CN101005295B

CN101005295B - 信号处理方法、信号处理装置及信号处理模块

Info

Publication number: CN101005295B
Application number: CN2007100032040A
Authority: CN
Inventors: 孙大伟; 晋兆国
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Shang Niu Design Co., Ltd.
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2027-01-29
Also published as: CN101005295A

Abstract

本发明公开了一种信号处理方法，该方法包括：检测待测线路的噪声特性，并计算所述待测线路中各段线路的反射脉冲信号特性，根据所述待测线路的噪声特性和反射脉冲信号特性生成分段匹配滤波器；利用所述分段匹配滤波器对各段线路的信号进行滤波。本发明还公开了一种信号处理装置，该装置包括DA转换器、AD转换器、单端差分转换器、差分单端转换器、信号处理模块、逻辑单元。本发明还公开了一种信号处理模块。本发明可以有效地抑制线路上的噪声，提高了TDR分析线缆故障以及确定故障类型或位置的准确率，极大地提高TDR在通信线缆故障识别中的实用性。

Description

信号处理方法、信号处理装置及信号处理模块

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别是一种信号处理方法、一种信号处理装置以及一种信号处理模块。

背景技术

为了满足广大用户日益增长的因特网接入需求，电信运营商利用现有的电话双绞线提供了数字用户线(xDSL)业务。xDSL接入技术带来了高速数据、语音和图像的传输接入，同时也带来了新的挑战：一方面xDSL的高速率传输特性对用户线的质量提出了更高的要求，另一方面数字用户线接入复用器(DSLAM)网络规模应用中必然需要快速准确的线路故障定位。双绞线提供xDSL业务的效率取决于线长、线径、桥接数量、材料缺陷、线路受损和环境电磁干扰等因素。

时域反射(Time Domain Reflection，TDR)是定位通信电缆异常或故障常用的一种技术。TDR设备向待测电缆发送一确定宽度的脉冲电压信号，并处理接收到的电缆反射信号，分析入射脉冲和反射脉冲之间的时间差，计算线路异常点距信号发送端的距离。

图1为通信电缆传输线模型的示意图。设通信电缆为均匀的结构，对于图1所示模型，信号的传输满足传输线方程，则线上任意点x处的电压U_(x)为：

U_(x)＝A₁e^-γx+A₂e^γx

其中A₁为源端入射波，A₂为源端反射波，A₁与A₂之间的关系为：

| A_{2} | = | A_{1} | | \frac{Z_{L} - Z}{Z_{L} + Z} | e^{- 2 αl}

其中，α称为衰减常数，反射信号的幅度随线路长度按指数衰减。

利用TDR测试电缆最常见的问题在于，当被测线路上存在较严重的干扰时，接收到的反射信号中包含干扰信号，干扰信号波形会导致错误的线路异常识别。例如，对提供xDSL业务的多对成束的双绞线进行测试时，正在运行业务的双绞线上载波信号会串扰到被测线路上，部分串扰信号波形与TDR测试中线路故障点反射回的波形相似，无法根据TDR接收到的信号识别线路异常。因此对线路反射回的信号进行优化处理是正确识别线路异常的前提。

在TDR测试中，线路长度增加会导致反射信号衰减剧增，随着线路长度的增加，反射信号衰减按指数增大，对反射信号采用普通的线性时不变的放大处理，无法正确的中识别线路远端的异常。可以采用时变增益TDR减小反射信号的指数衰减，进而保证增益后的近端与远端反射信号衰减强度相差不大。

时变增益TDR可以通过硬件或软件的方式实现。

图2和图3是两种硬件实现方式，图2是利用指数电压发生器动态改变AD转换器前端压控可调增益放大器的增益，直接实现反射信号采样前的指数时变增益；图3是利用指数电压发生器动态改变动态可调参考AD变换器的参考电位，间接实现采样信号的指数时变增益。

