EP2328288B1

EP2328288B1 - System zur Erkennung und Lokalisierung von Impedanzfehlanpassungen

Info

Publication number: EP2328288B1
Application number: EP10015153.9A
Authority: EP
Inventors: Fernando Perez Gonzalez; Miguel Angel Conde Balado; José Luis Ledo Gavieiro
Original assignee: Sistemas Integrados de Servicios de Telecontrol SL
Current assignee: Sistemas Integrados de Servicios de Telecontrol SL
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: PT2328288T; ES2380532A1; EP2328288A1; ES2826987T3; PL2328288T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Erkennung und Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen in einem SMATV-Netz.
Die Erfindung betrifft den Bereich der Reflektometrie im Frequenzbereich, konkret den Bereich Erkennung und Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen innerhalb von SMATV-Netzen (SMATV = satellite master antenna television; Gemeinschaftsfernsehantennenanlage), wobei ausschließlich Signale aus diesen Netzen verwendet werden, ohne dass irgendein anderes Signal durch das erfindungsgemäße System eingefügt wird.

Stand der Technik

Die Verteilungsnetze für TDT-Dienste und Satellitenfernsehsysteme enthalten je nach ihrer konstruktiven Ausgestaltung eine Vielzahl von Impedanzanpassungsmängeln (Impedanz-Fehlanpassungen) auf den Übertragungsstrecken, auf denen Hochfrequenzsignale von der Kopfeinheit bis zu der Benutzersteckdose übertragen werden. Die reflektierten Wellen erscheinen im Wesentlichen in allen jenen Diskontinuitäten, die in SMATV-Netzen vorhanden sind, das heißt in Verbindungen zwischen Verteilern, Ableitungselementen, Steckdosen und in Koaxialkabeln, dies aufgrund der Tatsache, dass die im Netz verwendeten Geräte nicht ideal sind. Dies kann zu Echos geringer Erkennungszeit führen, die sich in Schlüsselpunkten des Netzes befinden; und es kann auch eine andere Gruppe von Fehlanpassungen auftreten, die durch defekte oder nicht angeschlossene Kabel entstanden sind, durch den schlechten Zustand der Verteilelemente und auch durch schwierig zu identifizierende Fehler bei der Installation.
Die Wirkung einer Impedanzfehlanpassung an einer bestimmten Stelle eines SMATV-Netzes besteht darin, dass eine Reflexion oder ein Echo des Signals an diesem Punkt mit unterschiedlicher Amplitude und Phase generiert wird. Reflexionen können die Signalverteilung im restlichen Netz in konstruktiver oder destruktiver Form aufgrund der vorgenannten Änderung der Amplitude und Phase im reflektierten Signal beeinflussen. Daher kann ein Netz, das unangemessen behandelt hat unerwünschte Wirkungen zeigen. Als Ergebnis dieser Reflexionen kann das Signal in erheblichem Umfang in seiner Leistung beeinträchtigt werden, so dass einige der Dienstleistungen für einige Nutzer nicht erbracht werden können.
Dies gilt im Fall der Signale digitaler terrestrische Übertragung, insbesondere im Fall von Satellitensignalen, bei dem die Existenz von Techniken zum Schutz gegen Fehler aufgrund von Inter-Symbol-Interferenzen (ISI) sehr eingeschränkt ist.
Ein weiterer kritischer Fall besteht darin, wenn Daten über Koaxialkabel gesendet werden, wiederum weil Multipath-Phänomene zu Interferenzen zwischen Symbolen führen.
Obwohl die eigentliche Konstruktion dieser Netze gewöhnlich die Folgen der Existenz des Abprallens des Signals im restlichen Netz mildern kann, ist die Etappe notwendig, in der das Netz installiert wird, für den korrekten Empfang des Signals in diesen Netzen, um alle verzögerten Signale zu entdecken, die in der Etappe der Entwicklung bzw. des Aufbau vorgesehen sind oder nicht vorgesehen sind, und die ausgelöst wurden durch die nicht gesteuerten, zuvor kommentierten Motive.
