专利名称：一种双端口网络参数测试方法
技术领域：
本发明涉及电信领域，特别是涉及一种双端口网络参数测试方法。
背景技术：
在电信领域，运营商通过市话电缆(通常是双绞线)，向用户同时提供宽带电信业务和窄带电信业务，如ADSL over POTS(普通电话增开ADSL)、ADSL over ISDN(ISDN增开ADSL)、VDSL over POTS(普通电话增开VDSL)、VDSL over ISDN(ISDN增开VDSL)等业务，该类应用在国内和国外已经相当普遍。
在此类业务的运行和维护过程中，比如用户申报故障，经常需要对用户线路参数进行测量，如线路电压参数、线路电阻参数、线路电容参数、线路插入损耗、线路背景噪音、线路对地平衡度等。依据这些参数数据，判断线路的质量和故障情况，进而确定是否需要进行故障修复。由于用户线路是一个典型的双端口网络，可以通过构造模型的方法测试参数，从而推导出实际线路参数。双端口网络如图1所示，阻抗参数即Z=Z11Z12Z21Z22,]]>根据其特性有Vz1Vz2=Z11Z12Z21Z22×I1I2,]]>列成方程形式Vz1=I1·Z11+I2·Z12Vz2=I1·Z21+I2·Z22.]]>当I2＝0时，有Z11=Vz1I1Z21=Vz2I1,]]>推出Z11=Vz1I1Z21=Vz2Vz1·Z11;]]>当I1＝0时，有Z12=Vz1I2Z22=Vz2I2,]]>推出Z12=Vz1Vz2·Z22Z22=Vz2I2,]]>由此可见，通过测试端口参数Vz1，Vz2，I1，I2，可以计算出Z11，Z21，Z12，Z22的值，于是阻抗参数Z就得到了。因为数据是由测试得到的，测试过程中的测试误差，直接导致计算结果的误差，所以如何减少测试误差，提高参数的测试精度就变得非常重要。
以下分别说明现有的两种测试方法首先所使用的双端口网络的测试系统包括两采样通道和一信源输出通道，信源输出通道的输出端串联有一采样电阻，信源输出通道用于输出测试信号，两采样通道用于采样测试。
第一种方法，如图2所示，该种方法认为取样电阻前的信号Va等于发送源信号Vs，因此采样通道只在取样电阻后采样，进行参数测试。
根据双端口网络特性，当I2＝0时，有Z11=Vz1I1Z21=Vz2I1,]]>推出Z11=Vz1I1Z21=Vz2Vz1·Z11;]]>当I1＝0时，有Z12=Vz1I2Z22=Vz2I2,]]>推出Z12=Vz1Vz2·Z22Z22=Vz2I2,]]>从而可以通过所测得的双端口网络的端口电压值，获取阻抗参数。
如Z11为例，将信源输出通道上的取样电阻电压输出点a2连接到双端口网络端子1，信源输出通道发送一个信号源Vs，此时I2＝0，那么有Vz1=I1·Z11Vz2=I1·Z21,]]>采样通道在取样电阻电压输出节点a2进行测试。电路中输入到取样电阻和经过取样电阻输出到双端口网络的端口1的电压的真实信号分别是Va和Vz1，采样通道对Vz1测试，得到的测试值为V2。在计算过程中将输入到取样电阻的电压Va近似成发送信号源信号Vs，根据分压理论，公式Z11=Vz1I1=V2·RsaVs-V2,]]>计算Z11。
根据Z21=Vz2Vz1·Z11=V1V2·Z11,]]>将a2节点的电压同时加到双端口网络端口1和2上，两采样通道对该节点测得的电压值为V1、V2，从而可以得到Z21。
依此法同理可以求出Z22、Z12。
本方法的缺陷在于认为取样电阻前信号等于发送信号源Vs，然而取样电阻前的真实信号Va和信号源Vs相比，由于信源输出通道的通道衰减误差，使得信号的幅度存在衰减，相位存在偏移，那么使用信号源Vs代替真实信号Va计算双端口网络的参数，最终导致极大的影响Z参数的精度；为了克服第一种方法的缺陷，于是通常采用第二种方法采样通道在取样电阻的电压输入节点点以及经过取样电阻输入到双端口网络的电压分别取样，测试其电压值，由电压值参数计算阻抗参数。
以计算Z11为例如图3所示信源输出通道发送一个信号源Vs，此时I2＝0，根据双端口网络特性，有Z11=Vz1I1Z21=Vz2Vz1·Z11.]]>采样通道1与取样电阻前的电压输入节点a1相连接，对节点a1的真实电压值Va进行测试；采样通道2与双端口网络的端口1以及信源输出通道的采样电阻的电压输出节点a2相连接，信号源通过采样电阻输入到双端口网络端口1，采样通道2对双端口网络的端口1的输入信号真实电压值Vz1进行测试，所得的测试值是V2。虽然电路中取样电阻前的电压输入节点a1，以及双端口网络的端口1的真实信号分别是Va和Vz1，但采样通道对应所测得的信号分别是V1和V2，根据分压理论，通过公式Z11=Vz1I1=V2·RsaV1-V2,]]>计算出Z11。