时变增益TDR的软件实现方式，即利用软件实现采样得到的数字信号序列的指数时变增益，该实现方式不需要指数电压发生器，也不需要动态可调放大器或AD转换器。

虽然采用上述时变增益TDR方法可以保证增益后的近端与远端反射信号衰减相差不大，方便不同位置处线路异常的识别，但是噪声环境中应用TDR识别线路异常时更容易出现误判。这是因为，TDR测试线路时接收到的信号中会包含噪声信号，当采用时变增益TDR测试电缆时，接收到的信号包括反射脉冲与噪声信号，它们会共同被放大；时变增益TDR中放大倍数随着时间指数增大，与发送信号相距时间较长收到的信号被极高的增益放大，而放大的噪声信号很容易达到线路异常判断的条件，导致TDR测试线缆时出现错误的故障位置判断。

换言之，采用TDR技术测试通信线缆故障时，由于接收到的信号中可能会包含与故障点处反射回的脉冲波形类似的噪声信号，这类噪声信号与反射回的脉冲波形频谱有很大的重叠部分，而采用普通的线性滤波器无法滤除噪声信号，所以容易导致利用TDR测试线缆故障经常出现错误判断。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出了一种信号处理方法，用以有效滤除噪声信号。本发明实施例还提出了一种信号处理装置以及一种信号处理模块。

本发明实施例提供了一种信号处理方法，该方法包括：

将待测线路分成多个段；

检测待测线路的噪声特性，并计算所述待测线路中各段线路的反射脉冲信号特性，根据所述待测线路的噪声特性和反射脉冲信号特性生成分段匹配滤波器；

利用所述分段匹配滤波器对各段线路的信号进行滤波。

该方法进一步设置相邻段线路相互重合。

相邻段线路的重合长度大于等于信号脉冲宽度与线路波速的乘积。

在检测各段线路的噪声特性之前或之后发送脉冲信号。

所述计算所述待测线路中各段线路的反射脉冲信号特性的步骤包括：获取发送脉冲信号的特性、待测线路的衰减特性，并设置各段线路的归一化长度；根据所述发送脉冲信号的特性、待测线路的衰减特性以及各段线路的归一化长度计算各段线路的反射脉冲信号特性。

所述各段线路的归一化长度为信号发送端到各段线路中点的长度。

该方法在滤波后进一步包括：调整相邻段线路滤波后信号的直流偏置使得在连接处的信号相等；连接相邻段线路调整后的信号。

该方法在滤波后进一步包括：在相邻段线路重合部分滤波后信号较平坦的部分确定一点，调整所述相邻段线路滤波后信号的直流偏置使得在所述点的信号相等；连接相邻段线路调整后的信号。

该方法进一步包括：对接收的信号进行指数时变增益得到增益后的信号。

该方法进一步包括：利用增益后的信号判断故障的类型和/或位置。

本发明实施例还提供了一种信号处理装置，该装置包括DA转换器、AD转换器、单端差分转换器、差分单端转换器、信号处理模块、逻辑单元，其中：

DA转换器，用于产生模拟脉冲信号，并通过单端差分转换器将所产生的脉冲信号发送到待测线路；

AD转换器，用于通过差分单端转换器接收待测线路上的信号，并提供给信号处理模块；

信号处理模块，用于检测待测线路的噪声特性，计算所述待测线路中各段线路的反射脉冲信号特性，根据所述待测线路的噪声特性和反射脉冲信号特性生成分段匹配滤波器，并利用所述分段匹配滤波器对各段线路的信号进行滤波；

