WO2003107559A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der elektrischen eigenschaften einer datenleitung - Google Patents

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WO2003107559A1 PCT/EP2003/004994 EP0304994W WO03107559A1 WO 2003107559 A1 WO2003107559 A1 WO 2003107559A1 EP 0304994 W EP0304994 W EP 0304994W WO 03107559 A1 WO03107559 A1 WO 03107559A1
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Ronalf Kramer
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Infineon Technologies AG
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    • H04B2203/5495—Systems for power line communications having measurements and testing channel

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining the electrical properties of a data transmission line, via which data is transmitted and devices connected to the data transmission line are supplied with current.
  • Such a data transmission line is, for example, a telecommunication line leading from a switching center to an end user, such as a telephone line. It is provided that terminal devices connected to the data transmission line can obtain their power supply from the data transmission line.
  • the data transmission line is generally acted upon by a high-strength electrical signal which is in a different frequency range than the signals used for data transmission and in particular is a direct voltage.
  • a high-strength electrical signal which is in a different frequency range than the signals used for data transmission and in particular is a direct voltage.
  • TDR Time Domain Reflectometry
  • the echo consists of the only slightly attenuated near-echo component, which is caused by components located near the feed point of the transmission pulse, and the strongly attenuated remote echo, which contains all reflections of the transmission pulse within the data transmission line.
  • These reflections arise at the end of the data transmission line, especially since measurements are usually made with an open or almost open line end, at the junction points and at the ends of bridge taps (BT), at power discontinuities due to, for example, a change in the power type or at the inductors that may be installed.
  • the configuration of the data transmission line can be determined from the shape, the delay and the sign of the individual parts of the remote echo.
  • the transmission pulse and the reflections resulting from it are attenuated by the line, so that for long lines the far echo is very strongly attenuated compared to the near echo and it becomes very difficult to separate them and to distinguish the individual parts of the distance echo from each other.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method and a device for determining the electrical properties of a data transmission line of the type mentioned above, in which strongly attenuated reflections can also be detected.
  • the voltage source for feeding the power supply into the data transmission line is used to apply at least one voltage change to the data transmission line.
  • a controllable Connection between the voltage source and the data transmission line may be provided.
  • several voltage changes are preferably applied to the data transmission line in order to enable averaging when evaluating the echoes generated by the voltage changes on the data transmission line.
  • a device for echo cancellation is preferably used to evaluate the voltage curve generated by the applied voltage change in the data transmission line.
  • Echo compensation is used in normal data transmission mode, in which a transmission signal is fed into the data transmission line and a reception signal is tapped from the data transmission line, to compensate for the effects of the transmission signal fed in at one point on a reception signal tapped at this point.
  • the echo compensation or an echo compensator is acted upon by the transmission signal and generates a correction signal which corresponds to the echo of the transmission signal in the reception signal but has the opposite sign, so that the echo of the transmission signal is echoed by linear combination of the correction signal, the echo compensation and the reception signal can be removed from the received signal.
  • a difference signal between the correction signal of the echo compensation and the received signal is fed back to the echo compensation, which successively adjusts the correction signal so that the difference signal becomes zero.
  • the voltage change caused by switching the voltage source can be generated for a certain first time period after the transmission signal change has been applied to the echo cancellation, this first time period being dimensioned such that the echo of the transmission signal change simultaneously with the echo of the voltage change in the Received signal occurs, and in particular can correspond to the transit time that the transmission signal change requires until it occurs at the point at which the voltage change is applied to the data transmission line.
  • the echo compensation can generate evaluation information in particular in the form of coefficients which characterize a transfer function by means of which the correction signal for removing the transmission signal echo in the received signal is generated from the transmission signal.
  • the voltage profile on the data transmission line is only measured a certain time after a voltage change has been applied to the data transmission line.
  • the near echo which can reach very high voltage values, can be masked out and the much weaker far echo can thus be better detected with the aid of a sensitive voltage measuring device.
  • the overdriving of an analog-to-digital converter which is designed to measure the usually small received signals, can be avoided in this way.
