(57)【要約】  周期的なマルチトーン信号、例えば、ハイブリッドから反射して周波数領域において解析されるＲＥＶＥＲＢ信号を送信することによって生じる一以上のエコー信号を利用する周波数領域反射率測定法（ＦＤＲ）を用いるシングルエンド回線テスト（ＳＥＬＴ）システム及び方法である。ＲＥＶＥＲＢ信号は、ＡＤＳＬモデムのトレーニング信号の一部である。それゆえ、マルチトーン信号の送信及びエコーの周波数応答の取得が、変調及び復調のために用いられる逆高速フーリエ変換／高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ／ＦＦＴ）ブロックを介して利用可能であるので、本発明は、ＤＭＴに基づくＤＳＬモデムの一部として効率的に具現化可能である。【選択図】図７
2008530833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムにおける通信回線の受信側端部の状態を決定する方法であって、
前記通信回線にマルチトーン信号を送信し、前記受信側端部が終端されているときの当該受信側端部から反射する反射信号の所与の周波数範囲における振幅周波数応答を測定することによって、前記通信回線の第一のエコー周波数応答信号を識別するステップと、
前記通信回線にマルチトーン信号を送信し、前記受信側端部から反射した反射信号の振幅周波数応答を測定することによって、前記受信側端部の状態が未知であるときの前記通信回線の所与の周波数範囲における第二のエコー周波数応答信号を識別するステップと、
前記第一のエコー振幅周波数応答信号と前記第二のエコー振幅周波数応答信号との間の差に基づいて、リップルを有する差信号を決定するステップと、
前記差信号における前記リップルの第一のパワーを決定するステップと、
前記第一のパワーが第一の範囲内である場合に、前記受信側端部の状態が終端されていると識別するステップと、
前記第一のパワーが前記第一の範囲内ではない場合に、前記受信側端部が終端されていないと識別するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記リップルの周期に相当する第一の周期を決定するステップと、
前記第一のパワーに基づいて、前記受信側端部の状態が終端されていないときの前記通信回線の長さに相当する第一の長さを識別するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記差信号の位相及び前記第一の長さに基づいて、前記受信側端部の終端されていない状態を、開路及び短絡回路の一つとして識別するステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
通信システムにおける通信回路の長さを決定する方法であって、
前記通信回路にマルチトーン信号を送信し、前記受信側端部が終端されているか終端されているのと等価物であるときに当該受信側端部から反射した反射信号の所与の周波数範囲における周波数応答を測定することによって、前記通信回線の第一のエコー周波数応答信号を識別するステップと、
前記通信回線にマルチトーン信号を送信し、前記受信側端部から反射した反射信号の周波数応答を測定することによって、前記受信側端部の状態が未知であるときの前記通信回線の所与の周波数範囲における第二のエコー周波数応答信号を識別するステップと、
前記第一のエコー周波数応答信号と前記第二のエコー周波数応答信号との間の差に基づいて、リップルを有する差信号を決定するステップと、
前記差信号における前記リップルの周期に相当する第一の周期を決定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記第一の周期に基づいて、前記通信回線の長さに相当する第一の長さを決定するステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
通信システムにおける通信回線の受信側端部の状態を決定する方法であって、
予め記憶されたエコーデータを用いることによって、前記通信回線の第一のエコー周波数応答信号を識別するステップと、
前記通信回線にマルチトーン信号を送信し、前記受信側端部から反射した反射信号の周波数応答を測定することによって、前記受信側端部の状態が未知であるときの前記通信回線の所与の周波数範囲における第二のエコー周波数応答信号を識別するステップと、
前記第一のエコー周波数応答信号と前記第二のエコー周波数応答信号との間の差に基づいて、リップルを有する差信号を決定するステップと、
前記差信号における前記リップルの第一のパワーを決定するステップと、
前記差信号における前記リップルの周期に相当する第一の周期を決定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記第一のパワーに基づいて、前記受信側端部が終端されているときの前記通信回線の長さに相当する第一の長さを決定するステップと、
前記第一のパワーに基づいて、前記受信側端部が終端されていないときの前記通信回線の長さに相当する第二の長さを決定するステップと、
長さに対する周期のマッピングを用い、前記第一の周期に基づいて、前記通信回線の長さに相当する第三の長さを決定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第三の長さが前記第二の長さよりも前記第一の長さに近い場合に、前記受信側端部の状態は終端されていると識別するステップと、
前記第三の長さが前記第二の長さよりも前記第一の長さに近い場合に、前記通信回線の長さに相当する前記第一の長さを識別するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第三の長さが前記第一の長さよりも前記第二の長さに近い場合に、前記受信側端部の状態は終端されていないと識別するステップと、
