JP6034978B2

JP6034978B2 - Ｈｆ信号伝送路における欠陥位置を特定する方法

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Publication number: JP6034978B2
Application number: JP2015544368A
Authority: JP
Inventors: エンツフェルナークリスティアン; カインドルベンヤミン
Original assignee: ローゼンベルガーホーフフレクベンツテクニークゲーエムベーハーウントツェーオーカーゲー
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: WO2014082690A1; DE102012023448A1; KR101961757B1; JP2016506120A; US9331726B2; CN104823063B; TW201421039A; CA2891480C; EP2926152B1; TWI582439B; KR20150090893A; US20150318879A1; CN104823063A; EP2926152A1; CA2891480A1

Description

本発明は、高周波数信号の信号伝送路における、信号伝送路の高周波数伝送特性に関して欠陥がある位置を特定する方法に関する。

例えばモバイル電話基地局におけるＨＦ信号の信号伝送路において、信号伝送路が例えばＨＦ信号ケーブル、ＨＦプラグコネクタ、雷保護システム及び／又はＨＦ信号を送信するためのアンテナを備えている場合、ＨＦ伝送特性測定値は、数学的には有り得るもの、又は、個々のコンポーネントのＨＦ伝送特性から予測されるものより、高周波数に近づくにつれてより劣化する、伝送性能の低下を示すことが多い。これは、例えばＨＦプラグが十分に接続されていなかったり、間違って組み付けられていたり、又はＨＦ信号ケーブルに破断があり、その位置においてＨＦ信号の非線形伝送機能（non-linear transmission function）が生じて、それが信号伝送路のシステム全体のＨＦ信号伝送特性を損なうことになる欠陥位置を特定するために、信号伝送路のシステム全体から、欠陥位置を特定する時間がかかる調査を必要とする。

本発明は、信号伝送路においてＨＦ伝送特性に関して欠陥がある位置を、位置特定に関して単純な手段で、かつ同時に非常に高精度で位置特定でき、従ってトラブルシューティングを簡易化する、上述の種類の方法を設計するという課題に基づいている。

本発明により、この課題は、請求項１に規定された方法ステップを有する上述の種類の方法によって解決される。本発明の有利な実施形態は、他の請求項に記載される。

本発明によれば、上述した種類の方法は以下の方法ステップを含む、
（ａ）一定の所定周波数ｆ_１を有する第１のＨＦ信号と、所定方式の変調により変調された信号とを発生するステップ、
（ｂ）一定の所定周波数ｆ_２を有する第２のＨＦ信号を発生するステップ、
（ｃ）第１と第２のＨＦ信号から、周波数ｆ_{ＩＭ−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ}を有する相互変調積信号の形式での所定の相互変調積を発生するステップ、
（ｄ）第１のＨＦ信号と第２のＨＦ信号を、所定の導入位置において信号伝送路へ導入するステップ、
（ｅ）信号伝送路の欠陥位置においてＨＦ信号１及び２から発生し、反射して導入位置に戻り、また、ステップ（ｃ）で発生した相互変調積に相当する相互変調積を、周波数ｆ_{ＩＭ−ＲＥＣＥＩＶＥＤ}を有する相互変調積信号の形式で前記所定の導入位置において受信するステップ、
（ｆ）発生した相互変調積信号ｆ_{ＩＭ−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ}と受信した相互変調積信号ｆ_{ＩＭ−ＲＥＣＥＩＶＥＤ}の間のタイムラグｔ_ｘを相互相関により測定するステップ、
（ｇ）導入位置と、ステップ（ｅ）で受信した信号が信号伝送路内で反射した位置との間の長さＬを、ステップ（ｆ）で測定したタイムラグｔ_ｘから算出するステップ。

これは、信号伝送路の欠陥位置で発生した相互変調積を使用することによって、そのような位置が、信号伝送路に機械的に介入する必要なく、特にこの目的のために信号伝送路を解体又は破壊する必要なく非常に正確に突き止めることができるという利点を有する。このことは、信号伝送路のどのコンポーネントに欠陥があるかということと、このコンポーネント内のどこに欠陥が位置しているかということを短時間内に判断されることができるため、欠陥を突き止める工程を簡易化して短縮する。その結果、欠陥位置の特定は、複雑な装置を使用することなく、また、複雑な数値演算なく簡易な方法で測定される。

