JP5571242B2

JP5571242B2 - データ伝送ラインに対する電磁干渉を検出する方法およびデバイス

Info

Publication number: JP5571242B2
Application number: JP2013506619A
Authority: JP
Inventors: ドウルーガーグ，ブノワ; ベルトラン，アルノー; ドルメ，マルタン
Original assignee: アルカテル−ルーセント
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: KR101463728B1; US8644435B2; US20130142237A1; WO2011134936A1; CN102870335A; EP2383896B1; JP2013529429A; CN102870335B; EP2383896A1; KR20130020895A

Description

本発明は、データ伝送ライン、たとえばＤＳＬ回線に対する電磁干渉の影響に関連する問題を解決する方法およびデバイスの分野に関する。

多くの家電製品の電源部（ＰＳＵ）は、ＤＳＬ信号に関連する周波数の範囲内にあるスイッチング周波数で働くスイッチングコンバータを含む。そのようなスイッチングコンバータは、たとえばＤＳＬ信号を搬送する社内配線ネットワーク（通常は、非より線低カテゴリケーブル）の電磁干渉（ＥＭＩ）の一般的な源であることが知られている。ＤＳＬ性能は、そのような干渉のゆえに実質的に劣化する可能性がある。

現在、ＤＳＬ回線に影響する電源部関連問題の検出は、モデムによって測定される搬送波データの専門家による目視によってのみ実行することができる。

この分析は、専門家によって実行することだけができるので、顧客の不平の後に（反応の形）、顧客サポートのレベル２または３によって実行することだけができる。この分析を第１レベル顧客サポート（一般に必要な技術的技量を有しない）によってまたは自動化された先を見越した形で実行させることは、不可能である。

本発明の目的は、上記の問題のうちの少なくとも１つを解決する、データ伝送ラインに対する電磁干渉を検出する方法およびデバイスを提供することである。

これは、請求項１および１１の特徴によって達成される。

本発明の第１の態様によれば、通信ネットワークのデータ伝送ラインに対する電磁干渉、具体的にはクライアントサイトに配置された電源部によって引き起こされる電磁干渉を遠隔的に検出する方法であって、電源部が、スイッチング周波数を有するスイッチングコンバータ（たとえば、ＤＣ／ＤＣまたはＡＣ／ＤＣコンバータ）を含み、
− 所定の周波数範囲について、周波数の関数としてデータ伝送ライン上のノイズ信号のパワースペクトルをクライアントサイトで測定することであって、ノイズが、データ伝送ラインがデータ信号を搬送していない時に存在する、測定することと、
− ネットワークオペレータのサイトにあるリモートコンピューティング手段に測定されたノイズパワースペクトルを転送することと、
− リモートコンピューティング手段によって測定されたパワースペクトル内の周期性を判定することと、
− パワースペクトル内の周期性に基づいて、リモートコンピューティング手段によって電源部のスイッチング周波数を判定することと
を含む方法が開示される。

本発明の第１の態様の実施形態によれば、この方法は、ＹＩＮエスティメータを判定することであって、ＹＩＮエスティメータが、

また、

と定義され、Δｆが、周波数差値であり、ｘ_ｊが、離散信号周波数ｊの信号のパワースペクトル値であり、Ｎが、信号のパワースペクトルの所定の幅の中の離散信号周波数の個数である、判定することと、
− ＹＩＮエスティメータの最小値を判定することと、
− ＹＩＮエスティメータの最小値を電源部のスイッチング周波数に関連付けることと
をさらに含む。

好ましくは、前記最小値は、周波数０に対応する値とは異なる最小値である。

本発明の第１の態様の実施形態によれば、パワースペクトル内の周期性を判定することが、
− 測定されたパワースペクトルの自己相関関数を判定することと、
− 自己相関関数の最大値を判定することと、
− 電源部のスイッチング周波数を自己相関関数の最大値に関連付けることと
を含む。

好ましくは、前記最大値は、周波数０に対応する値とは異なる最大値である。

本発明の第１の態様の実施形態によれば、パワースペクトル内の周期性を判定することが、
− ノイズ信号のケプストラムを判定することであって、ケプストラムが、ノイズ信号のフーリエ変換の大きさの二乗の１０を底とする対数のフーリエ変換の二乗である、判定することと、
− ケプストラムの最大のピーク値に対応する周波数値を導出することと、
− 電源部のスイッチング周波数を周波数値に関連付けることと
を含む。

