CN104823063B - 用于定位高频信号传输路径中的缺陷点的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于定位信号传输路径中的在高频传输特性方面存在缺陷的点的方法，包括以下步骤：生成具有恒定频率f1的高频信号1和通过预定类型的调制来调制的信号；生成具有恒定频率f2的高频信号2；根据高频信号1和2来生成以具有频率fIM‑GENERATED的互调产物信号的形式的互调产物；将高频信号1和高频信号2在导入点处导入至信号传输路径；在导入点处接收以具有频率f的互调产物信号的形式的互调产物，该互调产物根据高频信号1和高频信号2在信号传输路径中的缺陷点处生成并反射回导入点，并且该互调产物与所生成的互调产物相对应；通过互相关来确定生成的互调产物信号f与接收到的互调产物信号f之间的时滞tx；以及根据时滞tx来计算导入点和在信号传输路径中将所接收到的信号反射的点之间的长度L。

Description

用于定位高频信号传输路径中的缺陷点的方法
技术领域
本发明涉及用于定位针对高频信号的信号传输路径中的缺陷点的方法，所述缺陷点在信号传输路径的高频传输特性方面存在缺陷。
背景技术
在针对高频信号的信号传输路径中，例如在移动电话基站中，信号传输路径包括例如高频信号线缆、高频插接连接器、雷电防护系统和/或用于广播高频信号的天线，如同在数学上可能的情况那样，或者如同由于个别部件的高频传输特性而会预料到那样，高频传输特性的测量经常示出朝着高频越来越恶化的减弱的传输性能。这使得需要对信号传输路径的整个系统进行耗时的故障定位搜索，以识别缺陷点，其中在缺陷点处，例如高频插头没有完全连接或被错误地装配、或者在高频信号线缆中存在破裂，这导致针对高频信号的非线性传输函数，从而导致信号传输路径的整个系统的高频信号传输特性的损伤。
发明内容
本发明要解决的问题是，设计一种上面提到的那种方法，以使得能够通过简单的方法同时以定位方面的高精确度来定位信号传输路径中的在高频传输特性方面有缺陷的点，由此简化故障排除。
根据本发明，通过具有在技术方案1中提出的方法步骤的上面提到的那种方法来解决上述问题。本发明的优选实施方式在其它权利要求中说明。
根据本发明，上面提到的那种方法包括以下方法步骤：
(a)生成步骤，用于生成具有恒定预定频率f1的第一高频信号和通过预定类型的调制来调制的信号；
(b)生成步骤，用于生成具有恒定预定频率f2的第二高频信号；
(c)生成步骤，用于根据第一高频信号和第二高频信号来生成具有频率fIM-GENERATED的互调产物信号的形式的预定互调产物；
(d)导入步骤，用于将第一高频信号和第二高频信号在预定导入点导入至信号传输路径；
(e)接收步骤，用于在预定导入点处接收具有频率fIM-RECEIVED的互调产物信号的形式的互调产物，该互调产物根据高频信号1和2在信号传输路径中的缺陷点处生成并被反射回导入点，并且该互调产物与在步骤(c)中生成的互调产物相对应；
(f)确定步骤，用于通过互相关来确定生成的互调产物信号fIM-GENERATED与接收到的互调产物信号fIM-RECEIVED之间的时滞tx；以及
(g)计算步骤，用于根据在步骤(f)中确定的时滞tx来计算所述导入点和信号传输路径中将步骤(e)中接收到的信号反射的点之间的长度L。
这具有以下优点：通过使用在信号传输路径的缺陷点处生成的互调产物，能够非常精确地定位该缺陷点而不需要在信号传输路径中机械介入，尤其不需要为了此目的而拆除或毁坏信号传输路径。由于能够在短时间内确定信号传输路径的哪个部件包含故障以及该故障在此部件内的位置，因此这显著简化了故障追踪处理并缩短了故障追踪处理的时间。从而以简单的方式来确定缺陷点的位置，而无需使用复杂的设备并且无需复杂的数学运算。
在步骤(b)中，利用通过预定类型的调制来调制的信号，生成第二高频信号(18)，从而能够实现在步骤(f)中尤其功能上可靠的互相关，其中可选地，调制信号和调制的类型与步骤(a)相同。
