xDSL语音分离器测试分析系统及其检测方法

摘要

本发明提供一种xDSL语音分离器测试分析系统及其检测方法，属于xDSL技术领域，该测试分析系统包括xDSL语音分离器测试分析设备、待测xDSL语音分离器模块和控制计算机；所述xDSL语音分离器测试分析设备包括FPGA系统平台硬件模块、信号处理模块和网络通信模块。本发明结构简单、成本较低、能准确检测xDSL语音分离器模块的多项参数指标，为语音分离器模块的设计、生产、检验、维护提供了有效的手段。

权利要求

1.一种xDSL语音分离器测试分析系统，其特征在于，它包括xDSL语音分离器测试分析设备、待测xDSL语音分离器模块和控制计算机；xDSL语音分离器测试分析设备的输出端口、输入端口分别与待测xDSL语音分离器模块的输入端口、输出端口连接；xDSL语音分离器测试分析设备与控制计算机双向通信连接；

其中，xDSL语音分离器测试分析设备用于产生扫频测试信号，并将经过待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号采集处理，然后传输至控制计算机进行分析；

待测xDSL语音分离器模块用以将待检测的扫频测试信号进行响应；

控制计算机用于设定扫频测试信号的参数，并对xDSL语音分离器测试分析设备传输回来的测试信号进行分析，得到待测XDSL语音分离器模块的参数指标；

其中，所述的xDSL语音分离器测试分析设备包括FPGA系统平台硬件模块、信号处理模块和网络通信模块；信号处理模块和网络通信模块分别与FPGA系统平台硬件模块双向连接；

所述FPGA系统平台硬件模块包括FPGA处理器、存储器模块、电源模块、复位及硬件初始化模块、时钟模块和JTAG调试接口模块，JTAG调试接口模块、存储器模块分别与FPGA处理器双向连接，电源模块、复位及硬件初始化模块和时钟模块分别与FPGA处理器连接；

其中，FPGA处理器用于根据扫频测试信号的点数、周期、频率变化范围和初始相位的参数信息产生扫频信号的数字波形，并对经过响应后输入过来的波形进行数字滤波并存储；

控制信号处理模块的逻辑时序和数据的输入输出；控制网络通信模块及控制计算机间的数据处理和协议交互流程；

存储器模块为系统运行过程中存储扫频测试信号的数字波形、网络传输的数据；电源模块为FPGA处理器提供多电压输出；复位及硬件初始化模块用于产生硬件复位信号；时钟模块为系统提供时钟输出；JTAG调试接口模块电路用于硬件调试和FPGA程序升级；

所述的信号处理模块包括DA信号产生模块和AD信号采集模块，DA信号产生模块用于输出扫频测试信号给待测xDSL语音分离器模块；AD信号采集模块用于将经待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号采样传输给FPGA处理器；

所述的网络通信模块包括以太网接口电路，以提供xDSL语音分离器测试分析设备与控制计算机双向通信的接口。

2.根据权利要求1所述的xDSL语音分离器测试分析系统，其特征在于，所述以太网接口电路为100/1000M高速以太网接口电路。

3.根据权利要求1所述的xDSL语音分离器测试分析系统，其特征在于，所述的待测xDSL语音分离器模块的工作频率为0-30MHz。

4.使用权利要求1所述的xDSL语音分离器测试分析系统进行检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、初始化xDSL语音分离器测试分析设备，加载信号处理模块和网络通信模块驱动，建立测试设备和控制计算机的通信连接；

步骤2、根据扫频测试信号参数产生扫频测试信号：根据待测xDSL语音分离器模块的类型，在控制计算机端设定扫频测试信号的参数；将设定好的信号参数通过网络通信接口传递给xDSL语音分离器测试分析设备，xDSL语音分离器测试分析设备的FPGA处理器产生扫频测试信号的数字波形，完成信号设定；

步骤3：将扫频测试信号的数字波形转换成模拟的扫频测试信号，并输入到待测xDSL语音分离器模块；

步骤4、将经过待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号采集到xDSL语音分离器测试分析设备，转化为数字波形输入给FPGA处理器；