前記第三の長さが前記第一の長さよりも前記第二の長さに近い場合に、前記通信回線の長さに相当する前記第二の長さを識別するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記差信号の位相及び前記第二の長さに基づいて、前記受信側端部の終端されていない状態を、開路及び短絡回路の一つとして識別するステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記通信システムは、モデムを備え、
基準データとして用いられる前記予め記憶されたエコーデータは、前記通信システムが終端された長い回線又はその等価物に接続されたときに取得されたエコー周波数応答信号である
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
基準データとして用いられる前記予め記憶されたエコーデータは、異なる通信ポートにわたって、終端された長いループ又はその等価物で取得された二以上のエコー周波数応答信号を平均したデータである
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
通信システムにおける通信回線の受信側端部の状態を決定するシステムであって、
前記通信回線にマルチトーン信号を送信し、前記受信側端部が終端されているときに前記受信側端部から反射した反射信号の所与の周波数範囲における振幅周波数応答を測定する第一のエコー手段と、
前記通信回線にマルチトーン信号を送信し、前記受信側端部から反射した反射信号の振幅周波数応答を測定することによって、前記受信側端部の状態が未知であるときの前記通信回線の所与の周波数範囲における第二のエコー振幅周波数応答を識別する送信手段と、
前記第一のエコー振幅周波数応答と前記第二のエコー振幅周波数応答との間の差に基づいて、リップルを有する差信号を決定する差手段と、
前記差信号における前記リップルの第一のパワーを決定するリップルパワー手段と、
前記第一のパワーが第一の範囲内であるときには、前記受信側端部の状態は終端されていると識別し、前記第一のパワーが前記第一の範囲内ではないときには、前記受信側端部の状態は終端されていないと識別する状態識別手段と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記リップルの周期に相当する第一の周期を決定する周期手段と、
前記第一のパワーに基づいて、前記受信側端部の状態が終端されていないときの前記通信回線の長さに相当する第一の長さを識別する第一の長さ手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記差信号の位相及び前記第一の長さに基づいて、前記受信側端部の終端されていない状態を、開路及び短絡回路の一つとして識別する非終端状態識別手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
通信システムにおける通信回線の長さを決定するシステムであって、
前記通信回線にマルチトーン信号を送信し、前記受信側端部が終端されているか終端されているのと等価物であるときに前記受信側端部から反射した反射信号の所与の周波数範囲において周波数応答を測定することによって、前記通信回線の第一のエコー周波数応答信号を識別する第一のエコー手段と、
前記通信回線にマルチトーン信号を送信し、前記受信側端部から反射した反射信号の周波数応答を測定することによって、前記受信側端部が未知であるときの前記通信回線の所与の周波数範囲における第二のエコー周波数応答信号を識別する送信手段と、
前記第一のエコー周波数応答信号と前記第二のエコー周波数応答信号との間の差に基づいて、リップルを有する差信号を決定する差手段と、
前記差信号における前記リップルの周期に相当する第一の周期を決定する第一の周期手段と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
前記第一の周期に基づいて、前記通信回線の長さに相当する第一の長さを決定する第一の長さ手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
通信システムにおける通信回線の受信側端部の状態を決定するシステムであって、
予め記憶されたエコーデータを用いることによって、前記通信回線の第一のエコー周波数応答信号を識別する第一のエコー手段と、
前記通信回線にマルチトーン信号を送信し、前記受信側端部から反射した反射信号の周波数応答を測定することによって、前記受信側端部の状態が未知であるときの前記通信回線の所与の周波数範囲における第二のエコー周波数応答信号を識別する送信手段と、
前記第一のエコー周波数応答信号と前記第二のエコー周波数応答信号との間の差に基づいて、リップルを有する差信号を決定する差手段と、
前記差信号における前記リップルの第一のパワーを決定するリップルパワー手段と、
前記差信号における前記リップルの周期に相当する第一の周期を決定する第一の周期手段と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