逻辑单元，用于控制DA转换器和AD转换器的操作。

所述信号处理模块进一步用于连接相邻段线路调整后的信号。

所述信号处理模块进一步用于控制AD转换器对接收的信号进行指数时变增益。

所述信号处理模块进一步用于利用增益后的信号判断故障的类型和/或位置。

本发明实施例还提供了一种信号处理模块，该信号处理单元包括反射信号特性计算单元、线路噪声特性分析单元、匹配滤波器生成单元、分段匹配滤波单元，其中：

反射信号特性计算单元，用于计算待测线路中各段线路的反射脉冲信号特性，并提供给匹配滤波器生成单元；

线路噪声特性分析单元，用于检测待测线路的噪声特性，并提供给匹配滤波器生成单元；

匹配滤波器生成单元，用于根据所述待测线路的噪声特性和反射脉冲信号特性生成分段匹配滤波器，并提供给分段匹配滤波单元；

分段匹配滤波单元，用于利用所述分段匹配滤波器对各段线路的信号进行滤波。

所述信号处理模块进一步包括信号合成单元，用于连接相邻段线路调整后的信号。

进一步包括：控制单元，用于控制对信号进行指数时变增益，和/或利用增益后的信号判断故障的类型和/或位置。

从上述方案中可以看出，由于本发明实施例将待测线路分成多个段，检测待测线路的噪声特性和计算各段线路的反射脉冲信号特性，并且根据所述待测线路的噪声特性和反射脉冲信号特性生成分段匹配滤波器，然后利用所述分段匹配滤波器对各段线路的信号进行滤波，从而有效地抑制线路上的噪声，提高了TDR分析线缆故障以及确定故障类型或位置的准确率，极大地提高TDR在通信线缆故障识别中的实用性。

附图说明

图1为通信电缆的传输线模型；

图2为时变增益TDR的一种实现方式的示意图；

图3为时变增益TDR的另一种实现方式的示意图；

图4为本发明实施例中方法的流程示意图；

图5为本发明实施例中信号处理装置的结构示意图；

图6为本发明实施例中信号处理模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

本发明实施例的TDR测试方法如图4所示。参照图4，该方法包括以下步骤：

步骤101，由于发送脉冲经过不同长度的电缆得到的反射信号波形、频谱等特性是不同的，因此，本实施例采用分段预计反射脉冲信号频谱、波形的方法。

在本步骤中，将待测线路按长度分段，分段的数目可以根据需要而定。当分段较多时，需要的存储空间和运算时间都相应增大，但是可以提高对反射脉冲信号特性的预测精度；当分段较少时，需要的存储空间和运算时间则相应较小，但是对反射脉冲信号特性的预测精度也会随之降低。

每段线路的长度可以相同，也可以不同。这里为了计算方便，以每段线路的长度相同为例进行描述。

进一步，为防止在分段连接处出现反射脉冲信号波形，可以使得各分段线路在相邻处有部分重叠，且重叠部分长度必须超过的信号脉宽时间对应的线路长度，如脉冲宽度为τ、线路波速近似为ν，则可以设置相邻段线路重叠的线路长度1≥τ×ν。

表1所示的是其中一种分段方法。参见表1，每段线路的长度皆为1Km，并且相邻段线路之间存在重合部分，该重合部分的长度大于等于τ×ν。以第三段和第四段为例，第三段从2.5Km到3.5Km，而第四段从3.0Km到4.0Km，两者重合的部分为3.0Km到3.5Km。

第几段	1	2	3	4	5	6	7	8
									长度(Km)	1.5-2.5	2.0-3.0	2.5-3.5	3.0-4.0	3.5-4.5	4.0-5.0	4.5-5.5	5.0-6.0
归一化衰减长度(Km)	2	2.5	3	3.5	4	4.5	5	5.5

表1

另外，为了计算方便，不妨假设在一段线路中线路的特性是一致的，那么就可以用同一个长度来计算该段线路的特性，即将该段的线路长度归一化。在本实施例中，以从信号发送端到各段线路中点的长度作为归一化长度，但是，显然也可以采用其它长度作为归一化长度。

步骤102，采集线路中的噪声信号，将其近似为TDR测试过程中的噪声环境，然后可以根据其分析TDR接收信号中的噪声频谱、波形等特性。

步骤103，获取待测线路的衰减特性以及发送脉冲信号的特性，然后根据待测线路的衰减特性、发送脉冲信号的特性以及各段线路的归一化长度来计算各段线路的反射脉冲信号的特性。