所使用的调制类型为幅度调制(AM)、频率调制(FM)、数字调制或相位调制(PM)，使得以(在设备方面)尤其简单和功能上可靠的方式来实施本发明。
在步骤(g)中根据公式L＝1/2*tx*c来计算长度L，其中，c是高频信号在信号传输路径中的传播速度，从而实现数学上尤其简单的长度L的确定。
在步骤(f)中，接收到的互调信号和生成的互调信号的相位位置彼此相对移动，直到调制信号全等为止，其中，根据为实现全等所需的相位移动来确定时间差tx，从而实现尤其简单、快速和功能上可靠的方法。
在步骤(c)中，生成具有频率fIM3-GENERATED＝2×f1-f2或者fIM3-GENERATED＝2×f2-f1的三阶互调产物IM3，并且，在步骤(e)接收相应的频率为fIM3-GENERATED＝2×f1-f2或者fIM3-GENERATED＝2×f2-f1的三阶互调产物IM3，从而实现使用简单技术设置的尤其精确的定位。
在信号传输路径的高频传输特性方面有缺陷的点包括以下至少一个点：在该点处存在高频传输阻抗的变化尤其是突然增加，在该点处电接触有缺陷、尤其存在比预定值大的接触电阻，在该点处存在针对高频信号的非线性传输函数。
在尤其优选的实施方式中，叠加的调制信号为噪声，尤其是伪噪声。
附图说明
以下参考附图更详细地说明本发明，其中：
图1示出根据本发明的方法的以流程图的形式说明的示例性实施例；以及
图2示出用在本发明的方法中的信号估计的图示。
具体实施方式
根据本发明的方法的以图1中的示例的方式表示的优选实施例，涉及对于在导入点10处电连接的信号传输路径(未示出)的关于影响高频传输特性的故障位置的分析。这些故障位置导致在高频信号传输方面的非线性传输函数。本方法利用如下的事实：在两个不同频率的高频信号在具有非线性传输函数的点同时相遇的情况下，这种非线性传输函数导致互调产物的生成。这些互调产物在这些点处生成，并且表示在信号传输路径中先前不存在的新的高频信号、而不是馈送信号的反射，该新的高频信号在这里称为互调信号或者还称为互调产物。
在第一块12“f1mod.”中，生成具有预定的恒定频率f1的第一高频信号14。在该第一高频信号14上调制尤其是低频信号或噪声的信号。这里例如将幅度调制用作为调制方法，但是还可以使用其它已知形式的调制，例如频率调制(FM)、数字调制或相位调制(PM)。
在第二块16“f2mod.”中，生成具有预定的恒定频率f2的第二高频信号18。此外，在该第二高频信号18上调制尤其是低频信号或者噪声的信号，调制信号和所选择的调制类型与第一高频信号14中的调制信号和调制类型相同。针对第一高频信号14和第二高频信号18的调制信号的相位位置也相同。在各情况中的调制信号具有比高频信号f1和f2低的频率。调制信号例如是频率分量在从20Hz至20kHz的范围内的低频信号。调制信号例如具有周期性信号波形。
在第三块“PA1”20中放大第一高频信号14，并且在第四块“PA2”22中放大第二高频信号18。在块20和22中放大后，两个高频信号14、18进入组合器24。组合器24使结合在一个线缆中的高频信号14、18进入至第五块26，该第五块26包括双重滤波器，并经由耦合器28将第一高频信号14和第二高频信号18在导入点10处馈送至信号传输路径。在这两个高频信号14、18穿过信号传输路径的途中，可能会遇到具有非线性传输函数的点，例如有缺陷的高频插接连接器、坏的焊接点或者线缆破裂处，从而根据两个高频信号14、18生成不期望的互调产物、例如三阶互调产物IM3。这些互调产物作为在信号传输路径中生成的信号或互调产物或者互调产物信号返回至导入点10。
通过第五块26，在导入点10处同时接收到在信号传输路径中生成的信号，并且借助双重滤波器将具有频率fIM-RECEIVED的三阶互调产物IM3 30滤出，并经由输出32输出。经由放大器(“LNA-低噪声放大器”)34和A/D转换器36使该接收到的IM3 30进入至第六块38。
在耦合器28中，将输入的第一高频信号14和第二高频信号18耦合，并且在第七块40“IM3Ref”中，根据这两个高频信号14和18生成具有频率为fIM-GENERATED(t)的三阶互调产物IM3 42。也使该生成的IM3 42经由放大器(“LNA-低噪声放大器”)44和A/D转换器46进入至第六块38。
