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Querverweis auf eine verwandte
Anmeldung
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Diese Anmeldung ist verwandt mit
der am 30. März
1994 eingereichten US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 08/220
068 mit dem Titel "Cable
Crosstalk Measurement System",
die EP-A-O 675 607 entspricht.
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Hintergrund der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft allgemein
das Testen elektrischer Kabel und die Fehlersuche bei diesen und insbesondere
das Messen der Übersprecheigenschaften
von Lokalnetzwerk-Kabeln.
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Lokale Netzwerke (LANs) verbinden
heutzutage eine große
Anzahl von Personalcomputern, Arbeitsstationen, Druckern und Fileservern
in modernen Büros.
Ein LAN-System wird typischerweise implementiert, indem alle diese
Vorrichtungen mit Kupferleiter aufweisenden LAN-Kabeln mit verdrillten
Paaren physikalisch verbunden werden, wobei es sich beim gebräuchlichsten
um ein LAN-Kabel mit nicht abgeschirmten verdrillten Paaren ("UTP-LAN-Kabel") handelt, das ein
8-Draht-Kabel ist,
welches als 4 verdrillte Paare konfiguriert ist. Jedes der vier
verdrillten Paare wirkt als eine Übertragungsleitung, die ein
Datensignal über
das LAN-Kabel überträgt. Jedes
Ende des LAN-Kabels ist mit einem Industrienormanschluß abgeschlossen,
wobei der gebräuchlichste
der "RJ-45"-Anschluß ist. Bei
einer typischen Installation können
LAN-Kabel durch Wände,
Fußböden und
Decken des Gebäudes
geführt
werden. LAN-Kabelsysteme erfordern eine ständige Wartung, Aktualisierungen
und Fehlersuchen, weil LAN-Kabel und die Anschlüsse brechen können, weil
Büros und
Einrichtungen bewegt werden müssen
und weil neue Ausrüstungen
hinzugefügt
werden.
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Die Aufgaben des Installierens, Austauschens
oder Neuverlegens von Kabeln kommen typischerweise einem professionellen
Kabelinstallateur oder einer im Haus tätigen Netzwerkwartungsperson
zu. Während der
Installationsphase wird jedes Kabel durch das Gebäude verlegt,
und ein Anschluß wird
an jedem Ende des neuen Kabels angebracht. Jeder Draht in dem Kabel
muß mit
seiner richtigen jeweiligen elektrischen Verbindung an beiden Enden
des Kabels verbunden werden, damit die LAN-Verbindung funktioniert.
Ein LAN-Kabelsystem, das nicht richtig eingerichtet wurde oder fehlerhafte
Kabel oder Anschlüsse
aufweist, kann zu Datenübertragungsfehlern
führen.
Daher muß das
LAN-Kabelsystem getestet werden, um eine geeignete Arbeitsweise
und die Leistungsfähigkeit
zu überprüfen.
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Die relative Geschwindigkeit der
Datenübertragung über LAN-Kabelsysteme
hat ständig
zugenommen. 100 Megabits je Sekunde sind eine zunehmend übliche Datenrate.
Kupferdraht-LAN-Kabelsysteme,
die in enger Verwandtschaft zu traditionellen Mehrleiter-Telefonkabelsystemen
stehen, welche gemeinhin in Geschäftsgebäuden angetroffen werden, wurden
vorangetrieben, um diesen höheren
Datenraten Rechnung zu tragen. Kupferdraht-LAN-Kabelsysteme haben
gegenüber
ihren Gegenstücken
in Gestalt optischer Fasern den Vorteil, daß sie erheblich kostengünstiger
und vielseitiger sind. Der zunehmende Bedarf an Netzwerkgeschwindigkeit
und zugeordneter Bandbreite war jedoch mit zunehmenden Belastungen
des Netzwerkspezialisten verbunden, die Netzwerkzuverlässigkeit
angesichts ausgefallenerer Probleme, die bei höheren Datenraten auftreten,
aufrechtzuerhalten.
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Es ist nicht mehr ausreichend, lediglich
geeignete elektrische Verbindungen über eine bestimmte Netzwerkstrecke
zu erhalten. Es können
subtilere Probleme auftreten, die die Netzwerkleistungsfähigkeit
bei höheren
Datenraten kumulativ zerstören
können.
Aus diesem Grunde werden LAN-Kabel nun auf der Grundlage ihrer Fähigkeit,
einen schnellen Datenverkehr zu behandeln, in verschiedene Leistungsfähigkeitsniveaus eingestuft.
Der Netzwerkspezialist muß das
geeignete minimale Niveau nun sorgfältig auswählen. Beispielsweise kann das
versehentliche Aufnehmen eines Kabels mit Telefonqualität, das LAN-Kabeln
mit höherer
Leistungsfähigkeit
physikalisch ähnlich
ist, jedoch unannehmbare Bandbreiten- und Übersprecheigenschaften aufweist,
in einen Abschnitt des Netzwerks zu einer nicht funktionsfähigen Netzwerkverbindung
führen.
Weiterhin muß die
Gesamtzahl der LAN-Kabelanschlüsse,
die, wie herausgefunden wurde, erheblich zu Leistungsfähigkeitsbeeinträchtigungen
eines LAN-Kabelsystems beitragen, in einem gegebenen Signalweg minimal
gehalten werden, weil sonst die kumulative Verschlechterung der
Netzwerkleistungsfähigkeit
zu groß wird.
Kritische Netzwerkparameter, die der Netzwerkspezialist kennen sollte,
umfassen die Netzwerkbandbreite (durch die Signalabschwächung in
Abhängigkeit
von der Frequenz gemessen) und das Nahes-Ende-Übersprechen (gemeinhin als "NEXT" bezeichnet) zwischen
verdrillten Paaren in einem Kabel, das sich auch als Funktion der Frequenz ändert. Die
Begriffe NEXT und Übersprechen
werden austauschend verwendet, weil die Übersprechmessungen in diesem
Zusammenhang am nahen Ende des LAN-Kabels auftreten.
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Das Übersprechen ist ein Maß für das Isolationsniveau
zwischen zwei beliebigen verdrillten Paaren innerhalb eines LAN-Kabelsystems.
Das Aufrechterhalten eines spezifizierten minimalen Niveaus der Übersprechisolation
ist wichtig, um eine Interferenz zwischen benachbarten verdrillten
Paaren zu verhindern, um die Netzwerkzuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.
Das National Institute of Standards and Technology (NIST) und die
Industriearbeitsgruppe Telecommunications Industry Association (TIA)
haben eine Norm für
das Übersprechen
herausgegeben, welche ein minimales Niveau für die Übersprechisolation über einen
Frequenzbereich von 0,1 bis 100 Megahertz spezifiziert. Die Übersprechnorm
ist im wesentlichen eine Annehmbarkeit-Nicht-Annehmbarkeit-Grenzlinie.
LAN-Kabelnetzwerke, bei denen bei einer gegebenen Frequenz ein Übersprechen
oberhalb der Grenzlinie auftritt, werden als nicht annehmbar angesehen.
Beim Unterhalten eines Netzwerks, das mit der TIA-Norm übereinstimmt,
kann der Netzwerkspezialist ziemlich sicher sein, daß die volle
Netzwerkleistungsfähigkeit
ohne erhebliche Fehlerbeiträge
von einem Übersprechen
zwischen verdrillten Paaren gegeben ist.
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Testinstrumenthersteller streben
danach, Testinstrumente zu bauen, die den Netzwerkspezialisten dabei
unterstützen,
LAN-Kabelsysteme unter Einschluß des Übersprechverhaltens
generell vollständig
zu testen. Damit ein LAN-Kabelsystem den von der TIA spezifizierten
Grenzwert erfüllt,
muß das Übersprechverhalten des
LAN-Kabelnetzwerks den spezifizierten Grenzwert innerhalb des spezifizierten
Bereichs bei allen Frequenzen überschreiten.
Der von der TIA spezifizierte Übersprechtest
legt Testinstrumententwicklern jedoch mehrere erhebliche Belastungen
auf. Erstens muß die Übersprechmessung über einen
ganzen Bereich von Frequenzen ausgeführt werden, wodurch eine Reihe
von Messungen erforderlich ist, welche den Frequenzbereich angemessen
abdecken, während
eine annehmbare Gesamttestzeit und eine annehmbare Genauigkeit für den Benutzer
aufrechterhalten werden. Zweitens schließt die Übersprechmessung die Leistungsfähigkeit aller
Anschlüsse
in dem System nur im zusammengesteckten Zustand ein. Die Folge dieser
Regel besteht darin, daß ein
Anschluß am
nahen Ende des LAN-Kabels, der mit dem Testinstrument zusammengesteckt
ist, Teil des Testinstrumentanschlusses wird und nicht in die Messung
des LAN-Kabelnetzwerks aufgenommen werden darf. Die Übersprechmessung
muß daher
den Beitrag des Nahes-Ende-Anschlusses
ausschließen oder
minimieren, um eine Übersprechmessung
zu erhalten, die mit der TIA-Spezifikation in Einklang ist. Weil der
Nahes-Ende-Anschluß typischerweise
den größten Beitrag
zum Übersprechen
stellt, wie es vom Testinstrument gesehen wird, müssen Schritte
unternommen werden, um seine Wirkungen zu minimieren, weil das Testinstrument
ansonsten dadurch in gewissem Maße "geblendet" wird, daß der Nahes-Ende-Anschluß das Ansprechen
des restlichen LAN-Kabelsystems überdeckt,
woraus sich eine mangelhafte Meßgenauigkeit
ergibt. Demgemäß müssen die
Wirkungen des Nahes-Ende-Anschlusses minimiert werden, um die Meßgenauigkeit
zu erhöhen
und die Möglichkeiten
des Auftretens einer falschen Angabe einer Annehmbarkeit oder einer Nichtannehmbarkeit
für Übersprechmessungen
in der Nähe
der Spezifikationsgrenze zu verringern.
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LAN-Kabeltestinstrumente aus dem
Stand der Technik, die das Übersprechverhalten
messen, haben den Anforderungen der TIA-Spezifikation nicht voll
entsprochen. Kostengünstige
LAN-Kabeltestinstrumente beurteilen das Übersprechverhalten typischerweise
bei nur einer Frequenz, beispielsweise 10 Megahertz, und sie liefern
dadurch eine schnelle, jedoch unvollständige Angabe des Übersprechverhaltens
des LAN-Kabelsystems.
Ein solches Instrument arbeitet durch Einspeisen eines Hochfrequenzsignals
in ein ausgewähltes verdrilltes
Drahtpaar und durch Überwachen
des an einem anderen verdrillten Drahtpaar mit einem Empfänger und
Pegeldetektor empfangenen relativen Pegels. Auf diese Weise können Gesamtverdrahtungsfehler
in dem LAN-Kabelsystem, wie Verdrahtungsfehler gekreuzter Paare,
erfaßt
werden.
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Höherentwickeltere
LAN-Kabeltestinstrumente versuchen, Übersprechmessungen über den
spezifizierten Frequenzbereich von 0,1 bis 100 Megahertz bereitzustellen.
