自適應頻域加窗的制作方法
【專利摘要】呈現(xiàn)了一種方法、設備和軟件相關產品，用于自適應頻域加窗，以確定電纜中的時域串擾并產生有效TDX繪圖，而不管最嚴重NEXT(近端串擾)的頻率如何?；卺槍γ恳痪€對組合測量的最嚴重NEXT差值的頻率，可以選定諸如低通或通帶窗口的自適應窗口。
【專利說明】自適應頻域加窗

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于診斷電纜中故障的方法和設備，并且更具體地，涉及用于確定電纜中時域串擾的自適應頻域加窗。

【背景技術】
[0002]該部分旨在提供下面公開的實施例的背景或上下文。這里描述的內容可包括能夠被追求的概念，但并不一定是先前已構思、實施或描述的概念。因此，除非這里另外明確地指示，否則該部分中所描述的內容并不是本申請的描述的現(xiàn)有技術，并不因包括在該部分中而被承認是現(xiàn)有技術。
[0003]使用時域串擾(TDX)來診斷多導線雙絞線電纜敷設(cabling)中的故障。測量的TDX可用于顯示隨時間的線對間串擾。因為信號傳播速度是已知的，所以串擾的時間定位可被轉換為距離，并且可以確定沿電纜長度的串擾的位置。
[0004]可直接在時域中對TDX進行激勵和數(shù)據采集，但是它也可通過FFT (快速傅里葉變換)或其它變換技術從頻域測量中得到。典型地可采用高性能且不很貴的硬件來執(zhí)行頻域測量。另外，近端串擾(NEXT)的標準兼容測試可以需要頻域數(shù)據以使得TDX可利用來自NEXT測量掃描的數(shù)據。
[0005]可由頻域測量生成TDX。首先，優(yōu)選地在多個離散頻率處測量近端串擾(NEXT)。為此，在電纜的一端處把單頻正弦源電壓注入到線對中。測量同一電纜端的第二線對上的結果電壓以獲得幅度和相位。要注意，這個第二線對可被稱為受線對(victim pair)。受線對上的電壓和源線對上的電壓的配位比(complex rat1)是該線對組合的NEXT?？梢葬槍υS多(典型地，幾百個)頻率重復NEXT測量。優(yōu)選地，所有這些測量被采集到測量矢量中。
[0006]圖1A和IB中示出了作為頻率的函數(shù)的NEXT測量結果的繪圖(曲線10)，其中曲線10和1a分別從零延申至800MHz。圖1A和IB兩者中的曲線12表示從零延伸至500MHz的工業(yè)標準測試限制的示例。圖1A和IB中垂直標度表示NEXT測量中的損耗，使用正dB單位。參考圖1A，被示出的是曲線10和12之間的NEXT差值(margin)，該差值相對較小且明顯僅在低于200MHz時為正值。在圖1B中，曲線1a和12之間的NEXT差值比圖1A中相對大且明顯地低于500MHz時為正值，使得最嚴重(worst)差值發(fā)生在500MHz附近的高頻處。
[0007]典型地，下一步驟是對測量加窗。要認識到，加窗是測量矢量和相同長度的窗口(window)矢量的元素方式相乘。在不加窗的情況下,測量矢量包含頻率范圍的一端或兩端處的階躍不連續(xù)，這導致在變換至時域后的混亂吉布斯現(xiàn)象(Gibbs’phenomenon)振蕩。加窗平滑地錐化測量矢量的端以消除階躍不連續(xù)。圖2中示出作為頻率的函數(shù)的常規(guī)平滑低通窗口函數(shù)(window funct1n) 14(使用任意單位)的繪圖。
[0008]在加窗之后，加窗的數(shù)據被變換至時域以生成TDX繪圖。可以通過諸如逆傅里葉變換(IFFT)的常規(guī)方法來實現(xiàn)變換。對于該應用，還補償電纜的衰減和頻散(當不同的頻率分量以不同的速度傳播通過電纜時)的IFFT的替代方案是在美國專利US7295018中教導的使用損耗和失真技術的方法，該專利以其整體通過引用合并于此。圖3中示出了曲線16的示例，其描繪了作為時域上采樣點的函數(shù)的TDX(通過變換加窗數(shù)據生成)的依賴性，TDX單位為10_4V/V(垂直標度)。在第30個采樣點(時域)附近出現(xiàn)主峰18。這可能由電纜中的那個定位處的局部串擾源引起。


