7所示的电路框图，可以知道通信线路的差分输入阻抗传递函数为Zin=V1-V2Va-V1R=R1-V2V1VaV1-1=RV1-V2Va-V1]]>其幅频特性为|Zin|==R|V1-V2||Va-V1|]]>令V12＝V1-V2Va1＝Va-V1因此，如果采样频率(即单位时间内的采样次数)与采样点数分别为fs，N，同时采样得到Va1，V12的序列值后，再对Va1，V12做FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)，令Va1，V12做FFT变换后得到的序列为Va1k，V12k(k＝0，1...N-2，N-1)。
假设所发送的信号包含了M个频率，分别为f1，f2...fM-1，fM，然后在Va1k，V12k序列中找出这些频率信号所对应的子集合，得到一个新序列Va1k′，V12k′(k＝0，1...M-1)。这个新的M点序列Va1k′，V12k′(k＝0，1...M-1)与原N点序列Va1k，V12k(k＝0，1...N-2，N-1)之间的关系为Va1k′=Va1k(k=0,1···M-1;j=fkfsN)V12k′=V12k(k=0,1···M-1;j=fkfsN),]]>
其中，M为检测信号包含的子频率个数，fk为所发送的检测信号所包含的各个频率分量的频率值。
求出新序列各元素的幅度，然后将V12k′与Va1k′(k＝0，1...M-1)对应位置的元素相除后乘以R，这样就得到了M个频率信号f1，f2...fM-1，fM下对应的差分输入阻抗幅度值，将这些频点与对应的差分输入阻抗幅度值通过曲线描绘出来，就得到所要的差分输入阻抗幅频特性曲线，通过该曲线上极点的个数就可以确定通信线路中是否有线圈存在以及线圈的个数。
图8示出了通过装置100进行测试的实现流程，详述如下步骤S801中，控制单元101控制继电器开关的通断状态为K3、K4闭合，即接入通信线路。控制单元101检测到数字信号处理器102准备就绪后发出启动命令给数字信号处理器102，数字信号处理器102接到命令后发出数据采样命令给逻辑单元1041，逻辑单元1041启动数/模转换器1031产生检测信号到通信线路上。数/模转换器1031从存储器1032中读取检测信号，将其转换为模拟信号输入到通信线路上。为了避免通信线路的固有谐振峰值影响检测，如上所述检测信号的最高频率不高于通信线路的固有谐振峰值。
步骤S802中，检测信号在通信线路上稳定后，控制单元101控制继电器K1、K2闭合，逻辑单元1041启动模/数转换器1042进行采样，模/数转换器1042采样到Va-V1与V1-V2两个时域电压矢量，输入差分运算放大器1046、1047放大后输入到线性滤波器1044、1045中进行抗混叠滤波处理，滤掉带外信号，模/数转换器1042将滤波后的模拟电压信号转换为适合于数字信号处理器102处理的数字信号，并将其存储在存储器1043中。
步骤S803中，数字信号处理器102从存储器1043中取出采样到的时域电压矢量Va-V1与V1-V2两个矢量的数据，进行FFT变换处理，得到对应的频域电压矢量Va1k＝Va-V1与V12k＝V1-V2。
步骤S804中，数字信号处理器102进一步找出信号源所对应的频率子序列，计算这些子序列的矢量Va1k′＝Va-V1与V12k′＝V1-V2。
步骤S805中，计算得到序列Zink=R|V12k′Va1k′|.]]>步骤S806中，将序列Zink=R|V12k′Va1k′|]]>描图输出，生成通信线路的差分输入阻抗幅频特性曲线，并判断差分输入阻抗幅频特性曲线波形上极点或者零点的个数。
步骤S807中，数字信号处理器102将判断结果以及其他数据上报给控制单元101，控制单元101输入到显示单元105进行显示处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种检测通信线路中感性元件的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤A.向所述通信线路输入检测信号；B.检测采样点V1、V2、Va的时域电压矢量V1-V2以及Va-V1；C.生成所述通信线路的差分输入阻抗幅频特性曲线；D.根据所述曲线中极点或者零点的个数判断所述通信线路中感性元件的数量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括下述步骤C1.将所述时域电压矢量转换为频域电压矢量Va1k＝Va-V1以及V12k＝V1-V2；C2.提取所述检测信号所对应的频率子序列矢量Valk′＝Va-V1以及V12k′＝V1-V2；C3.计算差分输入阻抗序列Zink=R|V12k′Va1k′|,]]>其中，Zink为通信线路的差分输入阻抗，R为电阻标量；C4.生成所述差分输入阻抗序列对应的差分输入阻抗幅频特性曲线。