Wie bei den kostengünstigen
LAN-Kabeltestinstrumenten wird die Messung im wesentlichen analog
ausgeführt,
wobei ein Empfänger
und ein Pegeldetektor die Signalfrequenz einer Testsignalquelle
verfolgen und den relativen Pegel des empfangenen Testsignals messen.
Die Testsignalquelle kann eine Reihe von Testfrequenzen entweder
in Form einer kontinuierlich gewobbelten Sinusfrequenz oder als
eine Ansammlung in einer Folge erzeugter vorbestimmter diskreter Frequenzen
erzeugen. Jede Übersprechmessung
wird dann mit der Spezifikationsgrenze für diese Frequenz verglichen,
um zu bestimmen, ob sie annehmbar ist oder nicht. Die Nichtannehmbarkeit
einer Übersprechmessung
führt zu
der Schlußfolgerung,
daß das Übersprechverhalten
des LAN-Kabelnetzwerks fehlerhaft ist. Diese Meßtechnik ist gewöhnlich verhältnismäßig langsam,
weil zwischen den jeweiligen Messungen eine ausreichende Einschwingzeit
zugelassen werden muß und
es notwendigerweise einen Kompromiß zwischen der Gesamtmeßzeit und
der Anzahl der getesteten Frequenzen gibt.
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Weiterhin können solche Instrumente, welche
die Amplitude, jedoch nicht die Phase messen, die Wirkungen des
Nahes-Ende-Anschlusses nicht entfernen oder steuern. Die Lösung dieses
Nahes-Ende-Anschluß-Übersprechproblems
bestand darin, am Instrumentenende einen anderen Anschlußtyp austauschend zu
verwenden, typischerweise einen Industrienorm-DB-15-Anschluß und einen passenden Stecker,
der optimiert ist, um nur einen Nennbetrag an Übersprechen in das Instrument
zurückzuführen. Der
DB-15-Anschluß wird
mit einem LAN-Kabel hoher Qualität
verbunden, das als ein Verbindungskabel zu dem getesteten LAN-Kabelsystem
wirkt.
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Ein Nachteil tritt auf, wenn das
Benutzer-Verbindungskabel als Teil des LAN-Kabelsystems angesehen wird.
Solche Verbindungskabel weisen an jedem Ende stets RJ-45-Industrienormanschlüsse mit
einem hohen Übersprechen
auf. Weil ein DB-15-Anschluß demgemäß nicht
direkt mit einem RJ-45-Anschluß zusammengesteckt
wird, ist ein DB-15-zu-RJ-45-Adapter
mit einem unvermeidbar hohen Übersprechen
erforderlich und wird nach der TIA-Spezifikation Teil des Testinstruments.
In der üblichen
Situation, in der der Netzwerkspezialist das Benutzer-Verbindungskabel
als Teil des LAN-Kabelsystems
aufnehmen will, um das LAN-Kabelsystem voll-ständig
zu testen, wird die Meßgenauigkeit
folglich durch die vom RJ-45-Anschluß beigetragene Unsicherheit
beeinträchtigt.
Ein weiterer Nachteil dieser Technik besteht darin, daß die Übersprecheffekte
des DB-15-Anschlusses verringert sind, jedoch nicht vollkommen kontrolliert
werden können
und auch nicht aus der Messung entfernt werden können, wodurch die Meßgenauigkeit
des Instruments beeinträchtigt
wird. Die Genauigkeit der Übersprechmessung
hängt demgemäß stark
von der Qualität
des Verbindungskabels und des Anschlusses ab, wodurch ein unbekannter
Fehlerbeitrag erzeugt wird.
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Es wäre demgemäß wünschenswert, ein LAN-Kabeltestinstrument
bereitzustellen, welches die Übersprechantwort
eines LAN-Kabelsystems über
einen gewünschten
Frequenzbereich von 0,1 bis 100 Megahertz schnell mißt und welches
die Wirkungen des Nahes-Ende-Netzwerkanschlusses automatisch kompensiert
und elektronisch entfernt, um eine verbesserte Übersprech-Meßgenauigkeit
zu erreichen und einen speziellen Instrumentenanschluß, ein Verbindungskabel
und Adapter überflüssig zu
machen.
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In GB-A-2 065 312 ist eine Vorrichtung
zum Lokalisieren von Übersprechfehlern
in Telekommunikationskabeln offenbart. Ein Stufenfunktionssignal
wird an ein Kabelpaar angelegt, und das in einem nahegelegenen Kabelpaar
erzeugte Übersprechsignal
wird unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers erfaßt, der gesteuert
wird, um die empfangene Wellenform in aufeinanderfolgend verschiedenen
Zeitintervallen anhand der Impulsübertragung abzutasten. Ein
Mikroprozessor speichert Werte von Wellenformen, die auf der Grundlage
von jenen berechnet werden, welche anhand verschiedener Fehlerstellenabstände erwartet
werden. Abtastwerte der empfangenen und berechneten Wellenformen
werden korreliert, um den Ort des Fehlers zu bestimmen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aspekte der vorliegenden Erfindung
sind in den anliegenden Ansprüchen
dargelegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
legt ein Kabeltestinstrument ein Testsignal in Form schmaler Impulse
an eine ausgewählte Übertragungsleitung
eines LAN-Kabels an, während
die in einer anderen Übertragungsleitung
im selben LAN-Kabel induzierte Übersprechantwort
gemessen und als eine Zeitaufzeichnung im Digitalspeicher gespeichert
wird. Das Instrument ist mit dem nahen Ende des LAN-Kabels verbunden,
während
eine ferne Einheit einen geeigneten Abschluß am fernen Ende bereitstellt,
um unerwünschte Reflexionen
des Testsignals zu verhindern. In einem LAN-Kabel mit nicht abgeschirmten
verdrillten Paaren ("UTP-LAN-Kabel") besteht jede Übertragungsleitung
aus einem verdrillten Drahtpaar. Eine Zeitaufzeichnung wird unter
Verwendung einer sequentiellen Abtasttechnik über eine Reihe von Messungen
eingerichtet, um die wirksame Zeitauflösung der Messung zu verbessern.
Das LAN-Kabeltestinstrument analysiert die Übersprechantwort durch Ausführen einer
diskreten Fourier-Transformation
an der Zeitaufzeichnung, um Informationen des Übersprechens in bezug auf die
Frequenz bereitzustellen. Das gemessene Übersprechen kann dann mit einer
Spezifikationsgrenzlinie verglichen werden, um eine Entscheidung
hinsichtlich der Annehmbarkeit bzw. der Nichtannehmbarkeit zu erreichen,
die dem Instrumentenbenutzer übermittelt
wird.
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Eine verbesserte Genauigkeit der Übersprechmessung
unter Verwendung einer impulsbasierten Meßtechnik wird auf zweierlei
Arten erhalten. Erstens wird ein ausgewählter Satz von Impulsen mit
unterschiedlichen Impulsdauern, welche einer optimalen Signalenergie
in gewünschten
Frequenzbereichen entsprechen, so ausgewählt, daß eine zusammengesetzte Frequenzantwort
unter Verwendung von Messungen, die auf jedem der Impulse des Satzes
beruhen, erzeugt werden kann. Die Ausführung von Messungen auf der
Grundlage von Impulsen unterschiedlicher Breite nutzt eine als Bandbreite-Zeit-Invarianz bezeichnete
wohlbekannte Eigenschaft aus, bei der schmalere Impulse ihre Energie über ein
breiteres Frequenzspektrum, jedoch bei einer entsprechend kleineren
Amplitude, ausbreiten. Umgekehrt können breitere Impulse verwendet
werden, um zusätzliche
Energie für
Messungen in niedrigeren Frequenzbereichen bereitzustellen, um eine
verbesserte Meßgenauigkeit
zu erzielen.
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Zweitens werden die Übersprechwirkungen
des direkt mit dem Testinstrument gekoppelten Nahes-Ende-Anschlusses.
getrennt vom restlichen LAN-Kabelsystem gemessen und mathematisch
von der Übersprechmessung
subtrahiert. Bei dieser Technik wird die Tatsache ausgenutzt, daß, wenngleich
das Übersprechverhalten
eines gegebenen Anschlusses unbekannt ist, sein physikalischer Ort
und der entsprechende Ort in der Zeitaufzeichnung bekannt sind,
wodurch die Wirkungen des Nahes-Ende-Anschlusses getrennt gemessen
werden können.
Im Laufe einer Übersprechmessung
werden die Wirkungen des mit dem Testinstrument gekoppelten Nahes-Ende-Netzwerkanschlusses
mathematisch von der zusammengesetzten Messung subtrahiert, welche
sowohl den Nahes-Ende-Anschluß als
auch den Rest des LAN-Kabelsystems enthält, so daß nur die Antwort des LAN-Kabelsystems übrigbleibt.
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Eine Anordnung gemäß der Erfindung
wird nun beispielhaft mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine Darstellung eines LAN-Kabeltestinstruments und einer fernen
Einheit, die mit dem nahen Ende bzw. dem fernen Ende eines LAN-Kabelsystems
gekoppelt sind,
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2 ist
ein schematisches Diagramm eines mit dem LAN-Kabeltestinstrument
getesteten LAN-Kabels,
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3 ist
ein schematisches Diagramm, welches ein LAN-Kabelsystem definiert,
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4 ist
ein Diagramm, in dem ein LAN-Kabeltestinstrument und eine das LAN-Kabelsystem
testende ferne Einheit mit einem speziellen Instrumenten-Verbindungskabel
gemäß dem Stand
der Technik dargestellt sind,
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5 ist
ein Diagramm, in dem ein LAN-Kabeltestinstrument und eine das LAN-Kabelsystem
testende ferne Einheit mit einem Benutzer-Verbindungskabel und einem
speziellen Instrumenten-Verbindungskabel gemäß dem Stand der Technik dargestellt
sind,
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6 ist
ein Diagramm, in dem ein LAN-Kabeltestinstrument und eine das LAN-Kabelsystem
testende ferne Einheit gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt sind,
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7 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm des LAN-Kabeltestinstruments gemäß der vorliegenden Erfindung,
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8,
die aus den 8A, 8B und 8C besteht, ist ein Flußdiagramm
des Gesamtmeßprozesses,
der vom LAN-Kabeltestinstrument gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird,
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9 ist
eine Graphik, in der die Impulsantwort eines typischen LAN-Kabelsystems
als eine Zeitaufzeichnung im LAN-Kabeltestinstrument
dargestellt ist,
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10 ist
eine Graphik, in der die Frequenzdomänendarstellung der Zeitaufzeichnung
aus 9 verglichen mit
einer vorbestimmten Annehmbarkeit-Nicht-Annehmbarkeit-Grenzlinie
dargestellt ist,
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11 ist
eine Graphik, in der die tatsächliche
Impulsantwort eines typischen Nahes-Ende-Anschlusses unter Verwendung
von Punkten von einem vorbestimmten Abschnitt der Zeitaufzeichnung
und eine abgerundete Schätzung
der tatsächlichen
Impulsantwort dargestellt sind,
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12 ist
eine Graphik, in der eine Frequenzdomänendarstellung der restlichen Übersprechantwort dargestellt
ist, worin die Übersprecheffekte
des Nahes-Ende-Anschlusses auf die Übersprechantwort des LAN-Kabelsystems
mit und ohne Kompensation gemäß der vorliegenden
Erfindung verglichen werden,
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13 ist
eine Graphik, in der die Beziehung zwischen der Impulsbreite in
der Zeitdomäne
und der Verteilung der Impulsenergie in der Frequenzdomäne dargestellt
ist, und
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14 ist
eine Graphik, in der der Prozeß des
Verkettens der Frequenzdarstellung der in 13 dargestellten Impulsbreiten dargestellt
ist, um eine erhöhte
Impulsenergie bei ausgewählten
Frequenzbereichen zu erhalten und eine verbesserte Meßgenauigkeit
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu erhalten.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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1 ist
eine Darstellung eines LAN-Kabeltestinstruments und einer mit dem
nahen Ende bzw. dem fernen Ende eines typischen LAN-Kabelsystems
gekoppelten fernen Einheit. Die Begriffe nahes Ende und fernes Ende
bedeuten nach Konvention die jeweiligen Enden einer LAN-Kabelverbindung,
wobei das nahe Ende am Testinstrument 10 liegt und das
ferne Ende das entgegengesetzte Ende ist. Ein Testinstrument 10 ist über einen
Nahes-Ende-Anschluß 12 und
ein Verbindungskabel 14 mit einem Anschluß 16 gekoppelt.