前記第一のパワーに基づいて、前記受信側端部が終端されているときの前記通信回線の長さに相当する第一の長さを決定し、前記第一のパワーに基づいて、前記受信側端部が終端されていないときの前記通信回線の長さに相当する第二の長さを決定し、長さに対する周期のマッピングを用い、前記第一の周期に基づいて、前記通信回線の長さに相当する第三の長さを決定する第一の長さ手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第三の長さが前記第二の長さよりも前記第一の長さに近い場合に、前記受信側端部は終端されていると識別し、前記第三の長さが前記第二の長さよりも前記第一の長さに近い場合に、前記通信回線の長さに相当する前記第一の長さを識別する状態手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第三の長さが前記第一の長さよりも前記第二の長さに近い場合に、前記受信側端部は終端されていないと識別し、前記第三の長さが前記第一の長さよりも前記第二の長さに近い場合に、前記通信回線の長さに相当する前記第二の長さを識別する状態手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記差信号の位相及び前記第二の長さに基づいて、前記受信側端部の終端されていない状態を、開路及び短絡回路の一つとして識別する非終端状態手段
をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記通信手段は、モデムを備え、
基準データとして用いられる前記予め記憶されたエコーデータは、前記通信システムが終端された長い回路又はその等価物に接続されたときに取得されたエコー周波数応答信号データである
ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２４】
基準データとして用いられる前記予め記憶されたエコーデータは、異なる通信ポートにわたって、終端された長いループ又はその等価物で取得された二以上のエコー周波数応答信号を平均したデータである
ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年１月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／６４７，４８５号及び２００６年１月２５日に出願された米国一般特許出願（番号未知）「ＤＳＬモデムのためのＦＤＲシングルエンド回線テスト（ＳＥＬＴ）システム及び方法」に基づいて優先権を主張するものであり、参照によって本明細書中に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、一般的には通信システムに関し、より詳細には、負荷インピーダンスによって終端される又はされない伝送回線を有する通信システムのテストに関する。
【背景技術】
【０００３】
通信システムにおいて、シングルエンド回線テスト（ＳＥＬＴ）は、他端に接続された協同テスト装置を用いずに、通信回線の一端からループ構成をテストするために用いられる。ループ長、ゲージ、ブリッジタップの存在及び位置等のループ構成は、顧客を登録する前にブロードバンドサービスプロバイダが実現可能なデータレートを推定するための重要な情報の一つである。設置後のトラブルシューティングツールと同様に、ＳＥＬＴは、接続故障問題において、短絡回路又は開路が回線上に生じたかを認識するために利用可能である。
【０００４】
ＳＥＬＴは、高性能な装置の一部に具現化可能であり、サービスプロバイダ側の利用、例えば、非対称型デジタル加入者回線（ＡＤＳＬ）でのブロードバンドモデム内に具現化可能である。サービスプロバイダの視点から、常にではないが必要であれば全てのモデムポートがＳＥＬＴテスト装置となることが可能なＳＥＬＴを具現化可能なモデムを有することが望ましい。
【０００５】
通信回線の受信側端部に協同装置が存在しない状況においては、ＳＥＬＴは、回線の送信側から送信された信号の反射の解析のみに依存する。ＳＥＬＴは、二つの主要な技術：時間領域反射率測定法（ＴＤＲ）及び周波数領域反射率測定法（ＦＤＲ）に分類可能である。ＴＤＲは、例えばGalli, S.; Waring, D. L.; "Loop makeup identification via single endd testing: beyond mere loop qualification", Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, Volume: 20, Issue: 5, June 2002, Pages: 923-935 、米国特許第６，５３１，８７９号明細書、米国特許第６，５３８，４５１号明細書及び米国特許第５，１２８，６１９号明細書に記載されているように、広く用いられてきた、よりポピュラーなＳＥＬＴ技術である。これらの文献は、参照によって本明細書に全て組み込まれる。ＴＤＲにおいて、パルスは、テスト装置によって回線内に送信され、テスト装置は、チップ及びリングで反射した信号を監視することによって、受信側端部のインピーダンス不整合及びブリッジタップ（ＢＴ）によって生じるサイン及び遅延を取得する。反射情報は、ループ長及びＢＴ位置を推定するために利用可能である。しかし、ＡＤＳＬモデムに関して、帯域制限変圧器及びアナログフィルタが、送信されたパルス及びその反射に対して重大なチャンネル分散を引き起こしてしまう。よって、時間領域における反射のサイン及び遅延を検出することがさらに困難となる。
【０００６】
