PSTN線路長(zhǎng)短線驅(qū)動(dòng)切換方法

高計(jì)豐

（福建星網(wǎng)銳捷通訊股份有限公司，福建 福州 350002）

PSTN線路長(zhǎng)短線驅(qū)動(dòng)切換方法

高計(jì)豐

（福建星網(wǎng)銳捷通訊股份有限公司，福建 福州 350002）

為解決對(duì)公共交換電話網(wǎng)絡(luò)（PSTN）用戶線路長(zhǎng)短不一難以驅(qū)動(dòng)的問題，提出了一種自動(dòng)測(cè)量用戶線路長(zhǎng)度和電路切換的方法。通過(guò)建立用戶線路模型，并根據(jù)線路傳輸信號(hào)類型進(jìn)行簡(jiǎn)化分析。利用直流算法測(cè)量出用戶線路長(zhǎng)度，并分別針對(duì)“振鈴”、“饋電”兩種不同用戶線路狀態(tài)進(jìn)行電路和參數(shù)的切換。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本方法可以降低用戶線路接口電路（SLIC）的功耗，延長(zhǎng)用戶線路距離，提升用戶體驗(yàn)。

公共交換電話網(wǎng)絡(luò)；用戶線路接口電路；線路模型；自動(dòng)切換；長(zhǎng)短線

1 引言

隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，用戶級(jí)交換機(jī)（PBX）被逐漸推進(jìn)到用戶端，PBX可放在室內(nèi)、樓道或街道機(jī)房，線路長(zhǎng)度可能為數(shù)米到十?dāng)?shù)千米。傳統(tǒng)PBX的SLIC電路采用單一參數(shù)，無(wú)法兼顧長(zhǎng)線可靠性和中短線效率。本文介紹了一種方法，通過(guò)建立用戶線路模型，并簡(jiǎn)化分析，采用動(dòng)態(tài)切換的方式，有效降低系統(tǒng)功耗，并提升長(zhǎng)線振鈴電壓。

2 用戶線路參數(shù)模型的建立和簡(jiǎn)化分析

2.1 用戶線路模型的建立

典型的用戶線路為對(duì)稱的兩端口模型[1,2]，可用圖1所示的模型描述。

圖1 用戶線的分布參數(shù)模型

2.2 直流饋電狀態(tài)下的分析

直流饋電（DC feeding）狀態(tài)下，線路傳輸為直流電，用戶線路模型中的分布電感和分布電容將不起作用，PBX的SLIC電路經(jīng)過(guò)線路到話機(jī)之間的模型簡(jiǎn)化為圖2所示。

圖2 直流饋電下用戶線的簡(jiǎn)化模型

其中R0為線路環(huán)路的總直流電阻。

依據(jù)導(dǎo)體電阻計(jì)算公式

ρ為電阻率，L為導(dǎo)線長(zhǎng)度，S為導(dǎo)線截面積。

設(shè)線路為長(zhǎng)10km，線徑0.5mm銅導(dǎo)體，銅的電阻率ρ= 1.75×10-8Ω·m，計(jì)算出R0=1782Ω。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[3]對(duì)話機(jī)摘機(jī)狀態(tài)直流電阻限定為不大于300歐姆，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[4]對(duì)于PBX的環(huán)路電流限定為不小于18mA，計(jì)算出

SLIC芯片的饋電電源

其中VAS為芯片恒流所需的最低電壓差，一般為5V左右，200i為芯片內(nèi)阻產(chǎn)生的壓降?？捎?jì)算出所需要的VBAT最低為

SLIC因?yàn)閂BAT的壓降所產(chǎn)生的功耗

計(jì)算出，在用戶線長(zhǎng)為10km時(shí)，P=0.15W，用戶線長(zhǎng)0km時(shí)，P=0.72W。

從結(jié)果可以看出，用戶線路長(zhǎng)度差異較大時(shí)，芯片不可避免會(huì)在短線下產(chǎn)生較大功耗。

2.3 振鈴狀態(tài)下的分析

首先在振鈴狀態(tài)下，對(duì)線路模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。

振鈴（ringing）狀態(tài)下，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[4]對(duì)于信號(hào)的頻率要求為25Hz，首先計(jì)算該頻率下的趨膚深度[5]

f為信號(hào)的頻率，μ為材料的磁導(dǎo)率，σ為材料的電導(dǎo)率。算得d=1151m，遠(yuǎn)大于導(dǎo)線半徑0.25mm。

25Hz信號(hào)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)