Das Testinstrument 10 wird typischerweise in einem Benutzerbereich 18 verwendet,
in dem sich die gewünschten
Peripheriegeräte,
wie Computer-Arbeitsstationen und Drucker in einer typischen Büroumgebung
befinden. Der Anschluß 16 ist
mit einem LAN-Kabel 20 gekoppelt, das sich in einer Kabelbahn 22 befindet.
Die Kabelbahn 22 ist der Weg des LAN-Kabels 20 durch
die physikalische Einrichtung, und sie kann unter Fußböden, durch
Wände, über Decken
und anderen Räumen
innerhalb der Einrichtung verlaufen. Die Länge des LAN-Kabels 20 ist typischerweise
auf 100 Meter begrenzt, und es können
sich innerhalb seiner Reichweite zahlreiche LAN-Kabelanschlüsse befinden,
wie es für
Verstärkungserweiterungen
oder Reparaturunterbrechungen erforderlich ist. Das LAN-Kabel 20 ist
mit einem Anschluß 24 gekoppelt,
der an einem Telekommunikationsschrank 26 auftritt, welcher
typischerweise einen zentralen Empfangspunkt für mehrere Benutzerbereiche 18 aufweist
und LAN-Netzwerk-Verteileinrichtungen enthält, die beispielsweise "Hubs", "Router" und "Brücken" einschließen, welche
auf dem Datenkommunikationsgebiet wohlbekannt sind und Netzwerk-Kommunikationsfunktionen
erleichtern. Ein Verbindungskabel 28, das mit einem Fernes-Ende-Anschluß 30 gekoppelt
ist, vervollständigt
die LAN-Verbindung. Zum Ermöglichen
des Testens der Verbindung über
das LAN-Kabel ist eine ferne Einheit 32 mit dem Fernes-Ende-Anschluß 30 gekoppelt,
um einen geeigneten Abschluß der
vom Testinstrument 10 erzeugten Testsignale bereitzustellen.
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2 ist
ein schematisches Diagramm eines typischen UTP-Kupferdraht-LAN-Kabels 40 mit
acht Leitern, das gemäß der vorliegenden
Erfindung getestet wird. Drahtpaare 42a–d sind innerhalb des
LAN-Kabels 40 miteinander verdrillt, um die Signalisolation
oder das Übersprechen
zwischen zwei jeweiligen Drahtpaaren zu maximieren. An beiden Enden
des LAN-Kabels 40 befinden sich LAN-Kabelanschlüsse 44 und 44', die zu anderen
LAN-Kabelanschlüssen
passen, um die gewünschten
elektrischen Verbindungen entsprechend der Industrienorm zu bilden.
Die Drahtpaare 42a–d sind
mit einem vorbestimmten Verbindungssatz innerhalb der Anschlüsse 44 und 44' gekoppelt,
um jeweilige Paare 1–2,
3–6, 4–5 bzw.
7–8 zu
bilden, welche als die vier getrennten, unabhängigen Übertragungsleitungen funktionieren.
Die Anschlüsse 44 und 44' werden als RJ-45-Anschlüsse bezeichnet,
welche von der Telefonindustrie übernormmen
wurden. Mehrere LAN-Kabel 40 sind durch Zusammenstecken
der Anschlüsse 44 und 44' gekoppelt,
um vollständige
Verbindungen zu bilden. Das LAN-Kabel 40 und die LAN-Kabelanschlüsse 44 und 44' bilden auf
diese Weise den grundlegenden Baublock eines LAN-Kabelsystems, das
aus einer beliebigen Anzahl solcher Baublöcke bestehen kann.
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Der Schlüssel zum Erreichen eines gewünschten
Niveaus des Übersprechverhaltens
besteht im Aufrechterhalten einer ausgeglichenen Kapazität zwischen
beliebigen zwei verdrillten Paaren im LAN-Kabel 40, so
daß Signalspannungen
in einem verdrillten Paar keine Spannungen im anderen verdrillten
Paar induzieren. Dieser Kapazitätsausgleich
ist zunehmend kritisch geworden, weil die Frequenz der Signalspannung
infolge der über
das LAN-Kabel 40 gesendeten höheren Datenraten zugenommen
hat. Das LAN-Kabel 40 ist im Handel bei sortierten Datenqualitäten erhältlich,
welche sein Leistungsfähigkeitsniveau über den
gewünschten
Frequenzbereich definieren. Dieses Leistungsfähigkeitsniveau ist eine direkte
Funktion der physikalischen Konsistenz des Verdrillens der Drahtpaare 42a–d entlang
einer gegebenen Reichweite des LAN-Kabels. Wegen ständiger Verbesserungen
bei der Herstellung des LAN-Kabels 40, wodurch seine relative
Datenqualität
verbessert wurde, sind die zusammengesteckten Anschlüsse 44 und 44' häufig die
Hautverursacher des Gesamt-Kapazitätsungleichgewichts zwischen
beliebigen zwei Drahtpaaren. Die Anzahl dieser zusammengesteckten
Verbindungen in einem LAN-Kabelsystem
wird häufig
beim Aufrechterhalten der Leistungs- fähigkeit eines Netzwerks bei
höheren
Datenraten zu einem Problem.
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3 ist
ein schematisches Diagramm, in dem ein LAN-Kabelsystem 50 für die Zwecke
eines Übersprech-Meßstandards
definiert ist. Wegen der Unsicherheiten, denen sich der Netzwerkspezialist
hinsichtlich der Datenqualitäten
aller die Segmente zwischen dem nahen Ende und dem fernen Ende einer
LAN-Kabelverbindung bildenden LAN-Kabel, der relativen Längen jedes
Segments und der Zahl der LAN-Kabelanschlüsse zwischen dem nahen Ende
und dem fernen Ende gegenübersieht,
wird das Übersprechniveau über des
ganze Verbindungsnetzwerk kritisch.
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Gleichzeitig erforderte der Bedarf
an einem standardisierten Verfahren zum Messen des Übersprechens
eine universelle Definition davon, was ein LAN-Kabelsystem 10 ausmacht.
Die Telecommunications Industry Association (TIA) gelangte zu einer
Definition, nach der ein LAN-Kabelsystem alle zusammengesteckten
Verbindungen zwischen dem nahen Ende und dem fernen Ende unter Ausschluß der Nahes-Ende-Anschlüsse und
der Fernes-Ende-Anschlüsse
selbst umfaßt.
Der Nahes-Ende-Anschluß 12 ist
in eine Arbeitsstation 52 eingesteckt und wird dadurch
Teil der Arbeitsstation und ist nicht Teil des LAN-Kabelsystems 50.
In ähnlicher
Weise ist der Fernes-Ende-Anschluß 30 in
eine LAN-Einrichtung 54 eingesteckt, die ein Hub, eine
Brücke,
einen Router oder eine Verbindungsplatte umfassen kann, und er wird
daher Teil der LAN-Einrichtung 54. Das LAN-Kabelsystem 50 umfaßt das Verbindungskabel 14 (in 1 dargestellt), den LAN-Kabelanschluß 16, das
LAN-Kabel 20, den LAN-Kabelanschluß 24 und das Verbindungskabel 28.
Ausgeschlossen sind die Beiträge
des Nahes-Ende-Anschlusses 12 und des Fernes-Ende--Anschlusses 30 zum Übersprechen,
weil sie in die Arbeitsstation 52 bzw. die LAN-Einrichtung 54 eingesteckt
sind, welche nicht Teil des LAN-Kabelsystems 50 sind. Nach
dieser Definition muß daher
das Testinstrument 10 (in 1 dargestellt.),
das mit dem Nahes-Ende-Anschluß 12 zusammengesteckt
ist, versuchen, den Beitrag des Nahes-Ende-Anschlusses 12 und des Fernes-Ende-Anschlusses 30 auszuschließen, um
eine Übersprechmessung
zu erhalten, die mit der Industriedefinition vollkommen übereinstimmt.
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4 ist
ein Diagramm, in dem ein LAN-Kabeltestinstrument und eine das LAN-Kabelsystem
gemäß dem Stand
der Technik testende ferne Einheit dargestellt sind. Das Instrument 10 (in 1 dargestellt) ist über den
Anschluß 12 über ein
spezielles Verbindungskabel 15, welches das Benutzer-Verbindungskabel 14 aus 3 für die Übersprechmessung ersetzt, mit
dem LAN-Kabelsystem 50 gekoppelt.
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Das Instrument 10 ist mit
dem Nahes-Ende-Anschluß 12 gekoppelt,
der wiederum mit dem Verbindungskabel 15 gekoppelt ist.
Um eine möglichst
weitgehende Übereinstimmung
mit der TIA-Definition eines LAN-Kabelsystems zu erzielen, müssen die
Beiträge
des Nahes-Ende-Anschlusses 12 zum Übersprechen minimiert werden.
Weil die Messung analog erfolgt, wird der Übersprechbeitrag des Nahes-Ende-Anschlusses 12 durch
die Verwendung eines speziellen Anschlusses in der Art von DB-15,
der einen besseren Kapazitätsausgleich
hat als der Industrienorm-RJ-45-Anschluß, mechanisch minimiert. Die
Verwendung eines speziellen Anschlusses für den Nahes-Ende-Anschluß 12 erfordert
das spezielle Verbindungskabel 15, das für das Testinstrument 10 einzigartig
ist. Das Verbindungskabel 15 ist mit dem LAN-Kabelanschluß 16 gekoppelt
und wird als Teil des LAN-Kabelsystems 50 gemessen. Der
Beitrag zur Übersprechmessung
des Nahes-Ende-Anschlusses 12 kann unter dieser Anordnung
nicht gesteuert werden, wenngleich er als niedrig angenommen wird.