步骤5、xDSL语音分离器测试分析设备对采集的测试信号经过初步数字滤波，滤除噪声和带外干扰信号后，将数据组帧通过网络通信模块传输给控制计算机进行分析；

步骤6、控制计算机从接收的数据帧中提取出响应测试信号的时域波形，并进行频谱分析，通过和原始测试信号的比较得到待测xDSL语音分离器模块的频带波动、频带衰减、反射损耗指标，并以数值和图示的形式输出测量的结果，并对结果进行分析确定待测xDSL语音分离器模块是否合格。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于：步骤(2)中，根据待测xDSL语音分离器模块的类型，设定扫频测试信号的参数，包括点数、周期，频率变化范围以及初始相位；

点数至少大于1000点，周期范围在100毫秒到2秒之间，频率变化范围0-30MHz，初始相位为0度。

说明书

xDSL语音分离器测试分析系统及其检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及xDSL技术领域，特别是一种xDSL语音分离器测试分析系统及其检测方法。

背景技术

[0002] 语音分离器，简称分离器（Splitter），应用于xDSL（xDSL是各种DSL的统称，即数字用户线路，是以传统电话铜线为传输介质的传输技术，其中x代表不同种类的DSL技术，包括ADSL++、HDSL、VDSL等）的宽带通信中。随着DSL技术在全球的普及和推广，语音分离器也得到了广泛应用。按照全球的分离器标准来分，有ETSI（欧洲电信标准协会）、ANSI（美国国家标准协会）、BT（英国电信）、ITU-T G.992（国际电联G.992系列）和中国MII（中国工业和信息化部）等。按照分离器应用主要分为ADSL over POTS、ADSL over ISDN和VDSL over POTS、VDSL over ISDN等。我们常说的分离器只是指ADSL（Asymmetrical DigitalSubscriber Line非对称用户线路）分离器，即基于传统语音电话线路上共线传输宽带数字信号的语音分离器（即ADSL over POTS Splitter），现在ADSL已升级到新版本更高速率的ADSL++和VDSL（Very High Speed Digital Subscriber Line甚高速数字用户线）。

[0003] 语音分离器将线路上的低频音频信号（300～3400Hz）和传输数据的高频数字调制信号（20KHz～4.4MHz/12MHz）有效分离，然后将音频信号送入PSTN（Public Switched Telephone Network）交换机或POTS（Plain Old Telephone Service）电话机传真机等，将高频数字调制信号送入DSLAM（DSL Access Multiplexer）/DSL MODEM调制解调器。DSL技术实现用户方多个电话分机、传真机和ADSL调制解调器使用时互不影响，即隔绝宽带上网在POTS电话机中产生的电流噪声，保证优质的通话效果，也避免由于电话振铃导致的宽带上网掉线，保证了一定传输距离下的宽带网上下载的速率等等。

[0004] 从市场发展前景来看,宽带业务尤其是以IP化为核心的各种个性化宽带增值业务将是市场的新亮点,也将为运营商带来新的发展空间。目前，ADSL技术在中国大陆广泛使用，而其技术实施中的重要配件ADSL语音分离器的测试系统依然停留在依靠测试仪器与人工操作相结合的阶段，测试效率低，稳定性差，结果可靠性低。因而，需要一套简便易操作，又准确高效率的语音分离器性能测试分析系统来改变现状。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足，本发明提出了一种高效、便捷、低成本的xDSL语音分离器测试分析系统及其检测方法，能够快速准确的测定xDSL语音分离器模块的参数指标，为xDSL语音分离器模块的设计、生产、检验、维护提供了有效的手段。