根据公式fIM-GENERATED＝f1-f2，所生成的三阶互调产物IM3 42的频率fIM-GENERATED是根据第一高频信号14的频率f1和第二高频信号18的频率f2来得出。
对于接收到的互调产物IM3 30也与上述情况相同。互调产物30和42这两者还包括叠加的调制信号。然而，因为接收到的互调产物IM3 30还附加覆盖了从导入点10至具有非线性传输函数的点之间的距离L以及从具有非线性传输函数的点回到导入点10的距离L，因此接收到的IM3 30和生成的IM3 42由于行进时间差而在不同时刻出现在导入点10处。
在例如设计为FPGA(现场可编程门阵列)的块38中，将接收到的互调产物30和生成的互调产物42相互比较。这通过互相关来完成。确定接收到的互调产物30和生成的互调产物42的针对不同行进时间差t的互相关函数的值。此互相关函数针对行进时间差tx具有最大值。该行进时间差tx与针对这两个IM3 30和42的行进时间差相对应。这在图2中示出。这表示调制生成的IM3 42和接收到的IM3 30在时间上的发展。时间t输入在x轴48上，生成的IM3 42的幅度输入在第一y轴50上，接收到的IM3 30的幅度输入在第二y轴52上。
第一图形54表示生成的IM3 42的幅度在时间上的发展，第二图形56表示接收到的IM3 30的幅度在时间上的发展。由于IM3 30、42这两者具有相同的同相调制信号，因此两个幅度曲线相同。在两个信号30和42之间仅存在时滞tx 58。
现在可以通过使用这两个信号的互相关进行估计。针对作为互相关函数用的参数的不同的时间偏移t，参数t＝tx使得互相关函数的值最大。换言之，通过互相关，两个IM3信号30、42的幅度曲线54、56彼此相对于另外一个、即沿着时间轴48移动，直到两个幅度曲线54、56全等。所需要的偏移t与两个IM3信号30和42之间的行进时间差tx完全相对应。
通过公式L＝1/2*tx*c，可以根据该行进时间差tx，以简单的方式确定在导入点10和信号传输路径中的要被定位的缺陷点之间的长度L。其中，c是高频信号在信号传输路径中的传播速度。该距离L为从导入点10至信号传输路径中根据第一高频信号14和第二高频信号18生成三阶互调产物IM3 30的点的距离。
现在仅需要沿着信号传输路径10来测量距离或长度L，就能够精确地得出信号传输路径10内的具有影响信号传输路径10的高频传输特性的非线性传输函数的故障所处的位置。这可以是在高频线缆中的破裂处、或者天线中的故障处、或者有缺陷的高频插接连接器、或者有缺陷的焊接接合部。如果需要，可以将电长度L转换成机械长度。自然地，在信号传输路径中可能同时存在数个缺陷点；在这种情况下，获取数个时间偏移的接收到的互调产物IM3 30，并且这些互调产物IM3 30都能够被同时分析以使得能够确定数个行进时间差tx和数个距离L。新生成的互调产物用作接收到的信号的事实使得长度L仅与具有非线性传输函数的缺陷点相关，而不与高频信号的具有不同起因或不同来源的其它反射相关。
为了控制和数据输出的目的，将块38连接至计算机60。
在根据本发明的方法的由图1和图2表示的优选实施例中利用三阶互调产物IM3。然而，这仅以示例的方式使用，还可以使用其它互调产物，例如二阶(2*f1、2*f2、f1+f2、f2-f1)或四阶以上的互调产物。重要的是生成的互调产物fIM-GENERATED(t)和接收到的互调产物fIM-RECEIVED(t)相同，并且尤其是这两者以同相调制。
实际上，为了消除电子估计系统中所比较的高频信号30和42在信号传输路径之外在导入点10之前的行进时间，在第一次测量之前，对用于实施根据本发明的方法的装置进行校正。
可选地，针对生成的和接收到的IM3来设置频率转换器(下转换器)62，该频率转换器62将这些信号各自的频率转换成适合于LNA 34、44和A/D转换器36、46的频率。