ステップ（ｆ）において、特に機能的に信頼できる相互相関は、ステップ（ｂ）において第２のＨＦ信号（１８）が所定方式の変調で変調された信号を伴って発生するということによって達成され、それにより、任意選択的に、変調信号と変調方式はステップ（ａ）と同一になる。

本方法は、特に単純であり（装置の点で）、使用される変調の方式が振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、デジタル変調又は位相変調（ＰＭ）であるという点で機能的に信頼できる方式で実行される。

長さＬの、数学的に特に単純な測定は、ステップ（ｇ）において以下の数式によって算出されることによって達成される。

上記の数式において、ｃは信号伝送路におけるＨＦ信号の伝送速度である。

特に単純で、迅速かつ機能的に信頼できる方法は、ステップ（ｆ）において、受信した相互変調信号の位相位置と発生した相互変調信号の位相位置とが、両変調信号が一致するまで相互にシフトされ、それにより、一致を達成するために必要な位相シフトから時間差ｔ_ｘが測定されるということで達成される。

単純な技術的手順を用いた特に正確な位置特定は、ステップ（ｃ）において、周波数がｆ_{ＩＭ３−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ}＝２×ｆ_１−ｆ_２又はｆ_{ＩＭ３−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ}＝２×ｆ_２−ｆ_１である３次相互変調積ＩＭ３が発生し、ステップ（ｅ）において、対応する３次相互変調積ＩＭ３であるｆ_{ＩＭ３−ＲＥＣＥＩＶＥＤ}＝２×ｆ_１−ｆ_２又はｆ_{ＩＭ３−ＲＥＣＥＩＶＥＤ}＝２×ｆ_２−ｆ_１が受信されることで達成される。

信号伝送路の高周波数伝送特性に関して欠陥がある位置は、ＨＦ特性インピーダンスの変化、特に突然の増加が存在する少なくとも１つの位置、電気的接触に欠陥がある、特に、所定値を超える接触抵抗が存在する少なくとも１つの位置、及び／又はＨＦ信号の非線形伝送機能が存在する少なくとも１つの位置を含む。

特に好ましい実施形態において、重畳される変調信号は雑音、特に擬似雑音である。

本発明を、図面を参照して、より詳細に以下に説明する。

本発明による方法の代表的実施形態の模式流れ図である。本発明の方法で使用される信号評価のグラフである。

図１の例で表される本発明による方法の好ましい実施形態は、ＨＦ伝送特性に影響する欠陥位置に関して導入位置１０において電気的に接続された信号伝送路（図示せず）の解析に関する。これらの欠陥位置は、ＨＦ信号の伝送に関して非線形伝送機能を引き起こす。本発明の方法は、周波数が異なる２つのＨＦ信号がそのような非線形伝送機能を持つ位置で同時に出会ったときに、そのような非線形伝送機能が相互変調積の発生を引き起こすという事実を利用している。これらの相互変調積はこれらの位置で発生し、供給された信号の反射を表すのではなく、信号伝送路に以前は存在しなかった新たなＨＦ信号を表し、これを本明細書では相互変調信号又は相互変調積とも呼ぶ。

第１のブロック１２“ｆ_１ｍｏｄ．”において、所定の一定の周波数ｆ_１を有する第１のＨＦ信号１４が発生する。信号、特にＬＦ信号又は雑音が、この第１のＨＦ信号１４上に変調される。ここでは変調方法として例えば振幅変調が使用されるが、例えば周波数変調（ＦＭ）、デジタル変調又は位相変調（ＰＭ）等の他の周知の変調方式を用いることも可能である。

第２のブロック１６“ｆ_２ｍｏｄ．”において、所定の一定の周波数ｆ_２を有する第２のＨＦ信号１８が発生する。ここでも、信号、特にＬＦ信号又は雑音が、この第２のＨＦ信号１８上に、所定の変調方式で変調され、ここで、変調信号及び選択される変調方式は第１のＨＦ信号１４での変調信号及び変調方式と同一である。変調信号の位相位置も、第１のＨＦ信号１４と第２のＨＦ信号１８では同一である。各場合の変調信号はＨＦ信号ｆ_１とｆ_２より周波数が小さい。変調信号は例えば、２０Ｈｚから２０ｋＨｚの範囲内にある周波数成分を有する低周波数ＬＦ信号である。変調信号は、例えば周期的に繰り返す波形を有している。