  • the aforementioned method is preferably carried out by an integrated semiconductor in which components for transmitting and receiving data via the data transmission line are integrated.
  • this can include, in particular, a digital-to-analog converter for converting a digital transmission signal into an analog signal to be connected to the data transmission line, an analog-to-digital converter for digitizing an received signal picked up analogously from the data transmission line, and digital and / or analog filters for the transmission signal path and / or the received signal path and a controller that is set up to carry out the method according to the invention.
  • the control acts in particular on a switching element with which the voltage source can be connected to the data transmission line in a controlled manner.
  • the control can be connected to the echo compensation in order to cause it to be evaluated and to read evaluation results from the echo compensation in order to be able to generate information about the state of the data transmission line.
  • the controller can additionally suppress the detection of the voltage curve on the data transmission line or the evaluation of the received signal for a certain time after the voltage change has been applied, in order to suppress the very strong post-echoes.
  • the control can, for example, either deactivate an analog-digital converter for digitizing the received signal or a downstream digital filter.
  • the time period between voltage changes successively applied to the data transmission line is preferably longer than the time between the application of a voltage change and the latest arrival
  • any voltage change can be used to determine the electrical properties of the data transmission line, that is, both a voltage change with a rising and a falling edge.
  • the voltage source can thus be connected to the data transmission line as a square-wave signal, the period duration being at least twice as long as the time, which passes after a voltage change is applied until the latest remote echo arrives.
  • coefficients of the echo compensation are successively determined in an adaptation algorithm, with at least one coefficient and in particular all coefficients being adapted by one step for each voltage change applied to the data transmission line.
  • the adaptation algorithm when determining the electrical properties of the data transmission line is different than in the data mode during data transmission.
  • as many temporally successive values of the difference signal are determined for adaptation for each applied voltage change as coefficients are provided.
  • G is an adaptation factor
  • (,) the value of the i-th coefficient after the k-th adaptation step the coefficients can be adapted as follows:
  • the voltage source can be connected to the data transmission line in a controlled manner with the interposition of a resistor.
  • This resistor can be an ohmic and / or a capacitive and / or an inductive resistor and can be used, for example, for line adaptation.
  • the Resistance is an ohmic resistance, the value of which lies, for example, in the range of the wave resistance of the data transmission line.
  • FIG. 1 shows the structure of a circuit arrangement for transmitting or receiving data via a data transmission line, which is also set up to determine the electrical properties of the data transmission line, according to the exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows the ideal curve of the voltage at the beginning of the line for a loss-free line if the voltage source is switched on at time ti and Z is equal to the characteristic impedance of the data transmission line for higher frequencies
  • FIG. 3 shows a received signal generated by the applied voltage change
  • FIG. 4 shows the received signal according to FIG. 3 with the near echo suppressed
  • FIG. 5 shows a control signal for suppressing the near echo
  • FIG. 6 shows a change in the transmission signal at the switch 11 in order to apply an echo compensation for evaluating the reception signal
  • FIG. 7 shows a correction signal generated by the echo compensation when the echo compensation is adapted
  • FIG. 8 shows a control signal for connecting the data transmission line to a voltage source for applying voltage changes
  • FIG. 9 shows a voltage curve in the received signal resulting from the control signal according to FIG. 8.
  • the circuit arrangement shown in FIG. 1 essentially corresponds to the usual circuit arrangement for data transmission by means of pulse amplitude modulation.
  • 8 data are transmitted and received via a data transmission line.
  • the data to be sent and received are fed or tapped via a transmitter 7.
  • the transformer 7 On the side connected to the data transmission line 8, the transformer 7 has two windings connected in series via a capacitor in order to galvanically separate the two lines of the data transmission line 8.
  • an input winding is coupled in the transformer 7, to which a fork 6 with an input and an output connects.
  • the fork 6 is used to apply a transmission signal connected to the input to the input winding of the transmitter 7 and to tap a received signal present at the output of the fork 6 from the input winding of the transmitter 7.
