发明内容
本发明克服现有TDR测试方法的不足,提供一种将CHIRP信号作为发送信号的TDR测试方法,在被测试线路的长度是未知的时候,不需要作反复的试探性测试,阻抗变换点的分辨能力增强。
本发明的技术内容:一种利用时域信号对网络传输线路进行测试的方法,其步骤包括:
(1)产生一个用于网络传输线路TDR测试的CHIRP发送信号;
(2)CHIRP发送信号经放大驱动到测试线路上,并从测试线路上接收反射的回波数据;
(3)对CHIRP发送信号和回波数据进行互相关运算;
(4)通过固定门限或自适应门限对运算结果切割测得测试线路的阻抗变换点。
进一步包括:对以太网线路进行测试时,CHIRP发送信号频率范围可取在1M-10MHz的范围内。
进一步包括:对ADSL线路进行测试时,CHIRP发送信号频率范围可选定为250K-1MHz。
自适应门限的计算方法为:
(1)对上述CHIRP发送信号和回波数据的运算结果的所有数据取绝对值;
(2)用步骤(1)产生的数据求平均值;
(3)用步骤(2)的数据乘一个系数k,得到自适应门限。
自适应门限的另一计算方法为:
(1)针对上述CHIRP发送信号和回波数据的运算结果,当要确定某一点的门限时,分别取这个点前、后各50个数据;
(2)对步骤(1)的101个数据取绝对值;
(3)用步骤(2)产生的数据求平均值;
(4)用步骤(3)的数据乘一个系数k,得到当前点的自适应门限;
(5)对所用的点采用步骤1到步骤4的方法分别求出各自得门限;
(6)如果某点的前或后不足50个数据的时候,在不足的方向上取所有的数据。
上述自适应门限的计算方法中k值的范围为:1.5-2.4。
本发明的技术效果:由于CHIRP信号的强自相关性,将CHIRP信号作为TDR测试原始发送信号,具有如下优点:
1、在被测试线路的长度是未知的时候,使用CHIRP信号不需要作反复的试探性测试。
回波信号的强度服从线路衰减特性,线路越长回波信号越弱。传统的测试方法会根据被测线路的长度对原始的发送信号强度或时间长度作适当的调整。同时在线路比较短的情况下必须保证放射信号到达接收端前,发送信号已经发送完毕。否则会产生时间混叠。在未知线路长度的情况下,必须作反复的试探性测试以确定线路的大致长度以便产生最佳的发送信号。
使用CHIRP信号时,在短距离的线路也可以使用比较长时间的原始发送信号,而不用担心回波信号会与原始发送信号在时间上产生重叠,且互相关运算结果的最大值点是原始发送信号与回波信号的互能量最大点,它远大于回波信号的幅值。对于距离比较长、线路衰减比较大的情况,可不必担心回波幅度太小而对对原始发送信号作比较大的相应调整。
2、连续阻抗变换点的分辨能力强。
由于CHIRP信号的自相关性非常强,在时间上的压缩比较大,使用长时间的发射信号也能区分两个距离比较近的阻抗变换点,不容易发生时域上的混叠现象。
3、抗干扰能力强。
接收到回波信号中包含原始发送信号的反射,同时也包含线路上的各种噪声。比如:热噪声、其他线路的耦合噪声、电磁辐射噪声等。如果采用普通的频域滤波器并不能达到最佳的滤波效果。实际上从滤波原理分析我们不难理解,以上所提到的相关运算还充当了一个最优滤波器的角色,使滤波效果达到最佳。因为接收到噪声与原始发送信号(也就是CHIRP信号)不相关或是相关性非常小,经过互相关运算,运算结果得到的信噪比是最高的,因此具有很强的抗干扰能力。
具体实施方式
一、CHIRP信号作为原始发送信号及基本算法原理说明:
用TDR测试方法能正确的区分连续阻抗变换点,但如果两个阻抗变换点的距离相距200米,那么在满足两路反射信号不发生时间混叠的情况下,原始发送信号的最大长度为1us左右,如果用1MHz的正弦信号的话,只能用一个周期的长度,在接收端即使收到回波信号也很难将连续阻抗变换点正确区分开。
使用CHIRP信号为网络传输线路TDR测试的发送信号,参考图2,CHIRP信号的自相关性比较强,在用户双绞线上可以做到1/16以上的时间压缩。从线路上被反射回来后的波形如图3,用这个被反射回来的信号与原始的发送信号做一个互相关运算,得到的结果如图4。
设反射的原始信号为Ai(a0 a1 a2…an)n=640,接收到的反射回波信号为Bj(b0 b1b2 bm)m为接收到回波的长度。那么互相关运算的结果:
j=m+n (公式1)