Heute sehen die im Bereich der Erkennung von Impedanz-Fehlanpassungen verfügbaren Lösungen vor, dass die Position dieser Störungen durch das Einfügen eines bekannten Signals gewonnen wird, und durch den späteren Empfang (das Abfangen) des Signals, bewirkt durch die Abtrennung der Impedanzen. Logischerweise wird bei der Benutzung dieser Einrichtungen in SMATV-Netzen gearbeitet wo nicht ein anderes Signal eingefügt wird, das nicht ein Signal der eigentlichen Einrichtung ist. Es existieren verschiedene Szenarien, bei denen dies passiert. Die erste Situation ist diejenige, in der sich das Netz noch in der Phase der Installation befindet. In diesem Fall wird kein Signal an keinen der möglichen Benutzer des Netzes übertragen, so dass auch keine Möglichkeit besteht, störend auf die Bedürfnisse der Benutzer einzuwirken. Im zweiten Fall ist ein Netzwerk voll funktionsfähig, aber um die Reflexionen zu identifizieren ist es notwendig, das Signal der Kopfeinheit zu trennen, um nicht den Messvorgang zu beeinträchtigen. Natürlich ist dies eine unerwünschte Situation, weil sie bedingt, Dienstleistungen für verschiedene Benutzer, die mit dem SMATV-Netz verbunden sind, zu beenden.
Derzeit gibt es keine Technik, um die Herkunft der Impedanz-Fehlanpassungen im Netz zu erfassen, ohne dem Benutzer Dienstleistungen zu nehmen, die dieser nutzt. Daher wird es jedes Mal nötig, wenn man die Suche nach der Position der Abkopplungen oder Echos innerhalb eines SMATV Netzwerk beginnt, die Verbreitung des Signals einzustellen, womit der Empfang von Inhalten unterbrochen wird in jeder der Verteilsteckdosen, mit dem entsprechenden Nachteil für die Gruppe der Nutzer, die die angebotenen Dienste nutzen wollen.
Wie bereits ausgeführt, beruht der derzeitige Fokus für die Bestimmung der Präsenz von Fehlanpassungen bei der Anpassung von Impedanzen im Wesentlichen auf das Einfügen eines bekannten Signals in das Netz und auf dem späteren Empfang (Abfangen) der Reflexionen, die in Abkopplungen des Netzes (Reflektometrie) ihren Ursprung haben. Je nach Art der Domäne, in der gearbeitet wird, das heißt Zeit oder Frequenzen, gibt es zwei mögliche Wege zur Lösung des Problems. Die Reflektometrie im Bereich der Zeit (TDR) besteht in der Übertragung eines Impulses zu dem Gerät, das bewertet werden soll, und in dem Abfangen des reflektierten Signals in dem Gerät. Diese Technik wird häufig verwendet, um die Parameter der verlustbehafteten Übertragungsleitungen zu studieren, wie zum Beispiel im amerikanischen Patent US 006437578B1 mit der Bezeichnung, "Kabelverlustkorrektur der Entfernung zur Fehlerstelle und Zeitbereichsreflektometer-Messungen." Die Abtastraten bei der Erfassung (Abfangen) des Signals auf dem Gebiet der Reflektometrie im Zeitbereich setzen den Gebrauch von zu hohen Uhren voraus, was die Komplexität der Erkennungstools erhöht. Aufgrund von Einschränkungen des TDR-Systems, die Existenz von Fehlern in Funktion in Abhängigkeit von der Frequenz in dem zu analysierenden System zu überprüfen, ergibt sich eine ganz andere Vorgehensweise. Dies besteht in der bekannten Reflektometrie, die im Frequenzbereich (FDR) arbeitet. Dies ist eine sehr häufig verwendete Strategie in Messgeräten bedingt durch die Notwendigkeit einer niedrigeren Abtastrate (daher weniger komplex) und der vermehrten Maßnahme, die spektrale Variation der Prozessparameter zu beobachten. Diese Technik erzeugt spektrales Rauschen, gewöhnlich mit einem Ton oder einer Reihe von Tönen, so dass die Wirkungen von Impedanz-Fehlanpassungen über der Frequenz durch die Reflexion dieser Sinusoide erhalten werden. Beispiele für die Verwendung dieser Technik sind die US-Patente US 006868357B2 mit dem Titel "Frequency Domain Reflectometry for testing wires and cables utilizing in situ-connectors, passive conectivity, cable fray detection, and live wire testing" und US 006691051B2 mit dem Titel "Transient distance to fault measurement".
Im bekannten Frequenzbereich der Reflektometrie gibt es mehrere Varianten. So gibt es die Phasenerkennung FDR (PDFDR), die die Phasendifferenz zwischen den Wellen, die "stehende Wellen-Reflektometrie (Standing Wave Reflectometry SWR), die die Größe der stehenden Welle durch die Überlagerung der einfallenden und reflektierten Wellen produziert, berechnet die Größe der Wellen, die frequenzmodulierte kontinuierliche Welle (Frequenca-Modulated continuous wave, FMCW), die einen Satz von Sinusoiden verwendet, deren Frequenz linear erhöht wird, und die Mixed-Signal Reflectometry (MSR) wie im US Patent US007215126B2 dargestellt, mit dem Titel "Apparatus and method for testing a signal path from an injection point" und in "Mixed-Signal Reflectometer for Location o faults on Aging wiring", "Peijung Tsai et al, IEEE Sensors Journal, vol. 5, Nr. 6. Dezember 2005, eine Technik, die die Summe von zwei Sinuswellen verwendet, einer einfallenden und einer reflektierten, und welche die DC-Komponente extrahiert, die das Ergebnis ist, das Quadrat dieser Operation zu erhalten.