【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的和優(yōu)點將在下面的描述中闡述，并且根據下面的描述將是顯而易見的。通過在寫下的描述及其權利要求中、以及從附圖中特別指出的裝置、系統(tǒng)和方法將實現(xiàn)并獲得本發(fā)明的附加優(yōu)點。
[0010]這里公開的說明的實施例的一方面涉及方法、設備和/或系統(tǒng)，其用于接收具有關于電纜的振幅和相位串擾信息的串擾測量結果。確定一個或多個最嚴重差值頻率，在所述最嚴重差值頻率處在頻域中呈現(xiàn)的串擾測量結果相對于參考值具有對應的一個或多個最嚴重差值。在多個窗口中選擇可變頻率通過窗口，所選擇的可變頻率通過窗口優(yōu)選地使得在所確定的一個或多個最嚴重差值頻率處的信號傳輸最大化。使用所選擇的可變頻率通過窗口將在頻域中呈現(xiàn)的所述測量結果優(yōu)選地變換至時域中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖圖示了根據本公開的各個非限制性、說明性、創(chuàng)造性方面:
[0012]圖1A和IB描繪了頻域中的測量的NEXT和工業(yè)標準測試限制的示例；
[0013]圖2描繪了低通窗口函數(shù)的示例；
[0014]圖3描繪了 TDX繪圖的示例；
[0015]圖4描繪了如圖1B中的測量的NEXT的示例，但使用了線性標度；
[0016]圖5描繪了如圖4中的測量的NEXT與圖2中所示的LP窗口函數(shù)相乘的示例；
[0017]圖6描繪了由變換圖5中所示的加窗的NEXT所導致的TDX跡線的示例；
[0018]圖7-9描繪了根據各個實施例的用于選擇可變窗口的示例；
[0019]圖10描繪了表明被建模為電容的點串擾的示例；
[0020]圖11描繪了表明如何變化電容能夠在耦合模塊中產生變化的NEXT的示例；
[0021]圖12-14描繪了不同測試限制斜率的示例；
[0022]圖15A和15B表明了對數(shù)標度上的TDX定標；
[0023]圖16描繪了圖示各個實施例的實施方式的流程圖，以及
[0024]圖17描繪了針對各個實施例的實施方式的設備的框圖。
具體實施例
[0025]現(xiàn)在參考附圖來更加充分地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的說明性實施例。本發(fā)明決不被限制到說明性實施例，因為下文描述的說明性實施例僅是本發(fā)明的示范，其可被體現(xiàn)為本領域技術人員認識到的各種形式。因此，要理解，本文公開的任意結構和功能細節(jié)不被解釋為進行限制，而是僅作為權利要求書的基礎和作為教導本領域技術人員各種各樣地采用本發(fā)明的表示。此外，本文使用的術語和短語并不旨在進行限制，而是為了提供本發(fā)明的可理解的描述。
[0026]如果提供了數(shù)值范圍，要理解的是，除非上下文另外清楚地指示，否則在本發(fā)明內包含該范圍的上限制和下限制之間的每一中間值(到下限制單位的十分之一)和在所述范圍中的任意其他所述值或中間值。服從于所述范圍中任何特別排除的限制，可獨立地包括在較小范圍中的這些較小范圍的上限制和下限制也包含在本發(fā)明中。如果所述范圍包括一個或兩個所述限制，則排除這些所包括的限制中的任意兩者的范圍也包括在本發(fā)明中。
[0027]除非另有定義，本文使用的所有技術和科學術語具有與本發(fā)明所屬領域的普通技術人員通常所理解的相同的含義。雖然現(xiàn)在描述了示例性方法和材料，但是與本文所描述的那些相似或等同的任何方法和材料也可以用于本發(fā)明的實踐或測試中。本文提及的任何公開文獻皆以引用的方式合并于此，以公開和描述方法和/或材料，連同該方法和/或材料引用公開文獻。
[0028]必須注意，本文和所附權利要求書中所使用的單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括復數(shù)個對象，除非上下文有明確的相反指示。因此，例如，對“一個激勵”的提及包括多個這種激勵，對“該信號”的提及包括一個或多個信號和本領域技術人員已知的其等同體，等等。
