一种外线测试装置和故障分析方法

专利名称：一种外线测试装置和故障分析方法
技术领域：
本发明涉及电信网络测试系统，更具体地涉及其内的外线测试装置和故障分析方法。
本发明可为诸如本申请人于1997年2月21日提交的申请号为97108835.7，题为“一种电信网络测试系统”的发明申请之类系统中的一个组成部分。

图10示出了本发明外线测试装置101在部分示出的该测试系统111中的位置，如该图所示，本发明装置101仅与该系统中的测试端口矩阵103和测试头管理模块102直接有关，一旦测试管理中心(图中未示)受理的用户中告通过广域网(DDN/X.25)送到被测用户所在分局的测试接口机105，该接口机105便根据被测用户号码向交换机104发出测试请求命令，交换机返回允许测试标志，并将被测用户的用户线接到外测总线EBi(i为≥1的整数)上，接口机105即向测试头管理模块102发外线测试命令，该管理模块102将外线测试命令转发到外线测试装置101，外线测试装置101便启动外线测试并将测试结果通过管理模块102送回接口机105，由接口机105向交换机104发释放命令并将测试结果送回测试管理中心(图中未示)。有关该专利中请的其他内容，可参阅该文献，不在本文赘述。
众所周知，诸如混线、地气、断线、漏电等原因引起的每种线路故障都可能导致用户不能通话或通话质量下降，成为用户申告的主要原因，故如何尽快找到故障原因及时排除故障是提高电信服务质量的一个关键因素。
实践表明故障种类繁多，引起故障的原因也千变万化，同样的故障可能由不同原因引起，同样的原因可能产生不同类故障，不同区域不同环境产生的故障也不相同。线路故障分析即是通过对线路各项特性参数进行测试并综合分析这些测试结果得出线路是否有故障的全过程，其中包括对不同局的线路测试还要根据线路实际情况对故障边界进行调整，同时还需根据多种测试方法和多种分析模式对故障进行分析。本申请所述外线测试就是完成对各种参数测量，主要指邮电部标准规定的A线对地，B线对地，A、B线间的直流电压，交流电压，绝缘电阻，电容等共十二项参数的测量。
现有测试系统基本上采用单一测试手段和单一分析模式进行分析，对故障分析的准确率较低，并受区域环境等因素的影响显著。
本发明的目的就是克服现有技术的上述缺陷，提供一种准确率高和不受区域环境等因素影响的外线测试装置与故障分析方法。
为达此目的的本发明外线测试装置包括接收来自测试系统的被测信号，用于测试电压，电阻，电容等参数的测试单元；用于控制所述测试单元，并可与测试系统通信的控制单元；用于采集来自测试单元的测试信号并加以处理的信号采集处理单元；
所述信号采集处理单元包括数据采集电路和数字信号处理系统；所述控制单元包括用于控制与外界通讯和用于控制所述测试电路动作，通知数字信号处理系统需采集何种信号并接收其处理结果的控制通信系统；所述测试单元包括检测被测线路有无碰电力线的高压检测器；泄放话机及线路电容中的残存电荷的放电电路；用于在测试过程中测试线碰上高压时降压和限流的过压过流保护电路；用于测量交、直流电压的电压测量单元；用于测量线路绝缘电阻的电阻测量单元；用于测量电容的电容测量单元，以及对来自所述电压和电阻测量单元的信号进行归一化后送到所述数据采集电路的信号调理单元。
所述电阻测量单元包括设有某一高阻基准值的高阻比较电路；用于测量低于/等于所述高阻基准值的电阻并将测量结果送到所述信号调理单元的高阻测量电路以及用于测量低于某一低阻值的小电阻并将测量结果送到所述信号调理单元的小电阻测量电路；所述电容测量单元包括依次相连的用于提升标准电源电压的开关电源；用于产生基准恒流电流供被测电容充电的恒流电路，用于比较两充电点电压的比较电路，以及对所述两充电点进行计时的计时电路。
所述信号调理单元包括用于滤掉输入信号之高频分量的低通滤波器，级联放大所述低通滤波器输出信号的两级程控放大器以及用于反馈控制所述两级程控放大器之放大倍数的β控制单元。所述β控制单元包括用于将所述程控放大器输出信号与设定的基准信号相比较的比较电路和接收比较结果控制所述程控放大器倍数，为下一级数据采集提供良好信噪比的β控制电路。