Zusätzlich zu den beschriebenen Werkzeugen gibt es noch andere Möglichkeiten für den Nachweis von Signalreflexionen für die gemeinsame Nutzung von Reflectometrie in Zeit und Frequenz. Dieser dritte Weg heißt Time-Frequency Domain Reflectometry (TFDR), siehe das europäische Patent EP 1477820 A2 mit dem Titel "Wire fault detection" oder die Veröffentlichung IEEE Transactions on Instrumentation and measurement, Bd. 54, Nr. 6, Dezember 2005 mit dem Titel "Application of time-frequency domain reflectormety for detection an localization of an fault on a coxial cable" von Yong-Juni Shin, und Edward J. Powers, mit Beispielen für deren Verwendung.
Der gemeinsame Punkt aller bisher beschriebenen Technologien ist die Anwendung eines Signals, das intern erzeugt wird, um die Messungen durchzuführen, und gelegentlich die Verwendung anderer Geräte, um die vorgeschlagenen Maßnahmen korrekt durchzuführen. Das Einfügen des Netzwerk-Signals und das Abfangen der Reflexionen ist an demselben physikalischen Punkt durchzuführen, dies mit Hardware-Komplexität, die notwendig ist, ein Gerät zu verwenden, um das reflektierte Signal von dem übertragenen Signal zu trennen. Dieser Ansatz ist nicht willkürlich, denn wenn das Signal an einer anderen Stelle im Netzwerk generiert wird, die ungleich der Stelle ist, an dem die Reflexion abgefangen wird, ist es wünschenswert, nicht nur die verschiedenen Komponenten der Erkennung, den Sender und den Empfänger mit Synchronisationsmechanismen zu versehen, sondern unerlässlich ist auch, das Netzwerk bis ins letzte Detail zu analysieren, um, ausgehend von beiden Signalen, die Wirkung und die Position der verzögerten Komponenten des Haupt-Signals vorhersagen zu können. Die Tatsache des Einfügens eines bekannten Signals im Netz und des Erfassens der Reflexion an der gleichen Stelle, stellt direkt Anforderungen an das Hardware-Design des betreffenden Gerätes und erhöht erheblich dessen Komplexität. Darüber hinaus erfordert die Lokalisierung des Ursprungs der reflektierten Wellen die Abtastung des Signals mit einer Geschwindigkeit, die hoch genug zu sein hat, um sehr nahe Echos zu unterscheiden. Je größer die räumliche Genauigkeit gewünscht ist, um so höher hat die Abtastrate zu sein. Darüber hinaus besteht ein weiterer der vielen Mängel der aktuellen Fehlanpassung-Erkennungseinrichtungen darin, wie man gesehen hat, dass es für das Gerät notwendig ist, ein bekanntes Signal in das Netzwerk einzugeben, und es ist angebracht, die zu erbringenden Dienste zeitweilig auszusetzen, was ohne jeden Zweifel ein Nachteil für den Benutzer ist.
Wenn schließlich das technische Personal, das für die Durchführung dieser Aufgaben verantwortlich ist, wünscht, die Suche nach Verzögerungen auf einen bestimmten Bereich des SMATV-Netzwerkes zu beschränken, hat eine physische Abschaltung der entsprechenden Netzbestandteile zu erfolgen, womit die Dienste, die die Benutzer dieser Netze eingeschränkt werden.
US 6,278,730B1 offenbart ein nicht-invasives digitales Kabeltestsystem. In diesem System ist eine Schätzung eines "in-phase error correlation signal", eines "quadrature error correlation signal" und eines "cross-correlation signal" erforderlich. Das System ist komplex ausgestaltet und umfasst unter anderen einen Entzerrer (Equalizer 236, 214, 752) und eine Demodulationseinheit (606).
US 6,687,632 B1 offenbart ein Verfahren zum Testen von CATV-Systemen. Das Verfahren setzt die Eingabe eines pseudo-aleatorischen Signals (gebildet durch die Schaltung 20) in das jeweilige System voraus.

BESCHREIBUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Erkennung und Ortung von Impedanz-Fehlanpassungen in einem SMATV-Netz zu schaffen, welches hinsichtlich seiner Hard- und Softwarestruktur einfach ausgestaltet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein System gelöst, das in den Ansprüchen definiert ist. Dabei wird lediglich die Spektralform der in einem SMATV-Netz übertragenen Kanäle genutzt, um eine Information über die Impedanz-Fehlanpassungen in diesem System, insbesondere wie in den Ansprüchen definiert, zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung hat eine Vielzahl von Vorteilen.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch ein System zur Erkennung und zur Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen in einem SMATV-Netz gemäß Patentanspruch 1 gebildet.
Damit wird der Vorteil erzielt, dass kein Signal in das SMATV-Netz einzugeben ist, was auch mit dem weiteren Vorteil geringerer Komplexität und geringerer Kosten für das System verbunden ist.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das System in der Weise ausgestaltet ist, dass die Auflösung der Raumerkennung, die verwendete Bandbreite und der Rang der Raumerkennung variiert werden.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das System in der Weise ausgestaltet ist, dass die Ergebnisse, die in unterschiedlichen Messungen an diversen Punkten des SMATV-Netzes ermittelt wurden, miteinander verglichen werden. Damit wird der Vorteil erzielt, dass die Herkunft der verschiedenen Impedanz-Fehlanpassungen im Fall nicht eindeutiger Situationen unterschieden werden kann.
Im Folgenden werden die Vorteile und die Eigenschaften der Erfindung anhand der folgenden Beschreibung erläutert, in der auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird.
Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm, das Einzelheiten des Systems und des Verfahrens zur Erkennung und zur Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen zeigt. Im Punkt 101 wird das Spektrum des Signals gewonnen, das zur Erkennung und zur Lokalisierung der Position der Fehlanpassungen verwendet wird. Das gewonnene Spektrum enthält eine Information über das Vorliegen von Impedanz-Fehlanpasungen im Netz entsprechend der folgenden Gleichung: $X_{rec} (ω) = X (ω) + \sum_{k = 1}^{K} \{ρ_{R_{k}} X (ω) + ρ_{I_{k}} \overset{⌢}{X} (ω)\} e^{{jωτ}_{k}}$
In der vorgenannten Gleichung entspricht X_rec (ω) der Fouriertransformation des an einem konkreten Punkt eines SMATV-Netzes empfangenen Signals, in dem K Impedanz-Fehlanpassungen bestehen. X(ω) ist die Fouriertransformierte des Signals, das dem SMATV-Netz übergeben wird, ohne dass eine Modifikation durch die Wirkung der Fehlanpassungen vorliegt (
ist die Hilbert-Transformierte), ρ_Rk y ρ_Ik sind die Real- bzw. Imaginärteile eines jeden der K Reflexionskoeffizienten, die den verschiedenen Impedanz-Fehlanpassungen im SMATV-Netz zugeordnet sind und τ_k ist die Verzögerung einer jeden Replik, die durch dieses Fehlanpassungen bezüglich des direkten Signals X(ω) gebildet ist.
Die maximale Bandbreite des verwendeten Signals ist begrenzt auf den entsprechenden Rang der Verbreitung oder Signale innerhalb eines SMATV-Netzes, wobei es möglich ist, eine geringere Bandbreite zu verwenden. Die verwendete Bandbreite ist direkt verbunden mit der Zeitauflösung, die verwendet wird bei der Erkennung der Reflexionen entsprechend der Gleichung Tc = 1/B, wobei Tc die Periode des zeitlichen Abtastens und B die Bandbreite des verwendeten Signals ist. So weisen die Raumauflösung der vorliegenden Erfindung und die Zeitauflösung eine proportionale Beziehung auf, abgeleitet aus der Gleichung D = vp·Tc, wobei D die Raumauflösung und vp die Geschwindigkeit der charakteristischen Ausbreitung des Koaxialkabels ist. Nachdem das Spektrum des Signals gewonnen ist, gewinnt man das Modul dieses Spektrums im Block 102. Nachdem das Spektrum des ausgewählten Signals gewonnen ist, wird im Block 103 eine Reduktion des Geräusches vorgenommen, das in dem Spektrum vorliegt. Das resultierende Signal ist Gegenstand von Spektraltransformationen im Block 104, wo die Erhebung des Signalmoduls um einen Faktor n im Block 1041 erfolgt, wobei der Wert n = 2 lediglich ein nicht einschränkendes Beispiel eines auszuwählenden Faktors dargestellt. So ergibt sich am Ausgang dieses Blockes ${|X_{rec} (ω)|}^{2} = {|X (ω)|}^{2} {|H (ω)|}^{2}$