[0029]要認識到，用于TDX信號處理的常規(guī)方法使用固定為低通類型同時典型地具有固定帶寬的頻域窗口。本質上為低通的該窗口強化低頻而弱化(衰減)高頻。如果電纜敷設的總串擾由高頻串擾主導，則這可以變成問題，窗口能夠衰減主導串擾，且其不再出現(xiàn)在時域數(shù)據中。對探測在近期設計的類型的模塊化RJ45連接器中起源的串擾來說，這可能產生問題。這些連接器典型地具有旨在減少串擾的內部串擾補償結構。要注意，該補償可能不總是成功的。在一些不成功的情況下，補償結構確實改善了低頻串擾，但使得高頻串擾更嚴重了。在一些情況下，高頻串擾會足夠差而使得電纜敷設使頻域NEXT限制失效。
[0030]要認識到的是，如果在這種情況下使用低通窗口，圖4-6中表明，由于主導串擾已被窗口衰減，所以不能確定出串擾的物理定位。
[0031]圖4示出對應于圖1B中所示的曲線1a的NEXT曲線20的繪圖，其中以伏特/伏特為單位來表達NEXT的垂直刻度。如圖示的，NEXT隨著頻率而增大，特別是在500MHz以上。然而，當圖4中所示的測量的NEXT與圖2中所示的低通(LP)窗口函數(shù)相乘時，結果曲線21在圖5中示出，其中在500MHz附近和以上的最嚴重的NEXT被LP窗口移除。因此，關于500MHz附近和以上高頻處的串擾源的有價值的信息被丟失。圖6中表明了這一情況，其圖示了將圖5的加窗的NEXT變換至時域中所導致的TDX跡線21。要認識到的是，LP窗口移除了 500MHz附近和以上的最嚴重的NEXT，使得不存在顯著的TDX響應尖峰來展現(xiàn)串擾故障的定位。
[0032]因此，期望的是通過提供如本文中所述的各種說明性實施例中公開的更加有效和精確的方式來診斷電纜中的故障，以克服前面提及的缺陷(串擾在高頻被低通窗口衰減)。
[0033]呈現(xiàn)了一種用于自適應頻域加窗的方法、設備/系統(tǒng)和軟件相關產品(例如，計算機可讀取存儲器)，以確定電纜中的時域串擾并產生有效TDX繪圖，而不管最嚴重的NEXT(近端串擾)的頻率如何。優(yōu)選地，例如可基于針對每一線對組合的所測量的最嚴重NEXT差值的頻率(可使用電纜中的至少兩個線對來測量NEXT)來選定諸如低通(LP)或通帶(PB)窗口的自適應窗口。
[0034]根據一個實施例，設備可接收串擾測量結果，諸如具有關于電纜的振幅和相位串擾信息的頻域或時域中的NEXT測量結果。然后，可以確定一個或多個最嚴重差值的頻率，在該頻率處在頻域中呈現(xiàn)的串擾測量結果相對于參考值(諸如工業(yè)標準測試限制)具有對應的一個或多個最嚴重差值?；谶@個確定，設各可進一步在多個窗口中選擇可變頻率通過窗口(低通或帶通)?？蛇x擇可變頻率通過窗口以使得在所確定的一個或多個最嚴重差值頻率處的信號傳輸最大化。這個之后，可以使用所選擇的可變頻率通過窗口把在頻域中呈現(xiàn)的測量結果變換至時域中。
[0035]例如，并且根據說明性實施例，對每一線對組合可以遵循下述步驟來使用基于頻率的方法選定線對組合的窗口:
[0036]1.在高達最大頻率fmax的離散頻率處采集頻域NEXT測量；
[0037]2.找到最嚴重NEXT差值的頻率(或多個頻率)fWOTSt要認識到的是，依賴于用于定義NEXT差值的不可接受水平的標準，可以存在多于一個的fWOTSt。
[0038]3.使用本文中進一步討論的預定義算法選擇低通(LP)或帶通(BP)頻率窗口，使得可以最大化(或基本上最大化)fWOTSt處的窗口傳輸。要認識到，可從布萊克曼(Blackman)系列窗口中選擇，但也可從其他窗口系列中選擇。
[0039]在涉及基于脈沖方法的方案中，優(yōu)選地，可使用基于脈沖的設備在時域中執(zhí)行測量。這種方法中，例如可使用傅里葉變換或快速傅里葉變換技術將時域測量結果變換至頻域中，因此生成與基于頻率的方法的上面步驟I中生成的結果等價的結果。隨后，基于頻率的方法的上面描述的步驟2和3可以也被執(zhí)行用于基于脈沖的方法，