[0006] 本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

[0007] 一种xDSL语音分离器测试分析系统，它包括xDSL语音分离器测试分析设备、待测xDSL语音分离器模块和控制计算机；xDSL语音分离器测试分析设备的输出端口、输入端口分别与待测xDSL语音分离器模块的输入端口、输出端口连接；xDSL语音分离器测试分析设备与控制计算机双向通信连接；其中，xDSL语音分离器测试分析设备用于产生扫频测试信号，并将经过待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号采集处理，然后传输至控制计算机进行分析；待测xDSL语音分离器模块用以将待检测的扫频测试信号进行响应；控制计算机用于设定扫频测试信号的参数，并对xDSL语音分离器测试分析设备传输回来的测试信号进行分析，得到待测XDSL语音分离器模块的参数指标；其中，所述的xDSL语音分离器测试分析设备包括FPGA系统平台硬件模块、信号处理模块和网络通信模块；信号处理模块和网络通信模块分别与FPGA系统平台硬件模块双向连接；所述FPGA系统平台硬件模块包括FPGA处理器、存储器模块、电源模块、复位及硬件初始化模块、时钟模块和JTAG调试接口模块，JTAG调试接口模块、存储器模块分别与FPGA处理器双向连接，电源模块、复位及硬件初始化模块和时钟模块分别与FPGA处理器连接；其中，FPGA处理器用于根据扫频测试信号的点数、周期、频率变化范围和初始相位的参数信息产生扫频信号的数字波形，并对经过响应后输入过来的波形进行数字滤波并存储；控制信号处理模块的逻辑时序和数据的输入输出；控制网络通信模块及控制计算机间的数据处理和协议交互流程；存储器模块为系统运行过程中存储扫频测试信号的数字波形、网络传输的数据；电源模块为FPGA处理器提供多电压输出；复位及硬件初始化模块用于产生硬件复位信号；时钟模块为系统提供时钟输出；JTAG调试接口模块电路用于硬件调试和FPGA程序升级；所述的信号处理模块包括DA信号产生模块和AD信号采集模块，DA信号产生模块用于输出扫频测试信号给待测xDSL语音分离器模块；AD信号采集模块用于将经待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号采样传输给FPGA处理器；所述的网络通信模块包括以太网接口电路，以提供xDSL语音分离器测试分析设备与控制计算机双向通信的接口。

[0008] 其中，以太网接口电路为100/1000M高速以太网接口电路。

[0009] 其中，所述的待测xDSL语音分离器模块的工作频率为0-30MHz。

[0010] 使用权利要求1所述的xDSL语音分离器测试分析系统进行检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0011] 步骤1、初始化设备，加载各模块驱动，建立测试设备和控制计算机的通信连接；

[0012] 步骤2、根据扫频测试信号参数产生扫频测试信号，将设定好的信号参数通过网络通信接口传递给xDSL语音分离器测试分析设备，FPGA处理器产生扫频测试信号的数字波形，完成信号设定；

[0013] 步骤3：将扫频测试信号的数字波形转换成模拟的扫频测试信号，并输入到待测xDSL语音分离器模块；

[0014] 步骤4、将经过待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号采集到xDSL语音分离器测试分析设备，转化为数字波形输入给FPGA处理器；

[0015] 步骤5、xDSL语音分离器测试分析设备对采集的测试信号经过初步数字滤波，滤除噪声和带外干扰信号后，将数据组帧通过网络通信模块传输给控制计算机进行分析；

[0016] 步骤6、控制计算机从接收的数据帧中提取出响应测试信号的时域波形，并进行频谱分析，通过和原始测试信号的比较得到待测xDSL语音分离器模块的频带波动、频带衰减、反射损耗指标，并以数值和图示的形式输出测量的结果，并对结果进行分析确定待测xDSL语音分离器模块是否合格。

[0017] 其中，步骤（2）中，根据待测xDSL语音分离器模块的类型，设定扫频测试信号的参数，包括点数、周期，频率变化范围以及初始相位；点数至少大于1000点，周期范围在100毫秒到2秒之间，频率变化范围0-30MHz，初始相位为0度。

[0018] 本发明的原理：通过xDSL语音分离器测试分析设备产生扫频测试信号，其中扫频测试信号的点数、周期、频率变化范围(f0,f1)和初始相位这几个参数可以通过控制计算机进行设置，以控制检测内容和方式，扫频测试信号在其频率变化范围(f0,f1)之间，可以看作发送功率恒定的白噪声信号，因此xDSL语音分离器测试分析设备发送扫频测试信号就完全取代了信号发生器的作用。再通过xDSL语音分离器测试分析设备将经过待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号采集处理，并传输至控制计算机进行分析，这样就取代了频谱分析仪或网络分析仪的作用。

[0019] 本发明的有益效果：本发明提供了一套完整的xDSL语音分离器测试分析系统，不需要使用其他任何专用设备，不仅降低了整套系统的成本，而且也提高了系统的便携性，只需要一台xDSL语音分离器测试分析设备以及一台装有配套软件的控制计算机即可。