ＦＤＲ手法は、例えば米国特許第６，６６８，０４１号明細書及び米国特許第５，８６４，６０２号明細書に記載されているように、大抵の場合、低周波数帯域へのアクセスを必要とする。これらの文献は、参照によって本明細書に組み込まれる。又は、ＦＤＲ手法は、例えば米国特許第６，４６６，６４９号明細書及び米国特許第６，４８７，２７６号明細書に記載されているように、ＡＤＳＬモデムにおいて容易に利用可能ではない信号伝達を利用する。これらの文献は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＤＳＬモデムの設置前又は設置後における利用のためのシステム及び方法が必要とされている。回線の他端部にモデムが存在しない設置前のシナリオにおいて、ループ長を推定することが可能なシステム及び方法が必要とされている。設置後のシナリオにおいて、ループの状態、すなわち、ループが開いているか、短絡しているか又は終端されているかを認識し、不通の場合にその長さを推定するためのトラブルシューティングシステム及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、周期的なマルチトーン信号、例えば、ハイブリッドから反射して周波数領域において解析されるＲＥＶＥＲＢ信号を送信することによって生じる一以上のエコー信号を利用する周波数領域反射率測定法（ＦＤＲ）を用いるシングルエンド回線テスト（ＳＥＬＴ）システム及び方法である。ＲＥＶＥＲＢ信号は、ＡＤＳＬモデムのトレーニング信号の一部である。それゆえ、マルチトーン信号の送信及びエコーの周波数応答の取得が、変調及び復調のために用いられる逆高速フーリエ変換／高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ／ＦＦＴ）ブロックを介して利用可能であるので、本発明は、ＤＭＴに基づくＤＳＬモデムの一部として効率的に具現化可能である。
【０００９】
本発明は、ツイストペアＤＳＬ回線の一端部から、回線の他端部の状態、すなわち、他端部が開いているか、短絡しているか、終端されているかを認識することができ、回線の送信側端部からの、開いている、又は、短絡しているポイントまでの長さをある程度正確に推定することができる。送信側端部は、「ハイブリッド」と呼ばれる４−２ワイヤ変換回路を用いて回線に接続されているＤＳＬモデムである。このモデムは、広帯域マルチトーン信号を周期的に送信し、その受信側端部におけるエコー経路を介してハイブリッドから、その反射、すなわちエコー信号を測定する。この信号を周期的に送信し、取得されたエコー信号を時間にわたって平均化することによって、解析されるべき信号のＳ／Ｎ比が向上する。ハイブリッドのエコー経路応答は、回線の入力インピーダンスＺｉｎの関数である。他端部がＺ０によって終端されている場合には、Ｚｉｎは、回線の特性インピーダンスＺ０である。回線の他端部がＺ０によって終端されていない場合には、Ｚｉｎは、Ｚ０から導き出される。他端部が短絡しているか開いている場合には、Ｚｉｎは、Ｚ０と大きく異なる。また、開いている又は短絡しているループに関して、Ｚｉｎの周波数応答は、長さに基づいて変化するであろう。これは、開いている又は短絡しているループ、すなわち、Ｚ０によって終端されていない任意のループは、正弦波によって励起された場合には、回線に沿った定常波を生成するという事実による。回線に沿った各点での定常波の振幅関数は、同一周波数で異なる位相を有する二つの加えられた正弦波のエンベロープである。これは、λ／２の周期を有する周期関数であり、ここで、λ＝ｖ／ｆである。「ｖ」は、伝送回線における電波の速度であり、「ｆ」は、正弦波の周波数である。「ｖ」は、光の速度の範囲内である。無損失回路に関して、定常波の最大及び最小は、回線に沿って一定であるが、損失を有するループに関して、定常波の最大及び最小は、ループ長とともに変化するであろう。所与の長さ「Ｌ」では、定常波の振幅は、「ｆ」とともに変化するであろう。それゆえ、Ｚｉｎは、Ｚ０によって終端されていないループの振幅周波数応答においてリップルを有するであろう。これらのリップルの振幅Ａ（ｆ）及びこれらの周期「Ｔ」は、ループ長「Ｌ」の関数である。Ａ（ｆ）及び「Ｔ」を測定することによって、我々は、ループが開いているか、短絡しているか、Ｚ０によって終端されているかを認識し、長さ「Ｌ」を推定することができる。
【００１０】
本発明の一実施形態の利点は、特別なハードウェア、特別なスイッチ、又は、有線の回線を介してデータを通信するモデムのフロントエンド回路を必要としないので、ファームウェアのアップグレードを通じて古いプラットフォーム上に具現化可能であることである。他の利点は、定期的なモデムトレーニングにおいて用いられるものであり、容易に利用可能なデータ収集用の広帯域マルチトーン信号を利用するので、単純であることである。
【００１１】
本明細書に記載された特徴及び利点は、全てを包括したものではなく、詳細には、図面、明細書及び特許請求の範囲を参照することによって、多くの追加的な特徴及び利点が当業者にとって自明である。さらに、本明細書において用いられている用語は、主として読みやすさ及び説明を目的として選択されており、本発明の対象を線引きしたり限定したりするために選択されたわけではないことに留意すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ここで、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。同一又は機能的に類似した構成には同一符号を付す。また、図面において、各符号の残された数字のほとんどは、符号が最初に用いられた図面に対応している。
【００１３】
本明細書における「一実施形態」又は「実施形態」という言及は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも一実施形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な場所における「一実施形態において」というフレーズの表現は、全てが同じ実施形態を言及しているわけではない。
【００１４】