同时向双端口网络端口1和2输入一信号，并且把采样通道分别连接到端子1和端子2，测试此时的 通过Z21=Vz2Vz1·Z11=V1V2·Z11]]>得到Z21。
同理依此法可以求出Z22、Z12。
对于第二种方法，虽然直接测试通过采样电阻的输出电压值Va，而不使用Vs近似代替，相对避免了信源输出通道衰减而引起的测试误差，相对第一种方法而言，提高了测试精度。但是由于任何一个信号通过采样通道后，幅度会有衰减(直流或交流)，相位会有偏移(交流)，由于采样通道的固有损耗，导致所得到的测试值与真实值存在偏差；同时两个采样通道之间不可避免的存在参数方面的差异，因而所测试点的真实电压，在两个通道上的幅度衰减和相位偏移的程度也会不同。以测量Z11时的测试值为例即对于电压参数Va≠V1，VZ1≠V2；另外由于各采样信道对信号的衰减程度不一样，所以有A1=VaV1≠A2=VzV2,]]>其中A1和A2是实数或复数，于是有VaVz≠V1V2,]]>因此该方法最终还是存在测试误差，导致参数结果的精确度不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高精度的双端口网络的阻抗参数的测试方法。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的(参见权利要求)
提供一种双端口网络参数测试方法，其特征是包括以下步骤采样通道校正各采样通道对同一测试信号进行测试，取各采样通道对该信号的电压测试值的比，作为采样通道间的通道差异参数；电压参数测试信源输出通道输出测试信号，所述的采样通道对取样电阻的输入电压以及双端口网络端口电压进行测试，获取电压测试值；结果校正根据所述的通道差异参数以及所述的电压测试值，获取各电压测试值所对应的电压真实值之间的比值。
在本发明所述的方法中，在采样通道校正步骤中，所述的同一测试信号由信源输出通道提供，选取信源输出通道上的任意一节点获取。
在本发明所述的方法中，在采样通道校正步骤中，所述测试具体是将各采样通道共同连接到所述的节点，各采样通道测量同一时间的信号电压值。
在本发明所述的方法中，所述结果校正具体为将所述的通道差异参数乘以所述的电压测试值的比值，得到所述真实电压值的比值。
在本发明所述的方法中，所述的结果校正步骤还包括将所述的电压真实值之间的比值代入双端口网络阻抗参数计算公式，获取阻抗参数。
在本发明所述的方法中，输入的测试信号可以选取直流信号、交流信号或者调制信号。
以上技术方案可以看出，在本发明中，由于进行了采样通道的校正计算，并利用所得到的校正参数，对每次的测试结果进行校正，避免了采样信道差异所产生的误差，提高了参数测试精度。另外，在本发明中，直接对输入采样电阻的输入电压值进行采样，并利用采样通道校正参数对该电压值进行校正，而不使用信源输出通道的初始输出值进行近似替代，一方面避免了信源输出通道的信道衰减误差，另一方面又避免了采样信道的采样误差，保证了采样测试值得高精确性。
图1是双端口网络示意图；图2是现有技术中的双端口网络参数的一种测试方法示意图；图3是现有技术中的双端口网络参数的另一种测试方法示意图；图4是本发明的测试系统示意图；图5是本发明的一种采样通道校正方法示意图；图6是本发明的另一种采样通道校正方法示意图；图7是本发明的阻抗参数分量Z11测试方法示意图；图8是本发明的阻抗参数分量Z22测试方法示意图；图9是本发明的阻抗参数分量Z12、Z21一种测试方法示意图。
图10是本发明的阻抗参数分量Z12、Z21另一种测试方法示意图。
具体实施例方式
本发明的核心是对采样通道进行校正，向各采样通道输入相同的信号，各采样通道对该相同的信号进行测试，获取测试值，以各采样通道所测得的电压测试值的比值来表示通道差异参数；由该通道差异参数表示各采样通道的参数差异，具体为各采样通道对测试点的真实信号的幅度和相位的影响差异。采样通道对双端口网络的端口电压值以及取样电阻的输入电压值进行测试，并将所述的通道差异参数乘以所述的电压测试值的比值，获取所述真实电压值的比值。将所述的电压真实值的比值代入双端口网络阻抗参数计算公式，获取高精度的阻抗参数。