所述信号采集处理单元中的所述数据采集电路包括对多个被测用户进行测试选择的选择开关和将所选模拟信号转换成数字信号送往数字信号处理系统的A/D转换器。
本发明故障分析方法包括以自动调整分析模式的方式，用多种测量方法对同一参数进行线路测量，以便比较分析确定故障类型；在业务系统上为每个用户建立相应健康档案，以便将实测数据与其进行比较分析，去除由区域，环境因素造成的误判。
所述多种测量方法包括用两种测量电路测试不同范围的电阻值以区分判定不同故障的电阻测量法和/或用两种充电电流和高、低两种电压比较值来区分判别是否真正断线的电容测试法。
所述电阻测量法包括以下步骤用电阻测量电路测出第一阻值；当第一阻值落在一定区间内时，启用用户电路测出第二阻值；根据所述第一阻值和第二阻值是否相同来区分和判定不同故障；用户未挂机或AB线绝缘性能差。
所述电容测试法的所述高、低两种电压比较值分别用于测量线间电容与话机电容的组合电容以及线间电容，从而区分线间与话机电容，判定是否真正断线。
本发明还包括为实施多路并行测试上述各参数而采用的状态控制法，即，将上述每一路的测试视为对测高压、放电、测电压、测电阻、测电容等状态的测试，每个状态又包括对应其测量全过程中依次动作的多个子状态，并存贮有按序排列的状态与相应控制操作相对照的状态控制表。
该状态控制法包括对所述多路依次循环扫描，依次对每一路进行控制；所述每一路控制包括从所述状态控制表中提取该路目前执行的状态；执行该状态下的操作；完成操作后将状态值修改后存入状态控制表；转入下一路扫描；以及进入一个新状态时必须进行状态处理；包括将新状态所用参数初始化，并将操作置于初始子状态，然后进入上述状态控制，操作。
由于本文首页已提到的外线测试和分析的多变性、复杂性，使得传统方法的测试准确率难以提高，据邮电部维护处统计，目前外线测量准确率达到80％就算不错了，而本发明构思正是基于考虑了多方面的相关因素，跳出了仅用实验室环境模拟线路模型的框框，采用尽可能多地去适应现实环境的多变复杂的上述方法和装置，从不同角度，不同层次去提高测试准确率，因而本发明的最大优点和效果就是大大提高了测试准确率，据本申请人的大量实验统计表明，本发明装置和方法的故障分析准确率高达98％以上，而且多路并行测试显然大大提高了对用户申告的响应和例行测试速度。
现结合附图详细说明本发明装置和方法的实施例。诸附图中相同部分用相同标号表示。
图1是本发明外线测试装置一个实施例的结构方块图，图2是图1所示测试单元中的一块子板的结构框图；图3是图2所示装置中电阻测量单元的结构框图；图4是图2所示装置中电容测量单元的结构框图；图5是图2所示装置中信号调理单元的结构框图；图6是图1所示采集处理单元的结构框图，图7是说明多路并行测试时采用状态控制法的流程示意图；图8是说明图7所示方法时每一路的测试流程图，图9是实现图7中所示步骤S74的流程图，图10是表示本发明外线测试装置与电信网络测试系统的关系示意图；图1示出本发明外线测试装置的一个实施例的结构方块。
本实施例是将本发明外线测试装置101应用于深圳华为公司112集中测量系统111时的情况，由该图可见，测量系统111中的测试端口矩阵(RLC)103具有两个8×8的交换矩阵能将交换机过来的8根外测总线EB1～EB8通过测试线对ML1～ML8分配到外线测试板101。即，本例中采用并行四路测试，一块外线测试板101包括由四块测试子板组成的测试单元11，经测试单元11测出的电压，电阻值经模拟开关12选择四路中的一路数据送至信号采集处理单元19，所述采集处理单元19由数据采集电路13和DSP系统14组成，后者通过RS232方式与控制单元17进行通信，该控制单元17包括主控电路16和8031系统15，8031系统15控制测试电路动作，通知DSP系统14需要对哪种信号进行采集，DSP系统14对需要采集的信号进行处理后，将处理结果送至8031系统15，控制单元17还通过通信邮箱18本例中为双口RAM，与测试系统中的管理模块(TCN)102进行通信，由管理模块102转发外线测试板101与测量系统中的测试接口机CTC之间的交流信息命令接收，结果上报。