以下の詳細な記述のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビット動作のアルゴリズム及び記号表現で表される。これらのアルゴリズムの記述及び表現は、データ処理の当業者によって用いられる手段であり、当業者に対してその機能の本質を最も効率的に伝達することができる。ここで、アルゴリズムは、一般的に、所望の結果に導くための自己無撞着なステップ（命令）のシーケンスであると考えられる。ステップは、物理量の必要な物理的処置である。大抵の場合、これらの物理量は、保存、伝送、結合、比較及び他の操作が可能な電気、磁気又は光信号の形態をとるが、必ずしもこれらの形態をとるわけではない。共通使用のために、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数字等として、これらの信号に言及することが便利な場合がある。さらに、一般性を失わずに、モジュール又は符号化装置として、物理量の物理的処置を要するステップの任意の配列に言及することが便利な場合がある。
【００１５】
しかし、これらの全て及び同様の用語は、好適な物理量に関連付けられるべきであり、物理量に適用されるのに便利なラベルにすぎないことが考慮されるべきである。以下の議論から自明であるように、特に言及しない場合には、記述全体にわたって、「処理」、「計算」、「算出」、「決定」、「表示」等の用語を用いた議論は、コンピュータシステム、又は、コンピュータシステムメモリ又はストレージ若しくは他の情報記憶、伝送又は表示装置内の物理（電子）量として表されるデータを操作及び変換するコンピュータシステム又は同様の電子計算装置の処理の動作に言及するものであると評価される。
【００１６】
本発明の任意の態様は、アルゴリズムの形状で本明細書に記載された処理ステップ及び命令を含む。本発明の処理ステップ及び命令は、ソフトウェア、ファームウェア又はハードウェアに具現化可能であり、ソフトウェアに具現化された場合には、備えられるためにダウンロードされ、様々なオペレーティングシステムによって用いられる異なるプラットフォームから動作可能である。
【００１７】
さらに、本明細書において用いられている用語は、主として読みやすさ及び説明を目的として選択されており、本発明の対象を線引きしたり限定したりするために選択されたわけではない。したがって、本発明の開示は、説明を目的としており、本発明の精神及び範囲を限定することを目的としておらず、本発明の精神及び範囲は、特許請求の範囲において記述される。
【００１８】
本発明の実施形態は、後記するように、ハイブリッドから反射した周期的なマルチトーン信号、例えばＲＥＶＥＲＢ信号を送信することによって発生した一以上のエコー信号を用いて、周波数領域において解析する周波数領域反射率測定法（ＦＤＲ）を用いたシングルエンド回線テスト（ＳＥＬＴ）方法を利用する。ＲＥＶＥＲＢ信号は、ＡＤＳＬモデムのトレーニング信号の一部であり、マルチトーン信号の送信及びエコーの周波数応答の取得は変調及び復調に用いられる逆高速フーリエ変換／高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ／ＦＦＴ）ブロックを介して容易に入手可能であるので、本発明は、ＤＭＴに基づくＤＳＬモデムの一部として簡単に具現化可能である。
【００１９】
本発明は、回線の他端部が開いているか、短絡しているか又は終端されているか、及び、回線の送信側端部からの、開いているか短絡しているポイントの長さを適度な正確さで推定することが可能であるか、をＤＳＬ回線の一端部から認識することが可能である。図７は、本発明の一実施形態が作動する環境の図である。一実施形態において、送信端部は、特に送信側デジタル−アナログ変換フィルタ７０６及び受信側アナログ−デジタル変換フィルタ７０８を備えたアナログフロントエンドプロセッサ（ＡＦＥ）７０４に連結された送信（Ｔｘ）及び受信（Ｒｘ）ポートを備えたデジタル信号プロセッサ７０２を有する中央局（ＣＯ）モデム等のＤＳＬモデム７０１である。モデム７０１は、ハイブリッド７１０と呼ばれる４−２ワイヤ変換回路を用いて回線７３０に接続される。ハイブリッド７１０は、回線７３０のインピーダンスをマッチングしようとするバランスに接続されており、ハイブリッド７１０とＲｘＡＤＣ７０８との間に配置されたローパスフィルタ７１４にも接続されている。回線の未知の端部７５０には、前記したように、他のモデム、又は、開路若しくは短絡回路であり得る回線が存在し得る。
【００２０】
モデム７０１は、広帯域マルチトーン信号を定期的に送信し、受信部でのエコー経路を介して、ハイブリッドから、その反射であるエコー信号を測定する。一実施形態において、このマルチトーン信号は、ＡＤＳＬモデムトレーニング信号の一部であるＲＥＶＥＲＢ信号である。このマルチトーン信号を定期的に送信して取得されたエコー信号を時間で平均化することによって、解析されるべき信号のＳ／Ｎ比が向上する。ハイブリッドのエコー経路応答は、回線の入力インピーダンスＺｉｎの関数である。他端部がＺ０によって終端されている場合には、Ｚｉｎは、回線の特性インピーダンスＺ０である。回線７５０の他端部がＺ０によって終端されていない場合には、Ｚｉｎは、Ｚ０から外れた値となる。他端部が短絡しているか開いている場合には、Ｚｉｎは、Ｚ０と大きく異なる。開路又は短絡回路に関して、Ｚｉｎの周波数応答は、ループ長に基づいて変化するであろう。このことは、開路、短絡回路、又はＺ０によって終端されていない任意の回路は、正弦波によって励起された場合に回線に沿って定常波を生成するという事実による。回線に沿った各点での定常波の振幅関数は、同一の周波数で異なる位相を有する二つの追加正弦波の包絡線である。これは、λ／２の周期を有する周期関数である。ここで、λ＝ｖ／ｆである。「ｖ」は、伝送回線における電波の速度であり、「ｆ」は、正弦波の周波数である。「ｖ」は、光の速度の範囲である。無損失回線に関して、定常波の最大及び最小は、回線に沿って一定であるが、損失を伴うループに関して、定常波の最大及び最小は、ループ長に伴い変化するであろう。所与の長さ「Ｌ」において、定常波の振幅は「ｆ」に伴い変化するであろう。それゆえ、Ｚｉｎは、Ｚ０によって終端されていないループの振幅周波数応答におけるリップルを有するであろう。これらのリップルの振幅Ａ（ｆ）及びこれらの周期「Ｔ」は、ループ長「Ｌ」の関数である。Ａ（ｆ）及び「Ｔ」を測定することによって、我々は、ループが開いているか、短絡しているか、Ｚ０によって終端されているかを認識することができ、長さ「Ｌ」を推定する。
