CN1240322A - 包括用于检测电话线路的繁忙状态的装置的调制解调器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种要被连接到电话线路上的调制解调器,其中包括用于检测繁忙状态或者电话线路的获取的装置。该检测器包括对由调制解调器在连接到电话线路(38)的输入/输出端(34)处所提供的能量敏感的装置。如果该线路已经忙于其他装置,被提供防止线路获取的信号的检测器不需要使该线路与调制解调器之间相互电隔离。

Description

包括用于检测电话线路的繁忙状态的装置的调制解调器

本发明涉及一种用于检测调制解调器所连接的电话线路的繁忙状态或获取状态的装置。也涉及一种装备有这种检测装置的调制解调器。

调制解调器是一种用于发送和接收数据的装置，该数据通常是通过电话线路传输的数字数据。

为了发送或接收数据，通常利用电话线路进行，该电话线路还用于象通常的电话通信这样的其它用途。特别对于电视解码器(例如，使用按卫星标准“DVBS”进行的数字视频传输的电视解码器)来说是属于这种情况。

这些解码器可以自动地通过调制解调器连接到节目提供商，而不需要在通信的时候通知电话线路的用户。

通常，为了不干扰电话线路的正常，对调制解调器的使用应当把优先权让给电话通信，也就是说，如果线路繁忙，调制解调器不应当进行连接，相应地它应该在用户需要使用该线路时自行断开。

因此，调制解调器应当具有用于检测电话线路的线路获取或繁忙状态的装置。

为了这种检测，已知的是在与调制解调器连接的线路上设置一电流或电压变化量的检测器。但是，由电话装置获取线路所引起的电流或电压的变化通常比较小也难以检测。另外，如果电话线路连接器没有被接地，则检测到的信号必须通过电流分离器(例如，光耦合器)施加到调制解调器，尽管调制解调器不是必须接地。因此，现有的检测方法复杂而且昂贵。

本发明用于弥补这种缺陷。

其特征在于，用于检测电话线路的繁忙状态或获取的装置包括用于把在连接到所述电话线路上的调制解调器的输出端所接收的能量与从调制解调器发送到电话线路的能量中抽取出来的参考值相比较的装置。

换句话说，与现有的用于分析来自电话线路的信号的检测装置相反，本发明分析在调制解调器中产生的信号。它来自于这样一种现象，即，在调制解调器的输出端，连接到它上面的电话线路的阻抗对于调制解调器所提供的低频信号的能量具有明显的影响。

研究表明，在所连接的线路繁忙情况下与该线路空闲的情况之间，在调制解调器的输入/输出中的低频信号中存在3分贝的理论差值。

对在调制解调器的输入/输出端的低频信号的分析不必需要专用的探测器。它可以由安装在调制解调器或任何相关解码器中的处理器内的程序来进行。

本发明其它特点和优点将在其实施例的描述中得到体现，该描述是参照附图所给出的，其中：

图1为示出本发明的调制解调器的一种运用的方框图，

图2为本发明的调制解调器的电路图，

图3为示出本发明调制解调器所用的检测算法的流程图，

图4为示出本发明的调制解调器所用的另一种算法的流程图，

图5为示出根据一种变形的检测器件的示意图，

图6为图5中所示的解码器的一个实施例的示意图，以及

图7为示出在图5或6中所示的实施例的检测信号的示意图。

在图1中表示一种电视解码器10的下载系统。

在接收时，该解码器通过天线12获取由卫星14所提供的发送信号来接收该信号。

对电视传输或其它由卫星14所提供的数据的接收是受到通过电话线路16的通信而授权的。电话线路16提供所接收的节目与用户之间交互作用，该线路使一个中心18通过调制解调器20与解码器10相连接。

解码器10与授权中心18之间的链接是双向的。解码器10可以自动请求与中心18的链接，例如，为了请求特定的节目，而相反，中心18自动向解码器10发送信号，例如，为了给出接收授权。