附图说明

[0020] 图1为本发明的xDSL语音分离器测试分析系统示意图；

[0021] 图2为本发明的xDSL语音分离器测试分析设备的结构框图；

[0022] 图3为本发明的xDSL语音分离器检测方法流程图。

[0023] 图4为本发明的xDSL语音分离器测试分析系统工作时产生的扫频测试信号频谱图；

[0024] 图5为本发明的xDSL语音分离器测试分析系统工作时产生的扫频测试信号在待测ADSL语音分离器模块正确响应时的信号频谱图；

具体实施方式

[0025] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

[0026] 如图1所示，本发明的xDSL语音分离器测试分析系统示意图，系统架构包括三个部分：xDSL语音分离器测试分析设备、待测xDSL语音分离器模块和控制计算机，xDSL语音分离器测试分析设备的输出端口、输入端口分别与待测xDSL语音分离器模块的输入端口、输出端口连接；xDSL语音分离器测试分析设备与控制计算机双向通信连接。

[0027] xDSL语音分离器测试分析设备用于产生扫频测试信号，其中扫频测试信号的参数可以通过控制计算机进行设置，以控制检测内容和方式，通过输出接口输入到待测xDSL语音分离器模块；再通过xDSL语音分离器测试分析设备使用输入接口将经过待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号采集处理，并传输至控制计算机分析得到待测xDSL语音分离器模块的参数指标。

[0028] 待测xDSL语音分离器模块用以对待检测的扫频测试信号进行响应。本系统中的待测xDSL语音分离器模块的工作频率优选0-30MHz。

[0029] 控制计算机用于设定扫频测试信号的参数，并对xDSL语音分离器测试分析设备传输回来的测试信号进行分析，得到待测XDSL语音分离器模块的参数指标。

[0030] 如图2所示，本发明的xDSL语音分离器测试分析设备的硬件框图主要包括三大部分：FPGA系统平台硬件模块、信号处理模块和网络通信模块。信号处理模块、网络通信模块分别与FPGA系统平台硬件模块双向连接。

[0031] 其中FPGA系统平台硬件模块包括FPGA处理器、存储器模块、电源模块、复位及硬件初始化模块、时钟模块和JTAG调试接口模块；JTAG调试接口模块和存储器模块分别与FPGA处理器双向连接，电源模块、复位及硬件初始化模块和时钟模块分别与FPGA处理器连接。

[0032] FPGA处理器是整个设备的核心，整个程序的算法和逻辑操作全部在FPGA处理器中完成，FPGA处理器工作频率至少达到120MHz。FPGA处理器会根据扫频测试信号的点数、周期、频率变化范围和初始相位的参数信息产生扫频信号的数字波形，并对经过响应后输入过来的波形进行数字滤波并存储；控制信号处理模块的逻辑时序和数据的输入输出；控制网络通信模块及控制计算机间的数据处理和协议交互流程。

[0033] 由于整个系统的数据量较大，存储器模块为系统运行过程中存储扫频测试信号的数字波形、网络传输的数据等,存储器模块至少有一个同步动态随机存储器芯片。

[0034] 电源模块为FPGA处理器及支持电路提供低纹波且功率适合的多电压输出，满足FPGA处理器及其支持电路的核心、外设和端口的不同电压需要，电源模块电路并设置有多个电源滤波电容以有效滤除电源纹波。

[0035] 复位及硬件初始化模块产生硬件复位信号，提供系统的上电复位、欠压复位和看门狗复位等提高电路可靠性和稳定性的措施。

[0036] 时钟模块提供不同的时钟选择用于FPGA系统平台硬件模块和外围模块，为整个系统提供高稳定性的时钟输出，在保证FPGA处理器及支持电路高精度工作的同时，也保证了信号处理模块产生和采集信号的稳定性，这点对于高频信号处理的系统尤为重要，也是保证准确测量待测xDSL语音分离器模块参数指标的关键因素。

[0037] JTAG调试接口模块电路提供程序固件烧写以及程序调试的接口，作为调试和升级设备固件的接口在设备中保留。

[0038] 信号处理模块包括DA信号产生模块和AD信号采集模块。DA信号产生模块用于输出扫频测试信号给待测xDSL语音分离器模块，其刷新速率至少能达到125MSPS，精度10bit；AD信号采集模块用于将经待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号采样传输给FPGA处理器；其采样速率至少250MSPS，精度12bit。

[0039] 信号处理模块在正常运行前需要经过FPGA处理器及支持电路的初始化配置。DA信号产生模块接收来自FPGA处理器及支持电路的扫频测试信号的数字数据，将其转化为模拟的电压信号，并通过输出匹配电路将信号的偏置电压、信号幅度、输出阻抗等调节到适合输出的状态，并通过输出接口输出给待测xDSL语音分离器模块。