【００２１】
前記したように、本発明の一実施形態に利点として、特別なハードウェア、特別なスイッチ、又は、有線の回線を介してデータを通信するモデムのフロントエンド回路上の変更を必要としないので、ファームウェアのアップグレードを介して古いプラットフォーム上に具現化可能であることが挙げられる。他の利点としては、定期的なモデムトレーニングに用いられ容易に入手可能なデータ収集のための広帯域マルチトーン信号を用いるので、単純であることが挙げられる。
【００２２】
無限に長い伝送回線又は特性インピーダンスによって終端された回線は、非共振線と呼ばれる。特性インピーダンスによって終端されない有限長の回線は、共振線と呼ばれる。回線を介して測定されたときに非共振線の送信側端部から適用された正弦波信号の振幅は、無損失伝送回線に関して一定であるので、受信側端部からの反射は存在しない。ツイストペア等の損失を伴う回線に関して、この振幅は、送信側端部から回線に沿って単調減少するであろう。正弦波に関する回線の損失は、「挿入損失」と呼ばれ、高周波数で大きい。
【００２３】
共振線において、受信側端部からの反射が存在する。回線が開いている場合には、反射電圧は同相であり、反射点（受信側端部）での入射波と同様の振幅を有する。反射係数は、ΓＬ＝（ＺＬ−Ｚ０）／（ＺＬ＋Ｚ０）として定義される。ここで、Ｚ０及びＺＬは、それぞれ特性インピーダンス及び負荷インピーダンスを表す。開ループに関して、ＺＬは無限大であり、ΓＬ＝１である。短絡ループに関して、ＺＬはゼロであり、ΓＬ＝−１である。また、ΓＬは、入射波の位相ベクトルに対する反射波の位相ベクトルの比に等しく、すなわち、ΓＬ＝Ｅｒ／Ｅｉである。反射波は、送信側端部に戻り、ジェネレータ（信号送信機）の内部インピーダンスＺｇがＺ０に等しい場合には、ジェネレータで反射せずに吸収される。それゆえ、回線に沿って入射波及び反射波の二つの波が存在する。これらの二つの波が重なると、いわゆる定常波が生成される。反射波は、受信側開放端部から異なる距離Ｌで異なる位相を有する入射波に足し合わされる。受信側端部から距離λ／４では、二つの波は位相が１８０°ずれている。波長はλ＝ｖ／ｆである。ここで、「ｖ」は、伝送回線における波の速度であり、通常は光速未満である。「ｆ」は、正弦波の周波数である。無損失回線に関して、このことは、完全な相殺を意味する。受信側開放端部から距離λ／２では、二つの波は同相であり、無損失回線に関して、このことは振幅の倍化を意味する。図１は、本発明の実施形態に係る、受信側端部からの距離に対する、受信側端部が開いている無損失の共振無回線の定常波の振幅のプロットである。回線が無損失であり、反射係数が１であるので、反射波は、入力波と同様の振幅を有し、それゆえ、振幅の最小値はゼロとなる。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態に係る、受信側端部からの距離に対する、受信側端部が開いている損失を有する共振回線の定常波の振幅のプロットである。波は回線に沿って移動するにつれて減衰するので、定常波の比Ｅｍａｘ／Ｅｍｉｎは、開放端部から離れるにつれて小さくなる。定常波の比は、無損失の共振回線に関しては無限である。
【００２５】
ジェネレータによって見られるインピーダンスは、共振回線の様々な長さによって異なる。開放端部を有する共振回線に関して、インピーダンスは、開放端部から１／４波長の奇数倍となる全ての点で最小である。インピーダンスは、開放端部から１／４波長の偶数倍となる全ての点で最大である。最大及び最小の点で、インピーダンスは完全に抵抗である。所与の長さＬで、インピーダンスは、最大若しくは最小の抵抗又はこれらの間となり、周波数（ｆ）に依存した容量性又は誘導性を示す。
【００２６】
したがって、異なる周波数での所与の開放共振ループＺｉｎに関して、最大値及び最小値並びにこれらの間の値が存在し得るであろう。それゆえ、Ｚｉｎの周波数応答は、リップルを有するであろう。
【００２７】
Ｚｉｎにおけるリップルの存在は、伝送回線理論からＺｉｎの公式を用いて数学的に証明可能であり、例えば、Sophocles J. Orfanidis, "Electromagnetic Waves and Antennas", Rutgers University を参照されたい。負荷インピーダンスＺＬによって終端された長さＬを有するループに関して、入力インピーダンスＺｉｎは、式（１）によって与えられる。
【００２８】
【数１】
2008530833.tif 000003
【００２９】
ここで、βｃは、伝搬波数であり、損失を有するループに関して、一般的には複素数でありβｃ＝β−ｊαである。βは、伝搬定数（β＝２πｆ／ｖ）であり、αは、減衰定数であり、ともに周波数ｆの関数である。ｅ−ｊβｃＬは、回線の伝達関数であり、ｅαＬは、回線の損失（伝達関数の振幅応答）である。開放ループに関して、ΓＬは、１であり、式（１）は、通分されて式（２）となる。
【００３０】
【数２】
2008530833.tif 000004
【００３１】
Ｚｉｎの振幅応答は、式（３）に示される。
【００３２】
【数３】
2008530833.tif 000005
【００３３】