为了使本领域技术人员更好的理解本发明技术方案，下面将结合附图对本发明的实施作进一步的详细说明双端口网络参数测试系统，如图4所示，本系统包括系统控制模块、一个信源输出通道和两个采样通道。信源输出通道和采样通道分别与系统控制模块相连接。系统控制模块用于系统的测试运行控制，包括信源输出通道的信号输出，采样通道的测试和测试结果的处理和显示。
该系统控制模块根据系统的需要可以选用DSP、CPU或FPGA或者其组合。信源输出通道用于提供测试信号源，该通道有数模转换器、低通滤波器、运算放大器和一采样电阻构成。系统控制器输出的数字信号源经数模转换器转换为模拟信号后经过低通滤波和运算放大的信号处理到达取样电阻。取样通道包括运算放大器、低通滤波器和模数转换器。采样信号经过运算放大器和低通滤波器的信号处理后，到达模数转换器，模拟信号转换为数字信号输入到系统控制模块，由系统控制模块对该采样信号进行信号处理，完成采样信号的读取和显示或其他功能。
在本实施例中所列举的测试系统是最常用的双端口网络参数测试系统，本实施例中所示的测试系统只具有一个信源输出通道和两个采样通道。但是在实际应用中，可以根据测试需要而增加多个信源输出通道和多个采样通道，或者在各通道中增加信号处理器等满足测试的需要。
采样通道校正方法，如图5所示，首先发送一个信号源道信源输出通道，经数模转换后的信号用Vs表示，选取取样电阻的电压输入节点a1作为校正测试点。断开被测试网络，将两采样通道均和节点a1相连接。两个采样通道同时分别测试该校正测试点a1的电压，设采样通道1测得的电压是V1，采样通道2测得的电压是V2。那么设定A1=Va1V1,A2=Va1V2,A=A1A2=V2V1,]]>A1、A2和A可以是实数或者复数，那么由表达式可以看出，A1、A2分别反映各采样通道对被测试真实信号的影响，具体是信号的幅度和相位的偏移影响，因此A1、A2可以用来表示两个通道各自的通道参数，我们把它们称作采样通道的通道参数。相应的两采样通道的通道参数的比值A就可以表示两个采样通道的差异，具体是反映该两采样通道对同一输入信号的影响的差异，具体是对信号的幅度和相位的影响的差异程度。我们把A叫做采样通道的通道差异参数。
本采样通道校正测试中的校正测试点可以设置在信源输出通道的任意位置，只要保证输入到各采样通道得信号源相同即可。如图6所示与上述的采样通道校正不同的是校正测试点还可以选择在取样电阻的低电位一端节点a2处。其采样通道的通道差异参数的获取计算方法同上。
现有的测试方法都是默认采样通道完全一样，但在实际中每个采样通道之间不可避免的存在差异，因此相同信号在每个采样通道上的幅度衰减和相位偏移的程度也会不同。与现有技术相比，本发明通过对采样通道的校正，避免了由于两个采样通道的固有差异而产生的误差，显著提高了测试精度。
双端口网络参数测试首先Z11或Z22，本实施例中以Z11为例。如图7所示断开双端口网络的端口2，双端口网络端口1与取样电阻的低电位一端节点a2以及采样通道2相连接，信源输入线路上取样电阻Rsa的电压输入节点a1与采样通道1相连接。通过信源输出通道输出一信号源，信号源通过采样电阻输出接入到双端口网络的端口1，此时I2＝0，采样通道1对节点a1的真实电压值Va1进行测试，所测得的测试值为V1，采样通道2对双端口网络的端口1的输入电压真实值Vz1进行测试，所测得的电压测试值是V2。那么根据双端口网络的原理，有Vz1=I1·Z11Vz2=I1·Z21,]]>所以Z11=Vz1I1=Vz1·RsaVa1-Vz1=RsaVa1Vz1-1,]]>得到Z11。
根据上面的采样通道校正的结果，结合本实施例测试的电路线路连接关系Va1＝V1·A1，Vz1＝V2·A2，同时A1A2=A,]]>推导出电压真实值之间的比值Va1Vz1=V1V2·A1A2=V1V2·A,]]>其中A1、A2、A是实数或复数。对Z11进行校正，代入比值Va1Vz1=V1V2·A,]]>得到Z11=RsaV1·AV2-1=V2·RsaV1·A-V2.]]>同理，如图8所示，令I1＝0，可以得到Z22，断开双端口网络端口1，将采样通道1与双端口网络端口2与信源输出通道上的取样电阻电压输出节点a2相连接，对端口2的电压Vz2进行测试，采样通道2与采样电阻的电压输入节点a1相连接，对输入采样电阻的电压Va1进行测试。输入一信源，信号源通过取样电阻输入到双端口网络端口2，此时I1＝0，采样通道1、2测的得电压值分别是V1、V2。根据双端口网络原理，有Z22=Vz2I2=RsaVa1Vz2-1,]]>得到Z22。