mit ${|H (ω)|}^{2} = {|1 + \sum_{k = 1}^{K} \{ρ_{R_{k}} + ρ_{I_{k}} e^{- j \frac{π}{2}}\} e^{{jωτ}_{k}}|}^{2}$
In der letztgenannten Gleichung ergibt sich, wenn das Quadrat des Moduls entwickelt wird, die folgende Gleichung: ${|H (ω)|}^{2} = 1 + \sum_{k = 1}^{K} A_{k} \cos ({ωτ}_{k}) + 2 \sum_{k = 1}^{K - 1} \sum_{r = k}^{K} B_{k} \cos (ω |τ_{k} - τ_{r}|) + {\sum_{k = 1}^{K} |α_{k}|}^{2}$
wobei A_k und B_k Konstanten sind, die den Einfluss eines jeden Koeffizienten der Impedanz-Fehlanpassungen umfassen, die in dem SMATV-Netz vorhanden sind hinsichtlich einer jeden Verzögerung τ_k , die durch eine konkrete Fehlanpassung gebildet ist. Auf diese Weise ergibt sich, dass die Wirkung der Fehlanpassungen auf das Spektrum des in dem SMATV-Netzes übertragenen Signals sich umsetzt in deren Multiplikation durch die Summe einer Reihe von Signalen, die aus Sinusoiden abgeleitet sind.
Nachdem das Signal am Ausgang des Blockes 1041 gebildet ist, dient dieses als Eingangssignal für den Block 1042, in dem eine Transformation des Spektrums vorgenommen wird, das ermöglicht, das über das SMATV-Netz übertragene Signal von den Wirkungen des Netzes besser abzukoppeln. Ein nicht einschränkendes Beispiel ist die Anwendung einer logarithmischen Funktion, ein Logarithmus auf der Basis 10, was ermöglicht, die Wirkung der Fehlanpassung auf das übertragende Signal abzutrennen.
Wendet man diese Transformation auf die vorhergehenden Gleichungen an, so ergibt sich folgende Gleichung $\begin{array}{l} 10 \log_{10} {|X_{rec} (ω)|}^{2} & = & 10 \log_{10} ({|X (ω)|}^{2} {|H (ω)|}^{2}) \\ = & 10 \log_{10} ({|X (ω)|}^{2}) + 10 \log_{10} ({|H (ω)|}^{2}) \end{array}$
wobei $10 \log_{10} ({|H (ω)|}^{2}) = 10 \log_{10} (1 + 2 \sum_{k = 1}^{K} A_{k} \cos ({ωτ}_{k}) + 2 \sum_{k = 1}^{K - 1} \sum_{r = k}^{K} B_{k} \cos (ω |τ_{k} - τ_{r}|) + \sum_{k = 1}^{K} {|α_{k}|}^{2})$
Berücksichtigt man die Taylorapproximation der Neperiano-Logartihmusfunktion $\ln (1 + x) = \sum_{n = 1}^{\infty} \frac{{(- 1)}^{n + 1}}{n} x^{n}$
und die entsprechende Beziehung mit dem Logarithmus auf Basis 10 $\log_{10} (x) = \frac{\ln (x)}{\ln (10)},$
impliziert das Ergebnis, den Logarithmus auf das Signal |X_rec (ω)|² anzuwenden, die Umwandlung des Produkts |X(ω)|² y |H(ω)|² in eine Summe zu der Zeit, die diese letzte Funktion fortführt, wobei diese gebildet wird durch eine Kombination der Signale, die aus Sinussoiden abgeleitet ist.
Nachdem diese Transformationen angewendet worden sind, wird die Inverse Fouriertransformierte (IFT) von N Punkten (Block 105) gebildet. Die Zahl N begrenzt den Rang der erkennbaren Fehlanpassungen auf N·D/2, da die Anwendung von IIFT auf ein wirkliches Signal angewendet wird und man eine komplexes symmetrisches Signal erhält, so dass man die Hälfte der Punkte ausschließen kann.
Als Ergebnis dieses Blockes wendet man einen Prozess der Zeitantwort 106 an, der darin besteht, das Modul 1061 des sich ergebenden komplexen Signals zu gewinnen und die spätere Erhebung auf eine bekannte Potenz 1062. Das Ergebnis wird umgesetzt in eine Mehrzahl von Maxima, deren Zeitposition jeder der Verzögerungen τ_k entspricht, die jeder Impedanz-Fehlanpassung im SMATV-Netz entspricht.
Nachdem die Ergebnisse der vorerwähnten Blöcke gebildet worden sind, wird eine Normierung 107 gebildet, die einen Vergleich zwischen verschiedenen Messungen ermöglicht, die im gesamten SMATV-Netz vorgenommen werden.
Das sich ergebende Signal ist ähnlich dem Signal, das in Figur 4 wiedergegeben ist, wo wegen der Periodizität des Eingangsspektrums, wie aus Figur 8 zu ersehen ist, falsche Positiva auftreten können, die leicht mit tatsächlichen Impedanz-Fehlanpassungen verwechselt werden können. Diese falschen Positiva können in einfacher Weise erkannt werden durch Berechnung der Periodizität des Eingangsspektrums und sie können entfernt werden, durch Vergleich der Spektren, die an verschiedenen Punkten des SMATV-Netzes gebildet wurden und wobei die Differenz als Eingang des Systems gemäß der Erfindung verwendet wird, wobei Ergebnisse erzielt werden die in Figur 5 dargestellt sind.
Der Prozess der Erkennung und der Lokalisierung der Impedanz-Fehlanpassungen endet mit der Erkennung der Maxima in dem Signal 108 und mit der Gewinnung der Spezialposition, die mit der zeitlichen Verzögerung der verschieden Maxima des Signals verbunden ist.