好ましくは、最大のピーク値は、周波数０に対応する値とは異なる最大ピーク値である。

本発明の第１の態様の実施形態によれば、パワースペクトル内の周期性を判定することが、
ａ．パワースペクトル内のピーク値および関連するピーク周波数の集合を検出することと、
ｂ．差値の集合を判定することであって、値が、ピーク周波数の集合の周波数の各対の間の差からなる、判定することと、
ｃ．差値の集合の類似する差値の出現の回数を数えることと、
ｄ．電源部のスイッチング周波数を出現の最大回数を有する差値に関連付けることと
を含む。

本発明の第１の態様の実施形態によれば、所定の周波数範囲が、ノイズ信号のパワースペクトル全体を含む。

本発明の第１の態様の実施形態によれば、この方法が、所定の幅の複数の異なる周波数範囲について複数回にわたって前に説明した方法のいずれかを実行することによって、ライン上の信号のどの周波数範囲が電源部によって影響を受けるのかを検出することであって、所定の幅が、ノイズスペクトル全体の幅より小さい、検出することをさらに含む。

本発明の第１の態様の実施形態によれば、この方法が、ライン上の信号のどの周波数範囲が電源部によって影響を受けるのかを検出することであって、
−

また、

と定義される２次元Ｙｉｎエスティメータを判定することであって、Δｆが、周波数差値であり、ｆ_０が、開始周波数であり、ｘ_ｊが、離散信号周波数ｊの信号のパワースペクトル値であり、Ｗが、パワースペクトルのうちでＹＩＮエスティメータが推定される部分の幅であり、この幅が、ノイズ信号のパワースペクトル全体より狭い、判定することと、
− ２次元エスティメータの２次元最小値区域を判定することと、
− ２次元最小値区域を電源部のスイッチング周波数および電源部によって影響を受ける周波数範囲に関連付けることと
を含む、検出することを含む。

また、

と定義される２次元Ｙｉｎエスティメータを判定することであって、Δｆが、周波数差値であり、ｆ_０が、開始周波数であり、ｘ_ｊが、離散信号周波数ｊの信号のパワースペクトル値であり、ｋが、所定の乗算係数である、判定することと、
− ２次元エスティメータの２次元最小値区域を判定することと、
− ２次元最小値区域を電源部のスイッチング周波数および電源部によって影響を受ける周波数範囲に関連付けることと
を含む、検出することを含む。

本発明の第１の態様の実施形態によれば、この方法が、所定の情報リスト内で判定されたスイッチング周波数を調べることを含み、リストが、電源部の所定のタイプおよびそれに関連するスイッチング周波数に関する情報を含み、これによって、電源部のタイプを識別する。

本発明の第１の態様の実施形態によれば、この方法が、電源部のタイプに関する情報を、リモートコンピューティング手段によってクライアントサイト上の少なくとも１つのクライアントデバイスに転送することを含む。

本発明の第１の態様の実施形態によれば、この方法が、ネットワーク管理目的での使用のためにスイッチング周波数を格納することを含む。

本発明の第２の態様によれば、通信ネットワークのデータ伝送ラインに対する電磁干渉、具体的にはクライアントサイトに配置された電源部によって引き起こされる電磁干渉を検出するリモートコンピューティング手段であって、電源部が、所定のスイッチング周波数を有するスイッチングコンバータを含み、
− 所定の周波数範囲について、周波数の関数として伝送ライン上のノイズ信号のパワースペクトル測定値をクライアントサイトから受信する受信手段であって、ノイズ信号が、伝送ラインがデータ信号を搬送していない時に存在する、受信手段と、
− パワースペクトル測定値内の周期性を判定し、パワースペクトル内の周期性に基づいて、電源部のスイッチング周波数を判定する、計算手段と
を含むリモートコンピューティング手段が開示される。

本発明の第２の態様の実施形態によれば、このリモートコンピューティング手段が、所定の情報リスト内で判定されたスイッチング周波数を調べる手段をさらに含み、リストが、電源部の所定のタイプおよびそれに関連するスイッチング周波数に関する情報を含み、これによって、電源部のタイプを識別する。