通常，假设该电话线路16同时具有其它应用，例如，通常的电话通信或者传真，这需要在中心18与解码器10之间进行自动的通信，并且解码器10不影响用户的电话装置或其他应用设备的工作。为此目的，提供一个用于检测电话线路的繁忙状态或获取的检测器，当该线路16要用于其他用途时，该检测器作为用于中断解码器10与中心18之间通信的装置，或者当线路繁忙时，避免解码器10获取或请求线路。

本发明涉及一种用于由调制解调器20检测线路的繁忙状态或获取的装置。

如图2所示，调制解调器20包括一低频发生器22和一直流电源24，在本例中该直流电源具有2.5伏的电压。该电源24的负极端接地。

低频发生器22的与连接到电源24的一端相对的另一端连接到一负载或传送阻抗26，其阻值为Z_m，另外方面通过分离元件32连接到探测器30。探测器30用于测量由调制解调器20发送时产生的低频信号的电平。该信号通常由T_x表示。

调制解调器20的输入/输出端34(在下文中称为“输入端”或“输出端”)连接到与发生器22相对的阻抗26的一端。在输入/输出端的电压，即端子34与“地”之间的电势差(由发生器22所产生)，由探测器36所检测。在探测器36的端子处出现作为连接到调制解调器的电路38的阻抗的信号R_x。

电路38一方面包括一个(或多个)具有数值Z_t的阻抗42的用户电话发生器40，另一方面包括具有数值Z_l的阻抗46的电话线路的低频发生器44。

阻抗为Z_t的电话装置通过开关52连接到该线路50。开关52在用户不使用他的线路时断开，并在用户使用电话线路时闭合。

如下文所述，由探测器30和36所提供的信号之间比较可以可靠地判断该线路是否被除调制解调器之外的其他设备所占用，也就是说，决定开关52是断开还是闭合，这与线路的类型无关。

如果U表示由发生器22施加到分离元件32的输入端32₁上的信号电平，当开关52断开时，由探测器36所检测的信号R_x具有如下数值： $R_x=\frac{U\·\left|Z_l\right|}{|Z_l+Z_m|}=U\·r_1---\left(1\right)$ 当开关52闭合时，信号R_x具有如下数值： $R_x=U\·\frac{1}{1+\left|Z_m\right|\·\frac{|Z_l+Z_t|}{|Z_l\·Z_t|}}=U\·r_2---\left(2\right)$ 如果假设三个阻抗具有相同的数值，例如600Ω，即：

Z_l＝Z_t＝Z_m＝600Ω

请注意，比率r₁为0.5，并且比率r₂为0.33(三分之一)。因此，当线路繁忙时(开关52闭合)，信号R_x的数值明显地低于当线路空闲时的数值。

在探测器30和36上的测量值最好在相对较长的周期内进行综合。

分离元件32的分离因子r是这样选择的，使得当开关52闭合时，由探测器30所传输的信号T_x高于由探测器36所提供的信号R_x。另外，因子r应当使得当开关52断开时信号T_x总时低于信号R_x。