第３のブロック“ＰＡ１”２０において第１のＨＦ信号１４が増幅され、第４のブロック“ＰＡ２”２２において第２のＨＦ信号１８が増幅される。ブロック２０及び２２で増幅された後、２つのＨＦ信号１４、１８は結合器（combiner）２４に送られる。結合器２４は、ＨＦ信号１４、１８を１つのケーブルに結合して第５のブロック２６に送り、第５のブロック２６はデュプレックスフィルタを含み、第１と第２の信号１４、１８を、カプラ２８を介して信号伝送路に導入位置１０において供給する。これら２つのＨＦ信号１４、１８は、信号伝送路を通る間に、例えば、故障があるＨＦプラグコネクタ、はんだ付けが悪い位置、ケーブルの破断等の、非線形伝送機能がある位置に遭遇することがあり、そのため、例えば３次相互変調積ＩＭ３等の望ましくない相互変調積が２つのＨＦ信号１４、１８から発生する。これらの相互変調積は、信号伝送路で発生した信号、又は相互変調積、或いは相互変調積信号として導入位置１０に戻る。

第５のブロック２６によって、信号伝送路で発生した信号は同時に導入位置１０でも受信され、周波数がｆ_{ＩＭ−ＲＥＣＥＩＶＥＤ}である３次相互変調積ＩＭ３３０が、デュプレックスフィルタによってフィルタリングされて出力側３２を介して出力される。この受信されたＩＭ３３０は、増幅器（「ＬＮＡ−Low noise amplifier」）３４及びＡ／Ｄコンバータ３６を介して第６のブロック３８に送られる。

カプラ２８において、入力された第１と第２のＨＦ信号１４、１８は結合し、第７のブロック４０“ＩＭ３Ｒｅｆ”において、周波数がｆ_{ＩＭ−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ}（ｔ）である３次相互変調積ＩＭ３４２が、これら２つのＨＦ信号１４、１８から発生する。発生したＩＭ３４２も、増幅器（「ＬＮＡ−Low noise amplifier」）４４及びＡ／Ｄコンバータ４６を介して第６のブロック３８に送られる。

このように発生した３次相互変調積ＩＭ３４２の周波数ｆ_{ＩＭ−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ}は、こうして第１のＨＦ信号１４の周波数ｆ_１と、第２のＨＦ信号１８の周波数ｆ_２から、以下の数式に従って導出される。

受信した３次相互変調積ＩＭ３３０に関しても同じことが当てはまる。両相互変調積３０，３４も重畳された変調信号を含む。しかし、ランタイム差により、受信したＩＭ３３０と発生したＩＭ３４２とは、導入位置１０に異なる時点で存在するが、それは、受信した相互変調積ＩＭ３３０が付加的に、導入位置１０から非線形伝送機能の位置までの距離Ｌと、非線形伝送機能の位置から導入位置１０まで戻る距離Ｌをカバーしているからである。

例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）として設計されているブロック３８において、受信した相互変調積３０と発生した相互変調積４２とは互いに比較される。これは相互相関によって行われる。異なるランタイム差ｔに対する、受信したＩＭ３３０と発生したＩＭ３４２の相互相関関数（cross-correlation function）の値が測定される。この相互相関関数は、ランタイム差ｔｘの最大値を有する。このランタイム差ｔｘは、これら２つのＩＭ３３０、４２のランタイム差に相当する。これは図２に示されている。これは、変調されて発生したＩＭ３４２と、受信されたＩＭ３３０の経時的推移を表している。時間ｔはｘ軸４８に入力され、発生したＩＭ３４２の振幅が第１のｙ軸５０に入力されて、受信したＩＭ３３０の振幅が第２のｙ軸５２に入力される。

第１のグラフ５４は発生したＩＭ３４２の振幅の経時的推移を示し、第２のグラフ５６は受信されたＩＭ３３０の振幅５２の経時的推移を示す。両ＩＭ３３０、４２は同一の位相内変調信号を有するため、２つの振幅曲線は同一である。２つのＩＭ３信号３０、４２の間には単にタイムラグｔ_ｘ５８がある。