根据CHIRP信号的强自相关特性,得到的结果信号很容易在接收端被区分开来。表现在时间轴上存在突起,可以在突起的最高点位置获得正确的阻抗变换点。这样在短距离的线路也可以使用比较长时间的原始发送信号而不用担心回波信号会与原始发送信号在时间上产生重叠而带来的问题。且相关运算结果的最大值点是原始发送信号与回波信号的互能量最大点,也就是说此处的值与接收信号的能量成正比。他的值远大于回波信号的幅值。对于距离比较长、线路衰减比较大的情况,可不必担心回波幅度太小而对对原始发送信号作比较大的相应调整。
二、具体实施例如下:
1、产生一个CHIRP信号,其扫频范围可以根据具体的应用而作相应得调整,如对以太网线路进行测试时频率范围可取在1M-10MHz的范围内,本例中产生的CHIRP信号是用来对ADSL的线路进行测试:
频率范围选定为250K-1MHz;
系统的时钟采样率为:25M;
初始相位0度;
整个信号的平均电平为零。
整个信号的数字序列如下(共641个样点)。
-0.0000 0.0315 0.0631 0.0948 0.1265 0.1583 0.1900 0.2217 0.2533 0.2847
0.3160 0.3471 0.3780 0.4085 0.4388 0.4687 0.4982 0.5272 0.5558 0.5839
0.6114 0.6382 0.6645 0.6900 0.7148 0.7389 0.7621 0.7845 0.8060 0.8266
0.8462 0.8648 0.8823 0.8987 0.9141 0.9283 0.9413 0.9531 0.9636 0.9728
0.9808 0.9874 0.9926 0.9965 0.9989 1.0000 0.9995 0.9977 0.9943 0.9895
0.9831 0.9753 0.9659 0.9550 0.9426 0.9287 0.9133 0.8964 0.8781 0.8582
0.8369 0.8141 0.7900 0.7644 0.7375 0.7093 0.6797 0.6489 0.6169 0.5837
0.5494 0.5140 0.4776 0.4402 0.4019 0.3628 0.3228 0.2821 0.2408 0.1989
0.1564 0.1136 0.0703 0.0268 -0.0169 -0.0607 -0.1046 -0.1484 -0.1920 -0.2354 -0.2785
-0.3212 -0.3634 -0.4049 -0.4458 -0.4859 -0.5252 -0.5634 -0.6007 -0.6367 -0.6716 -0.7051
-0.7372 -0.7678 -0.7968 -0.8242 -0.8499 -0.8738 -0.8958 -0.9158 -0.9339 -0.9499 -0.9637
-0.9754 -0.9849 -0.9921 -0.9970 -0.9996 -0.9998 -0.9976 -0.9931 -0.9861 -0.9767 -0.9649
-0.9507 -0.9341 -0.9151 -0.8938 -0.8702 -0.8443 -0.8162 -0.7859 -0.7535 -0.7190 -0.6826
-0.6443 -0.6042 -0.5623 -0.5189 -0.4739 -0.4276 -0.3799 -0.3311 -0.2812 -0.2304 -0.1788
-0.1266 -0.0739 -0.0208 0.0325 0.0858 0.1390 0.1920 0.2446 0.2966 0.3478
0.3982 0.4476 0.4957 0.5425 0.5878 0.6314 0.6732 0.7131 0.7509 0.7865
0.8197 0.8504 0.8786 0.9040 0.9267 0.9464 0.9632 0.9769 0.9875 0.9949
0.9990 0.9999 0.9975 0.9917 0.9827 0.9703 0.9545 0.9356 0.9133 0.8879
0.8594 0.8278 0.7933 0.7559 0.7157 0.6730 0.6277 0.5801 0.5303 0.4784
0.4247 0.3693 0.3125 0.2543 0.1951 0.1350 0.0742 0.0131 -0.0483 -0.1096
-0.1707 -0.2312 -0.2910 -0.3499 -0.4075 -0.4637 -0.5181 -0.5707 -0.6212 -0.6693 -0.7148