参见图2和图8，它们分别示出图1中测试单元11的一路结构及其测试流程。由图可见，测试单元11接收测试线对ML1上的被测信号首先加到高压检测器203，即在S81步检测高压并在S82步判断其有无碰触电力线，若已碰触电力线则流程直接进到电压测量步骤S84，也就是将电压加至电压测量单元205只作电压测量；若S82步判断结果为未碰电力线，则流程进至S83，经由放电电路204对用户话机进行放电，放掉话机上的残存电荷后再进行经电压测量单元205，电阻测量单元208，电容测量单元207的电压，电阻电容测量步骤S84、S85、S86。图2中位于电阻测量单元208和电容测量单元207前的过压过流保护电路206在测量过程中线路碰高压(电力线)时可降压限流以免损害测量电路。此处电压测量单元205，电阻测量单元208均以电压形式输出测值V1、V2，经信号调理单元201送至图1中的数据采集电路13。另一方面电容测量单元207采用恒流充电法测量(后面要详述)其测值由硬件自动计数送至测量系统111的测试接口机CTC进行计算。
由图2可见，测试单元11还包括受主控电路16控制的控制电路202用于控制测试单元各测试电路的操作。
参见图3，该图示出图2所示电阻测量单元208的具体结构，由图可见，来自过压过流保护电路206的信号输入该单元208的高阻比较器301，与10MΩ的基准值进行比较，并将小于该基准值的信号引入高阻测量电路302，电路302采用电阻分压原理测量电阻，并将小于10KΩ的小电阻加到小电阻测量电路303，经恒流测压法测出的小电阻值与大于10KΩ的高阻测量电路302的输出一起加到信号调理单元201，经其归一化后输出至数据采集电路13(图1)。
参见图4，该图示出图2所示电容测量单元207的具体结构，由该图可见，本例采用恒流充电法测量电容开关电源升压电路401将+12V电源电压经升压至+50V以上再加到恒流电路402上，以产生基准恒流电流对自过压过流保护电路206(图2)加至充电电压比较电路403的被测电容充电，由该比较电路403比较得到充电过程中两充电点的电压差ΔV，并启动计时电路404进行计时和得到相应时间差Δt，则根据公式I＝C(ΔV/Δt)便可由图8所示步骤S86计算电容C的测值。
参见图5，该图示出图2中所示信号调理单元201的具体结构。由该图可见，来自图2中电压，电阻测量单元205、208的电压信号V1、V2先经低通滤波器501滤掉高频分量后便进入级联的两级程控放大器502A、502B，经放大后的信号便可输出至图1中的数据采集电路13、此处要特别指出的是程控放大器502A、502B的放大倍数是由β控制单元503控制的，该单元503包括β控制电路504和比较电路505，程控放大器502B的输出信号与比较电路505中的两基准信号比较后的差值经β控制电路504反馈至程控放大器502A和502B使它们的输出信号在两基准电压之间或至程控放大器的最大放大倍数，以便给下一级的数据采集电路13提供良好的输入信号，提高其输入信噪比，把其后的模/数转换误差降至最低。
参见图6，该图示出图1中信号采集处理单元19的更具体结构，由于本例中外线测试板有四块测试子板，可同时对4个用户进行外线测试，故该信号采集处理单元19先经模拟开关12对四块测试子板的相应4路输出信号IS1～IS4选择其中之一送入A/D转换器601，模拟开关12的选择控制及A/D转换器601的启动由DSP56002系统602控制，经转换成的数字信号DS送入DSP56002系统602，数据处理后的输出信号OS通过RS232接口送至图1中的8031系统15。本例中DSP56002是Motorola公司制造的数字信号处理器件，有24位数据总线，内有X、Y两个地址总线产生单元可按照从程序存贮器605读取的程序，并行地对X存贮区603，Y存贮区604进行操作，特别适合于数字信号算法处理(如FFT等)，在其上可快速实现各种算法处理。