可选地，可以针对第二高频信号18省去调制信号。所述调制信号已经由第一高频信号14包括在所估计的互调产物30和42中。

Claims (10)

1.一种用于定位针对高频信号的信号传输路径中的缺陷点的方法，所述缺陷点在信号传输路径的高频传输特性方面存在缺陷，所述方法包括以下步骤：
步骤(a)，生成具有恒定预定频率f1的第一高频信号(14)，在所述第一高频信号上通过预定类型的调制来调制信号，其中，调制的类型为幅度调制或数字调制，以及/或者调制的类型为噪声信号的叠加；
步骤(b)，生成具有恒定预定频率f2的第二高频信号(18)；
步骤(c)，根据调制后的第一高频信号(14)和第二高频信号(18)来生成具有频率fIM-GENERATED的互调产物信号(42)形式的预定互调产物；
步骤(d)，将调制后的第一高频信号(14)和第二高频信号(18)在预定导入点(10)处导入至信号传输路径；
步骤(e)，在预定导入点(10)处接收具有频率fIM-RECEIVED的互调产物信号(30)形式的互调产物，所接收的该互调产物在信号传输路径中的缺陷点处根据调制后的第一高频信号(14)和第二高频信号(18)生成并反射回所述导入点(10)，并且所接收的该互调产物与在步骤(c)中生成的互调产物相对应；
该方法的特征在于，还包括以下步骤：
步骤(f)，通过互相关来确定生成的频率为fIM-GENERATED的互调产物信号(42)与接收到的频率为fIM-RECEIVED的互调产物信号(30)之间的时滞tx；以及
步骤(g)，根据在步骤(f)中确定的时滞tx来计算所述导入点(10)和在信号传输路径中将步骤(e)中接收到的信号反射的点之间的长度L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，在所述第二高频信号(18)上通过预定类型的调制来调制信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(b)中与步骤(a)中的调制的类型相同。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(g)中，根据公式L＝1/2*tx*c来计算长度L，其中，c为高频信号在信号传输路径中的传播速度。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(f)中，接收到的互调产物信号(30)和生成的互调产物信号(42)的相位位置彼此相对移动直到两个互调产物信号(30、42)全等为止，其中，根据为实现全等所需的相位移动来确定时滞tx。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，生成具有频率fIM3-GENERATED＝2×f1-f2或者fIM3-GENERATED＝2×f2-f1的三阶互调产物IM3，并且在步骤(e)中接收相应的频率为fIM3-RECEIVED＝2×f1-f2或者fIM3-RECEIVED＝2×f2-f1的三阶互调产物IM3。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在信号传输路径的高频传输特性方面有缺陷的点包括以下至少一个点：在该至少一个点处存在高频特性阻抗的变化；在该至少一个点处电接触有缺陷；以及/或者在该至少一个点处存在针对高频信号的非线性传输函数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述噪声是伪噪声。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高频特性阻抗的变化是高频特性阻抗的突然增加。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在该至少一个点处电接触有缺陷是在该至少一个点处存在比预定值大的接触电阻。
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