最后同样利用上面的采样通道校正结果和此时的测试线路连接关系得到Va1＝V2·A2，Vz2＝V1·A1，同时A1A2=A,]]>推导出电压真实值之间的比值Va1Vz2=V2V1·A2A1=V2V1·A.]]>将所述比值代入上面的Z22的表达式得到Z22=RsaV2V1·A-1=Rsa·V1·AV2-V1·A.]]>测试Z12和Z21，通过上面的测试得到了Z11和Z22，根据双端口网络关系Z21=Vz2Vz1·Z11Z12=Vz1Vz2·Z22,]]>可以计算Z12和Z21。具体如下
如图9所示分别将二端口网络的端口1、2与采样通道2、1相连接，在信源输出通道的取样电阻的电压输出节点a2与双端口网络的两端口1、2相连接，输入一信号源，采样通道1、2对节点a2的电压Va2测试，所测得的电压值分别是V1、V2。
根据上面的采样通道校正结果以及结合本测试的线路连接关系得到Vz1＝V2·A2，Vz2＝V1·A1。所以有电压真实值之间的比值Vz2Vz1=V1·A1V2·A2=V1·AV2,]]>进一步得到Z12=V2V1·A·Z22,Z12=V1·AV2·Z11.]]>当然，在测试Z12、Z21时，可以在信源输出通道上选取任何一点作为测试点雨量采样通道分别连接，各采样通道分别测试该测试点的电压值，如图10所示，与图9所表示的方法不同的是，本实施例中选取了取样电阻的电压输入节点作为测试点，并与各采样通道相连接进行测试。其计算方法同上。
在本发明的实施过程中，每次测试的信源既可以输入直流信号也可以输入交流信号还可以输入多频率叠加的调制波信号，由于在实际测试中往往需要多次采样测试，所以在实际应用过程中往往选用具有多频率叠加的调制波信号。
以上对本发明所提供的一种双端口网络参数测试方法以及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种双端口网络参数测试方法，其特征是包括以下步骤采样通道校正各采样通道对同一测试信号进行测试，将各采样通道对所述测试信号的电压测试值的比，作为采样通道间的通道差异参数；电压参数测试信源输出通道输出测试信号，所述的采样通道对取样电阻的输入电压以及双端口网络端口电压进行测试，获取电压测试值；结果校正根据所述的通道差异参数以及所述的电压测试值，获取各电压测试值所对应的电压真实值之间的比值。
2.根据权利要求1所述的一种双端口网络参数测试方法，其特征是在所述的采样通道校正步骤中，所述的同一测试信号由信源输出通道提供，选取信源输出通道上的任意一节点获取。
3.根据权利要求1或2所述的一种双端口网络参数测试方法，其特征是在所述的采样通道校正步骤中，所述测试具体是将各采样通道共同连接到所述的节点，各采样通道测量同一时间的信号电压值。
4.根据根据权利要求1所述的一种双端口网络参数测试方法，其特征是，所述的结果校正步骤具体为将所述的通道差异参数乘以所述的电压测试值的比值，得到所述真实电压值的比值。
5.根据权利要求1或4所述的一种双端口网络参数测试方法，其特征是所述的结果校正步骤进一步包括将所述的电压真实值的比值代入双端口网络阻抗参数计算公式，获取阻抗参数。
6.根据权利要求1所述的一种双端口网络参数测试方法，其特征是所述的输入测试信号为直流信号。
7.根据权利要求1所述的一种双端口网络参数测试方法，其特征是所述的输入测试信号为交流信号。
8.根据权利要求6或7所述的一种双端口网络参数测试方法，其特征是所述的测试信号为调制信号。
9.根据权利要求1所述的一种双端口网络参数测试方法，其特征是所述的采样通道至少为两个。
全文摘要
本发明涉及一种双端口网络参数测试方法，该方法通过对采样通道进行校正，并获取采样通道的通道差异参数；被校正的采样通道分别测试取样电阻的输入电压以及双端口网络的端口输入电压；根据通道差异参数以及所述的电压测试值，获取各电压测试值对应的电压真实值之间的比值，并将所述的比值代入双端口网络阻抗参数计算公式，获取阻抗参数。本发明一方面在取样电阻前进行电压测试，而不使用近似替代，避免了测试信号的由于信源输出通道衰减引起的误差；另一方面对采样通道进行校正，获取采样通道差异参数，并使用该参数对测试结果进行校正，避免了采样通道的固有差异对测试结果的影响，进一步提高了测试精度。
文档编号G01R31/08GK101046492SQ200610058470
公开日2007年10月3日 申请日期2006年3月28日 优先权日2006年3月28日
发明者李飞 申请人:华为技术有限公司