Beschreibung der Figuren

Figur 1: Erkennung von Impedanz-Fehlanpassungen
101, OE: Bildung (Gewinnung) des Spektrums
102: Block der Bildung des Spektrummoduls
103: Geräuschreduktion.
104: Transformation des Spektrums
105: Inverse Fourier-Transformation von N Punkten
106: Bearbeitung der Zeitantwort
107: Normierung.
108, DM: Erkennung von Maximalwerten

Figur 2: Spektraltransformationsblock
1041: Block der Quadratbildung
1042: Block der Transformation des Spektrums

Figur 3: Block der Bearbeitung der Zeitantwort
1061: Block der Bildung des Spektrummoduls
1062: Block der Quadratbildung

Figur 4: Komponenten, die sich aus der Form des Eingangssignals ergeben

Figur 5: Erkennung der Position der Impedanzfehlanpassungen.

Figur 6: SMATV-Netz, in dem TV-Signale oder ein anderes bekanntes Signal gemessen wird
201: Satellitensignalantenne
202: Mischer
203: Ableitungskomponenten
204: Verteilungsnetz
205: Benutzungssteckdosen
206: Lokalisierungseinrichtung
207: Koaxialkabel

Figur 7: Ausführungsbeispiel der Erfindung
301: Eingangsanschluss des Signals
302: Einrichtung zur Energie-Erkennung
303: Mischer
304: Bandpassfilter
305: Lokaloszillator für Zwischenfrequenzsignal
306: Automatische Verstärkungsregelungsschaltung (AGC)
307: Analog-Digital-Wandler (A / D)
308: Mikroprozessor-Steuerung
309: Schnittstelle mit Benutzer
310: Optisches Endgerät
311: FPGA

Figur 8: Sätze von Satellitenprogrammen im ZF-Band FI

Figur 9: Weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
401: Satelliten-Signal Antenne
402: Mixer
403: Ausschnitt aus einem Verteilnetz unbekannter Netztopologie
404: Ableitungselement
405: Koaxialkabel unbekannter Länge
406: Einrichtung zur Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen
407: Verteilnetz