参见图7和图9，它们示出为实施多路(本例为4路)并行测试所采用的本发明状态控制法的流程。由该图可见，四路并行处理时是采用四路扫描方式，每个状态根据其最大执行时间设有一个超时计数器，以防出现意外而退不出该状态，每路没有一个总超时计数器。该控制流程是在S71，判断是否到达每路总超时，若已到达则进到步骤S75判断是否完成了四路测试，反之，若未到达总超时刻，则进到步骤S72判断是否进行了状态初始化对该状态中所用参数的初始化，并将操作置于初始子状态，若判定为“否”则进至S73进行上述的状态处理，反之，若已执行了上述状态处理则进至S74，进入状态控制 执行该状态下的各种操作，如图9所示，该状态控制步骤包括首先在步骤S91从存贮器中的一张按序排列的状态与相应控制操作相对照的状态控制表中提取目前状态，接着在S92，执行该表指示的相应操作；完成操作后在步骤S93将得到的新的状态值刷新和存入状态控制表，接着在S94扫描下一路，循环重复上述步骤，直至在S75，判定四路并行测试均已执行完毕时执行S76，返回主程序。
为实现本发明大幅提高外线测试和判断故障的准确率和基本消除区域环境等因素影响的目的，本发明采用对同一参数运用不同测量方法来区分和准确判定故障性质。例如，用单一测量方法很难区分用户未挂机与AB线间绝缘性能差或自混故障，本发明则用两种测量方法来区分这些故障，由于话机摘机电阻(环阻)是非线性的，不同的供电电流，其等效阻值不同，电流越小，电阻越大，根据这一原理，本发明故障分析法先用电阻测量电路进行测量，若测值落在例如<3KΩ>100KΩ范围内时(不能区分是用户未挂机还是AB间绝缘差等故障)，再启用正常馈电电路(用户电路)进行测量，那么若后者测得的电阻小于3KΩ时，则可判断用户未挂机，反之则为AB线绝缘差。又如，一般都通过测量话机振铃电路中的隔直电容来判断有无断线，但有时该电容值很小，与线间电容同一量级，则就很难分清测到的是线间电容还是话机电容，故本发明采了了两种电压比较点的测试低的电压比较点用于测量线间电容，高的电压比较点用于测量线间电容与话机电容的并联电容。通过这两种电容测量便可区分线间与话机电容，从而断定是否真正断线。
以上虽结合实施例对本发明的外线测试装置与故障分析方法作了详细描述，但本发明并不仅限于用在本申请人的电信网络测试系统中，显然本发明还可用于同提供相应接口的其他电信测试系统，故本发明保护范围并不受上述实施例的限制而应由包含本领域技术人员可能作出的种种显而易见变动和改型的所附权利要求书来确定。
权利要求
1.一种电信网络的外线测试装置，该装置包括接收来自所述电信网络的被测信号，用于测试多种电参数的测试单元(11)；用于控制所述测试单元并可与所述电信网络通信的控制单元(17)；用于采集来自测试单元的测试信号并加以处理的信号采集，处理单元(19)；所述信号采集处理单元(19)包括数据采集电路(13)和数字信号处理系统(14)，所述控制单元(17)包括用于控制与外界通讯的主控制电路(16)和用于控制所述测试电路动作、通知所述数字信号处理系统需采集何种信号并接收其处理结果的控制通信系统(15)。
2.如权利要求1所述的外线测试装置，其特征在于所述测试单元(11)包括检测被测线路有无碰电力线的高压检测器(203)，泄放话机及线路电容中的残存电荷的放电电路(204)，用于在测试过程中测试线碰上高压时降压和限流的过压过流保护电路(206)；用于测量交、直流电压的电压测量单元(205)，用于测量线路绝缘电阻的电阻测量单元(208)，用于测量电容的电容测量单元(207)；以及对来自所述电压测量单元和所述电阻测量单元的信号进行归一化后送到所述数据采集电路的信号调理单元(201)。
3.如权利要求2所述的外线测试装置，其特征在于所述电阻测量单元(208)包括设有某一高阻基准值的高阻比较电路(301)；用于测量低于/等于所述高阻基准值的电阻并将测量结果送到所述信号调理电路的高阻测量电路(302)；以及用于测量低于某一低阻值的小电阻并将其测量结果送到所述信号调理单元(201)的小电阻测量电路(303)。