-0.7576 -0.7975 -0.8342 -0.8677 -0.8976 -0.9240 -0.9466 -0.9654 -0.9802 -0.9909 -0.9975
-1.0000 -0.9982 -0.9922 -0.9819 -0.9674 -0.9487 -0.9259 -0.8989 -0.8680 -0.8333 -0.7948
-0.7527 -0.7071 -0.6583 -0.6064 -0.5517 -0.4944 -0.4348 -0.3730 -0.3093 -0.2441 -0.1777
-0.1102 -0.0421 0.0263 0.0948 0.1629 0.2305 0.2970 0.3623 0.4260 0.4878
0.5474 0.6044 0.6586 0.7097 0.7573 0.8014 0.8415 0.8776 0.9093 0.9365
0.9591 0.9768 0.9896 0.9973 1.0000 0.9975 0.9899 0.9770 0.9591 0.9361
0.9081 0.8753 0.8378 0.7957 0.7493 0.6988 0.6444 0.5865 0.5252 0.4609
0.3940 0.3248 0.2536 0.1809 0.1071 0.0325 -0.0424 -0.1172 -0.1915 -0.2649 -0.3369
-0.4071 -0.4751 -0.5405 -0.6029 -0.6620 -0.7172 -0.7684 -0.8152 -0.8573 -0.8943 -0.9261
-0.9525 -0.9732 -0.9881 -0.9971 -1.0000 -0.9969 -0.9876 -0.9724 -0.9511 -0.9239 -0.8909
-0.8523 -0.8083 -0.7592 -0.7052 -0.6467 -0.5840 -0.5174 -0.4474 -0.3744 -0.2989 -0.2213
-0.1422 -0.0619 0.0188 0.0997 0.1800 0.2592 0.3369 0.4125 0.4854 0.5553
0.6216 0.6837 0.7414 0.7942 0.8416 0.8833 0.9191 0.9486 0.9716 0.9879
0.9974 0.9999 0.9955 0.9840 0.9655 0.9402 0.9081 0.8696 0.8247 0.7738
0.7173 0.6555 0.5888 0.5177 0.4428 0.3644 0.2832 0.1998 0.1148 0.0288
-0.0576 -0.1437 -0.2289 -0.3124 -0.3938 -0.4723 -0.5474 -0.6184 -0.6848 -0.7460 -0.8016
-0.8510 -0.8940 -0.9300 -0.9589 -0.9802 -0.9939 -0.9998 -0.9977 -0.9877 -0.9699 -0.9442
-0.9109 -0.8702 -0.8225 -0.7680 -0.7071 -0.6404 -0.5683 -0.4915 -0.4104 -0.3259 -0.2385
-0.1490 -0.0581 0.0334 0.1248 0.2153 0.3042 0.3905 0.4737 0.5530 0.6277
0.6971 0.7606 0.8176 0.8677 0.9102 0.9449 0.9714 0.9893 0.9986 0.9991
0.9907 0.9735 0.9476 0.9132 0.8705 0.8200 0.7619 0.6968 0.6253 0.5480
0.4656 0.3788 0.2883 0.1951 0.0999 0.0036 -0.0928 -0.1885 -0.2826 -0.3742 -0.4624
-0.5464 -0.6253 -0.6984 -0.7649 -0.8242 -0.8757 -0.9188 -0.9531 -0.9783 -0.9939 -0.9999
-0.9962 -0.9827 -0.9594 -0.9267 -0.8848 -0.8341 -0.7750 -0.7080 -0.6339 -0.5533 -0.4670
-0.3759 -0.2808 -0.1828 -0.0827 0.0184 0.1194 0.2193 0.3171 0.4118 0.5023