  • the fork 6 is passively constructed from RC elements and ensures a rough separation of the transmit or receive signal and to a small extent also for echo suppression of the transmit signal on the receive signal.
  • An analog-to-digital converter 2 with a downstream reception filter 4 connects to the output of the fork ⁇ , at which the reception signal is present.
  • the reception filter 4 has a control input via which the reception signal in the reception filter 4 can be set to zero.
  • the output of the reception filter 4 acts on an adder 14, in which a linear combination between the reception signal and a correction signal supplied by an echo compensation filter 12 is formed, the echo cancellation filter 12 being called echo cancellation for the sake of simplicity.
  • the difference signal 15 of the adder 14 is fed back to the echo cancellation 12 in order to be able to adapt the coefficients of the echo cancellation filter.
  • the transmission signal which is applied to the input of the fork 6, passes through a transmission filter 5 with a downstream digital-to-analog converter 3.
  • the transmission path can be acted upon by the data to be transmitted via the data transmission line 8 via a line (not shown).
  • a switch 11 is provided, with which the transmission filter 5 and the echo compensation 12 can be acted upon by a transmission signal change.
  • the switch 11 is a changeover switch with which the transmission filter 5 or the echo compensation 12 can be connected on the input side either with a logic 1 or a logic 0.
  • the echo compensation 12 is set up in such a way that it generates the correction signal for a given transmission signal in such a way that the echo of the transmission signal can be compensated for in the reception signal.
  • the echo compensation 12 preferably determines step by step a transfer function by means of which the correction signal is generated from the transmission signal, the correction signal being generated in such a way that the difference signal 15 becomes zero.
  • the data transmission line 8 can also be connected via a switch 10 to a voltage source 9 with the interposition of a resistor Z.
  • the application of a direct voltage to the data transmission line 8 serves to supply power to devices connected to the data transmission line 8.
  • the data transmission line 8 is in particular a telephone line from an exchange to a subscriber, it being possible to connect a device, in particular a telephone, on the subscriber side, the device not necessarily requiring a separate power supply, since it can be supplied with power via the data transmission line 8.
  • the voltage source 9 has a voltage U0, with a voltage U on the data transmission line 8 resulting from the resistance Z and any transition resistance of the switch 10.
  • a controller 1 which acts on the changeover switch 11, the echo compensation 12, the reception filter 4 and the switch 10.
  • the transmission filter 5 can additionally upsample the transmission data arriving with a symbol clock during normal transmission to the migration rate of the digital-analog converter 3.
  • the reception filter 4 can sample the reception clock of the analog-digital converter 2 down to the symbol rate of the data transmission.
  • the compensation of the echo of the transmitted signal in the received signal is carried out by the echo canceller 12 and the adder 14, which operates in the data mode
  • Data transmission from the filtered received signal subtracts the echo simulated by the echo cancellation 12, so that after the adaptation of the echo cancellation 12, ideally that the difference signal 15 behind the adder 14 is zero and coefficients of the echo cancellation 12 output via the output line 13 reflect the echo.
  • the difference signal 15 is fed to the echo cancellation 12 after the adder 14.
  • FIG. 3 shows qualitatively the corresponding course of the received signal when the data transmission line 8 is lossy. Since the voltage UO is large in comparison to the useful signals during data transmission, the analog-to-digital converter 2 is overdriven in areas A and B and supplies incorrect output signals there. In area C one observes the sum of the outgoing near echo and the distant echo caused by reflection at the open end. Since UO is very large (for example 40 volts and more), the long-range echo also has high voltages and can also be detected well for a long data transmission line 8 with high attenuation.
  • the controller 1 is set up in such a way that, after the voltage source 9 has been switched on, the reception filter is activated by activating the switch 10 on the data transmission line 8 4 blocks and its output signal sets to zero.
  • the reception filter 4 is only released again at a time t2, so that the reception signal appears at its output.
  • FIG. 4 shows the output signal of the reception filter 4, the near echo component being set to zero by the time t2 by means of a control signal from the controller 1.
  • FIG. 5 shows the corresponding control signal for driving the reception filter 4.