Weiterhin wird das Benutzer-Verbindungskabel 14, das normalerweise
mit der Arbeitsstation 52 verbunden ist, nicht getestet,
weil es durch das Instrumenten-Verbindungskabel 15 ersetzt
worden ist.
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Übersprechmessungen
werden durch Einfügen
eines Testsignals in ein verdrilltes Paar des LAN-Kabelsystems 50 (in 3 dargestellt) und Messen
der relativen Signalpegels, der in einem anderen verdrillten Paar
induziert wird, wie am nahen Ende durch das Instrument 10 gemessen
wird, ausgeführt.
Im Stand der Technik ist das Testsignal ein Analogsignal mit einem
bekannten Pegel und wird das Testsignal durch einen analogen Empfänger innerhalb
des Instruments 10 überwacht,
der als ein Pegeldetektor wirkt. Beispielsweise kann eine 10-Megahertz-Übersprechmessung
durch Einspeisen einer Sinuswelle mit einer Frequenz von 10 Megahertz
in das verdrillte Paar 1–2
und Messen des induzierten Signalpegels in den verdrillten Paaren
3–6, 4–5 oder
7–8 vorgenommen
werden. Das Verhältnis
zwischen dem induzierten Signalpegel und dem eingespeisten Signalpegel
kann in Dezibel (dB) ausgedrückt
werden, um das Niveau der Übersprechisolation
zwischen jeweiligen zwei verdrillten Paaren auszudrücken.
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Weil sich eine Übersprechmessung typischerweise
nicht glatt als Funktion der Frequenz ändert, muß die Übersprechmessung über zahlreiche
Frequenzen ausgeführt
werden und mit einer Spezifikationsgrenze verglichen werden. Es
ist erwünscht,
das Übersprechverhalten
bei einer erheblichen Anzahl von Frequenzen innerhalb des interessierenden
Bereichs zu prüfen,
um eine fehlerhafte Übersprechmessung
zu vermeiden, die zwischen anderen Meßfrequenzen liegen kann.
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Das Ausführen von weiteren Übersprechmessungen
bei einem zunehmend feinen Frequenzabstand geht auf Kosten der zunehmenden
Gesamtmeßzeit,
und die Frequenzauflösung
wird daher durch die Wahrscheinlichkeit erkauft, daß eine fehlerhafte Übersprechmessung
verpaßt
wird. Im Stand der Technik wird die Gesamtmeßzeit durch Hinzufügen von
Meßfrequenzen
direkt erhöht,
weil jede Messung bis zum Abschluß einen festen Zeitbetrag erfordert.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat die Verwendung der schnellen Fourier-Transformation
zum Erreichen einer Frequenzdarstellung einer digitalisierten Zeitaufzeichnung
verglichen mit dem Stand der Technik zu erheblichen Gewinnen der
Meßgeschwindigkeit
für eine
gegebene Frequenzauflösung
geführt. Übersprechmessungen
bei Frequenzinkrementen von 150 Kilohertz über einen Frequenzbereich von
1 bis 100 Megahertz werden im allgemeinen als angemessen angesehen,
um den schlimmsten Fall bis zur Spezifikationsgrenzlinie auf der
Grundlage empirischer Ergebnisse genau zu messen.
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5 ist
ein Diagramm, in dem ein LAN-Kabeltestinstrument und eine ferne
Einheit dargestellt sind, welche das LAN-Kabelsystem einschließlich eines
Benutzer-Verbindungskabels
und eines speziellen Verbindungskabels aus dem Stand der Technik
testen. Das Instrument 10 ist mit dem Anschluß 12 und
dem Instrumenten-Verbindungskabel 15 verbunden, wie in 4 dargestellt ist. Das Benutzer-Verbindungskabel 14 verbindet
die Instrumentenverbindung 15 mit dem Anschluß 16.
Diese Situation würde
auftreten, wenn der Netzwerkspezialist das gesamte LAN-Kabelsystem 50 einschließlich des
Benutzer-Verbindungskabels 14 testen möchte. Der Nachteil dieser Technik
besteht darin, daß der
Anschluß 16 nun
Teil dieses Testinstruments 10 ist und seine Übersprechbeiträge zu einer
Fehlerquelle für
die Gesamt-Übersprechmessung
werden. Demgemäß wird die Übersprechmessung
wegen der unerwünschten
Aufnahme des Anschlusses 16 in die Übersprechantwort gegenüber ihrem
tatsächlichen
Niveau verschlechtert. Der Anschluß 16 ist notwendigerweise
in den meisten Fällen
ein RJ-45-Anschluß,
um in geeigneter Weise mit dem entsprechenden Anschluß des LAN-Kabelsystems 50 zusammengesteckt
werden zu können,
und er trägt
dadurch erheblich zum Betrag des Übersprechens bei.
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6 ist
ein Diagramm, in dem ein LAN-Kabelinstrument und eine ferne Einheit
dargestellt sind, die das LAN-Kabelsystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung testen. Das Instrument 10 (in 1 dargestellt) ist mit dem Nahes-Ende-Anschluß 12 gekoppelt,
der wiederum, ähnlich
dem Diagramm aus 4,
mit dem Verbindungskabel 14 gekoppelt ist, wobei der Unterschied
jedoch darin besteht, daß das
Instrument 10. gemäß der vorliegenden
Erfindung mit dem Nahes-Ende-Anschluß 12 in
Form eines Industrienorm-RJ-45-Anschlusses verbunden werden kann.
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Das LAN-Kabelsystem einschließlich des
gleichen Verbindungskabels 14, das die Arbeitsstation 52 (in 3 dargestellt) mit dem LAN-Kabelanschluß 16 koppelt,
kann einfach durch Entfernen des Nahes-Ende-Anschlusses 12 von
der Arbeitsstation 52 und des Koppelns von diesem mit dem
Instrument 10 getestet werden, ohne daß ein spezielles Verbindungskabel
ersetzt werden müßte. Auf
diese Weise stimmt die Übersprechmessung
des LAN-Kabelsystems 50 durch das Instrument 10 besser
mit dem Übersprechniveau überein,
das im Normalbetrieb tatsächlich
von der Arbeitsstation 52 vorgefunden wird. Die ferne Einheit 32 ist
mit dem Fernes-Ende-Anschluß gekoppelt
und bietet den geeigneten Abschluß für das LAN-Kabelsystem, wie
in 4 dargestellt ist.
-
Unter Verwendung einer Reihe schmaler
Impulse als das Testsignal mißt
das Instrument 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung elektronisch das Übersprechen
des Nahes-Ende-Anschlusses 12 und entfernt seinen Übersprechbeitrag
mathematisch aus der Übersprechmessung
des LAN-Kabelsystems 50. Das Instrument 10 hängt auf
diese Weise nicht von dem relativen Übersprechverhalten eines bestimmten
Nahes-Ende-Anschlusses 12 ab. Das Benutzer-Verbindungskabel 14 kann
verwendet werden, falls seine Länge
wenigstens 2 Meter beträgt,
so daß die Übersprecheffekte
des Anschlusses 12 gemessen und entfernt werden können. Die
Messung erfolgt auch nach der TIA-"Kanaldefinition", die die Benutzerverbindung 14 spezifisch
einschließt,
jedoch den Anschluß 12 ausschließt. Das
Verfahren zum Messen und mathematischen Entfernen des Übersprechbeitrags
des Nahes-Ende-Anschlusses 12 wird nachstehend vollständiger erklärt.
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7 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramms des Testinstruments 10 (in 1 dargestellt) gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Nahes-Ende-Anschluß 12 ist mit den im
LAN-Kabelsystem 52 enthaltenen Drahtpaaren 42a–d (in 2 dargestellt) gekoppelt.
Die Drahtpaare 42a–d sind
weiterhin mit einer Schaltmatrix 70 gekoppelt, die eines
der Drahtpaare 42a–d selektiv
mit einem Ausgang eines Impuls generators 72 koppelt und ein
anderes der Drahtpaare 42a–d selektiv
mit einem Eingang einer Sample-and-Hold-Schaltung (S/H) 74 koppelt,
welche beim Empfang eines Signals an einem Steuereingang den am
Eingang vorhandenen Spannungspegel erfaßt. Jedes Drahtpaar ist im
wesentlichen eine abgeglichene Übertragungsleitung.
Der Ausgang des Impulsgenerators 72 und der Eingang der
S/H 74 sind gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nicht abgeglichen oder auf Masse bezogen,
weshalb das Hinzufügen
von Transformatoren (nicht dargestellt) für jedes Drahtpaar erforderlich
ist, um von einer abgeglichenen zu einer nicht abgeglichenen Übertragungsleitung
zu wechseln. Die Drahtpaare 42a–d sind als Einzelleitungen
gezeichnet, weil jedes Paar eine einzelne Übertragungsleitung bildet.
Der Impulsgenerator 72 sendet bei Empfang eines Signals
an einem Steuereingang einen Impuls. Ein Ausgang der Sample-and-Hold-Schaltung
ist mit einem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers (ADC) 76 gekoppelt,
der den beim Empfang eines Signals an einem Steuereingang von der
S/H 74 empfangenen Spannungspegel digitalisiert. Ein Ausgang
des ADC 76 ist mit einem Erfassungsspeicher 78 gekoppelt,
der bei Empfang eines Signals an einem Steuereingang die digitalen
Messungen als eine digitale Zeitaufzeichnung speichert. Eine Erfassungszeit-Steuereinrichtung 80 ist
mit dem Steuereingang der S/H 74, dem ADC 76 und
dem Impulsgenerator 72 gekoppelt, um einen wiederholten
digitalen Abtastprozeß zu
ermöglichen,
der eine hohe äquivalente
Abtastrate mit einem Minimum an Zeitfehlern durch die koordinierte
Erzeugung der Steuersignale zu den richtigen Zeiten an den jeweiligen
Steuereingängen
der S/H 74, des ADC 76 und des Impulsgenerators 72 erreicht.
Die S/H 74, der ADC 76, die Erfassungszeit-Steuereinrichtung 80 und
der Erfassungsspeicher 78 bilden zusammen einen Digitalisierer 79,
der die empfangenen Impulsantworten unter Verwendung einer wiederholten
sequentiellen Abtastung digitalisiert, um eine höhere äquivalente Abtastrate zu erhalten,
als sie mit Echtzeit-Abtasttechniken leicht erhalten werden kann.
-
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beträgt
die äquivalente
Abtastrate des Digitalisierers 79 500 Mega-Abtastwerte
je Sekunde, oder die zeitliche Auflösung beträgt umgekehrt 2 Nanosekunden
je Punkt. Beim Meßprozeß wird dann
eine Zeitaufzeichnung von 4096 Punkten Abtastwert für Abtastwert
mit einer Auflösung
von 2 Nanosekunden im Erfassungsspeicher 78 mit einer tatsächlichen
Abtastrate von etwa 4 Megahertz zusammengestellt. Eine diskrete
Fourier-Transformation mit 4096 Punkten wird dann berechnet, um
die Frequenzdomänendarstellung
der Zeitaufzeichnung zu erhalten.