線路長(zhǎng)度L一般為最大10km尺度，L?λ/100，因此在振鈴狀態(tài)下可不用考慮分布參數(shù)，采用集中參數(shù)計(jì)算也可以得到較為精確的結(jié)果。將用戶線路模型簡(jiǎn)化為如圖3所示。

圖3 振鈴頻率下用戶線的簡(jiǎn)化等效模型

電阻R0在2.2章節(jié)中算出。

電容C0采用[6]的公式計(jì)算

電感L0采用[7]的公式計(jì)算

其中，b為用戶線長(zhǎng)度，a為導(dǎo)體中心間距，r為導(dǎo)體半徑用戶端電壓

設(shè)用戶線為導(dǎo)體直徑0.5mm，絕緣外徑1.4mm。

設(shè)SLIC輸出振鈴信號(hào)頻率25Hz，電壓有效值為65V。用戶側(cè)REN=1。

計(jì)算在10km下，用戶側(cè)的電壓有效值uL。

1REN對(duì)應(yīng)RL=4.7kΩ，CL=20uF。根據(jù)式（8）算出C0= 0.16uF，根據(jù)式（9）算出L0=2.6uH，待入式（10）

uL=46V

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)線傳輸后振鈴電壓有效值偏低。

3 基于直流饋電模型的線路長(zhǎng)度檢測(cè)和切換方法

3.1 現(xiàn)有的設(shè)計(jì)

輸入電源通過(guò)Cuk電路產(chǎn)生Vring和VBAT供SLIC，Cuk電路適用于通信領(lǐng)域[8]。

圖4 現(xiàn)有設(shè)計(jì)SLIC及用戶線的拓?fù)淠Ｐ?/p>

3.2 電路拓?fù)鋬?yōu)化

在Cuk電路和SLIC中間加入受控Boost電路[9]，Cuk電路產(chǎn)生低電壓再經(jīng)過(guò)Boost電路產(chǎn)生高電壓供SLIC。Boost電源停止工作時(shí)，輸出電壓近似等于輸入電壓，容易實(shí)現(xiàn)電壓切換。

圖5 改進(jìn)設(shè)計(jì)的拓?fù)?/p>

3.3 檢測(cè)及切換方法

直流饋電狀態(tài)下，線路參數(shù)可簡(jiǎn)化為純阻。恒流饋電下，容易測(cè)量并換算出線路長(zhǎng)度。

在SLIC電路中設(shè)置一個(gè)電壓表（SLIC芯片的線路管理功能可實(shí)現(xiàn)線路電壓檢測(cè)），在直流饋電的狀態(tài)下測(cè)量SLIC輸出端的電壓。

檢測(cè)及切換流程如圖6，先設(shè)置SLIC的初始狀態(tài)，置線路為直流恒流饋電，電流為i，等待電話摘機(jī)，電話機(jī)摘機(jī)后，線路進(jìn)入恒流饋電狀態(tài)，讀取線路輸出端電壓u，判斷u和VBAT的關(guān)系，當(dāng)u和VBAT滿足下面的關(guān)系時(shí)

即線路長(zhǎng)度

Boost_En打開，SLIC使用VBATH和VRingH；反之則使用VBATL和VRingL。

圖6 切換流程圖

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 實(shí)驗(yàn)芯片的選擇

實(shí)驗(yàn)在ZL88601芯片上完成。ZL88601單芯片即可完成完整的BORSCH功能。其線路管理可以完成線路電壓的測(cè)量。

圖7 芯片ZL88601的框圖

圖7為ZL88601的框圖。芯片的VBL為饋電使用的電壓，VBH為振鈴使用的電壓，Supervision Processing模塊實(shí)現(xiàn)線路的管理，包括線路電壓的測(cè)量。