  • the evaluation of the remote echo as a result of the connection to the data transmission line 8 using the voltage source 9 The voltage change is carried out with the aid of echo compensation 12.
  • a transmission signal change In order to initiate the evaluation in this case, a transmission signal change must be activated by actuating the switch 10. It is important that the effect of the transmission signal change appears at time t2 at the output of the reception filter 4. The transmission signal change is therefore switched on for a certain period of time before the time t2.
  • FIG. 6 shows what the signal generated by the switch 10 must look so that the transmission signal is present at the beginning of the data transmission line 8 at the same time as the voltage U0 plus the switch 11 is applied. Due to the group delay T GR of components 5, 3, 6, 7, the signal shown in FIG. 5 must become active at time t2 minus T GR .
  • the output signal of the reception filter 4 does not change qualitatively to that shown in FIG. 4 if the connection of the voltage U0 and the transmission of the logic 1 are carried out synchronously and offset by TQ R.
  • TQ R the connection of the voltage U0 and the transmission of the logic 1 are carried out synchronously and offset by TQ R.
  • FIG. 6 shows what the signal generated by the switch 10 must look so that the transmission signal is present at the beginning of the data transmission line 8 at the same time as the voltage U0 plus the switch 11
  • the configuration of the data transmission line 8 can be determined by evaluating the coefficients and analyzing them.
  • the adaptation of the coefficients of the echo compensation 12 can take place for each symbol sent, the symbols transmitted necessarily being statistically independent of one another.
  • voltage changes are applied at regular intervals, a voltage change being generated on the data transmission line 8 both when the switch 11 is closed and when it is opened.
  • the time interval between adjacent voltage changes must be longer than twice the running time from the beginning to the end of the data transmission line 8.
  • FIG. 8 shows a control signal for actuating the switch 11, which is a square-wave signal, with half the period longer than that is double the running time of a signal on the data transmission line 8 from the feed point to the connection of the voltage UO and the end. This ensures that all the echoes have arrived before the next switch 11 is switched.
  • the output signal of the reception filter 4 is shown in FIG. 9, the signal bursts being the remote echo for the previous switchover operation of the switch 11 or the preceding edge of the control signal for the switchover switch 11 shown in FIG.
  • the period of the control signal for the switch 11 according to FIG. 8 can be set to 100 ⁇ -seconds, so that 10,000 switching operations of the switch 11 or Adaptations of the echo compensation 12 are possible and 8 measurement times in the range of less than one minute are possible with a precise adaptation for an exact measurement of the data transmission line.
  • an increased power loss may occur in the resistor Z, so that this can also be implemented externally when the other semiconductor components are integrated in an integrated semiconductor.

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Abstract

Bei einer Datenübertragungsleitung (8) mit Powerfeeding, die mit einer Gleichspannung beaufschlagbar ist, um an die Datenübertragungsleitung (8) angeschlossene Geräte mit Strom versorgen zu können, werden die elektrischen Eigenschaften vermessen, indem durch gesteuertes Aufschalten der Spannungsquelle die Datenübertragungsleitung (8) mit Spannungswechseln beaufschlagt wird. Die in Folge der Spannungswechsel auftretenden Echos werde erfasst und ausgewertet, wobei auf Grund der hohen Spannung der Spannungsquelle (9) auch stark gedämpfte Echos noch eine ausreichende Spannung besitzen, um präzise erfasst werden zu können. Vorteilhafterweise werden die Echos der Spannungswechsel mit Hilfe einer Vorrichtung (12) zur Echokompensation ausgewertet, wobei diese Vorrichtung (12) parallel mit einem Sendesignalwechsel beaufschlagt wird, der zeitlich vor dem Aufschalten des Spannungswechsels auf die Datenübertragungsleitung (8) gelegt wird, um nach Verzögerung der Gruppenlaufzeit synchron zu dem Echo des Spannungswechsels zu sein.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der elektrischen Eigenschaften einer Datenleitung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Ermitteln der elektrischen Eigenschaften einer Datenübertragungsleitung, über die Daten übertragen und an die Datenübertragungsleitung angeschlossene Geräte mit Strom versorgt werden.