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Ein Mikroprozessor 82 steuert
den gesamten Meßprozeß und ist
mit einem Steuereingang der Schaltmatrix 70, um die jeweiligen
Drahtpaare zum Messen auszuwählen,
und einem Steuereingang der Erfassungszeit-Steuereinrichtung 80 zur
Steuerung des Erfassungsprozesses gekoppelt. Der Mikroprozessor 82 ist
weiterhin mit einer Anzeige 86, einem Tastenfeld bzw. Knopf 88,
einem Instrumentenspeicher 90 und einem digitalen Signalprozessor
(DSP) 92 über
einen Instrumentenbus 84 gekoppelt. Der Instrumentenbus 84 enthält parallele
Daten- und Adressenleitungen, um die Kommunikation zwischen den
Vorrichtungen in einer auf dem Gebiet der Elektronik wohlbekannten
Weise zu ermöglichen.
Eine im Erfassungsspeicher 78 aufgenommene Zeitaufzeichnung
wird zum Instrumentenspeicher 90 übertragen, um sie zu speichern
oder daran eine weitere digitale Manipulation in der Art einer diskreten
Fourier-Transformation auszuführen.
Der DSP 92, eine Signalverarbeitungsschaltung für einen
speziellen Zweck, kann an Stelle des Mikroprozessors 82 verwendet
werden, um eine Zeitaufzeichnung unter Verwendung einer diskreten
Fourier-Transformationsfunktion in eine Frequenzdomänendarstellung
umzuwandeln. Der DSP 92 ist ein im Handel erhältlicher
integrierter Signalprozessor-Schaltkreis, der schnelle Fourier-Transformationen
typischerweise schneller ausführt
als ein Vielzweck-Mikroprozessor bei entsprechenden Taktgeschwindigkeiten.
Das Tastenfeld bzw. der Knopf 88 und die Anzeige 86 bilden
die Benutzerschnittstelle des Instruments 10. Der Speicher 90 wird
zum Speichern digitaler Zeitaufzeichnungen, von Frequenzdomänendarstellungen
und von Instrumentenkalibrierungsdaten verwendet und kann aus einer
einzigen integrierten Schaltung oder aus mehreren integrierten Schaltungen
bestehen, wobei auf dem Gebiet der Elektronik wohlbekannte Technologien
verwendet werden.
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8,
die aus den 8A, 8B und 8C besteht, ist ein Flußdiagramm
eines vom LAN-Kabeltestinstrument gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendeten Gesamt-Meßprozesses. 8A betrifft den Prozeß des Messens
von 5-, 16- und 64-Nanosekunden-Kalibrationsimpulsantworten
durch Verbinden der Empfangs- und der Sendekanäle mit einer im wesentlichen
verlustfreien 0-Dezibel-Referenzverbindung, um nachfolgende Messungen
in Bezug auf diese direkte Messung zu normieren. 8B betrifft den Prozeß des Messens der Impulsantwort
des LAN-Kabelsystems 50 (in 3 dargestellt)
unter Verwendung von 5-Nanosekunden-, 16-Nanosekunden- und 64-Nanosekunden-Impulsbreiten,
des Entfernens der Übersprechwirkungen
des Nahes-Ende-Anschlusses 12 und des Berechnens der Frequenzdomänen-Übersprechfunktion
für jede
Impulsantwort. 8C betrifft
den Prozeß des
Zusammenstellens der zusammengesetzten Übersprechantwort des LAN-Kabelsystems 50 anhand
der drei Übersprechfunktionen,
des Vergleichens der zusammengesetzten Antwort mit einer Spezifikationsgrenze
und des Bereitstellens von Meßergebnissen
für den
Benutzer.
-
Um zu einer zusammengesetzten Übersprechantwort
zu gelangen, sind ein erhebliches Maß an Datenspeicher und erhebliche
mathematische Manipulationen erforderlich. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden
zwei Primärtypen
von Datenaufzeichnungen verwendet, nämlich Zeitdomänenaufzeichnungen
und Frequenzdomänenaufzeichnungen.
Frequenzdomänenaufzeichnungen
stehen über
die Fourier-Transformation in Verbindung mit ihren äquivalenten
Zeitdomänenaufzeichnungen,
und die Daten liegen in Form komplexer Zahlen mit realen und imaginären Komponenten
vor. Zeitdomänenaufzeichnungen
ent halten nur reale Daten ohne imaginäre Komponenten. Nach Konvention
werden Zeitdomänenaufzeichnungen
Namen in Kleinbuchstaben zugewiesen und werden den äquivalenten
Frequenzdomänenaufzeichnungen
die gleichen Namen, jedoch in Großbuchstaben zugewiesen.
-
In der folgenden Tabelle sind alle
Variablen zusammengefaßt,
die für
den in den 8A–C erklärten Meßprozeß relevant
sind.
norm64 – die
Zeitaufzeichnung der 64-Nanosekunden-Impulsantwort, wenn die Sende- und Empfangskanäle miteinander
verbunden sind, wobei sich "norm" auf Normierungsdaten
bezieht.
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Jede der Variablen stellt eine Reihe
von als eine Felddatenstruktur gespeicherten Daten dar, wobei individuelle
Datenpunkte durch die Verwendung von Indizes in einer auf dem Computergebiet
wohlbekannten Weise normal zugänglich
sind.
NORM64 – die
Frequenzdomänendarstellung
von norm64, welche den 0-dB-Referenzpegel zum Normieren von Übersprechmessungen
unter Verwendung von 64-Nanosekunden-Impulsen darstellt, wobei sich "NORM" auf Normierungsdaten
bezieht.
norm16 – die
Zeitaufzeichnung der 16-Nanosekunden-Impulsantwort, wenn die Sende- und Empfangskanäle miteinander
verbunden sind, wobei sich "norm" auf Normierungsdaten
bezieht.
NORM16 – die
Frequenzdomänendarstellung
von norml6, welche den 0-dB-Referenzpegel zum Normieren von Übersprechmessungen
unter Verwendung von 16-Nanosekunden-Impulsen
darstellt, wobei sich "NORM" auf Normierungsdaten
bezieht.
norm5 – die
Zeitaufzeichnung der 5-Nanosekunden-Impulsantwort, wenn die Sende-
und Empfangskanäle
miteinander verbunden sind, wobei sich "norm" auf
Normierungsdaten bezieht.
NORM5 – die Frequenzdomänendarstellung
von norm5, welche den 0-dB-Referenzpegel zum Normieren von Übersprechmessungen
unter Verwendung von 5-Nanosekunden-Impulsen darstellt, wobei sich "NORM" auf Normierungsdaten
bezieht.
cut5 – die
Zeitaufzeichnung der 5-Nanosekunden-Impulsantwort des LAN-Kabelsystems,
wobei der Sendekanal mit einer Übertragungsleitung
gekoppelt ist und der Empfangskanal mit einer anderen Übertragungsleitung gekoppelt
ist, wobei sich "cut" auf das getestete
Kabel bezieht.
CUT5 – die
Frequenzdomänendarstellung
von cut5, wobei sich "CUT" auf das getestete
Kabel bezieht.
cut16 – die
Zeitaufzeichnung der 16-Nanosekunden-Impulsantwort des LAN-Kabelsystems,
wobei der Sendekanal mit einer Übertragungsleitung
gekoppelt ist und der Empfangskanal mit einer anderen Übertragungsleitung
gekoppelt ist, wobei sich "cut" auf das getestete
Kabel bezieht.
CUT16 – die
Frequenzdomänendarstellung
von cut16, wobei sich "CUT" auf das getestete
Kabel bezieht.
cut64 – die
Zeitaufzeichnung der 64-Nanosekunden-Impulsantwort des LAN-Kabelsystems,
wobei der Sendekanal mit einer Übertragungsleitung
gekoppelt ist und der Empfangskanal mit einer anderen Übertragungsleitung
gekoppelt ist, wobei sich "cut" auf das getestete
Kabel bezieht.
CUT64 – die
Frequenzdomänendarstellung
von cut16, wobei sich "CUT" auf das getestete
Kabel bezieht.
necc – die
Zeitaufzeichnung der anhand Daten, die in cut5 enthalten sind, aufgebauten
Nahes-Ende-Anschluß-Impulsantwort,
wobei sich "necc" auf Übersprechen
im Nahes-Ende-Anschluß bezieht.
NECC – die Frequenzdomänendarstellung
von necc, wobei sich "NECC" auf Übersprechen
im Nahes-Ende-Anschluß bezieht.
NEXT5 – die Frequenzdomänendarstellung
der Nahes-Ende-Übersprechantwort
des LAN-Kabelsystems unter Ver- wendung
der 5-Nanosekunden-Impulsantwort des LAN-Kabelsystems, welche durch Teilen von
CUT5 durch NORMS (Normierung) und Subtrahieren von NECC (Nahes-Ende-Kompensation)
berechnet wird.
NEXT16 – die
Frequenzdomänendarstellung
der Nahes-Ende-Übersprechantwort
des LAN-Kabelsystems unter Verwendung der 16-Nanosekunden-Impulsantwort
des LAN-Kabelsystems, welche durch Teilen von CUT16 durch NORM16
(Normierung) und Subtrahieren von NECC (Nahes-Ende-Kompensation)
berechnet wird.
NEXT64 – die
Frequenzdomänendarstellung
der Nahes-Ende-Übersprechantwort
des LAN-Kabelsystems unter Verwendung der 64-Nanosekunden-Impulsantwort
des LAN-Kabelsystems, welche durch Teilen von CUT64 durch NORM64
(Normierung) und Subtrahieren von NECC (Nahes-Ende-Kompensation)
berechnet wird.
COMP_NEXT – die
Frequenzdomänendarstellung
der Nahes-Ende-Übersprechantwort
des LAN-Kabelsystems unter Verwendung ausgewählter Abschnitte von NEXT5,
NEXT16 und NEXT64, die miteinander verkettet sind.
-
Mit Bezug auf 8A sei bemerkt, daß der Meßprozeß mit einem mit ANFANG bezeichneten
Prozeß 100 beginnt,
in dem das Testinstrument 10 (in 1 dargestellt) zunächst hochgefahren und initialisiert
werden kann. Der mit EINSPEISEN EINES 0-dB-KALIBRIERUNGSARTEFAKTS
bezeichnete Prozeß 102 ist
ein Instrumentenkalibrierungsprozeß, bei dem vom Impulsgenerator 72 erzeugte
5, 16 und 64 Nanosekunden breite Impulse über die Übertragungsleitung (in 7 dargestellt) mittels einer
kurzen Verbindung 104 in die Empfangsleitung und die S/H 74 gekoppelt
werden. Der Anschluß 12 hat
eine im wesentlichen verlustfreie 0-Dezibel-Referenzverbindung,
welche zwischen einer ausgewählten
Kombination von Drahtpaaren, die so gewählt sind, daß sie der
Einstellung der Schaltmatrix 70 entsprechen, einen elektrischen
Kurzschluß 104 aufweist.