4.如权利要求2所述的外线测试装置，其特征在于所述电容测量单元包括依次相连的用于提升标准电源电压的开关电源升压电路(401)用于产生基准恒流电流供被测电容充电的恒流电路(402)用于比较两充电点电压的比较电路(403)；以及对所述两充电点进行计时的计时电路(404)。
5.如权利要求2所述的外线测试装置，其特征在于所述信号调理单元(201)包括用于滤掉输入信号之高频分量的低通滤波器(501)，级联放大所述低通滤波器输出信号的两级程控放大器(502A，502B)以及用于反馈控制所述两级程控放大器之放大倍数的β控制单元(503)。
6.如权利要求2所述的外线测试装置，其特征在于所述信号采集处理单元(19)中的所述数据采集电路(13)包括将所选模拟信号转换成数字信号送往数字信号处理系统(14)的A/D转换器(601)。
7.如权利要求5所述的外线测试装置，其特征在于所述β控制单元(503)包括用于将所述程控放大器输出信号与设定的基准信号相比较的比较电路(505)和接收比较结果控制所述程控放大器倍数，为下一级数据采集提供良好信噪比的β控制电路(504)。
8.一种外线测试分析方法，包括以自动调整分析模式方式，用多种测量方法对同一参数进行线路测量，以便比较分析确定故障类型和/或，在业务系统上为每个用户建立某一区域，环境下的相应健康档案，以便将实测数据与其进行比较分析，避免由区域环境因素造成的故障误判。
9.如权利要求8所述的外线测试分析方法，其特征在于所述多种测量方法包括用两种测量电路测试不同范围的电阻值以区分判定不同故障的电阻测量法和/或用两种充电电流和高、低两种电压比较值来区分判别是否真正断线的电容测试法。
10.如权利要求9所述的外线测试分析方法，其特征在于所述电阻测量法包括以下步骤用电阻测量电路测出第一阻值；当第一阻值落在一定区间内时，启用用户电路测出第二阻值；根据所述第一阻值和第二阻值是否相同来区分和判定用户未挂机还是AB线绝缘性能差。
11.如权利要求9或10所述的外线测试分析方法，其特征在于所述电容测试法的所述高、低两种电压比较值分别用于测量线间电容与话机电容的组合电容以及线间电容，从而区分线间与话机电容，判定是否真正断线。
12.如权利要求8所述的外线测试分析方法，其特征在于还包括多路并行测试的状态控制法，该状态控制法包括—将每一路的测试分成测试不同参数的相应测试状态，每个所述测试状态又被分成对应其测量全过程中依次动作的多个子状态，以及—动态建立和存贮按序排列的所述测试状态和所述子状态与相应控制操作相对照的状态控制表。
13.如权利要求12所述的外线测试分析方法，其特征在于包括对所述多路依次循环扫描，依次对每一路进行所述状态控制，以及进入一个新状态时必须进行状态处理将所述新状态下所用参数初始化，并将操作置于初始子状态，然后进入所述状态控制。
14.如权利要求13所述的外线测试分析方法，其特征在于每一路所述状态控制包括以下步骤从所述状态控制表中提取该路目前状态；执行该状态下的相应操作；完成操作后即将状态值修改后存入所述状态控制表，转入下一路扫描。
15.如权利要求13或14所述的外线测试分析方法，其特征在于还包括对所述每路设置一个总超时计数器以及对每个所述状态设置一个超时计数器，以防意外情况退不出该状态。
全文摘要
电信网外线测试分析装置和方法。装置包括测试多种电参数的测试单元(11),用于控制该测试单元并可与电信网通信的控制单元(17),用于采集测试信号并予以处理的采集处理单元(19)。方法包括对同一参数以多种测量方法测试的过程以及为每个用户建立一定区域环境下的相应健康档案,以便比较分析准确判定故障类型。统计表明本装置和方法的测试准确率大为提高,致使故障分析准确率高达98%以上。
文档编号H04B3/46GK1202052SQ97108938
公开日1998年12月16日 申请日期1997年6月6日 优先权日1997年6月6日
发明者任雄伟 申请人:深圳市华为技术有限公司