Eine derartige Datenübertragungsleitung ist beispielsweise eine von einer Vermittlungsstelle zu einem Endteilnehmer führende Teleko munikationsleitung, wie beispielsweise eine Te- lefonleitung. Dabei ist vorgesehen, dass an die Datenübertragungsleitung angeschlossene Endgeräte ihre Stromversorgung von der Datenübertragungsleitung beziehen können. Dazu wird allgemein die Datenübertragungsleitung mit einem elektrischen Signal hoher Stärke beaufschlagt, das sich in einem anderen Frequenzbereich als die zur Datenübertragung verwendeten Signale befindet und insbesondere eine Gleichspannung ist. Bei derartigen Datenübertragungsleitungen besteht oft das Bedürfnis, deren Übertragungseigenschaften bzw. elektrische Eigenschaften zu ermitteln, beispielsweise um zu ermitteln, welche Art von Datenübertragung bzw. welche Datenübertragungsraten mittels dieser Datenübertragungsleitung möglich sind.
Dazu ist es bekannt, in die Datenübertragungsleitung ein Sendesignal mit Signalwechseln einzuspeisen und an der gleichen Stelle der Datenübertragungsleitung ein Empfangssignal abzugreifen. Die Auswirkungen der Signalwechsel des Sendesig- nals auf das Empfangssignal werden erfasst und ausgewertet, um Reflexionen der Signalwechsel des Sendesignals zu erfassen.
Bei dieser sog. "Time Domain Reflectometry" (TDR) wird entsprechend ein Sendeimpuls erzeugt, auf die zu messende Daten- Übertragungsleitung aufgeschaltet und dann das komplette Echo gemessen. Das Echo besteht aus dem nur wenig gedämpften Nahechoanteil, der durch nahe der Einspeisstelle des Sendeimpuls angeordnete Komponenten verursacht wird und dem stark ge- dämpften Fernecho, in dem alle Reflexionen des Sendeimpulses innerhalb der Datenübertragungsleitung enthalten sind. Diese Reflexionen entstehen am Ende der Datenübertragungsleitung, insbesondere da meist mit offenem oder nahezu offenem Leitungsende gemessen wird, an den Verzweigungspunkten und an Enden von Bridgetaps (BT) , an Leistungsdiskontinuitäten auf Grund beispielsweise eines Wechsels des Leistungstyps oder an den ggf. eingebauten Induktivi äten. Somit kann man aus der Form, der Verzögerung und dem Vorzeichen der einzelnen Anteile des Fernechos umgekehrt die Konfiguration der Datenüber- tragungsleitung ermitteln. Der Sendeimpuls und die hieraus entstehenden Reflexionen werden durch die Leitung gedämpft, so dass für lange Leitungen das ferne Echo sehr stark gegenüber dem Nahecho gedämpft ist und es sehr schwierig wird, diese voneinander zu trennen, sowie die einzelnen Anteile des Fernechos voneinander zu unterscheiden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Ermitteln der elektrischen Eigenschaften einer Datenübertragungsleitung der oben genannten Art zu schaffen, bei denen auch stark gedämpfte Reflexionen erfasst werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Unteransprüche definieren jeweils vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
Erfindungsgemäß wird die Spannungsquelle zum Einspeisen der Stromversorgung in die Datenübertragungsleitung dazu verwendet, die Datenübertragungsleitung mit wenigstens einem Spannungswechsel zu beaufschlagen. Dazu muss eine steuerbare Ver- bindung zwischen der Spannungsquelle und der Datenübertragungsleitung vorgesehen sein. Vorzugsweise werden in Folge mehrere Spannungswechsel auf die Datenübertragungsleitung gegeben, um eine Mittelwertbildung bei der Auswertung der von den Spannungswechseln auf der Datenubertragungsleitung erzeugten Echos zu ermöglichen.