Der Anschluß 12 ist
wiederum zu Kalibrierzwecken mit dem Instrument 10 gekoppelt.
-
Der mit MESSEN VON IMPULSANTWORTAUFZEICHNUNGEN – 5-NS-,
16-NS- UND 64-NS-IMPULSBREITEN bezeichnete Prozeß 106 ist eine Messung
der vom Impulsgenerator 72 (in 7 dargestellt) erzeugten Impulse, so
daß die
folgenden Impulsantwortmessungen in Bezug auf diese direkte Messung
normiert werden können.
Die Impulsantwort wird durch das Testinstrument 10 gemessen,
und Zeitaufzeichnungen, die die 4096 Punkte aufweisenden, mit norm5,
norml6 und norm64 bezeichneten gemessenen Impulsantwortaufzeichnungen
enthalten, werden erzeugt und im Speicher 90 gespeichert.
Die Namen norm5, norml6 und norm64 sind eine symbolische Darstellung
der als Zeitaufzeichnung gespeicherten Amplitudendaten, die üblicherweise
in Form einer Felddatenstruktur gespeichert werden, wobei einzelne
Datenpunkte innerhalb des Felds über
einen Index zugänglich
sind.
-
In dem mit BERECHNEN VON 0-dB-NORMIERUNGSDATEN
bezeichneten Prozeß 108 werden
Frequenzdarstellungen von norm5, norml6 und norm64 unter Verwendung
einer schnellen Fourier-Transformation in
einer auf dem Gebiet der Elektronik wohlbekannten Weise unter Verwendung
des DSP 92 (in 6 dargestellt)
berechnet. Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die gewählte Länge von norm5, norml6 und norm64
4096 Punkte, wobei es sich um eine Potenz von 2 handelt, um eine
schnelle Fourier-Transformation (FFT), eine wirksame Implementation
des vom DSP 92 verwendeten diskreten Fourier-Transformationsalgorithmus,
zu erleichtern.
NORMS = FFT (norm5)
NORM16 = FFT (norm16)
NORM64
= FFT (norm64)
-
NORM5, NORM16 und NORM64, in Großbuchstaben,
sind die Frequenzdomänendarstellungen
der Zeitaufzeichnungen norm5, norml6 und norm64, welche die Normierungsdaten
bilden, die die Kalibrierungsdaten des Instruments 10 darstellen.
Die in NORM5, NORM16 und NORM64 enthaltenen Daten sind komplexe Werte
als Funktion der Frequenz. Ein Satz von Normierungsdaten NORM5,
NORM16 und NORM64 wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung für
jede Kombination verdrillter Paare erfaßt und im Speicher 90 gespeichert.
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In dem mit SPEICHERN VON 0-dB-NORMIERUNGSDATEN
IM SPEICHER bezeichneten Prozeß 110 werden
die Normierungsdaten im Speicher 90 gespeichert (in 7 dargestellt). Der DSP 92 erzeugt
komplexe Zahlen, die reale und imaginäre Komponenten aufweisen, enthaltene
Datendateien, die als Felddatenstrukturen NORM5, NORM16 und NORM64
im Speicher 90 gespeichert werden. Die Prozesse 102, 106 und 108 zum
Erhalten von Normierungsdaten werden typischerweise als eine Kalibrierung
des Instruments 10 durch die Herstellerfirma ausgeführt, und
die NORM5-, NORM16- und NORM64-Daten werden bis zur nächsten Instrumentkalibrierung
auf einer halbpermanenten Basis im Speicher 90 gespeichert.
Ein typischer Zeitraum zwischen Kalibrierungen durch die Herstellerfirma
beträgt
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung 12 Monate.
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Mit Bezug auf 8B sei erwähnt, daß der Meßprozeß mit einem als MESSEN DES
GETESTETEN LAN-KABELSYSTEMS – 5
NS, 16 NS, 64 NS bezeichneten Prozeß 112 fortgesetzt
wird. Die gleichen ausgewählten
Drahtpaare 40a und 40d, die den in den Prozessen 108 und 110 (in 8A dargestellt) für die 0-dB-Kalibrierungsmessung
gewählten
Drahtpaaren entsprechen, werden für die Messung im Prozeß 112 gewählt. Im
Prozeß 112 wird
das LAN-Kabelsystem 50 durch wiederholtes Eingeben eines
Stroms von Impulsen mit einer ausgewählten Impulsbreite in das Drahtpaar 40a gemessen.
Die Antwort jedes Impulses in einem ausgewählten Zeitintervall wird dann
gemessen und an der geeigneten Stelle in der Zeitaufzeichnung im
Erfassungsspeicher 78 (in 6 dargestellt)
gespeichert. Vollständige
Impulsantwortzeitaufzeichnungen des LAN-Kabelsystems 50 bei
Impulsbreiten von 5, 16 und 64 Nanosekunden werden dann im Speicher 90 als cut5,
cut16 und cut64 als Felddatenstrukturen gespeichert.
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In dem mit EINRICHTEN EINER ZEITAUFZEICHNUNG
DES NAHES-ENDE-ANSCHLUSSES
bezeichneten Prozeß 114 wird
die Übersprech antwort
des Anschlusses 12 anhand der in cut5 enthaltenen Impulsantwortdaten
eingerichtet, um eine Unerwünschte-Antwortzeit-Aufzeichnung
zu bilden. Es wurden die 5-Nanosekunden-Impulsantwortdaten gewählt, weil
sie die höchste
Auflösung
ermöglichen,
die zum Trennen der Impulsantwort des Anschlusses 12 von
der Impulsantwort des benachbarten Anschlusses 16 (in 1 dargestellt) erforderlich
ist. Die Übersprechantwort
des Anschlusses 12 kann leicht den Daten entnommen werden,
die in cut5 enthalten sind, weil ihre Stelle entlang dem Paar der
durch die Drahtpaare 40a und 40d dargestellten Übertragungsleitungen
bekannt ist und konstant bleibt. Diese Stelle wird unter Verwendung
des Index des in cut5 gespeicherten Datenfelds und der in ein mit
conn bezeichnetes anderes Datenfeld kopierten Daten ausgewählt. Weil
zwischen den Impulsantworten der Anschlüsse 12 und 16 eine
gewisse Überlappung auftritt,
wird der überlappende
Abschnitt ignoriert, woraus sich eine abgerundete Schätzung der
unerwünschten
Impulsantwort des Anschlusses 12 ergibt. Auf diese Weise
wird die Unerwünschte-Antwortzeit-Aufzeichnung
conn so eingerichtet, daß sie
nur die Impulsantwort des Anschlusses 12 enthält. Dieser
Prozeß des
Einrichtens der Impulsantwortaufzeichnung des Anschlusses 12 wird
nachstehend vollständiger
erklärt.
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In dem mit BERECHNEN DER FREQUENZDARSTELLUNG
VON ZEITAUFZEICHNUNGEN bezeichneten Prozeß 116 wird die Frequenzdomänendarstellung
der Zeitaufzeichnungen conn, cut5, cut16 und cut64, die wie vorstehend
erklärt
erhalten wurden, unter Verwendung des DSP 92 (in 7 dargestellt) berechnet. Die
Längen
von conn, cut5, cut16 und cut64 sind alle 4096 Punkte, wobei es
sich um eine Potenz von 2 handelt, um die Schnelle-Fourier-Berechnung
zu erleichtern. CONN = FFT (conn) CUT5 = FFT (cut5) CUT16
= FFT (cut16) CUT64 = FFT (cut64)
-
Die Ergebnisse jeder Berechnung werden
im Speicher 90 als CNN, CUT5, CUT16 bzw. CUT64 gespeichert.
Die Frequenzauflösung
der Punkte in den Datendateien CONN, CUT5, CUT16 und CUT64 wird
unter Verwendung der folgenden Formel abgeleitet: Frequenzauflösung (Hertz)
=(effektive Abtastrate/Länge
der Zeitaufzeichnung) = 500 Megahertz/4096 Punkte = 122,07 Kilohertz
je Punkt
-
In dem mit BERECHNEN DER NEXT-SCHÄTZUNG DES
NAHES-ENDE-ANSCHLUSSES
bezeichneten Prozeß 118 wird
die durch NECC dargestellte normierte Übersprechantwort berechnet. NECC
= CONN/NORM5
-
NORM5 sind die Normierungsdaten für den in
den Prozessen 102 und 106 erhaltenen 5-Nanosekunden-Impuls.
CONN ist die Frequenzdarstellung der Übersprechantwort des Anschlusses 12,
die anhand der in cut5 enthaltenen 5-Nanosekunden-Impulsantwortdaten
erhalten wurde. Durch Normieren der Antwort CONN durch die Stimulation
NORM5 wird die tatsächliche Übersprechfunktion
NECC des Anschlusses 12 abgeleitet.
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In dem mit BERECHNEN DES KOMPENSIERTEN
NEXT-WERTS DES NAHES-ENDE-ANSCHLUSSES – 5 NS, 16 NS, 64 NS bezeichneten
Prozeß 120 wird
die Übersprechfunktion
des LAN-Kabelsystems 50 (in 3 dargestellt)
für jede
der Impulsbreiten, einschließlich
5, 16 und 64 Nanosekunden, berechnet, wobei die Übersprecheffekte des Anschlusses 12 entfernt
wurden. Weil das Übersprechen
im allgemeinen als ein Verhältnis
des Ansprechens gegenüber
einer Stimulation verstanden wird, ist es geeignet, den Betrag des
Verhältnisses
zu erhalten und ihn in Dezibel (dB) auszudrücken.
-
-
Mit Bezug auf 8C sei bemerkt, daß in einem mit ERZEUGEN DER
ZUSAMMENGESETZTEN NEXT-ANTWORT bezeichneten Prozeß 124 eine
zusammengesetzte Übersprechantwort
des LAN-Kabelsystems
50 (in 3 dargestellt)
anhand der Abschnitte von NEXT5, NEXT16 und NEXT64 zusammengestellt wird.
Drei Impulsbreiten wurden verwendet, um die Signalenergie bei verschiedenen
Frequenzbereichen in einer nachstehend vollständiger beschriebenen Weise
zu maximieren. Die zusammengesetzte Übersprechantwort, nämlich COMP
NEXT, wird unter Verwendung von NEXT64 von 0,1 bis 10 Megahertz,
von NEXT16 von 10 bis 40 Megahertz und von NEXT5(m) von 40 Megahertz
bis 150 Megahertz erzeugt. Auf diese Weise behält COMP NEXT über alle
interessierenden Frequenzen von 0,1 bis 100 Megahertz ein optimales
Signal-Rausch-Verhältnis.
-
In dem mit VERGLEICHEN DER ZUSAMMENGESETZTEN
NEXT-ANTWORT MIT
DER SPEZIFIKATIONSGRENZE bezeichneten Prozeß 126 wird COMP_NEXT
mit einer von der Telecommunications Industry Association gelieferten
Spezifikationsgrenzlinie als die angenommene Annehmbarkeit-Nicht-Annehmbarkeit-Grenze
verglichen. Eine Annehmbarkeit-Nicht-Annehmbarkeit-Entscheidung.
wird dann ansprechend auf die Vergleichsergebnisse vorgenommen.
