采用单端线路探测法加快DSL大规模实施速度

随着服务提供商对宽带通信系统需求的不断增长，需要一种可在远端不用终端设备就能对铜线路进行探测的芯片解决方案。单端线路探测技术使运营商不必派送技术人员到用户现场就能判断环路特性，从而降低检测成本。本文介绍各种单端线路探测技术及其实现方法。

单端线路探测(SELP)是指在用户端安装调制解调器以前，从局端对环路进行检测的技术，另一端可以开路也可以接电话终端。SELP能够判定DSL环路质量，以及线路上开通的服务(数据率)特性。SELP主要目的是为了改变目前普遍采用的做法，不必再将技术人员和设备送到用户现场，从而使DSL大规模配置更快更便宜。

利用SELP技术，工作人员可以发现任何造成DSL环路故障的设备，确定其位置，并判断在环路上能否继续提供DSL服务。如果环路运行良好，SELP则通过确定线路布局和噪声特性来判断DSL服务的类型，它还能告诉我们如何通过去掉环路的某些设备或从波束中除去干扰来改进服务。要强调说明的是，这种探测完全是在DSL实施以前进行的，节省了将技术人员和设备送到用户现场的全部费用。如果在DSL实施完成以后出现问题使调制解调器连接断线时，则还可用SELP进行故障查找与定位。

传统线路探测应用测试设备和双端模式，而基于芯片的解决方案则使用与调制解调器相同的硬件来探测线路，因此更为经济且更具吸引力。

利用基于芯片的SELP方案提供线路全部信息有两个主要困难：

从理论上讲，通过单端试验不可能完全识别双端网络(如电话线)。

基于芯片的解决方案需要给线路板施加信号(功率、电平等)，而测试设备能够自己发送接收范围更宽的信号。

现在已有多种基于芯片的解决方案，可提供有关环路和噪声特性的有用信息。

SELP技术简介

◆时域反射仪

时域反射仪(TDR)或许是在电话线路中进行单端线路探测的最古老方法，具体做法是发送一个脉冲穿过信道，然后检查反射脉冲以判断线路中存在什么问题。如果线路终端像一个硬反射器，那么将以相同符号反射回发射脉冲；而短路则像一个软反射器，以相反符号反射回发射的脉冲。知道了线路中脉冲的传导速度后(取决于线路规格)，通过脉冲就能唯一决定反射器的位置。图1是在不同的26AWG环路上发送矩形脉冲时电话线路上的电压波形图。

由于脉冲在到达环路信道之前通过的电路具有带通特性，所以信号和反射信号都扭曲得很厉害，不过幸好，如图1所示，经电路和信道平整后再解决反射问题相对还比较简单。时域反射仪一个最根本的局限是远端反射器(长环路终端、远端分支等)的反射信号可能会衰减到无法检测的状态，此外如果有其它反射元件靠得很接近，它们的反射将彼此重叠，导致无法区分。这在图1有分支的情况中可以看得很清楚，此时来自分支线端点的反射信号(分支线长度为2千英尺)与来自分支起点的反射彼此重叠，使第一个反射很难检测到。

由于反射信号包含的唯一信息就是它的符号，既可以与原始脉冲信号相同，也可能相反，所以这也是一个问题。如图1所示，硬反射器(负载线圈、线端或分支端点)的反射与原始脉冲符号相同，而软反射器(短路或分支起点)反射则与原始脉冲的符号相反，所以光看反射脉冲无法区别短路与分支起点，也无法区别负载线圈与分支端点。

虽然可以通过完善算法来改进TDR的功能，但由于上述限制，TDR方法不可能识别一个完全未知的环路，最多也只能向操作人员提供反射脉冲(具有一些增强特性)，而一些现有测试设备也能做到这一点。

◆频域反射仪

频域反射仪(FDR)是一种从信道频谱获取环路信息的频域技术，FDR发射不同频率的信号并测量不同频率环路响应，通过仔细挑选信号频率，得到的环路响应可以包括诸如长度、短路及负载线圈数之类环路参数信息。

因为基于芯片的解决方案只能通过调制解调器混合电路来访问通道，所以我们通过FDR获得的频谱是信道和电路的合成频谱，环路简化模型与电路模型一起可以得到有用信息，进而从合成频谱中判断环路布局。