[0040]優(yōu)選地，為簡化后續(xù)處理，在LP和BP窗口中選擇的窗口可具有特定數(shù)目的頻率樣本Nsampl^例如，Nsamples可小于或等于在基于頻率的方法的步驟I中采集的測量的總數(shù)。下面呈現(xiàn)用于選擇可變窗口的幾個示例。
[0041 ] 在一個說明性實施例中，并且如圖7中所示，可以在由曲線24表示的LP窗口和由曲線26表示的BP布萊克曼窗口之間做出選擇，兩者皆具有Nsamples大小(例如，100個樣本，其中一個樣本對應于一個頻率索引增量)，其中BP窗口的下邊緣從OHz開始，并且LP窗口針對低于0.334XNsampleJ所有頻率具有更大的幅度。因此，如果fWOTSt低于0.334 X Nsamples,則可以選擇LP窗口 24。并且如果fWOTSt在0.334XNsamples和Nsamples/2之間，則可以選擇從OHz開始的BP窗口 26。
[0042]在另一說明性實例中，并且如圖8中所示，可以在由曲線26和28表示的兩個BP布萊克曼窗口(與圖7中的BP窗口相同)之間做出選擇，兩者皆具有Nsamples大小，其中BP窗口 28是分別的頻率索引40和140的之間的100個樣本寬。這種方案中，如果fWOTSt在
0.334XNsamples和Nsamples/2之間，則優(yōu)選地可以選擇BP窗口 28。
[0043]在又另一說明性示例中，并且如圖9中所述，在由曲線28(與圖8中的BP窗口相同)和30表示的兩個BP布萊克曼窗口之間做出選擇，兩者皆具有Nsamples大小，其中BP窗口 30是分別的頻率索引60和160 (f_)的之間的100個樣本寬。這種方案中，如果fWOTSt大于f__Nsamples/2，則可以選擇BP窗口 30。
[0044]在選定自適應窗口之后，其可被應用至測量/生成的頻率數(shù)據。該數(shù)據隨后被變換至時域中。在一個選項中，可使用逆FFT用于這種變換?？蛇x地,可采用美國專利US7295018中教導的使用損耗和失真技術的方法，該專利以其整體通過引用的方式合并于此。要認識到，本文所述的實施例實現(xiàn)對電纜的衰減和頻散失真補償。
[0045]本文中進一步討論了根據其他實施例的定標(Scaling)方面。要注意，由于常規(guī)方法使用固定窗口，這些窗口容許來自假設的點源的固定數(shù)量的串擾。因此，對每一測試限制，可以固定定標。美國專利US5698985中教導了這種固定定標方法。
[0046]要認識到，本文中呈現(xiàn)的各個實施例利用自適應可變窗口。這些變化的窗口容許來自假設的點源的變化數(shù)量的串擾。因此，可以基于選擇的窗口和測試限制來變化定標。可以從假設的點源的模型開始定標因數(shù)的計算。然后，可進一步計算將使對于目前的測試限制的NEXT無效的最小建模電容。優(yōu)選地，可以使用利用上面討論的準則選定的窗口來加窗建模NEXT。被變換至時域的加窗的建模NEXT可以產生其高度取決于所選擇的窗口和測試限制的脈沖。最終，可計算將該脈沖高度升高至TDX標度上的50單位的定標因數(shù)，且該定標因數(shù)可被應用至所有被變換的測量的NEXT數(shù)據，如本文進一步描述的。
[0047]在具有源線對34和受線對36的電纜中的特定點處的串擾可被建模為從該點處的差分電容40(—個線對至另一線對的電容橋)產生，如圖10中所表明的。激勵Vi被應用至第一線對(源線對34)，并且在第二線對(受線對36)上測量感應電壓Vo。
[0048]對于真實的Z (諸如終端電阻器38)，并且由于電容40為真實的，所以可示出根據該模型的NEXT的幅度由下式給出:
[0049]

【權利要求】