Falls irgendwelche der Punkte innerhalb von COMP_NEXT oberhalb der
entsprechenden Spezifikationsgrenze liegt, wird das getestete LAN-Kabelsystem 50 als "nicht annehmbar" angesehen. Ansonsten
besteht das LAN-Kabelsystem 50 den Übersprechtest.
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In dem mit MITTEILEN DER ANNEHMBAR/NICHT-ANNEHMBAR-INFORMATIONEN AN
DEN BENUTZER bezeichneten Prozeß 128 werden
die Ergebnisse der Annehmbar/Nicht-Annehmbar-Entscheidung des Prozesses 126 dem
Benutzer über
die Anzeige 86 (in 7 dargestellt)
des Instruments 10 mitgeteilt. Eine Graphikanzeige der Übersprechantwort
des LAN-Kabelsystems 50, wobei die in COMP_NEXT enthaltenen Daten
verwendet werden, kann auch ebenso wie eine einfache Annehmbarkeits-
oder Nicht-Annehmbarkeits-Angabe
dargestellt werden.
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In dem mit ENDE bezeichneten Prozeß 130 endet
der Meßprozeß. Der Meßprozeß kann unter
der Instrumentensteuerung automatisch zum Anfangsprozeß 100 (in 8A dargestellt) oder zu
einem Zwischenmeßprozeß zurückkehren,
um die Messung kontinuierlich zu wiederholen.
-
In 9 ist
eine Graphik dargestellt, die eine als Zeitaufzeichnung im Speicher 90 (in 7 dargestellt) im Testinstrument 10 gespeicherte
5-Nanosekunden-Impulsantwort eines typischen LAN-Kabelsystems 50 (in 3 dargestellt) zeigt. Diese
Graphik zeigt den typischen Inhalt der Datendateien cut5, cutl6
und cut64, die wie vorstehend beschrieben erhalten werden können.
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In 9 zeigt
die untere Spur den Inhalt von cut5, der durch Messen des LAN-Kabelsystems 50 erhalten
wurde, welches ein 2 Meter langes Verbindungskabel, ein 67 Meter
langes Kabel, ein erstes ein Meter langes Verbindungskabel, ein
33 Meter langes Kabel, ein zweites ein Meter langes Verbindungskabel,
ein 17 Meter langes Kabel, gefolgt von einem dritten ein Meter langen
Verbindungskabel und einem von der fernen Einheit 32 (in 1 dargestellt) bereitgestellten
Abschluß (nicht
dargestellt) aufweist. Es sei bemerkt, daß die Graphik aus Klarheitsgründen so
gezeichnet wurde, daß sie
nur den Absolutbetrag der Impulsantwortdaten mit einem Gewichtungsfaktor,
der die Amplitude der Impulsantwort mit zunehmendem Abstand vergrößert, um Verluste
in dem Kabel zu kompensieren, zeigt. Die Spitzen der Graphik entsprechen
den LAN-Kabelanschlüssen
im LAN-Kabelsystem 50, welche die beschriebenen verschiedenen
Verbindungsstücke
koppeln. Eine Spitze 140, entspricht dem Nahes-Ende-Anschluß 12.
Eine Spitze 142 entspricht dem LAN-Kabelanschluß 16 (in 3 dargestellt) am anderen
Ende des Verbindungskabels 14. Spitzen 144 und 146 entsprechen
LAN-Kabelanschlüssen
an beiden Enden des 1 Meter langen Verbindungskabels. Spitzen 148 und 150 entsprechen LAN-Kabelanschlüssen an
beiden Enden des zweiten 1 Meter langen Verbindungskabels. Spitzen 152 und
154 entsprechen
LAN-Kabelanschlüssen
an beiden Enden des dritten 1 Meter langen Verbindungskabels.
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Die Spitze 140, die dem Übersprechen
des Nahes-Ende-Anschlusses 12 entspricht,
ist erheblich höher
als die anderen Spitzen in diesem Fall. Wie vorstehend erklärt wurde,
weist die Übersprechantwort
des LAN-Kabelsystems 50 die Antwort des Nahes-Ende-Anschlusses 12 nach
der TIA-Spezifikation nicht auf, und die vorliegende Erfindung sieht
ihre Entfernung vor. Falls nur die Übersprechantwort des LAN-Kabelsystems 50 unter
Verwendung 5 Nanosekunden breiter Impulse erwünscht wäre, wäre es einfach,
den Abschnitt der cut5-Antwort, der sich auf die Spitze 140 in
der Zeitaufzeichnung bezieht, "herauszuheben" und dadurch eine gültige Übersprechantwort
gemäß der Industriedefinition
zu erhalten. 16-Nanosekunden- und 64-Nanosekunden-breite-Impulsmessungen
werden jedoch auch für
verbesserte Signal-Rausch-Verhältnisse
bei gewünschten
Frequenzbereichen verwendet, wofür
eine Normierung und eine Subtraktion in der Frequenzdomäne erforderlich
sind, wie es im Prozeß 120 (in 8B dargestellt) erfolgt.
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In 10 ist
eine Graphik dargestellt, die die zusammengesetzte Übersprechantwort
des LAN-Kabelsystems 50 verglichen mit einer vorbestimmten
NEXT-Annehmbarkeit-Nicht-Annehmbarkeit-Grenzlinie
zeigt. Die vertikale Skala ist der NEXT-Verlust in Dezibel, und
die horizontale Skala ist die Frequenz in Megahertz. Ein negativerer
NEXT-Verlust ist wünschenswerter.
Um das Beispiel aus 9 fortzusetzen,
sei bemerkt, daß ein
als Beispiel dienendes LAN-Kabelsystem 50 aus einem 2 Meter
langen Verbindungskabel, einem 67 Meter langen Kabel, einem ersten
einen Meter langen Verbindungskabel, einem 33 Meter langen Kabel,
einem zweiten einen Meter langen Verbindungskabel, einem 17 Meter
langen Kabel, gefolgt von einem dritten einen Meter langen Verbindungskabel
und einem von der fernen Einheit 32 (in 1 dargestellt) bereitgestellten Abschluß besteht.
Die in 10 dargestellte Übersprechantwort
ist eine Zusammensetzung von NEXT64 von 0,1 bis 10 Megahertz, von
NEXT16 von 10 bis 40 Megahertz und von NEXT5 von 40 Megahertz bis
155 Megahertz, wie sie in dem Prozeß 124 (in 8C dargestellt) auftritt.
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Eine Spur 160 entspricht
der Annehmbarkeit-Nicht-Annehmbarkeit-Grenzlinie.
Eine Spur 162 entspricht der berechneten zusammengesetzten Übersprechantwort
des LAN-Kabelsystems 50.
Wie dargestellt, liegt jeder Punkt der Spur 162 unterhalb
der Spur 160. Das Testinstrument 10 würde demgemäß entsprechend dieser Übersprechantwort
im Prozeß 126 in 8C eine "Annehmbarkeitsentscheidung" zurückgeben.
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In 11 ist
eine Graphik dargestellt, die die tatsächliche Impulsantwort eines
typischen Nahes-Ende-LAN-Kabelanschlusses 12 unter Verwendung
von Punkten von einem vorbestimmten Abschnitt der Zeitaufzeichnung
und von einer abgerundeten Schätzung
der tatsächlichen
Impulsantwort, die in der Zeitaufzeichnung conn gespeichert ist,
zeigt. Die vertikale Achse stellt die Amplitude dar, während die
horizontale Achse Speicherstellen in conn darstellt. Die Impulsantwort
des Nahes-Ende-Anschlusses 12 wird zusammen mit dem getesteten
LAN-Kabelsystem 50 im Prozeß 112 gemessen, und
die Ergebnisse werden in der Datendatei cut5 gespeichert. Das Trennen
der Impulsantwort eines Nahes-Ende-Anschlusses 12 von derjenigen
des LAN-Kabelanschlusses 16 am anderen Ende des Verbindungskabels
ist kritisch. Falls die zwei Impulsantworten nicht getrennt werden
können,
kann die Impulsantwort des Nahes-Ende-Anschlusses 12 nicht
genau gemessen werden und dann mathematisch von den nachfolgenden
Impulsantwortmessungen subtrahiert werden. Die Spur 170 im
oberen Abschnitt der Graphik zeigt die tatsächliche Impulsantwort des Nahes-Ende-Anschlusses 12 (in 1 dargestellt) mit 100-Ohm-Abschlußwiderständen, die
das LAN-Kabelsystem
(in 3 dargestellt) ersetzen.
Der oberen Spur ist die Impulsantwort eines LAN-Kabelanschlusses 16 überlagert,
welche abtrennbar sein muß,
um eine genaue Übersprechantwortmessung
des Nahes-Ende-Anschlusses 12 zu erhalten.
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Es ist zum Gewährleisten dieser Trennung erforderlich,
daß drei
kritische Parameter berücksichtigt werden
und ein Kompromiß zwischen
ihnen gebildet wird. Diese Parameter umfassen (a) die minimale Länge des
Verbindungskabels 14 (in 1 dargestellt),
(b) die Impulsbreite des Testsignals und (c) die Länge der abgerundeten
Schätzung
der tatsächlichen
Impulsantwort des Nahes-Ende-Anschlusses 12.
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Die Länge des Verbindungskabels ist
der erste kritische Parameter, dem Rechnung getragen werden muß. Ein kürzeres Verbindungskabel
verringert die Trennung zwischen den zwei Impulsantworten. Ein Entwurfsziel
für das
Testinstrument 10 bestand darin, daß ein Verbindungskabel 14 vorhanden
ist, das keine zu große
minimale Länge
benötigt.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung muß das
Testinstrument 10 ein Verbindungskabel mit einer minimalen
Länge von
2 Metern aufweisen, um zu gewährleisten,
daß die
Impulsantworten der Anschlüsse 12 und 16 tatsächlich trennbar
sind.
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Die 5-Nanosekunden-Impulsbreite,
die geringste Impulsbreite, die gemäß der vorliegenden Erfindung verfügbar ist,
wurde gewählt,
um die Impulsantwort des Nahes-Ende-Anschlusses 12 zu messen,
weil sie die höchste
Auflösung
der drei verfügbaren
Impulsbreiten beim Unterscheiden individueller Impulsantworten in
einer Zeitaufzeichnung bereitstellt. Ein schmalerer Impuls erzeugt
eine schmalere Impulsantwort, die leichter trennbar ist.
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Die Länge der abgerundeten Schätzung der
tatsächlichen
Impulsantwort des Nahes-Ende-Anschlusses 12 wurde so gewählt, daß sie so
viel von der Nahes-Ende-Anschluß-Impulsantwort
wie möglich
enthält, wobei
sie kurz vor dem Punkt endet, an dem die Impulsantwort des Anschlusses 16 zu überlappen
beginnt. Die abgerundete Schätzung
ist im unteren Teil der Graphik als eine Spur 174 dargestellt.