コサインの項が１＋ｅ４α（ｆ）Ｌよりも十分に小さいと仮定すると、式（３）は、式（４）に示されるように近似可能である。
【００３４】
【数４】
2008530833.tif 000006
【００３５】
｜Ｚｉｎ（Ｌ，ｆ）｜における周波数ｆに対する前記したリップルの存在は、式（４）から明白である。リップルの周波数は、ループ長Ｌに伴い大きくなる。リップルの周波数は、損失因子ｅ２α（ｆ）Ｌにより、ループ長Ｌ及び周波数ｆに伴い小さくなる。指数における因子２は、開放端部から反射した送信信号の往復によるものである。図３は、本発明の実施形態に係る、２ｋｍの開ループのＺｉｎの振幅周波数応答である。
【００３６】
前記したように、ＤＳＬモデムのハイブリッド回路のエコー応答は、Ｚｉｎの関数である。図４は、本発明の実施形態に係る、１，２，３ｋｍの典型的なハイブリッド回路のエコー経路振幅周波数応答である。図４に示されるように、リップルの振幅は、式（４）によって予測されるように、ループ長Ｌ及び周波数ｆの増加によって小さくなる。
【００３７】
リップルの振幅及び周波数は、ループ長Ｌの関数である。リップルの振幅及び／又は周波数の正確な測定によって、本発明は、ループ長Ｌを決定することができる。エコー信号の大部分に対するリップルの振幅は、式（４）におけるＺ０２の項に相当し、小さすぎて、長いループにとってはリップルの検出が困難である。しかし、エコー応答の大部分は、リップルを処理する前にエコー応答から除去可能である。除去されたエコー応答の大部分は、基準（reference）と呼ばれ、終端されたループ又は無限長ループの等価回路上のエコー応答を測定することによって取得可能である。この基準信号は、除去されたときに測定値をこれらの部品の偏差と無関係とすることによってＳＥＬＴアルゴリズムのポートトゥポートの測定誤差を減らすことが可能な、レジスタ、キャパシタ、アナログ−デジタル変換機（ＡＤＣ）、デジタル−アナログ変換機（ＤＡＣ）等といったフロントエンドの部品の情報も有する。すなわち、前記した除去によって、部品の較正が実行される。図５は、本発明の実施形態に係る、５ｋｍの終端されたループのエコー経路応答である。図６は、本発明の実施形態に係る、各ループの終端されたエコー応答が減算された、図４のエコー経路周波数応答である。
【００３８】
図６に説明されるように、除去後には、リップルの振幅エネルギー及び周期の検出は、容易となる。リップルの振幅パワー及び／又は周期を検出することによって、我々は、他端部が開いているか、及び、その長さを正確に決定することができる。
【００３９】
同様の議論が、短絡された受信側端部の場合に関して有効である。同相でありΓＬ＝１である開放の場合とは異なり、短絡の場合において、ΓＬ＝−１であるので、反射した電圧波は、反射点において入射する電圧波に対して１８０度反転した位相を有する。
【００４０】
前記した議論に一部基づいて、本発明の一実施形態の動作が、図８に記載される。図８は、本発明の実施形態に係る、回線が終端されているか、開路であるか又は短絡回路であるか、及び、回路長を決定するための方法を説明するフローチャートである。本プロセスは、終端された基準データ｜Ｈ｜Ｔｅｒｍが加入者回線上で利用可能であるかを判定する（８０２）ことによって始まる。｜Ｈ｜Ｔｅｒｍは、ハイブリッド回路エコー経路の振幅周波数応答であり、換言すると、送信部によって終端されたエコーＲＥＶＥＲＢ信号のＦＦＴの振幅である。典型的には、｜Ｈ｜Ｔｅｒｍデータは、図７における回線７５０の未知の端部が公知になり、典型的に、加入者宅内機器（ＣＰＥ）モデム等といった他のＡＤＳＬモデムであるときにおいて、モデム７０１の設置後に加入者回線の測定値が発生したときに入手可能である。又は、他の二つの基準データ：｜Ｈ｜Ａｓｓｅｍｂｌｙ，｜Ｈ｜Ｃｏｎｓｔａｎｔの一つが用いられる。｜Ｈ｜Ａｓｓｅｍｂｌｙデータは、非常に長いループの等価回路のエコー振幅周波数応答を取得することによって生成可能であり、モデム７０１のアッセンブリ間で実行可能である。｜Ｈ｜Ａｓｓｅｍｂｌｙデータは、｜Ｈ｜Ｔｅｒｍが入手不可能な場合に利用される。｜Ｈ｜Ｃｏｎｓｔａｎｔは、予め算出又は予め測定されて記憶されたデータである。
｜Ｈ｜Ｃｏｎｓｔａｎｔは、理論的に算出可能であり、又は、終端された長いループの等価回路の多くのポート間で平均されたデータであり得る。このデータは、他の二つのデータと同様に取得され、研究室において算出されて記憶されるので、このデータの利用は、不正確なループ長の推定となるポートごとの較正能力を提供することはない。｜Ｈ｜Ｃｏｎｓｔａｎｔは、｜Ｈ｜Ｔｅｒｍも｜Ｈ｜Ａｓｓｅｍｂｌｙも入手不可能である場合に用いられる。｜Ｈ｜Ｔｅｒｍ，｜Ｈ｜Ａｓｓｅｍｂｌｙ，｜Ｈ｜Ｃｏｎｓｔａｎｔのどれかが入手可能であり、前記順番に順位付けされて選択されることにより、入手されて選択されたものがＳｒｅｆと呼ばれ、そのアルゴリズムについて以下に説明する。
【００４１】
｜Ｈ｜Ｔｅｒｍデータが入手可能である場合には、本発明は、Ｓｒｅｆ＝｜Ｈ｜Ｔｅｒｍデータと設定する（８０４）。続いて、本発明は、｜Ｈ｜Ｔｅｒｍ（Ｓｒｅｆ）を補足するために用いられたのと同様の送信信号を用いて、未知の終端を有する現在のループのエコー周波数応答を取得する（８０６）。このことは、前記したように、マルチトーン信号、例えばＲＥＶＥＲＢ信号を回線５３０に送信して応答を測定することを含む様々な手法において実現可能である。測定されたエコー振幅周波数応答を、本明細書ではＳｍｅａと称する。ＤＳＰ７０２、又は、ネットワークプロセッサ、独立型ＰＣ等といった他のオンボード構成要素は、ＳｍｅａとＳｒｅｆとの間の差として差Ｓｄｉｆｆを決定する（８０８）。