これは次に、これら２つの信号を用いた相互相関による評価用に利用され得る。相互相関関数のパラメータとしての異なるタイムシフトｔに関して、相互相関関数の最大値はｔ＝ｔ_ｘとなる。言い換えると、相互相関により、２つのＩＭ３信号３０、４２の振幅曲線５４、５６は互いに対してシフトされる、すなわち、２つの振幅曲線５４、５６が正確に一致するまで時間軸４８に沿ってシフトされる。必要なシフトｔは、２つのＩＭ３信号３０、４２間のランタイム差ｔ_ｘに正確に対応する。

導入位置１０と、信号伝送路内で特定されるべき欠陥位置との間の長さＬは、以下の式により、このランタイム差ｔ_ｘから単純な方式で決定される。

上述した式において、Ｃは信号伝送路におけるＨＦ信号の伝送速度である。この距離Ｌは、導入位置１０から、信号伝送路において、第１及び第２のＨＦ信号１４、１８から３次相互変調積ＩＭ３３０が発生した位置までの距離である。

ここではこの距離又は長さＬは、信号伝送路に沿って測定されるためにのみ必要であり、信号伝送路内で、信号伝送路のＨＦ伝送特性に影響する非線形伝送機能を持つ欠陥が特定される位置に、正確に到達する。これはＨＦケーブルの破断、又はアンテナの故障又は欠陥のあるＨＦプラグコネクタ、もしくは、欠陥のあるはんだ付け接合であり得る。必要な場合、電気的長さＬを数学的長さに変換してもよい。当然、信号伝送路内に同時にいくつかの欠陥位置が存在し得る。この場合、いくつかの時間シフトされた受信した相互変調積ＩＭ３３０が取得され、それらは、いくつかのランタイム差ｔｘといくつかの長さＬが算出され得るように、全て同時に解析され得る。新たに発生した相互変調積が、想定される受信信号として使用されるという事実は、長さＬが非線形伝送機能を持つ欠陥位置にのみ関連し、それと別の理由又は別のソースのＨＦ信号の任意の他の反射には関連しないということを確実にする。

ブロック３８は、制御とデータ出力のためのコンピュータ６０に接続されている。

図１及び図２に示された本発明による方法の好ましい実施形態においては、３次相互変調積ＩＭ３が使用される。しかし、これは純粋に例として使用されており、例えば、２次相互変調積（２^＊ｆ_１、２^＊ｆ_２、ｆ_１＋ｆ_２、ｆ_２−ｆ_１）、又は、４次或いはそれ以上の相互変調積等の、他の相互変調積も使用され得る。重要なのは、発生した相互変調積ｆ_{ＩＭ−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ}（ｔ）と受信した相互変調積ｆ_{ＩＭ−ＲＥＣＥＩＶＥＤ}（ｔ）が同一であり、両者が特に同位相で変調されるということのみである。

実地上では、本発明による方法を実行する装置は、信号伝送路外の導入位置１０の前の電子評価システム内で比較されたＨＦ信号３０、４２のランタイムを除外するために、最初の測定の前に較正される。

任意選択的に、周波数コンバータ（down-converters）６２が、発生したＩＭ３及び受信したＩＭ３のために配設され、これらの信号のそれぞれの周波数を、ＬＮＡ３４、４４及びＡ／Ｄコンバータ３６、４６に適した周波数へと変換する。