[0040] 当DA信号产生模块的输出接口和AD信号采集模块的输入接口之间的夹具上固定了待测xDSL语音分离器模块，经过待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号通过输入接口进入AD信号采集模块的输入匹配电路，输入匹配电路将信号的偏置电压、信号幅度、输入阻抗等调节到适合AD信号采集模块采样的模拟信号，AD信号采集模块将模拟信号转化为数字数据传输给FPGA处理器及支持电路。

[0041] 网络通信模块包括以太网接口电路，优选100/1000M以太网接口电路。100/1000M以太网接口电路提供了xDSL语音分离器测试分析设备和控制计算机之间双向通信的高速接口。100/1000M以太网接口电路主要用于传输命令帧和数据帧。通信涉及的通信协议和数据格式在FPGA处理器及支持电路和控制计算机之间确定，需保证通信的可靠性和鲁棒性。100/1000M以太网接口电路要求高速以太网传输线必须使用合适的物理连接线。

[0042] 如图3所示，本发明提供的基于扫频测试信号的xDSL语音分离器测试分析系统的工作时，包括以下步骤：

[0043] 步骤1、初始化xDSL语音分离器测试分析设备，运行FPGA系统平台硬件模块，加载信号处理模块和网络通信模块驱动，建立xDSL语音分离器测试分析设备和控制计算机间的网络通信连接。

[0044] 步骤2、根据扫频测试信号参数产生扫频测试信号。根据待测xDSL语音分离器模块的类型，在控制计算机端设定扫频测试信号的参数，包括点数、周期，频率变化范围以及初始相位，点数至少大于1000点，频率变化范围的最大频率越高，要求点数越多，周期范围在100毫秒到2秒之间，频率变化范围0-30MHz，初始相位为0度；将设定好的信号参数通过网络通信接口传递给xDSL语音分离器测试分析设备，FPGA处理器产生扫频测试信号的数字波形，完成信号设定；

[0045] 步骤3：xDSL语音分离器测试分析设备将扫频测试信号的数字波形通过DA信号产生模块输出模拟的扫频测试信号，并通过DA信号产生模块的输出匹配电路及输出接口输入到待测xDSL语音分离器模块；

[0046] 步骤4、采集处理经过xDSL语音分离器响应的测试信号。将经过待测xDSL语音分离器模块响应的测试信号通过AD信号采集模块的输入接口、输入匹配电路采集到xDSL语音分离器测试分析设备，转化为数字波形输入到FPGA处理器；

[0047] 步骤5、xDSL语音分离器测试分析设备对采集的测试信号经过初步数字滤波，滤除噪声和带外干扰信号后，将数据组帧通过网络通信模块传输给控制计算机进行分析；

[0048] 步骤6、控制计算机从接收的数据帧中提取出响应测试信号的时域波形，并进行频谱分析，通过和原始测试信号的比较得到待测xDSL语音分离器模块的频带波动、频带衰减、反射损耗等参数指标，并以数值和图示的形式输出测量的结果，并对结果进行分析确定待测xDSL语音分离器模块是否合格。

[0049] 例如，将扫频测试信号的初始参数分别设定为频率变化范围(0,35KHZ)以及初始相位0度，得到如图4所示的扫频测试信号频谱图，该频谱图在控制计算机计算得到。其中，横坐标为扫频测试信号的频率轴，纵坐标为扫频测试信号对应的信号强度。考虑待测ADSL语音分离器模块按照行业标准信号在30KHZ时衰减要大于18db，因此大于30KHZ的信号几乎衰减到无法观察，为了进行有效观测并体现测试设备的效果，将点数设定为2000，周期设为1秒，频率变化范围设定为(0,35KHZ)。初始相位设定为0度，考虑使信号中不产生其他的干扰频率分量。

[0050] 如图5所示，为待测ADSL语音分离器模块正确响应时的信号频谱图，该频谱图在控制计算机计算得到，横坐标为响应扫频测试信号的频率轴，纵坐标为响应扫频测试信号对应的信号强度。从图4中可以看出，在频率在0-1020Hz间信号插入损耗小于1dB，频率>30KHz信号衰减大于55dB，根据中华人民共和国通信行业标准YDT1187-2006《ADSL VDSL分离器技术要求及测试方法》，该曲线准确的反映了待测ADSL语音分离器模块的频域特性。控制计算机通过计算分析可以得到待测ADSL语音分离器模块的参数指标。

[0051] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。