Figur 10: Weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
501: Satelliten-Signal-Antenne
502: Mixer
503: Ausschnitt aus einem Verteilnetz unbekannter Netztopologie
504: Ableitungselement
505: Koaxialkabel unbekannter Länge
506: Einrichtung zur Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen
507: Verteilnetz

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

Im Folgenden wird eine bevorzugte beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung beschrieben, ohne dass andere Ausführungsformen der Erfindung ausgeschlossen werden. Die nachfolgende Beschreibung veranschaulicht die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand einer von vielen Ausführungsformen.
Ein nicht einschränkendes Beispiel der bevorzugten Ausführungsform wird nun anhand der folgenden Figuren beschrieben:
Es zeigt

Figur 6: in vereinfachter Darstellung den Weg des Signals in einem SMATV-Netz bis zu dem erfindungsgemäßen System der Erkennung und der Lokalisierung von Fehlanpasungen;
Figur 7: ein Schema des Systems zur Erkennung und Lokalisierung von Fehlanpassungen gemäß der Erfindung;
Figur 8: ein Beispiel eines Spektrums, das zur Erkennung und Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen verwendet wird,
Figur 9: die Verwendung des erfindungsgemäßen Systems zur Messung der Länge eines Koaxialkabels; und
Figur 10: die Verwendung des erfindungsgemäßen Systems zur Erkennung der Entfernung zu einem Ausfall.

Figur 6 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines SMATV-Netzwerks, in welchem die Erkennung und die Lokalisierung von Fehlanpassungen erfolgt. Der Block 201 entspricht einer Satellitensignal-Empfangsantenne, die das im ZF-Band empfangene Signal in den Bereich zwischen 950 und 2150 MHz positioniert. Das Signal aus dem Block 201 wird mit einem terrestrischen TV-Signal gemischt und an das Verteil-Netz 204 übertragen. Die Fehlanpassungen in den Ableitungskomponenten 203 und in den Steckdosen 205 werden auf das Eingangssignal im Netz 204 summiert, sie werden übertragen über das Koaxialkabel 207 bis zu dem System 206 zur Erkennung und Lokalisierung der Fehlanpassungen.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung des Systems der Erfassung und Lokalisierung von Fehlanpassungen. Das Signal kommt in das System über 301. Der Block 302 ist eine Einrichtung zur Erkennung der Energie (Power-Detektor), die dazu dient, das Modul 308 zu informieren, das an dem Eingang ein Signal anliegt. Das Modul 308 ist das Herzstück des Systems und seine Mission ist es, die Schritte zu ordnen, die die anderen Blöcke, die Teil des globalen Systems sind, zu folgen haben in Abhängigkeit von Benutzer-Instruktionen angezeigt über die Schnittstelle 309, sowie die Schritte des Power-Detektors 302. Das HF-Signal wird auf eine bekannte Zwischenfrequenz umgesetzt, mittels des Oszillators 305 und des Mischers 303. Das Bandpassfilter 304 hat die Aufgabe, die Bandbreite, die bei der Bildung des Spektrums verwendet wird, zu begrenzen, wodurch das Signal, das den benachbarten Frequenzen entspricht, eliminiert wird, so dass nur das interessierende Band verbleibt, das von dem Analog-Digital-Wandler 307 digitalisiert wird.
In diesem Anwendungsbeispiel der Erfindung wird vorab der Verstärkungspegel des Signals mit einer Verstärkungsregelung 306 angepasst, um so den gesamten dynamischen Bereich des Analog-Digital-Wandler abzudecken und somit die Quantisierungsfehler zu reduzieren. Nach der Digitalisierung wird das Signal an das System 311 gegeben, in dem die notwendigen Abtastwerte genommen werden, um das Spektrum des Frequenzbereichs, mit dem gearbeitet wird, zu erhalten. Nachdem die Abtastwerte erfasst sind, erhält man ihre Frequenzantwort und diese wird dem System 308 übermittelt, wobei irgendeine passende Kommunikationsschnittstelle verwendet wird. In diesem nicht einschränkenden Beispiel ist das System 311 eine FPGA (Field Programmable Gate Array). Das System 308 berechnet den Ort der Impedanz Fehlanpassungen. Der Block 308 wird auch die Frequenz des Signals anpassen für die Erfassung des Signals und so das Spektrum des Satellitenbandes formen, ein Beispiel eines resultierendes Spektrums ist in Figur 8 dargestellt.
Der Benutzer der vorliegenden Erfindung kann mit den Block 308 über die Benutzeroberfläche 309 kommunizieren.
Figur 9 zeigt eine Situation, in der die vorliegende Erfindung verwendet wird. Diese Darstellung stellt keine Einschränkung weder hinsichtlich der Umsetzung noch hinsichtlich des Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung dar. Das dargestellte System misst die unbekannte Länge L eines Kabels 406, das sich in einem SMATV Netz 407 befindet, in dem ein Bereich 403 besteht, dessen Topologie nicht bekannt ist. Das Kabel 406 sowie das System 406 zur Erkennung und Lokalisierung von Fehlanpassungen sind mit einer Weiche (Ableitelement) 404 verbunden.
Figur 10 zeigt, als Beispiel, ein System, das die unbekannte Entfernung zur Fehlerstelle LF innerhalb eines Kabels 505 der Länge Lc, das in einem SMATV-Netz 507 angeordnet ist. Das Netz weist einen Teil 503 auf, dessen Topologie nicht bekannt ist. das Kabel 505 sowie das System 506 zur Erkennung und Lokalisierung von Fehlanpassungen sind mit einer Weiche (Ableitelement) 504 verbunden.
Diese bevorzugte Ausführungsform, die keine Einschränkung auf die Umsetzung der Erfindung oder den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung darstellt, betrifft ein System zur Erkennung und Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen in SMATV-Netzwerken.
Das erfindungsgemäße System ist in der Weise ausgestaltet, dass Eingangssignale in einem SMATV-Netz Signale sind, die nicht durch bzw. in das System von außen eingegeben werden.
Es werden systeminterne Signale zur Erkennung und Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen verwendet.