其中，线路衰减特性主要包括线路的线规、不同频率信号在不同线规的线路在不同长度下的衰减。表2给出了几种线规在不同频率下的衰减。在表2中，行表示不同的频率，列表示不同的线规，中间部分表示与所在行的频率和所在列的线规相对应的衰减。利用这个表就可以来计算各段线路的反射脉冲信号的特性。

表2

另外，发送脉冲信号的频谱、波形等特性可以从发送脉冲信号中提取分析获得。

步骤104，根据线路中的噪声特性和所计算的各分段线路中反射信号的特性设计各分段的匹配滤波器。由于已经知道所要去掉的噪声特性和可能要保留的反射信号，因此按照现有的方法很容易设计出各分段的匹配滤波器，这里不再赘述。

进一步，为了保证反射脉冲信号的极性和位置在滤波前后不会改变，设计的分段匹配滤波器相频特性被归零。

步骤105，发送脉冲信号到待测线路，同时采集待测线路中的信号，包括噪声和反射脉冲信号。将接收到的含有噪声的反射脉冲信号按表1所示分段，利用上面得到的分段匹配滤波器对各段线路上的信号进行分段滤波，得到各段线路在滤波后的信号。由于分段匹配滤波器是根据线路中的噪声特性和所计算的各段线路的反射脉冲信号特性设计的，因此可以准确区别出并虑除噪声信号，提高了滤波的性能。

步骤106，在分段匹配滤波完成之后，将不同分段得到的数据连接起来。由于按照表1中的相邻分段有重叠部分，所以可以选择相邻分段线路重叠部分曲线变化较平坦的位置，通过改变不同的直流偏置将相邻分段数据在该位置调整一致，然后将相邻段的信号连接成光滑的曲线，方便后续故障判断与定位。

在上述流程中，为了保证采集到的线路噪声接近实际采集信号时的环境噪声，可以要求噪声采集完成后，立即发送脉冲信号到被测线路，采集线路上的反射信号。另外，也可以在发送脉冲信号和采集线路上的反射信号之后，再采集线路中的噪声。

步骤107，对接收的信号进行指数时变增益，从而得到增益后的信号。由于本实施例中分段匹配滤波可以去除接收信号中的噪声，因此在进行指数时变增益的过程中，基本排除了由于放大的噪声而引起误判的问题。

步骤108，根据分段匹配滤波以及增益后的信号来判断待测线路中故障的类型、位置等情况。

图5所示的是本发明实施例中信号处理装置的结构示意图。

参照图5，该信号处理装置包括：数模(DA)转换器100、单端差分转换器200、差分单端转换器300、模数(AD)转换器400、逻辑单元500以及信号处理模块600。

在图5中，DA转换器100主要用于产生模拟脉冲信号，然后将模拟脉冲信号通过单端差分转换器200发送到待测线路，其中的单端差分转换器主要用于将单端信号转换为差分信号。而AD转换器400主要用于通过差分单端转换器300接收待测线路上的信号，然后将所接收的信号提供给信号处理模块600，其中的差分单端转换器300主要用于将差分信号转换为单端信号。

逻辑单元500主要控制DA转换器200和AD转换器400的操作，例如，根据信号处理单元600的需要，在检测待测线路的噪声特性时控制AD转换器400工作而DA转换器200停止，在具体定位故障时控制DA转换器200和DA转换器400都工作。

信号处理模块600主要用于在检测待测线路的噪声特性时从AD转换器400接收并检测待测线路的噪声特性，还根据发送脉冲信号的特性、待测线路的衰减特性以及各段线路的归一化长度计算各段线路的反射脉冲信号特性，并根据所述待测线路的噪声特性和反射脉冲信号特性生成分段匹配滤波器；在具体检测线路故障时，从AD转换器400接收线路上的信号，并利用所述分段匹配滤波器对各段线路的信号进行分段滤波。