本発明の第２の態様の実施形態によれば、このリモートコンピューティング手段が、電源部のタイプに関する情報を、クライアントサイト上の少なくとも１つのクライアントデバイスに転送する手段を含む。本発明のさらなる態様は、従属請求項によって記述される。従属請求項からの特徴、独立請求項のいずれかからの特徴、および他の従属請求項の任意の特徴を、請求項によって定義される特定の組合せだけではなく、当業者が適切と考えるように組み合わせることができる。

添付図面は、本発明の実施形態を例示するのに使用される。

電源部の干渉をＱＬＮ（Ｑｕｉｔｅ−ＬｉｎｅＮｏｉｓｅ）によって表されるパワースペクトル内で視覚的に認識できる場合を示すグラフである。ＱＬＮパワーケプストラムを示すグラフである。本発明の実施形態による２次元エスティメータの使用を示す図である。本発明の実施形態に従って使用されるヒストグラムを示す図である。

それぞれの図面に関連して読まれる時の次の詳細な説明から、本発明の上記および他の有利な特徴および目的が明白になり、本発明がよりよく理解されるであろう。

周波数の関数としてのノイズパワースペクトルグラフ、より具体的にはＱＬＮグラフを表す図１に示されているように、ＰＳＵ関連干渉の主な特性は、影響を受ける周波数における周期性である。これを、スイッチングタイプのＰＳＵが通常は方形電流波形を生成するという事実によって説明することができる。放射される干渉のスペクトル内容は、ＰＳＵスイッチング周波数に対応する基本周波数およびその高調波のすべてからなる。

たとえばＰＳＵ内部フィルタのゆえに、または干渉の電力レベルがクロストークレベルまたはモデムノイズフロアすなわちモデムがその下で信号（ノイズ）を検出できないレベルより低いので、通常は、高調波のすべてが可視であるのではなく、基本周波数も可視でない場合があることに留意されたい。したがって、ＤＳＬ回線に影響するＰＳＵの通常のシグネチャは、通常、ＰＳＵスイッチング周波数と等しい周波数間隔によって規則正しい間隔をおかれた、高調波のシーケンスである。

本発明の実施形態では、この干渉を自動的に検出でき、干渉するＰＳＵの存在を演繹できる、方法およびデバイスを開示する。

本発明の第１の実施形態によれば、摂動された搬送波のリストに基づくアルゴリズムが開示される。

このアルゴリズムは、ＱＬＮグラフのピークに対応する、影響を受ける搬送波のリストを取り出すことを含む。

図１に示された測定値のこのリストは、たとえば、
５７、８３、１００、１１６、１３２、１４９、１６５、１８２、１９７、２１４、２３１、２３５、２４７
である。

ほぼすべてのピークが、約１６トーンのギャップによって分離されている（厳密には、ギャップは、正確に１搬送波の周波数分解能に起因して、１５、１６、または１７である可能性がある）。これを、たとえば、すべての検出されたピークの間の搬送波ギャップを計算することと、好ましくは＋１／−１搬送波の範囲内で、最も頻度の高い値をとることとによって、自動的に検出することができる。

まず、距離行列すなわち、ラジオ周波数干渉（ＲＦＩ）のすべての対の間の周波数の差を含む行列を計算する。この例では、１３個のＲＦＩが検出される。周波数の間の絶対差を含む１３×１３行列が生成される。

次に、ヒストグラムに、距離行列に含まれるデータを埋める（図４に示す）。ヒストグラムを埋める最大値は、１６の周波数距離について発生し、パワースペクトル、ここではＱＬＮ内で検出されたすべての高調波の基本周波数に対応する。

この例では、ＤＳＬ回線が、そのスイッチング周波数が１６ＤＳＬ搬送波（１６＊４．３１２５ｋＨｚ＝６９ｋＨｚ）と等しいＰＳＵによって影響を受けると結論することができ、４，３１２５ｋＨｚは、２つの隣接するＤＳＬ搬送波の間の周波数間隔である。

本発明の第２の実施形態によれば、パワースペクトルの自己相関関数が使用される。この自己相関は、式

によって定義され、Ｘ＝周波数ｊの信号であり、Δｆは、周波数の差である。

ＱＬＮの自己相関の最大値を見つけることによって、ＱＬＮの反復パターンの存在を検出することができ、これは、ＰＳＵのスイッチング周波数に対応し、あるいは、これをＰＳＵのスイッチング周波数に関連付けることができる。