FDR仅提供环路布局(短路、负载线圈等)信息，它没有时间敏感性资料，因此用FDR不能找到这些设备的位置。

◆TDR与FDR组合

TDR-FDR组合方式能最大限度利用两种技术的长处，由FDR提供的补充信息有助于弥补TDR的不明确性。

SELP的特性

◆环路布局

从运营观点来看，对服务提供商最重要的信息就是环路是否符合DSL实施要求，所以第一步要判断是否有负载线圈或短路，故而SELP方案首先需要提供下面信息：

短路检测与定位：TDR-FDR组合方案能检测短路并找出它的位置。

负载线圈检测(数量与位置)：TDR-FDR组合方案能够检测负载线圈，找出负载线圈的数目并判定最近一个负载线圈的位置。因为DSL服务类型受分支的影响很大，所以如果没有检测到短路或负载线圈，就要检查环路响应看是否可能存在分支。

分支检测(位置与大概长度)：TDR-FDR组合方案能够检测到分支，并找出最近一个分支的位置和长度。不管环路是否包含分支，环路长度是必需要估测的有用信息。

环路长度估测：TDR-FDR方案组合可估测环路的长度，如果环路含有分支，则将对总长度(包括分支长度)进行估测。

◆噪声特性

SELP组件对静噪声(测试线路中没有发射信号时的噪声)进行取样，并用这些样本估测噪声的能量频谱密度(PSD)。可以用先进的光谱技术提高估测精度，测得的PSD可能含有下列噪声：

来自相邻铜线的串扰

无线电频率干扰(RFI)

热噪声

图2是在12个HDSL NEXT干扰器下测得的PSD。如图所示，SELP能够得到很好的PSD估测值，如果使用该估测值作为数据率估测基础(环路已知时)，位误差率将在5%以内。

◆数据率计算(服务类型)

在得出环路布局后，就可用精确的环路模型来预测调制解调器性能，即执行所谓的“位-加载算法”找出数据率。这种算法需要知道噪声特性，上行(US)噪声由SELP直接估测，这样上行数据率很容易计算得到；至于下行(DS)数据率，我们对不同的噪声情况(如最坏和最好的场合)计算数据率。估测的上行噪声可以提供与串扰有关的提示(干扰器类型和数目)。根据上述信息(上行和下行数据率)，服务提供商就可决定具体用户的DSL服务类型。

◆环路调节

SELP能帮助服务提供商对有故障环路进行故障排除或者改进DSL服务的性能，下面是SELP对操作人员有用的地方：

判定短路的位置以便使技术人员能修复它。

判定负载线圈的位置以便技术人员能去掉这些线圈。

判定分支的长度和位置。可以得到因分支引起的性能下降情况，一些分支会引起性能轻微下降，而另外一些会引起严重下降，SELP结果可对去掉这些分支提供帮助。

判定线路噪声PSD。电缆束中相邻环路串扰常常会引起过量噪声，找出最有害串扰的类型和大小是很有用的。另言之，SELP能告诉服务人员去掉一个干扰器可以获得多少增益(按数据率计)。

SELP的实现

SELP是一种基于芯片的解决方案，因此它应和板上硬件一起工作，为节约线路板尺寸和成本，很重要的一点是将调制解调器硬件和SELP硬件之间的改变降到最小程度。另一方面，调制解调器频率范围与SELP频率范围有很大差别，局端调制解调器在下行发送数据并在上行接收数据，而SELP则以低得多的频率进行发送和接收(特别是FDR)，所以设计既能执行调制解调器又能完成SELP硬件功能非常困难，可以采用不同的途经解决。

◆专用端口

专用测试端口是一种特殊用途的硬件，设计为只能用于SELP，不能用于调制解调器。每一个线路插板可以有一个或几个专用端口，通过转换开关与所有进线相连。每个环路首先转换至专用SELP端口进行线路探测，然后换至正常端口开始调制解调器的工作。由于摆脱了同时执行调制解调器和SELP的限制，硬件实现更为简单便宜，尺寸也更小，然而这在很多场合下并不是一个理想的方案，因为服务提供商不愿意浪费一个端口仅仅用于测试目的，而且他们还必须提供线路切换功能用于测试。

◆通用硬件

另外一种不同的方案是使用一些额外的开关以便在一个端口同时执行调制解调器和SELP，这种技术在进行探测时将从SELP通路上旁路掉有故障的元件。

为了进行低频访问，需要选择合适的电路元件，例如可以使用一个宽带变压器让低频信号通过，但目前新技术发展表明在线路接口电路中使用变压器的方式已被淘汰了，不用变压器SELP实现将更容易。

SELP与DELP的对比

双端线路探测(DELP)用设备在两端进行探测，由于两端设备相互协调，DELP能通过直接测量环路传递函数准确提供数据率信息以及上行和下行方向的噪声频谱。DELP可以由常规DSL发送器加上DELP功能完成，这在DSL/DELP设备安装以后很有用，它还能提供进一步的自诊断信息。该特性将包括在新一代DSL标准中，SELP和DELP在环路测量和自诊断方面可以互相补充。

Guozhu Long

Jalil Kamali

Centillium Comunications, Inc.