在实际使用中，信号处理模块600还可以在分段滤波后连接相邻段线路的信号，并且为了能将其连成一条曲线，还可以对各段信号的电平进行适当调整。另外，信号处理模块600还可以进一步控制AD转换器400对接收的信号进行指数时变增益。信号处理模块600还可以进一步利用增益后的信号判断故障的类型和/或位置。

图6所示的是本发明实施例中信号处理模块600的结构示意图。

如图6所示，信号处理模块600包括：反射信号特性计算单元601、线路噪声特性分析单元602、匹配滤波器生成单元603、分段匹配滤波单元604，还可以进一步包括信号合成单元605和控制单元606。

其中反射信号特性计算单元601主要用于根据所述发送脉冲信号的特性、待测线路的衰减特性以及各段线路的归一化长度来计算各段线路的反射脉冲信号特性，并提供给匹配滤波器生成单元603。线路噪声特性分析单元602主要用于检测待测线路的噪声特性，并提供给匹配滤波器生成单元603。

匹配滤波器生成单元603主要用于根据所述待测线路的噪声特性和反射脉冲信号特性生成分段匹配滤波器，并提供给分段匹配滤波单元604。分段匹配滤波单元604接收待测线路上的信号，并利用匹配滤波器生成单元603所提供的分段匹配滤波器对各段线路的信号进行滤波。

在如图6所示的信号处理模块600中，还可以进一步包括信号合成单元605。信号合成单元605主要用于连接相邻段线路调整后的信号。

另外，信号处理模块600还可以进一步包括控制单元606。控制单元606主要控制对信号进行指数时变增益，还可以利用增益后的信号判断故障的类型和/或位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种信号处理方法，其特征在于，该方法包括：

将待测线路分成多个段；

利用所述分段匹配滤波器对各段线路的信号进行滤波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步设置相邻段线路相互重合。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，相邻段线路的重合长度大于等于信号脉冲宽度与线路波速的乘积。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测各段线路的噪声特性之前或之后发送脉冲信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述待测线路中各段线路的反射脉冲信号特性的步骤包括：

获取发送脉冲信号的特性、待测线路的衰减特性，并设置各段线路的归一化长度；

根据所述发送脉冲信号的特性、待测线路的衰减特性以及各段线路的归一化长度计算各段线路的反射脉冲信号特性。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述各段线路的归一化长度为信号发送端到各段线路中点的长度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在滤波后进一步包括：

调整相邻段线路滤波后信号的直流偏置使得在连接处的信号相等；

连接相邻段线路调整后的信号。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法在滤波后进一步包括：

在相邻段线路重合部分滤波后信号较平坦的部分确定一点，调整所述相邻段线路滤波后信号的直流偏置使得在所述点的信号相等；

连接相邻段线路调整后的信号。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：对接收的信号进行指数时变增益得到增益后的信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：利用增益后的信号判断故障的类型和/或位置。

11.一种信号处理装置，其特征在于，该装置包括数模DA转换器、模数AD转换器、单端差分转换器、差分单端转换器、信号处理模块、逻辑单元，其中：

逻辑单元，用于控制DA转换器和AD转换器的操作。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块进一步用于连接相邻段线路调整后的信号。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块进一步用于控制AD转换器对接收的信号进行指数时变增益。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块进一步用于利用增益后的信号判断故障的类型和/或位置。

15.一种信号处理模块，其特征在于，该信号处理单元包括反射信号特性计算单元、线路噪声特性分析单元、匹配滤波器生成单元、分段匹配滤波单元，其中：

反射信号特性计算单元，用于计算待测线路中备段线路的反射脉冲信号特性，并提供给匹配滤波器生成单元；

16.根据权利要求15所述的信号处理模块，其特征在于，所述信号处理模块进一步包括

信号合成单元，用于连接相邻段线路调整后的信号。

17.根据权利要求15所述的信号处理模块，其特征在于，进一步包括：

控制单元，用于控制对信号进行指数时变增益，和/或利用增益后的信号判断故障的类型和/或位置。