因子r应当在r₂与r₁之间。

假设对应给定的调制解调器阻抗26的数值Z_m为固定值，则因子r应当考虑Z_l和Z_t的所有可能值而进行这样的选择，也就是说，对这些数值的已知分布。

如上文所述电话装置42的阻抗为600Ω。请注意该数值的精度通常为±50Ω。

线路阻抗46的数值Z_l一方面取决于线路的长度，另一方面，由于该阻抗取决于频率，因此它取决于调制解调器在调制时所提供的信号。

对于长度为1、2、3、4和5公里以及对于各种类型的调制的线路阻抗的平均值在下表中给出，其中第一列为各种类型的调制。

表1

调制/平均阻抗	L＝1km	L＝2km	L＝3km	L＝4km	L＝5km	公布，电阻和百分比
							FSK(V21)	670Ω	680Ω	660Ω	620Ω	580Ω	100Ω(15％)
FSK(V23)	680Ω	720Ω	730Ω	740Ω	745Ω	65Ω(9％)
							QAM16(V22bis)或QAM4(V22)	655Ω	636Ω	590Ω	540Ω	500Ω	155Ω(26％)
QAM16(V22bis)的发送部分	680Ω	710Ω	700Ω	670Ω	630Ω	80Ω(11％)
							V34，频增减小到1kHz-400Hz PB	685Ω	735Ω	750Ω	735Ω	710Ω	65Ω(9％)
V34(QAMx)总频谱	650Ω	620Ω	590Ω	555Ω	530Ω	120Ω(20％)

最后一列以百分比示出在线路阻抗上的分布，26％为最大值。

利用这些分布可以计算出上文给出的比率r₁和r₂，从而估计可以区别出当开关52断开时在调制解调器20的输入端处的信号R_x与当开关52闭合时信号R_x之间的概率。

比率r₁和r₂的估计值在如下表2中给出：

表2

调制	Zlmin	Zlmax	r1max	r1min	r2max	r2min	Dmax(dB)	Dmin(dB)
									V21	580	680	0.53	0.49	0.35	0.31	4.4	2.5
V23	720	745	0.55	0.54	0.36	0.34	4.2	3.4
									V22bis	500	655	0.52	0.45	0.35	0.30	4.7	2.2
V22bis减小频谱	630	710	0.54	0.51	0.36	0.32	4.3	3
									V34	530	650	0.52	0.46	0.35	0.31	4.5	2.5
V34减小频谱	685	750	0.55	0.53	0.36	0.33	4.3	3.2

在该表中，后缀“min”或“max”表示被分配的参数的最小值或最大值，并且以分贝为单位的D表示当开关52断开时由探测器36所传送的信号的电平与当开关52闭合时该信号的电平之间的比值。

在此，可以看出这一差别的最小值为2.2dB，这足以容易地区别出其差别。

另外，可以通过降低分析频谱提高其分辨力。这是因为，如果分析频谱(也就是说，被测量的信号R_x上的频谱)与从调制解调器中产生的存在于线路上的数据信号相匹配时，在平均线路阻抗上的分布被减小，并且比率D表现为一个更高的最小值。在表1中，可以看出，在V22bis调制的情况下，如果频谱降低到信号的发送部分，则在阻抗上的分布为11％，而对于整个频谱为26％。在V34调制的情况下，如果测量是在1KHz下具有400Hz的通频带所进行的，则线路阻抗上的分布为9％，而如果对整个频谱进行测量则为20％。

如表2中所示，这些数据可由观测得到，如果对整个频谱进行V22bis调制，则比率D具有2.2dB的最小值，而对于如上文所述减少的频谱进行调制时，则最小值为3dB。类似地，对于V34调制，D的最小值为从对于整个频谱的2.5dB到对于减少的频谱3.2dB之间。

在频谱的减少显然是通过滤波获得的。该滤波过程是通过对位于调制解调器或解码器中的数据处理器进行编程而实现的。

在本发明的一个实施例中，检测的质量是进一步通过使分离因子32取决于每次调制解调器20连接上时所测得的已经测量比例r₁而提高的。由于只有当开关52断开时才进行这种连接，探测器36上所接收的功率(R_x信号)与调制解调器的总功率(由结构而得知的功率)之间的比值得出如下比例r₁： $r_1=\frac{Z_l}{Z_l+Z_m}$

从该比例可以得出Z_l值，Z_m由结构而得知。唯一未知的数值是Z_t；Z_t的分布意味着r₂一般从0.31到0.35之间变化，这限制D的变化范围是从3.1到4。这使得鉴别更加容易。

下面结果图3和4描述该调制解调器是带有微处理器(未示出)的数字型调制解调器的情况下的检测操作。在这种情况下，检测基本上是通过计算而进行的。该计算是基于如下公式： $F_{\mathrm{rms}}^2=\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{sampvalue}}^2\left(\mathrm{nTs}\right)$