0.5878 0.6672 0.7398 0.8048 0.8613 0.9089 0.9469 0.9750 0.9927 0.9998
0.9963 0.9821 0.9573 0.9221 0.8769 0.8222 0.7584 0.6862 0.6064 0.5199
0.4276 0.3303 0.2293 0.1256 0.0204 -0.0852 -0.1900 -0.2928 -0.3925 -0.4878 -0.5778
-0.6614 -0.7375 -0.8054 -0.8641 -0.9130 -0.9514 -0.9790 -0.9952 -1.0000 -0.9931 -0.9746
-0.9447 -0.9037 -0.8520 -0.7902 -0.7190 -0.6392 -0.5516 -0.4574 -0.3576 -0.2534 -0.1460
-0.0366 0.0733 0.1824 0.2895 0.3932 0.4923 0.5855 0.6716 0.7495 0.8183
0.8771 0.9251 0.9616 0.9862 0.9985 0.9983 0.9856 0.9604 0.9231 0.8740
0.8138 0.7431 0.6629 0.5740 0.4777 0.3751 0.2676 0.1564 0.0431 -0.0709
-0.1842 -0.2952 -0.4024 -0.5046 -0.6002 -0.6880 -0.7668 -0.8355 -0.8933 -0.9391 -0.9725
-0.9929 -1.0000 -0.9936 -0.9738 -0.9408 -0.8950 -0.8369 -0.7673 -0.6872 -0.5975 -0.4995
-0.3946 -0.2840 -0.1693 -0.0522 0.0658 0.1830 0.2979 0.4086 0.5138 0.6119
0.7014 0.7812 0.8499 0.9066 0.9505 0.9808 0.9971 0.9991 0.9866 0.9600
0.9194 0.8654 0.7987 0.7203 0.6313 0.5329 0.4266 0.3139 0.1964 0.0758
-0.0460 -0.1673 -0.2862 -0.4010 -0.5099 -0.6114 -0.7037 -0.7855 -0.8555 -0.9127 -0.9560
-0.9849 -0.9987 -0.9973 -0.9806 -0.9488 -0.9023 -0.8418 -0.7682 -0.6826 -0.5863 -0.4807
-0.3675 -0.2484 -0.1253 -0.0000
以上信号经D/A转换后放大、驱动到测试线路上。
2、从线路上接收到回波数据(如图3所示),对回波数据与第一步中的发送信号进行互相关运算(根据公式1)。得到计算结果(如图4所示)。可以看到在图4中在线条上面有5个比较明显的突起,这些突起不但带有反射点的时间信息,同时还携带有回波信号的能量信息。在图4的数据中,阻抗变换点的尖峰根据实际测试环境的不同,有时候可能负的(在坐标图上朝下)。
3、根据第二步的计算结果,在接收端使用一个自适应门限(δn(t))对其进行切割得到线路的阻抗变换点。
自适应门限的计算方法包括:
A、整体数据产生自适应门限的方法。
(1)对图4的所有数据取绝对值;
(2)用第1步产生的数据求平均值;
(3)用第2步的数据乘一个系数k(k=1.5-2.4)用来作为门限。
B、局部数据产生自适应门限的方法。
(1)用图4的数据,当要确定某一点的门限时,分别取这个点前、后各50个数据;
(2)对第一步的101个数据取绝对值;
(3)用第二步产生的数据求平均值;
(4)用第三步的数据乘一个系数k(k=1.5-2.4)用来作为当前点的门限;
(5)对所用的点采用步骤1到步骤4的方法分别求出各自得门限;
(6)如果某点的前(后)不足50个点数据的时候,那么前(后)有几个数据就用几个数据计算。
在接收端也可以使用一个固定门限对其进行切割得到线路的阻抗变换点。在本案例中,选2.5V作为固定门限,从图4中可以看出,幅值大于门限的脉冲一共有5个。其中左边第一个脉冲的最大值为发送时刻的起始点。右边的4个脉冲的最高点依次为第一、第二、第二、第三、第四个回波反射点,这四个回波反射点就是所要测试的线路的阻抗变换点。