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检测信号所对应的频率子序列矢量Valk′，V12k′与电压矢量Valk，V12k之间的关系满足下式Va1k′=Va1j(k=0,1···M-1;j=fkfsN)V12k′=V12j(k=0,1···M-1;j=fkfsN),]]>其中fs为采样频率，N为采样点，M为所述检测信号包含的子频率个数，fk为所述检测信号所包含的各频率分量的频率值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测信号为正弦调制信号或者脉冲信号。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测信号的最高频率不高于所述通信线路的固有谐振峰值频率。
6.一种检测通信线路中感性元件的装置，其特征在于，所述装置包括向所述通信线路输入检测信号的信号发生单元；连接所述检测信号发生单元，检测采样点V1、V2、Va的时域电压矢量V1-V2、Va-V1的采样单元；连接所述采样单元，生成所述通信线路的差分输入阻抗幅频特性曲线，根据所述差分输入阻抗幅频特性曲线中极点或者零点的个数判断所述通信线路中感性元件数量的数字信号处理器；以及对所述信号发生单元、采样单元以及数字信号处理器进行控制的控制单元。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括连接所述控制单元，将检测结果输出显示的显示单元。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号发生单元进一步包括存储所述检测信号的第一存储器，以及通过数据总线与所述第一存储器连接，读取所述检测信号，将所述检测信号转换为模拟信号输入至所述采样单元的数字/模拟信号转换器。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采样单元进一步包括连接所述数字信号处理器，启动所述信号发生单元输出检测信号以及所述采样单元进行采样的逻辑单元；连接所述信号发生单元，将采集到的电压矢量信号进行放大输出的差分运算放大器；连接所述差分运算放大器，对所述电压矢量信号进行抗混叠滤波处理的线性滤波器；连接所述线性滤波器，将所述线性滤波器输入的模拟电压矢量信号转换为数字信号的模拟/数字信号转换器；通过数字总线、控制总线以及地址总线与所述模拟/数字信号转换器连接，存储所述模拟/数字信号转换器输入的数字信号的第二存储器；控制所述采样单元进行采样的第一组继电器开关；控制所述装置与接入所述通信线路的第二组继电器开关；以及连接所述信号发生单元，将采样电压转换为电流的检流电阻。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述采样单元进一步包括一个并联在所述第二组继电器开关的线间电容。
11.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数字信号处理器执行下述操作生成所述通信线路的差分输入阻抗幅频特性曲线(1)将所述采样单元输入的时域电压矢量转换为频域电压矢量Valk＝Va-V1以及V12k＝V1-V2；(2)提取所述检测信号所对应的频率子序列矢量Valk′＝Va-V1以及V12k′＝V1-V2；(3)计算差分输入阻抗序列Zink=R|V12k′Va1k′|,]]>其中，Zink为通信线路的差分输入阻抗，R为电阻标量；(4)生成所述差分输入阻抗序列对应的差分输入阻抗幅频特性曲线。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述检测信号所对应的频率子序列矢量Valk′，V12k′与电压矢量Valk，V12k之间的关系满足下式Va1k′=Va1j(k=0,1···M-1;j=fkfsN)V12k′=V12j(k=0,1···M-1;j=fkfsN),]]>其中fs为采样频率，N为采样点，M为所述检测信号包含的子频率个数，fk为所述检测信号所包含的各频率分量的频率值。
13.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述检测信号为正弦调制信号或者脉冲信号。
14.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述检测信号的最高频率不高于所述通信线路的固有谐振峰值频率。
全文摘要
本发明适用于通信领域，提供了一种检测通信线路中感性元件的方法及装置，所述方法包括下述步骤A.向所述通信线路输入检测信号；B.检测采样点V
文档编号H04M3/28GK1859466SQ20051003605
公开日2006年11月8日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者晋兆国 申请人:华为技术有限公司