在公式中，F² _rms是在Ts的时间段中采样的信号的均方根值的平方；

sampvalue是采样值；

信号F² _rms是探测器36上的信号的平均功率的映射。

通过叠代，以如下公式作为基础用上述关系对功率进行测量，叠代公式如下： $y\left(n\right)=\frac{y(n-1)\·\frac{n\·\mathrm{Ts}}{\mathrm{Td}}+x^2\left(n\right)}{n\·\frac{\mathrm{Ts}}{\mathrm{Td}}+1}$

在该公式中，y(n)是在第n级的功率，x(n)是该第n级的信号R_x，Td是对应于测量窗口的采样周期的倍数。

每T秒钟，数值y(n)被存储于变量P_av中(平均功率)，T具有如下数值：

图3是对应于上述方程的计算各级的流程图(形成描述的一部分)。

T＝N·Ts

在一个实施例中，根据V22bis型调制，采样周期Ts具有如下数值： $\mathrm{Ts}=\frac{1}{7200}=0.14\mathrm{ms}$

变量P_av每隔T＝50ms刷新一次，即N＝360。如果从m个样本中仅考虑其中一个样本，也就是说，如果仅考虑N/m的样本(这是十进制的情况)，其误差与m成正比。但是，用于计算y(n)的时间按比例下降。但是显然在m＝5与m＝1之间，其差别小于0.1dB。

通过上述算法而取得的测量结果应当在足够长的时间内进行验证，从而不考虑短期的中断，并且不检测在非常短的时间内设备脱机的情况(开关52的闭合)。该验证是根据图4所示的流程图而进行的，该图是本描述的一个部分。

在该流程图中，“所期望的连接R_x电平”意味着在连接过程中，所期望的R_x的电平，“所期望的数据交换R_x电平”意味着在数据交换节点所期望的R_x电平，“连接有效检测时间”意味着在连接过程的有效时间，并且“交换有效检测时间”意味着在数据交换过程的有效时间。

上文所示的有效时间取如下数值：用于数据交换为1到2秒，用于连接尝试为几百毫秒。

一些调制解调器具有这样的端子，使其能够在该调制解调器的输入端获得象平均功率这样的变量，或者，决定输入信号的电平的具有可变增益的功率放大器的可变增益。这些端子可以被用于检测，特别用于计算比例r₁和r₂和/或计算阻抗Z_l和Z_t。

例如，使用带有标记RC 2123 DPL、RC 2324 DPL、RC 144、RCV 144、RC288、RCV 288、RC 56D和RC 336 D的Rockwell元件的调制解调器具有传输“平均功率”和“可变增益”变量的输出端。

下面结合图5-7描述模拟型的调制解调器一个实例。

来源于探测器36的信号R_x被施加到一放大电路60的输入端，该放大电路一方面包括一峰值检测器62，另一方面包括一个被提供参考电压的偏压器件64。电路60的输出端连接到比较器66的第一输入端661，该比较器的第二输入端662连接到电路70的输出端，该电路的输入端接收来自发生器22的信号。该电路70也包括一峰值检测器72和一分离元件32。

比较器66的输出端通过一个用于使最小比较时间有效的时间延迟电路连接到一线路获取电路76的一控制输入端。

在被检测能量不足时，由器件64所固定的参考电压使得不会错误的启动检测。

在一个实施例中(未示出)，滤波器被分布在器件60和70的输入端，使其仅通过频率的限制波段，例如V22bis调制的发送波段。

这一安排使得可以如上所述的限制阻抗Z_l的分布。

器件60和70的一个实施例在图6中示出。

如上文所述，在该实施例中提供一个带通滤波器。例如，提供一个串联的电路60、电容器80和电阻82，以及旁路电容器84。

峰值检测器用运算放大器90而实现。

在运算放大器90的输入端提供电阻92，该电阻的阻值是对信号R进行搜索的动态范围的一个函数。

在电路70中，分离元件包括位于相应的运算放大器96的输出端处的电阻94。

两个运算放大器90和96通过电阻98相连，其阻值使初始偏移量固定于两项能级信息之间。该偏移量可以从直流信息中分离出交流信号信息，从而可以放弃来源于发生器24的电压(图2)。