4.2 芯片的初始參數(shù)配置

4.2.1 直流饋電參數(shù)的設(shè)置

打開Microsemi的Profile Wizard軟件，在DC_Feed_Parameters中將Active Mode Current修改為18mA。

4.2.2 振鈴參數(shù)的設(shè)置

打開Ring_Signal_Parameters，設(shè)置Frequency為25Hz，并分別設(shè)置Voc為90V和100V兩份Profile。

保存并生成18mA-90V的Profile1和18mA-100V的Profile2。

實(shí)驗(yàn)1中調(diào)用API-II的VpMpiCmdWrapper，將Profile1加載到ZL88601中。

實(shí)驗(yàn)2中依據(jù)流程圖6設(shè)計(jì)一段程序，根據(jù)線路長(zhǎng)度自動(dòng)切換profile。當(dāng)線路長(zhǎng)度小于5km時(shí)，加載Profile1，當(dāng)線路長(zhǎng)度超過(guò)5km時(shí)，加載Profile2。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇。分別設(shè)計(jì)兩塊電路，電路1中采用如圖4所示的拓?fù)?。電?中采用如圖5所示的拓?fù)?，并采用流程圖6所示的檢測(cè)及切換流程。

各電壓參數(shù)設(shè)計(jì)為：電路1的VBAT為47V，Vring為90V；電路2的VBATL為30V，VBATH為47V，VringL為90V，VringH為100V。

用戶線路選擇為導(dǎo)體直徑0.5mm，絕緣外徑1.4mm的線纜。

設(shè)置線路狀態(tài)為饋電，保持用戶話機(jī)摘機(jī)通話10分鐘之后測(cè)量。測(cè)試位置為ZL88601芯片表面。線路長(zhǎng)度單位為千米，測(cè)試結(jié)果單位為攝氏度。

表1 饋電芯片溫度

設(shè)置用戶線路狀態(tài)為連續(xù)振鈴，用戶端接等效振鈴數(shù)（REN）為1的電話機(jī)，使用電壓表測(cè)量電話機(jī)側(cè)的振鈴電壓有效值。線路長(zhǎng)度單位為千米，測(cè)量結(jié)果單位為伏特。

表2 用戶側(cè)振鈴電壓有效值

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析信號(hào)對(duì)于線路的影響，提出了簡(jiǎn)化的線路模型，在該模型的基礎(chǔ)上分析了現(xiàn)有技術(shù)存在的芯片功耗過(guò)大和長(zhǎng)線下振鈴電壓偏低的原因。

本文還提供了一種自動(dòng)檢測(cè)和切換的方法。從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果可以看出，對(duì)于線路長(zhǎng)度不固定的情況，使用自動(dòng)切換的方法，可以有效降低芯片功耗和提升長(zhǎng)線振鈴電壓有效值。

[1]吳祖耀．用雙端口網(wǎng)絡(luò)理論求均勻傳輸線特性阻抗和傳輸常數(shù)[J]．電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，1998(3)：27-29．

[2]周守昌．電路原理（第一版）[M]．北京：高等教育出版社，1999．

[3]GB/T 15279—94自動(dòng)電話機(jī)技術(shù)條件[S]．

[4]GB/T 14381—93程控?cái)?shù)字用戶自動(dòng)電話交換機(jī)通用技術(shù)條件[S].

[5]牟遷綏，胡曉秋．趨膚效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究[J]．大學(xué)物理，1995，14(11)：27-28．

[6]張清．兩無(wú)限長(zhǎng)平行直導(dǎo)線間電容的精確解[J]．安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，20(1)：84-86．

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[9]張占松．開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)（第一版）[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004．

AMethod of Long-short Line Drive Switching for PSTN

Gao Jifeng
(Star-net Communication Co.,Ltd,Fuzhou 350002,Fujian)

To solve the problem of driving different length of public switched telephone network(PSTN)subscriber line,a method of automatic measurement of subscriber line length and switching circuit is presented.By the construction of subscriber line model,the line model is simplified according to the type of signal.A DC algorithm is used to measure the length of the subscriber line.Circuit and parameter profiles are switched automatically according to different line state of“ring"and"feed".Experiments show that the proposed method can reduce the power consumption of the subscriber line interface circuit(SLIC),extend the subscriber line distance,and enhance the subscriber’s experience.

Public Switched Telephone Network；subscriber line interface circuit；line model；auto switching；long-short line

TN916.2

A

1008-6609(2016)07-0115-04

高計(jì)豐，男，江蘇睢寧人，本科，工程師，研究方向：PSTN網(wǎng)絡(luò)，IP通信網(wǎng)絡(luò)，嵌入式系統(tǒng)。