Vorzugsweise wird zur Auswertung des durch den aufgeschalte- ten Spannungswechsel in der Datenübertragungsleitung erzeug- ten Spannungsverlaufs eine Vorrichtung zur Echokompensation verwendet. Die Echokompensation wird im normalen Datenübertragungsbetrieb, bei dem ein Sendesignal in die Datenübertragungsleitung eingespeist und ein Empfangssignal von der Datenubertragungsleitung abgegriffen wird, dazu verwendet, die Auswirkungen des an einer Stelle eingespeisten Sendesignals auf ein an dieser Stelle abgegriffenes Empfangssignal zu kompensieren. Dazu wird die Echokompensation bzw. ein Echokom- pensator mit dem Sendeεignal beaufschlagt und erzeugt ein Korrektursignal, das dem Echo des Sendesignals im Empfangs- signal entspricht, aber umgekehrtes Vorzeichen besitzt, so dass durch Linearkombination des Korrektursignals der Echokompensation und des Empfangssignals das Echo des Sendesignals aus dem Empfangssignal entfernt werden kann. In der Regel wird ein Differenzsignal zwischen dem Korrektursignal der Echokompensation und dem Empfangssignal auf die Echokompensation rückgekoppelt, die das Korrektursignal sukzessive so einstellt, dass das Differenzsignal zu Null wird.
Um den durch gesteuertes Aufschalten der Spannungsquelle auf die Datenübertragungsleitung verursachten Spannungsverlauf mit Hilfe der Echokompensation auswerten zu können, wird diese bei jedem von der Spannungsquelle verursachten Spannungswechsel auf der Datenübertragungsleitung mit einem Sendesignalwechsel beaufschlagt. Dabei wird vorzugsweise berücksich- tigt, dass das Echo eines Sendesignalwechsels eine andere und insbesondere längere Zeit benötigt, um ein Echo im Empfangs- signal zu erzeugen, als ein von der Spannungsquelle verur- sachter Spannungswechsel auf der Datenübertragungsleitung selbst, da der Sendesignalwechsel bis zum Aufschalten auf die Datenübertragungsleitung in der Regel noch weitere Komponenten durchlaufen muss.
Um die unterschiedlichen Laufzeiten zu berücksichtigen, kann der durch Schalten der Spannungsquelle verursachte Spannungswechsel eine gewisse erste Zeitdauer nach dem Aufschalten des Sendesignalwechsels auf die Echokompensation erzeugt werden, wobei diese erste Zeitdauer so bemessen ist, dass das Echo des Sendesignalwechsels gleichzeitig mit dem Echo des Spannungswechsels im Empfangssignal auftritt, und insbesondere der Laufzeit entsprechen kann, die der Sendesignalwechsel bis zum Auftreten an der Stelle benötigt, an der der Spannungs- Wechsel auf die Datenübertragungsleitung aufgeschaltet wird.
Die Echokompensation kann insbesondere zusätzlich zu dem Korrektursignal Auswerteinformationen insbesondere in Form von Koeffizienten erzeugen, die eine Übertragungsfunktion kenn- zeichnen, mittels der aus dem Sendesignal das Korrektursignal zur Entfernung des Sendesignalechos im Empfangsεignal erzeugt wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Spannungsverlauf auf der Datenübertragungsleitung erst eine gewisse Zeit nach Auf- schalten eines Spannungswechsels auf die Datenübertragungs- leitung gemessen wird. Auf diese Weise kann das Nahecho, das sehr hohe Spannungswerte erreichen kann, ausgeblendet werden und somit das wesentlich schwächere Fernecho mit Hilfe einer empfindlichen Spannungsmessvorrichtung besser erfasst werden. Insbesondere kann auf diese Weise das Übersteuern eines Analog-Digital-Wandlers vermieden werden, der zur Messung der üblicherweise kleinen Empfangssignale ausgelegt ist.