图7为表示在通信的建立过程中和通过与调制解调器并联的电话设备获得线路时，R_x和T_x信号的能级。

曲线100表示R_x，而曲线102表示T_x信号。

在线路被调制解调器获取之后的第一序列104中，调制解调器产生一呼叫脉冲。该呼叫段104之后跟着连接序列106。当连接建立之后(序列108)，能级明显地高于在连接序列过程中的情况。

当并联的电话设备摘机之后，信号R_x(曲线100)降低到T_x的电平之下，如由周期110所表示的。因此，在周期110中，在R_x信号低于T_x信号时，产生检测脉冲112。

本发明一般应用于要被连接的电话线路上的设备中，特别是当该设备与在同样线路上的其他设备相比具有最低优先级的情况下。

Claims (13)

1.一种将被连接到电话线路上的调制解调器，其包括用于检测电话线路的繁忙状态或者获取状态的装置，其特征在于，该检测器件包括用于把在连接到所述电话线路(38)上的调制解调器的输入端(34)所接收的能量与从调制解调器发送到电话线路上的能量中所抽取的参考值相比较的装置。

2.根据权利要求1所述的调制解调器，其特征在于，该参考值是由该调制解调器的低频发生器(22)提供的，并且该发生器通过负载阻抗(26)连接到调制解调器的输入端，该参考值对应于负载阻抗的能量上游。

3.根据权利要求2所述的调制解调器，其特征在于，它包括一个分离负载阻抗(26)的信号上游的元件(32)。

4.根据权利要求3所述的调制解调器，其特征在于，该分离元件(32)的分离因子处于数值r₁和r₂之间，其中 $r_1=\frac{Z_1}{Z_1+Z_m}$ $r_2=\frac{1}{1+Z_m\·\frac{Z_l+Z_t}{Z_l\·Z_t}}$

Z_l是调制解调器所连接的电话线路的阻抗(46)的数值，Z_t是与该调制解调器相并联的电话设备的阻抗(42)的数值，并且Z_m是负载阻抗的数值。

5.根据权利要求2至4中的任何一项所述的调制解调器，其特征在于，该负载阻抗为600Ω左右。

6.根据上述任何一项权利要求所述的调制解调器，其特征在于，该检测器包括用于限制被检测信号的频谱的滤波装置。

7.根据上述任何一项权利要求所述的调制解调器，其特征在于，其中包括用于在该调制解调器使用的额定条件下检测施加到其输入/输出端的信号的平均功率以及用于在存储器中存储该功率的装置，该装置被提供来根据线路阻抗的分布进行分配。

8.根据权利要求7所述的调制解调器，其特征在于，每次该调制解调器启动时执行平均功率和存储器容量的测量。

9.根据上述任何一项权利要求所述的调制解调器，其特征在于，该检测是通过对平均功率测量而进行的，最好通过采样而进行。

10.根据上述任何一项权利要求所述的调制解调器，其特征在于，该检测是通过测量可变功率放大器的增益而进行。

11.根据上述任何一项权利要求所述的调制解调器，其特征在于，该检测是在连接和数据交换阶段的过程中连续进行的。

12.根据上述任何一项权利要求所述的调制解调器，其特征在于，其中包括用于在该检测器发送出表示该线路由一个并联的装置所占用或请求时，从线路中断开调制解调器或者避免其连接线路的装置。

13.根据上述任何一项权利要求所述的调制解调器，其特征在于，其中包括使该调制解调器自动连接到电话线路上的装置，这一连接在检测装置发送出繁忙信号或者被其他装置所请求的信号时断开。

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