Claims

System zur Erkennung und Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen in SMATV-Netzen, welches umfasst:
- einen Radiofrequenzeingang (301) zum Empfangen eines Signals in einem Punkt des SMATV Netzes;

- eine Einrichtung (302) zur Erkennung von Energie dieses Signals;

- eine Mischstufe (303) zum Umsetzen dieses Signals;

- ein Bandpassfilter (304) zum Filtern des umgesetzten Signals;

- eine automatische Verstaerkungsregelungs-Schaltung (306) zum Anpassen des gefilterten Signals;

- einen Analog-Digital-Wandler (307) zur Digitalisierung des angepassten Signals;

- ein Modul zur Erkennung und Lokalisierung von Impedanzfehlanpassungen (308, 311), welches umfasst:
einen ersten Block (101), der zur Berechnung eines Spektrums des durch den Analog-Digital-Wandler digitalisierten Signals konfiguriert ist;

einen zweiten Block (102), der zur Berechnung eines Moduls des Spektrums des Signals konfiguriert ist;

einen dritten Block (103), der zur Reduzierung des Rauschens des Moduls des Spektrums des Signals konfiguriert ist;

einen vierten Block (104), der zur Spektrumtransformation des rauschreduzierten Moduls des Spektrums des Signals konfiguriert ist, wobei die Spektrumtransformation das Durchführen einer Operation (1041, 1042) mit dem rauschreduzierten Modul zur n-ten Potenz umfasst;

einen fünften Block (105), der zur Berechnung einer inversen Fouriertransformierte (IFT) des transformierten rauschreduzierten Moduls des Spektrums des Signals konfiguriert ist;

einen sechsten Block (106), der zur Berechnung eines Moduls zur n-ten Potenz der inversen Fourier-Transformation des transformierten rauschreduzierten Moduls des Spektrums des Signals konfiguriert ist; und

einen siebten Block (108), der zur Erkennung und Lokalisierung von Impedanzfehlanpassungen im SMATV-Netz auf der Positionen von Maxima im Modul zur n-ten Potenz der inversen Fourier-Transformation des transformierten rauschreduzierten Moduls des Spektrums des Signals konfiguriert ist.
System nach Anspruch 1, wobei eine räumliche Auflösung der Detektion, eine verwendete Bandbreite und ein räumlicher Detektionsbereich zur Detektion und Lokalisierung von Impedanz-Fehlanpassungen eingestellt werden können.
System nach Anspruch 1, das ferner einen achten Block zur Durchführung einer Normalisierungsoperation (107) des Moduls auf die n-te Potenz der inversen Fourier-Transformation des transformierten rauschreduzierten Moduls des Spektrums des Signals (106) umfasst, wobei das System konfiguriert ist, um in verschiedenen Punkten des SMATV-Netzwerks erfasste und lokalisierte Impedanzfehlanpassungen zu vergleichen.