Vorzugsweise wird das vorgenannte Verfahren von einem integrierten Halbleiter durchgeführt, in dem Komponenten zum Senden und Empfangen von Daten über die Datenübertragungsleitung integriert sind. Dies können neben der Echokompensation insbesondere ein Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln eines digitalen Sendesignals in ein auf die Datenubertragungsleitung aufzuschaltendes Analogsignal, ein Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren eines analog von der Datenübertragungsleitung abgegriffenen Empfangssignals, digitale und/oder analoge Filter für den Sendesignalpfad und/oder den Empfangssignalpfad sowie eine Steuerung sein, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Dazu wirkt die Steuerung insbesondere auf ein Schaltelement ein, mit dem die Spannungsquelle gesteuert mit der Datenübertragungsleitung verbunden werden kann. Weiterhin kann die Steuerung mit der Echokompensation in Verbindung stehen, um diese zur Auswertung zu veranlassen und Auswerteergebnisse aus der Echokom- pensation auszulesen, um eine Information über den Zustand der Datenübertragungsleitung erzeugen zu können.
Die Steuerung kann zusätzlich die Erfassung des Spannungsver- laufs auf der Datenübertragungsleitung bzw. die Auswertung des Empfangssignals für eine gewisse Zeit nach dem Aufschalten des Spannungswechsels unterdrücken, um auf diese Weise die sehr starken Nachechos auszublenden. Dazu kann die Steuerung beispielsweise entweder einen Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren des Empfangssignals oder ein nachgeschaltetes Digitalfilter inaktivieren.
Vorzugsweise ist die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgend auf die Datenübertragungsleitung aufgeschalteten Spannungswechseln länger als die Zeit, die zwischen dem Aufschalten eines Spannungswechsels und dem Eintreffen des spätesten
Fernechos vergeht. Grundsätzlich kann jeder Spannungswechsel zum Ermitteln der elektrischen Eigenschaften der Datenübertragungsleitung verwendet werden, also sowohl ein Spannungswechsel mit steigender als auch mit fallender Flanke. Somit kann die Spannungsquelle als Rechtecksignal auf die Datenübertragungsleitung aufgeschaltet werden, wobei die Periodendauer wenigstens doppelt so lang wie die Zeit sein sollte, die nach dem Aufschalten eines Spannungswechsels bis zum Eintreffen des spätesten Fernechos vergeht.
Üblicherweise werden Koeffizienten der Echokompensation in einem Adaptionsalgorithmus sukzessive bestimmt, wobei bei jedem auf die Datenübertragungsleitung aufgeschalteten Span- nungswechsel wenigstens ein Koeffizient und insbesondere alle Koeffizienten um einen Schritt adaptiert werden.
Der Adaptionsalgorithmus bei der Ermittlung der elektrischen Eigenschaften der Datenubertragungsleitung ist anders als im Datenmodus bei der Datenübertragung. Insbesondere werden zur Adaption für jeden aufgeschalteten Spannungswechsel so viele zeitlich aufeinanderfolgende Werte des Differenzsignals be- stimmt, wie Koeffizienten vorgesehen sind. Wenn Ure(, u der i-te Abtastwert des Differenzsignals im Symbolmuster (i=0, ..., N-l) bei dem k-ten Adaptionsschritt ist, beispielsweise für das k-te Umschalten eines Schalters zum Beaufschlagen der Datenübertragungsleitung mit der Spannung, G ein Adaptions- faktor und ( , ) der Wert des i-ten Koeffizienten nach dem k- ten Adaptionsschritt ist, können die Koeffizienten wie folgt adaptiert werden:
•(k,i) = C(k-l,i) + G * Ure(k, i)
für i=0, ..., N-l beginnend bei k=l mit C(o,i)=C) für alle i. Alternativ ist eine vereinfachte, nur das Vorzeichen des Differenzsignals berücksichtigende Adaption möglich nach:
C(ie,i,=C(κ-ι,i) + G * sign (Ure{k,i))
Die Spannungsquelle kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Zwischenschaltung eines Widerstands auf die Datenübertragungsleitung gesteuert aufgeschaltet werden. Dieser Widerstand kann ein ohmscher und/oder ein kapazitiver und/oder ein induktiver Widerstand sein und beispielsweise zur Leitungsanpassung verwendet werden. Vorzugsweise ist der Widerstand ein ohmscher Widerstand, dessen Wert beispielsweise im Bereich des Wellenwiderstands der Datenübertragungsleitung liegt.