第３の実施形態によれば、ノイズ信号のパワーケプストラムが使用される。定義により、信号のパワーケプストラムは、フーリエ変換の大きさの二乗の対数のフーリエ変換の二乗である。
Ｃｅｐｓｔｒｕｍ（ｘ）＝ＦＴ（ｌｏｇ（｜ＦＴ（ｘ）｜^２））^２

ＱＬＮは、既にノイズに対するフーリエ変換の大きさの二乗の対数なので、ＤＳＬ回線上のノイズのケプストラムは、ＱＬＮに対するフーリエ変換の二乗によって与えられる。
Ｃｅｐｓｔｒｕｍ＝ＦＴ（ＱＬＮ）^２

ケプストラムの最大値を見つけることは、信号の基本周波数を見つけることと同等である。これを、図１に示されたＱＬＮのパワーケプストラムである図２に示す。この図からわかるように、１６の周波数値にピークがあり、これは、実際に、ＤＳＬ回線に影響するＰＳＵの基本周波数に対応する。

第４の実施形態によれば、次の式によって定義されるＹＩＮエスティメータを使用することができる。

また、

第２の式は、信号と、ある周波数差（Δｆ）だけシフトされた同一の信号との間の差関数である。

第１の式は、エスティメータ関数ｄ’（Δｆ）であり、差関数の累加平均による正規化である。

このエスティメータ関数の最小値を見つけることは、入力信号の基本周波数を判定することを可能にし、この基本周波数を、ＰＳＵのスイッチング周波数に関連付けることができる。

これらの実施形態（ならびに、自己相関またはケプストラムを使用する実施形態）の主な欠点は、入力信号の実質的な部分が周期的ノイズの高調波によって影響を受ける場合に限って良好に動作することである。これらの実施形態は、信号のどの周波数範囲が電磁干渉によって影響を受けるのかを局所化することを可能にしない。

この制限を克服するために、第５の実施形態は、ＹＩＮエスティメータの変更された版を提供する。これによって、差関数が、スライディングウィンドウに沿って計算される。この方法は、その幅が信号幅より狭いウィンドウを選択することと、このウィンドウの内部でＹＩＮエスティメータを適用することとにおいて成り立つ。その後、ウィンドウをシフトし、シフトされたウィンドウ内でＹＩＮエスティメータを計算する。その後、ウィンドウがノイズ信号の終りに達するまで、もう一度ウィンドウをシフトするなどを行う。これは、計算ウィンドウが入力信号の上で左から右へスライドするかのように、あるビューで異なる開始点ｆ_０についてアルゴリズムを適用することを可能にする。上で説明したスライディングウィンドウ手法を、自己相関実施形態またはケプストラム実施形態の内容で適用することもできる。

数学的には、これを、

また、

として定式化することができる。

「スライディングウィンドウ」に基づくこのアルゴリズムでは、ウィンドウは、好ましくは十分な個数の観察された信号周期を含む。ゆっくり変化する信号（長い周期性）は、比較的大きいウィンドウが観察されることを必要とする。

この起こりうる制限を克服するために、第６の実施形態の方法は、ウィンドウ幅を周波数差Δｆに依存するものにする。これは、数学的には、たとえば、

また、

によって表すことができる。

第５および第６の実施形態による方法の出力は、２Ｄ空間である。この空間の最小値を見つけることは、妨害信号の基本周波数の判定ならびに影響を受ける周波数範囲の局所化を可能にする。これを、たとえば図３に示す。

周波数軸への最小区域の射影は、基本周波数（ＰＳＵスイッチング周波数）を与える。水平軸への射影は、パワースペクトルのうちで影響を受ける部分の判定を可能にする。

電磁干渉を先を見越して検出し、分析できることは、本発明の態様の利点である。

判定されたＰＳＵスイッチング周波数および市販ＰＳＵのスイッチング周波数のリストに基づいて、どのＰＳＵユニットがクライアントサイトに存在するのかを調べることによって、干渉を引き起こしているＰＳＵを識別できることは、本発明の態様の利点である。