他の実施形態において、差Ｓｄｉｆｆの決定、並びに、回線の長さ及び端部の種類、例えば、終端されているか、開路であるか又は短絡回路であるか、の決定は、モデム７０１に外部接続されたプロセッサによって全体的又は部分的に実行可能である。ＤＳＰ７０２又は他の構成要素は、例えば、前記したように、リップルの振幅及びパワー（Ｐ）を決定する（８１０）。リップルのパワーの絶対値が閾値未満である場合（８１２）には、本発明は、ループが終端されていると識別し（８１４）、本プロセスは終了する。
【００４２】
リップルのパワーの絶対値が閾値を超える場合（８１２）には、ＤＳＰ７０２は、前記したように、リップルの周期を決定する（８１６）。続いて、本発明は、ルックアップテーブルを用いることによって、測定されたリップルのパワー（Ｐ）及び／又はリップルの周期に基づいて、回線７３０の長さを決定する（８１８）。続いて、本発明は、前記したように、リップルのサインを決定することによって、（未知の）受信側端部７５０において、ループが開路を有するか短絡回路を有するかを識別する（８２０）。
【００４３】
ステップ８０２を参照すると、｜Ｈ｜Ｔｅｒｍデータが入手不可能である場合には、本プロセスは、図８ｂのステップ８５０に移行する。この状況において、我々は、実際の設置後の環境に基づく終端された基準データを有していない。この場合には、本発明は、モデムポートごとに終端された長いループの等価回路のモデムアッセンブリ間で取得された、終端された基準データ｜Ｈ｜Ａｓｓｅｍｂｌｙを探索する。このデータが入手不可能な場合には、本発明は、予め算出又は測定されたデータ｜Ｈ｜Ｃｏｎｓｔａｎｔに基づいて基準応答（Ｓｒｅｆ）を識別する。続いて、本発明は、マルチトーン信号を回線７３０に送信して、ＦＦＴ領域においてエコー応答の大きさを測定する（８５２）。測定された応答を、本明細書ではＳｍｅａと称する。続いて、ＤＳＰ７０２は、ＳｍｅａとＳｒｅｆとの間の差Ｓｄｉｆｆを決定し、マルチトーン信号の様々な周波数にわたるベクトルＳｄｉｆｆの二乗の合計である、Ｐｄｉｆｆと称されるパワー差を決定する（８５４）。続いて、本発明は、ループ長（開いている／短絡の場合）テーブルに予め記憶されたＰｄｉｆｆパワーを介して開放／短絡ケースと仮定し、ループ長（Ｌ−ｏｓ）を識別する（８５４）。さらに、本発明は、ループが終端されている場合、例えば、ＣＰＥモデムで終端されている場合において、Ｐｄｉｆｆに対してループ長（Ｌ−ｔ）を関連付けた、予め記憶されたテーブルに基づいて、ループ長（Ｌ−ｔ）を識別する（８５４）。
【００４４】
さらに、本発明は、（本発明が決定した）Ｓｄｉｆｆの周期の推定に基づくとともに、Ｓｄｉｆｆの周期に対して長さ（Ｌ−ｏｓｔ）を関連付けたテーブルを用いて、ループ長（Ｌ−ｏｓｔ）を識別する。テーブルを用いる代わりに、又は、テーブルを用いるのに加えて、他の相関技術が利用可能である。
【００４５】
続いて、本発明は、Ｌ−ｏｓとＬ−ｏｓｔとの間の差の絶対値がＬ−ｔとＬ−ｏｓｔとの間の差の絶対値を超えるか否かを判定する（８６０）。Ｙｅｓの場合には、本発明は、終端されて長さがＬ−ｔであるとしてループを識別する。それ以外の場合には、開路又は短絡回路として終わっており、長さはＬ−ｏｓであるとしてループを識別する。さらに、本発明は、前記したように、ループ及びＳｄｉｆｆの位相を用いたテーブルに基づいて、回線７３０が開路であるか短絡回路であるかを識別可能である。以上で、本プロセスは終了する。
【００４６】
本明細書において、本発明の特定の実施形態及び用途について説明したが、本発明は本明細書に開示された正確な構造及び要素に限定されず、特許請求の範囲において定義された本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲内で、本発明の方法及び装置の配列、動作及び詳細について、様々な修正、変形及び改変が可能であると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る、受信側端部からの距離に対する、受信側端部が開いている無損失の共振無回線の定常波の振幅のプロットである。
【図２】本発明の実施形態に係る、受信側端部からの距離に対する、受信側端部が開いている損失を有する共振回線の定常波の振幅のプロットである。
【図３】本発明の実施形態に係る、２ｋｍの開ループのＺｉｎの振幅周波数応答である。
【図４】本発明の実施形態に係る、１，２，３ｋｍの典型的なハイブリッド回路のエコー経路振幅周波数応答である。
【図５】本発明の実施形態に係る、５ｋｍの終端されたループのエコー経路応答である。
【図６】本発明の実施形態に係る、各ループの終端されたエコー応答が減算された、図４のエコー経路周波数応答である。
【図７】本発明の一実施形態が作動する環境の図である。
【図８ａ】本発明の実施形態に係る、回線が終端されているか、開路であるか又は短絡回路であるか、及び、回路長を決定するための方法を説明するフローチャートである。
【図８ｂ】本発明の実施形態に係る、回線が終端されているか、開路であるか又は短絡回路であるか、及び、回路長を決定するための方法を説明するフローチャートである。
【図１】
2008530833.tif 000007
【図２】
2008530833.tif 000008
【図３】
2008530833.tif 000009
【図４】
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【図５】
2008530833.tif 000011
【図６】
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【図７】
2008530833.tif 000013
【図８ａ】
2008530833.tif 000014
【図８ｂ】
2008530833.tif 000015
【国際調査報告】
2008530833.tif 000016