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurde die abgerundete Schätzung in
der Datendatei conn(m) von m = 120 bis 148 gewählt. Alle anderen Werte mit
Ausnahme von m = 149 in der Datendatei sind auf 0 gelegt.
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Beim Formulieren der abgerundeten
Schätzung
in der Datendatei conn wird am Punkt
149 ein Offset-Wert
eingegeben, um den Gesamtdurchschnitt der Datenaufzeichnung auf
Null zu zwingen.
conn(149) = Offset
conn(1
: 119) = 0
conn(150 : 4096) = 0
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Die Übersprechantwort des Nahes-Ende-Anschlusses
beruht auf der kapazitiven Kopplung, die notwendigerweise in ihrer
Impulsantwort keinen Gleichspannungswert aufweist. Demgemäß wird dadurch,
daß der
Durchschnittswert auf Null gezwungen wird, gewährleistet, daß es in
der Frequenzdarstellung der in der Datendatei conn enthaltenen abgerundeten
Zeitaufzeichnung keinen erheblichen Gleichstromwert gibt, wenn die
schnelle Fourier-Transformation ausgeführt wird. CONN = FFT (conn)
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In 12 ist
eine Graphik dargestellt, die eine Frequenzdomänendarstellung einer restlichen Übersprechantwort
zeigt, worin die Wirkungen des Nahes-Ende-Anschlusses auf die Übersprechantwort
des LAN-Kabelsystems mit und ohne Ausgleich für den Nahes-Ende-Anschluß 12 (wie
in 1 dargestellt ist)
gemäß der vorliegenden
Erfindung verglichen sind. Die vertikale Achse ist der Übersprechverlust
in Dezibel (dB), und die horizontale Achse ist die Frequenz in Megahertz.
Die restliche Übersprechantwort
wird gemessen, wobei der Nahes-Ende-Anschluß 12 mit
100-Ohm-Widerständen
an jedem Ende der Drahtpaare 42a–d abgeschlossen ist,
so daß die
Impulsantwort des Nahes-Ende-Anschlusses 12 nur in der
Zeitaufzeichnung vorhanden ist. Die obere Spur 160 ist
die Spezifikationsgrenze aus 10.
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Eine Spur 190 zeigt die
restliche Übersprechantwort
ohne Kompensation zu Vergleichszwecken. Mit anderen Worten subtrahiert
die Übersprechberechnung
in dem Prozeß 120 aus 8B nicht die Wirkung des Nahes-Ende-Anschlusses 12,
die als NECC auftritt. Demgemäß liegt
ein theoretisch perfektes LAN-Kabelsystem 50 ohne Impulsantwort
nur 12 dB unterhalb der Spezifikationsgrenze, wie durch die Differenz
zwischen der Spur 160 und der Spur 190 dargestellt
ist. Diese verhältnismäßig kleine
Differenz führt,
gekoppelt mit einem LAN-Kabelsystem 50,
das eine Übersprechantwort
hat, die nahe der Spezifikationsgrenze liegt, zu einer hohen Wahrscheinlichkeit,
daß dem
Benutzer eine falsche Annehmbarkeits- oder Nicht-Annehmbarkeits-Angabe
gegeben wird.
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Eine Spur 192 zeigt die
restliche Übersprechantwort
mit Kompensation gemäß der vorliegenden
Erfindung. Nun würde
ein theoretisch perfektes LAN-Kabelsystem 50 ohne Übersprech-Impulsantwort über 30 dB unter
der Spezifikationsgrenze gemessen werden, wie durch die Differenz
zwischen der Spur 160 und der Spur 190 dargestellt
ist. Durch die Aufnahme einer Kompensation für den Nahes-Ende-Anschluß 12 werden
auf diese Weise eine erhebliche Verbesserung der Meßgenauigkeit
und eine Verringerung von Fehlern beim Zurückgeben einer falschen Annehmbarkeits-
oder Nicht-Annehmbarkeits-Angabe an den Benutzer bereitgestellt.
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In 13 ist
eine Graphik dargestellt, in der die Beziehung zwischen der Impulsbreite
in der Zeitdomäne
und der Verteilung der Impulsenergie in der Frequenzdomäne dargestellt
ist. Der linke Abschnitt der Graphik ist die Zeitdomänendarstellung
eines Rechteckimpulses 200 mit einer Breite von 64 Nanosekunden,
eines Rechteckimpulses 202 mit einer Breite von 16 Nanosekunden
und eines Rechteckimpulses 204 mit einer Breite von 5 Nanosekunden,
welche gemeinsam einen Satz von Impulsbreiten aufweisen. Die vertikale
Achse ist die relative Amplitude, und die horizontale Achse ist
die Impulsbreite in Nanosekunden. Die Impulse 200, 202 und 204 haben
in der Graphik die gleiche relative Amplitude. Jeder der Impulse 200, 202 und 204 hat
eine äquivalente
Frequenzdomänendarstellung,
wie im rechten Abschnitt der Graphik dargestellt ist. Eine Spur 206 ist
die Frequenzdomänendarstellung
des 64-Nanosekunden-Impulses 200. Die Spur 206 weist in
15,625-Megahertz-Intervallen erhebliche Abfälle der relativen Energie auf,
welche Messungen in der Nähe
dieser Frequenzen unbrauchbar machen würden. In ähnlicher Weise ist eine Spur 208 die
Frequenzdomänendarstellung des
16-Nanosekunden-Impulses 202, welche in 62,5-Megahertz-Intervallen
erhebliche Abfälle
der relativen Energie aufweist. Eine Spur 210 ist die Frequenzdomänendarstellung
des 5-Nanosekunden-Impulses 204, welche
ihren ersten erheblichen Abfall der relativen Energie bei 200 Megahertz
hat, was außerhalb
des gemäß der vorliegenden
Erfindung interessierenden Frequenzbereichs liegt.
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In 14 ist
eine Graphik dargestellt, in der der Prozeß der Verwendung unterschiedlicher
Impulsbreiten zum Erhalten einer erhöhten Impulsenergie bei ausgewählten Frequenzbereichen
gezeigt ist, um eine verbesserte Meßgenauigkeit gemäß der vorliegenden
Erfindung zu erhalten. Wenngleich die Spuren 206, 208 und 210 (in 13 dargestellt) jeweils
erhebliche Energieabfälle
bei verschiedenen Frequenzen aufweisen, kann eine als Bandbreite-Zeit-Invarianz bezeichnete
wohlbekannte Eigenschaft verwendet werden, um ausgewählte Frequenzbereiche
auszunutzen, bei denen die relative Impulsenergie höher ist.
Gemäß der Bandbreite-Zeit-Invarianz
breiten schmalere Impulse ihre Energie über ein breiteres Frequenzspektrum,
jedoch bei einer entsprechend niedrigeren Amplitude aus. Umgekehrt
können
breitere Impulse verwendet werden, um zusätzliche Energie für Messungen
bei niedrigeren Frequenzbereichen bereitzustellen, um eine verbesserte Meßgenauigkeit
zu erzielen.
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In der Graphik wurden die Spuren 206, 208 und 210 verkettet,
um eine zusammengesetzte Frequenzantwort zu bilden, wie durch die
fett gezeichnete Linie dargestellt ist. Die zusammengesetzte Frequenzantwort
behält
am unteren Ende der Frequenz von 0,1 bis 10 Megahertz einen verhältnismäßig hohen
Energiebetrag, wo diese Energie am meisten erforderlich ist. Bei
0,1 Megahertz ist die relative Impulsenergie des 64-Nanosekunden-Impulses
beispielsweise 22 dB höher
als diejenige des 5-Nanosekunden-Impulses. Zwischen 10 Megahertz
und 40 Megahertz wird die 16-Nanosekunden-Impulsenergie verwendet,
um eine zusätzliche
Impulsenergie oberhalb derjenigen des 5-Nanosekunden-Impulses bereitzustellen,
während
die "Energieausfälle" des 64-Nanosekunden-Impulses
vermieden werden. Oberhalb von 40 Megahertz wird bei allen anderen
Frequenzen im interessierenden Bereich unterhalb von 150 Megahertz
unter Verwendung des 5-Nanosekunden-Impulses eine angemessene Impulsenergie
aufrechterhalten.
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Die spezielle Kombination von Impulsbreiten,
die gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gewählt
wurde, wurde gewählt,
um eine optimale Meßgenauigkeit über den
interessierenden Frequenzbereich zwischen 0,1 Megahertz und 100
Megahertz bereitzustellen. Die Meßgenauigkeit ist am kritischsten
für Messungen,
die in unmittelbarer Nähe
der Spezifikationsgrenzlinie liegen. Die Spezifikationsgrenzlinie,
die graphisch als die Spur 160 in 10 erscheint, ändert sich als Funktion der
Frequenz.
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Bei niedrigen Frequenzen, beispielsweise
bei 1 Megahertz, liegt die Grenzlinie bei –57 dB, so daß das für die Messung
zurückgegebene
Impulsantwortsignal verhältnismäßig klein
ist. Das Testinstrument hat einen "Rauschuntergrund", der ein Niveau minimaler Empfindlichkeit
ist, das über
den Frequenzbereich verhältnismäßig konstant
ist. Das Signal-Rausch-Verhältnis bestimmt
die Meßgenauigkeit
direkt. Zum Aufrechterhalten einer angemessenen Meßgenauigkeit
bei niedrigen Frequenzen, wo sich das Signal-Rausch-Verhältnis zu
verschlechtern beginnt, verwendet die vorliegende Erfindung eine
größere Impulsbreite
zum Bereitstellen einer größeren Signalenergie.
Umgekehrt werden bei höheren
Frequenzen geringere Impulsbreiten verwendet, um eine angemessene
Bandbreite zu erhalten und den interessierenden Frequenzbereich
abzudecken.
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Es wird Durchschnittsfachleuten offensichtlich
sein, daß an
den Einzelheiten der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung zahlreiche Änderungen
vorgenommen werden können, ohne
vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann
die vorliegende Erfindung verwendet werden, um, beschränkt durch
die Wirkungen der dazwischenliegenden Übertragungsleitung, unerwünschte Übersprechantworten
von einer beliebigen Anzahl ausgewählter Stellen entlang eines
Paars von Übertragungsleitungen
zu entfernen, wobei die unerwünschten
Impulsantworten mit einer ausreichenden Genauigkeit, um ihr Entfernen
zu bewirken, und einer ausreichenden Auflösung, um die unerwünschten Übersprechantworten
von den gewünschten
Antworten zu trennen, geschätzt
werden. Weiterhin können
unterschiedliche Impulsbreiten verwendet werden, um eine vergrößerte Energie
bei anderen interessierenden Frequenzbereichen zu erhalten. Die
Frequenzantworten der unterschiedlichen Impulsbreiten können in
jeder beliebigen gewünschten
Kombination verkettet werden, um eine nach Bedarf geformte zusammengesetzte
Antwort zu erhalten. Daher soll der Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung durch die folgenden Ansprüche bestimmt sein.
