专利名称：利用时域信号对网络传输线路进行测试的方法
技术领域：
本发明属于用时域反射的方法(TDR)对网络线路的长度、频响等进行测试的技术领域，特别是涉及一种用CHIRP信号作为测试信号对网络传输线路进行TDR测试的方法。
背景技术：
TDR测试是利用传输线路的反射对线路的未知特性进行测试，并计算出线路的大部分特性的一种方法，其测试时间短，精度高，对于DSLAM等大型的局端设备具有重要实际使用价值。该方法利用时域信号在传输线路上反射的特性，根据接收到的回波信号的各种特性来对传输线路特性进行估计。参考图1，发送模块用于产生一个需发送的波形，通过D/A转换变成模拟信号，经过驱动电路和混合电路后进入线路进行传输；接收电路首先把从线路中反射回来的信号作几级可控增益放大，再通过A/D转换器转换成数字信号给后面的数字信号处理器处理；混合电路用于衰减发送模块发送的信号直接传送到接收模块。
每条传输线路都有一定线路阻抗。在一端发送信号时，接收端必须做到阻抗匹配，否则信号会在接收端发生反射现象，也就是接收端只接收到一部分信号能量，还有一部分信号从接收端返回发送端，也就是发生了反射现象。在一条线路上比如断线、短路、桥接等都能造成发射现象的发生。
TDR测试的主要功能就是根据接收反射的回波信号并对其分析计算测得阻抗变换点，来估计线路的状况，如线路长度，桥接抽头等。现在通常用于TDR发送的信号有正弦、半波正弦、方波等，但存在如下的缺点1、在长度测试方面需要对线路有一个预知的初始值，否则就必须不断地尝试各种长度并对结果做出分析决定是否已经选择了最优的测试信号。一次只能测量一到两个阻抗变换点，测试时间比较长等；2、对连续的阻抗变换点的分辨能力比较差，距离比较近的阻抗变换点在很多时候被认为只有一个。线路的距离越长连续阻抗变换点的辨别能力越弱；3、抗干扰的能力较差，在线路噪声比较复杂的情况下，无法进行正确的测试。
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。
下面结合附图，对本发明做出详细描述。
图1为TDR测试框图；图2为CHIRP信号与自相关图形的示意图；图3为测试回波信号示意图；图4为计算结果示意图。
具体实施例方式
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(a0a1a2…an)n＝640，接收到的反射回波信号为Bj(b0b1b2bm)m为接收到回波的长度。那么互相关运算的结果C(j)=Σi=0nA(i)B(j+i)]]>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 0.28470.31600.3471 0.3780 0.4085 0.4388 0.4687 0.4982 0.5272 0.5558 0.58390.61140.6382 0.6645 0.6900 0.7148 0.7389 0.7621 0.7845 0.8060 0.82660.84620.8648 0.8823 0.8987 0.9141 0.9283 0.9413 0.9531 0.9636 0.97280.98080.9874 0.9926 0.9965 0.9989 1.0000 0.9995 0.9977 0.9943 0.98950.98310.9753 0.9659 0.9550 0.9426 0.9287 0.9133 0.8964 0.8781 0.85820.83690.8141 0.7900 0.7644 0.7375 0.7093 0.6797 0.6489 0.6169 0.58370.54940.5140 0.4776 0.4402 0.4019 0.3628 0.3228 0.2821 0.2408 0.19890.15640.1136 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 0.34780.3982 0.4476 0.4957 0.5425 0.5878 0.6314 0.6732 0.7131 0.7509 0.78650.8197 0.8504 0.8786 0.9040 0.9267 0.9464 0.9632 0.9769 0.9875 0.99490.9990 0.9999 0.9975 0.9917 0.9827 0.9703 0.9545 0.9356 0.9133 0.88790.8594 0.8278 0.7933 0.7559 0.7157 0.6730 0.6277 0.5801 0.5303 0.47840.4247 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 0.48780.5474 0.6044 0.6586 0.7097 0.7573 0.8014 0.8415 0.8776 0.9093 0.93650.9591 0.9768 0.9896 0.9973 1.0000 0.9975 0.9899 0.9770 0.9591 0.93610.9081 0.8753 0.8378 0.7957 0.7493 0.6988 0.6444 0.5865 0.5252 0.46090.3940 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 0.55530.6216 0.6837 0.7414 0.7942 0.8416 0.8833 0.9191 0.9486 0.9716 0.98790.9974 0.9999 0.9955 0.9840 0.9655 0.9402 0.9081 0.8696 0.8247 0.77380.7173 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 0.62770.6971 0.7606 0.8176 0.8677 0.9102 0.9449 0.9714 0.9893 0.9986 0.9991
0.99070.97350.94760.91320.87050.82000.7619 0.6968 0.6253 0.54800.46560.37880.28830.19510.09990.0036-0.0928-0.1885-0.2826-0.3742 -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 0.01840.11940.2193 0.3171 0.4118 0.50230.58780.66720.73980.80480.86130.90890.9469 0.9750 0.9927 0.99980.99630.98210.95730.92210.87690.82220.7584 0.6862 0.6064 0.51990.42760.33030.22930.12560.0204-0.0852 -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 0.07330.18240.28950.39320.49230.5855 0.6716 0.7495 0.81830.87710.92510.96160.98620.99850.99830.9856 0.9604 0.9231 0.87400.81380.74310.66290.57400.47770.37510.2676 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 0.06580.18300.2979 0.4086 0.5138 0.61190.70140.78120.84990.90660.95050.98080.9971 0.9991 0.9866 0.96000.91940.86540.79870.72030.63130.53290.4266 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。
权利要求
1.一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)通过自适应门限或固定门限对运算结果切割测得测试线路的阻抗变换点。
2.如权利要求1所述的利用时域信号对网络传输线路进行测试的方法，其特征在于对以太网线路进行测试时，CHIRP发送信号频率在1M-10MHz的范围内。
3.如权利要求1所述的利用时域信号对网络传输线路进行测试的方法，其特征在于对ADSL线路进行测试时，CHIRP发送信号频率范围选定为250K-1M Hz。
4.如权利要求1、2或3所述的利用时域信号对网络传输线路进行测试的方法，其特征在于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。
5.如权利要求4所述的利用时域信号对网络传输线路进行测试的方法，其特征在于上述系数k值的范围为1.5-2.4。
6.如权利要求1、2或3所述的利用时域信号对网络传输线路进行测试的方法，其特征在于自适应门限的计算方法为(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，如果某点的前或后不足50个数据的时候，取不足方向上的全部数据；(2)对步骤(1)的所有数据取绝对值；(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。
7.如权利要求6所述的利用时域信号对网络传输线路进行测试的方法，其特征在于上述系数k值的范围为1.5-2.4。
全文摘要
本发明提供了一种用CHIRP信号作为原始发送信号对网络传输线路进行TDR测试的方法，属于利用TDR对网络线路的长度、频响等进行测试的技术领域。该方法包括首先产生一个用于网络传输线路TDR测试的CHIRP发送信号；将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回波数据；然后，对CHIRP发送信号和回波数据进行互相关运算；再通过固定门限对运算结果切割，最终得到测试线路的阻抗变换点。由于CHIRP信号的强自相关性，本发明采用CHIRP信号作为TDR测试的发送信号，在被测试线路的长度是未知的时候，无需作反复的试探性测试，连续阻抗变换点的分辨能力强，且抗干扰能力强。
文档编号H04L12/26GK1694422SQ200510011700
公开日2005年11月9日 申请日期2005年5月11日 优先权日2005年5月11日
发明者方李明 申请人:港湾网络有限公司