任意選択的に、変調信号は第２のＨＦ信号１８では省かれてもよい。変調信号は、第１のＨＦ信号１４によって、既に評価された相互変調積３０及び４２に含まれている。

Claims

高周波数（ＨＦ）信号の信号伝送路内において、前記信号伝送路の高周波数伝送特性に関して欠陥がある位置を特定する方法であって、以下のステップを含む方法。
（ａ）一定の所定周波数ｆ_１を有する第１のＨＦ信号と、所定方式の変調により変調された信号と、を発生するステップで、前記所定方式の変調は振幅変調又はデジタル変調であり、前記変調された信号はノイズであること、
（ｂ）一定の所定周波数ｆ_２を有する第２のＨＦ信号を発生するステップ、
（ｃ）前記第１及び前記第２のＨＦ信号から、周波数ｆ_{ＩＭ−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ}を有する相互変調積信号の形で所定の相互変調積を発生するステップ、
（ｄ）所定の導入位置において、前記第１のＨＦ信号と前記第２のＨＦ信号とを前記信号伝送路へ導入するステップ、
（ｅ）相互変調積信号を前記所定の導入位置において受信するステップで、前記相互変調積信号は、欠陥位置で、前記第１のＨＦ信号及び前記第２のＨＦ信号から前記信号伝送路で発生され、前記所定の導入位置に反射して戻るとともに、ステップ（ｃ）で発生した相互変調積に対応し、周波数ｆ _{ＩＭ−ＲＥＣＥＩＶＥＤ} を有する、
（ｆ）周波数ｆ _{ＩＭ−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ} を有する、発生した所定の相互変調積信号と、周波数ｆ _{ＩＭ−ＲＥＣＥＩＶＥＤ} を有する、受信した相互変調積信号との間のタイムラグｔ_ｘを、相互相関により測定するステップ、
（ｇ）前記所定の導入位置と、ステップ（ｅ）で受信した前記信号が反射した前記信号伝送路内の前記位置との間の長さＬを、ステップ（ｆ）で測定したタイムラグｔ_ｘから算出するステップで、Ｌは整数又は小数で、ｔ _ｘは整数であること。
請求項１に記載の方法において、
前記ステップ（ｂ）において、前記第２のＨＦ信号は第２の所定方式の変調で変調された信号を伴って発生することを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法において、
前記変調された信号及び前記第２の所定方式の変調は、前記ステップ（ａ）と同一であることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、
前記ステップ（ｇ）において、前記長さＬは、以下の数式によって算出され、

上記の数式において、ｃは前記信号伝送路における前記第１のＨＦ信号及び前記第２のＨＦ信号の伝送速度であり、ｃは整数であることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、
前記ステップ（ｆ）において、受信した相互変調信号の位相位置と、発生した相互変調信号の位相位置とは、発生した周波数ｆ _{ＩＭ−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ} の相互変調積信号と、受信した周波数ｆ _{ＩＭ−ＲＥＣＥＩＶＥＤ} の相互変調積信号とが一致するまで、また、位相シフトのために相互にシフトされ、それにより、タイムラグｔ_ｘは、一致を達成するために必要な位相シフトから測定されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、
前記ステップ（ｃ）において、周波数ｆ _{ＩＭ３−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ}＝２×ｆ_１−ｆ_２又はｆ_{ＩＭ３−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ}＝２×ｆ_２−ｆ_１を有する３次相互変調積ＩＭ３が発生され、前記ステップ（ｅ）において、周波数ｆ _{ＩＭ３−ＲＥＣＥＩＶＥＤ} ＝２×ｆ _１ −ｆ _２又はｆ _{ＩＭ３−ＲＥＣＥＩＶＥＤ} ＝２×ｆ _２ −ｆ _１を有する、対応する３次相互変調積が受信されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、
前記信号伝送路の前記ＨＦ伝送特性に欠陥がある位置は、ＨＦ特性インピーダンスにおいて、変化、突然の増加が存在する少なくとも１つの位置、所定値を超える接触抵抗が存在するときに電気的接触に欠陥がある少なくとも１つの位置、及び／又はＨＦ信号の非線形伝送機能が存在する少なくとも１つの位置を含むことを特徴とする方法。
請求項３に記載の方法において、
前記ステップ（ｇ）において、前記長さＬは、下記の数式によって算出され、

上記の数式において、ｃは前記信号伝送路における前記第１のＨＦ信号及び前記第２のＨＦ信号の伝送速度で、ｃは整数であることを特徴とする方法。
請求項８に記載の方法において、
前記ステップ（ｆ）において、受信した相互変調信号の位相位置と生成した相互変調信号の位相位置とは、受信した相互変調信号と生成した相互変調積信号とが一致し、位相シフトを形成するまで、相互にシフトされ、それにより、タイムラグｔ _ｘが、一致を達成するために必要な位相シフトから測定されることを特徴とする方法。
請求項９の方法において、
前記ステップ（ｃ）において、周波数ｆ _{ＩＭ３−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ} ＝２×ｆ _１ −ｆ _２又はｆ _{ＩＭ３−ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ} ＝２×ｆ _２ −ｆ _１を有する３次相互変調積ＩＭ３が発生され、前記ステップ（ｅ）において、周波数ｆ _{ＩＭ３−ＲＥＣＥＩＶＥＤ} ＝２×ｆ _１ −ｆ _２又はｆ _{ＩＭ３−ＲＥＣＥＩＶＥＤ} ＝２×ｆ _２ −ｆ _１を有する、対応する３次相互変調積が受信されることを特徴とする方法。