リストは、たとえば、ＤＳＬモデム自体（または、通常はＤＳＬモデムの近くのＩＰＴＶセットトップボックス）のＰＳＵに関連する情報を含むことができる。

その後、この情報を、クライアントサイトのクライアントデバイスに供給することができる。それに基づいて、クライアントは、悪いケーブルを認識でき、あるいは、たとえば、それぞれのＰＳＵを別の位置に動かすことができる。

干渉周波数および／または関連するＰＳＵを、ネットワーク管理のためにネットワークオペレータ側のサーバで格納することもできる。その後、この情報を、適切な時にクライアントに転送することができる。

本明細書で説明するいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれる特徴の一部を含み、一部を含まないが、異なる実施形態の特徴の組合せは、当業者によって理解されるように、本発明の範囲に含まれ、異なる実施形態を形成することが意図されている。

本発明の原理を、上で特定の実施形態に関連して示したが、この説明が、添付の特許請求の範囲によって決定される保護の範囲の限定としてではなく、実施例として行われたに過ぎないことを明瞭に理解されたい。

Claims

通信ネットワークのデータ伝送ラインに対する電磁干渉を遠隔的に検出する方法であって、
所定の周波数範囲について、周波数の関数として前記データ伝送ライン上のノイズ信号のパワースペクトルをクライアントサイトで測定することであって、前記ノイズが、前記データ伝送ラインがデータ信号を搬送していない時に存在する、測定することと、
前記測定されたパワースペクトル内の周期性を判定することと、
前記パワースペクトル内の周期性に基づいて、前記電源部のスイッチング周波数を判定することと
を含み、
前記電磁干渉が、クライアントサイトに配置された電源部によって引き起こされ、前記電源部が、スイッチング周波数を有するスイッチングコンバータを含み、
前記方法は更に、
ネットワークオペレータのサイトにあるリモートコンピューティング手段に前記測定されたノイズパワースペクトルを転送することを含み、
前記周期性を判定すること及び前記スイッチング周波数を判定することが、前記リモートコンピューティング手段において起こり、
前記方法は、
ＹＩＮエスティメータを判定することであって、前記ＹＩＮエスティメータが、

また、

と定義され、Δｆが、周波数差値であり、ｘ _ｊが、離散信号周波数ｊの信号のパワースペクトル値であり、Ｎが、前記ノイズ信号のパワースペクトルの前記所定の幅の中の離散信号周波数の個数である、判定することと、
前記ＹＩＮエスティメータの最小値を判定することと、
前記ＹＩＮエスティメータの最小値を前記電源部のスイッチング周波数に関連付けることと
を含むことを特徴とする、方法。
所定の幅の複数の異なる周波数範囲について複数回にわたって請求項１に記載の方法を実行することによって、前記ライン上の信号のどの周波数範囲が前記電源部によって影響を受けるのかを検出することであって、前記所定の幅が、前記ノイズスペクトル全体の幅より小さい、検出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記所定の周波数範囲が、前記ノイズ信号のパワースペクトル全体を含む、請求項１または２に記載の方法。
所定の情報リスト内で前記判定されたスイッチング周波数を調べることをさらに含み、前記リストが、電源部の所定のタイプおよびそれに関連するスイッチング周波数に関する情報を含み、これによって、前記電源部の前記タイプを識別する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
電源部の前記タイプに関する情報を、前記リモートコンピューティング手段によって前記クライアントサイト上の少なくとも１つのクライアントデバイスに転送することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
ネットワーク管理目的での使用のために前記スイッチング周波数を格納することをさらに含む、請求項４または５に記載の方法。
通信ネットワークのデータ伝送ラインに対する、クライアントサイトに配置された電源部によって引き起こされる電磁干渉を検出するリモートコンピューティング手段であって、前記電源部が、スイッチングコンバータを含み、
所定の周波数範囲について、周波数の関数として伝送ライン上のノイズ信号のパワースペクトル測定値を前記クライアントサイトから受信する受信手段であって、前記ノイズ信号が、前記伝送ラインがデータ信号を搬送していない時に存在する、受信手段と、
前記パワースペクトル測定値内の周期性を判定し、前記パワースペクトル内の周期性に基づいて、前記電源部のスイッチング周波数を判定する、計算手段と
を含み、
前記計算手段は、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されていることを特徴とする、リモートコンピューティング手段。