1.一種方法，包括: 接收具有關于電纜的振幅和相位串擾信息的串擾測量結果； 確定一個或多個最嚴重差值頻率，在所述最嚴重差值頻率處在頻域中呈現(xiàn)的串擾測量結果相對于參考值具有對應的一個或多個最嚴重差值； 在多個窗口中選擇可變頻率通過窗口，所選擇的可變頻率通過窗口使得在所確定的一個或多個最嚴重差值頻率處的信號傳輸最大化；以及 使用所選擇的可變頻率通過窗口將在頻域中呈現(xiàn)的所述測量結果變換至時域中。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述串擾測量結果包括關于所述電纜的近端串擾的信息。
3.如權利要求2所述的方法，其中使用所述電纜中的至少兩個線對來測量近端串擾。
4.如權利要求1所述的方法，其中在頻域中在高達最大頻率的各離散頻率處采集串擾測量結果。
5.如權利要求1所述的方法，其中使用脈沖技術在時域中采集串擾測量結果。
6.如權利要求5所述的方法，進一步包括:在確定一個或多個最嚴重差值頻率之前，對串擾測量結果執(zhí)行到頻域中的傅里葉變換。
7.如權利要求1所述的方法，其中所選擇的可變頻率通過窗口是帶通窗口和低通窗口之一 O
8.如權利要求1所述的方法，其中當一個或多個最嚴重差值頻率高于最大頻率減去所述帶通窗口中樣本數(shù)量的一半時，所選擇的可變頻率通過窗口是帶通窗口，所述所選擇的帶通窗口的窗口上邊緣在最大頻率處。
9.如權利要求1所述的方法，其中使用逆快速傅里葉變換來執(zhí)行使用所選擇的可變頻率通過窗口將在頻域中呈現(xiàn)的所述測量結果變換至時域中。
10.如權利要求1所述的方法，其中使用損耗和失真校正技術將在頻域中呈現(xiàn)的所述測量結果變換至時域中。
11.如權利要求1所述的方法，進一步包括使用定標因數(shù)程序在時域中顯示所變換的測量結果。
12.—種設備,包括: 至少一個處理器和存儲計算機指令集的存儲器，其中所述處理器和存儲計算機指令的存儲器被配置為使得設備: 接收具有關于電纜的振幅和相位串擾信息的串擾測量結果； 確定一個或多個最嚴重差值頻率，在所述最嚴重差值頻率處在頻域中呈現(xiàn)的串擾測量結果相對于參考值具有對應的一個或多個最嚴重差值； 在多個窗口中選擇可變頻率通過窗口，所選擇的可變頻率通過窗口使得在所確定的一個或多個最嚴重差值頻率處的信號傳輸最大化；以及 使用所選擇的可變頻率通過窗口將在頻域中呈現(xiàn)的所述測量結果變換至時域中。
13.如權利要求12所述的設備，其中所述串擾測量結果包括關于所述電纜的近端串擾的信息。
14.如權利要求13所述的設備，其中使用所述電纜中的至少兩個線對來測量近端串擾。
15.如權利要求1所述的設備，其中在頻域中在高達最大頻率的各離散頻率處采集串擾測量結果。
16.如權利要求12所述的設備，其中使用脈沖技術在時域中采集串擾測量結果，由此計算機指令被進一步配置為使得設備對串擾測量結果執(zhí)行到頻域中的傅里葉變換。
17.如權利要求12所述的設備，其中所選擇的可變頻率通過窗口是帶通窗口或低通窗□。
18.如權利要求12所述的設備，其中計算機指令被進一步配置為:基于所選擇的可變頻率通過窗口，使得設備使用損耗和失真校正技術將在頻域中呈現(xiàn)的測量結果變換至時域中。
19.如權利要求12所述的設備，其中計算機指令被進一步配置為使得設備使用定標因數(shù)程序在時域中顯示所變換的測量結果。
20.一種非臨時性計算機可讀存儲介質和嵌入其中的一個或多個計算機程序，所述計算機程序包括指令，當計算機系統(tǒng)執(zhí)行該指令時，使得計算機系統(tǒng): 接收具有關于電纜的振幅和相位串擾信息的串擾測量結果； 確定一個或多個最嚴重差值頻率，在所述最嚴重差值頻率處在頻域中呈現(xiàn)的串擾測量結果相對于參考值具有對應的一個或多個最嚴重差值； 在多個窗口中選擇可變頻率通過窗口，所選擇的可變頻率通過窗口使得在所確定的一個或多個最嚴重差值頻率處的信號傳輸最大化；以及 使用所選擇的可變頻率通過窗口將在頻域中呈現(xiàn)的所述測量結果變換至時域中。
【文檔編號】G01R31/08GK104133980SQ201410254947
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2013年5月2日
【發(fā)明者】P·Q·奧亞克利 申請人:弗蘭克公司