Die Erfindung wird nachfolgende anhand eines bevorzugten Aus- führungsbeiSpiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert .
Figur 1 zeigt den Aufbau einer Schaltungsanordnung zum Senden bzw. Empfangen von Daten über eine Datenübertragungsleitung, die auch zum Ermitteln der elektrischen Eigenschaften der Datenübertragungsleitung eingerichtet ist, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Figur 2 zeigt den idealen Verlauf der Spannung am Leitungsanfang für eine verlustfreie Leitung, wenn zum Zeitpunkt ti die Spannungsquelle aufgeschaltet wird und Z gleich dem Wellenwiderstand der Datenübertragungsleitung für höhere Frequenzen ist,
Figur 3 zeigt ein vom aufgeschalteten Spannungswechsel erzeugtes Empfangssignal,
Figur 4 zeigt das Empfangssignal gemäß Figur 3 mit unter- drückte Nahecho,
Figur 5 zeigt ein Steuersignal zur Unterdrückung des Nahechos,
Figur 6 zeigt einen Sendesignalwechsel am Schalter 11 zur Beaufschlagung einer Echokompensation zur Auswertung des Emp- fangssignals,
Figur 7 zeigt ein von der Echokompensation erzeugtes Korrek- tursignal, wenn die Echokompensation adaptiert ist, Figur 8 zeigt ein Steuersignal zum Verbinden der Datenubertragungsleitung mit einer Spannungsquelle zum Aufschalten von Spannungswechseln, und
Figur 9 zeigt einen sich in Folge des Steuersignals gemäß Figur 8 einstellenden Spannungsverlauf im Empfangssignal .
Die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung entspricht im Wesentlichen der üblichen Schaltungsanordnung zur Datenüber- tragung mittels Pulsamplitudenmodulation. Dabei werden über eine Datenubertragungsleitung 8 Daten ausgesendet und empfangen. Die zu sendenden und zu empfangenden Daten werden über einen Übertrager 7 eingespeist bzw. abgegriffen. Auf der mit der Datenubertragungsleitung 8 verbundenen Seite weist der Übertrager 7 zwei über einen Kondensator in Serie geschaltete Wicklungen auf, um die zwei Leitungen der Datenübertragungs- leitung 8 galvanisch zu trennen. Induktiv mit den beiden vorgenannten Wicklungen ist im Übertrager 7 eine Eingangswicklung angekoppelt, an die sich eine Gabel 6 mit einem Eingang und einem Ausgang anschließt. Die Gabel 6 dient zum Aufschalten eines an den Eingang aufgeschalteten Sendesignals auf die Eingangswicklung des Übertragers 7 und zum Abgreifen eines am Ausgang der Gabel 6 anliegenden Empfangssignals von der Eingangswicklung des Übertragers 7. Die Gabel 6 ist aus RC- Gliedern passiv aufgebaut und sorgt für eine grobe Trennung des Sende- bzw. Empfangssignals und in geringem Maße auch für eine Echounterdrückung des Sendesignals auf das Empfangsεig- nal .
An den Ausgang der Gabel β, an dem das Empfangssignal anliegt, schließt sich ein Analog-Digital-Wandler 2 mit nachgeschaltetem Empfangsfilter 4 an. Das Empfangsfilter 4 besitzt einen Steuereingang, über den das Empfangssignal im Empfangsfilter 4 zu Null gesetzt werden kann. Der Ausgang des Emp- fangsfilters 4 wirkt auf ein Addierglied 14, in dem eine Linearkombination zwischen dem Empfangssignal und einem von einem Echokompensationsfilter 12 gelieferten Korrektursignal gebildet wird, wobei das Echokompensationsfilter 12 der Einfachheit halber im Folgenden Echokompensation genanntwird. Das Differenzsignal 15 des Addierglieds 14 ist auf die Echokompensation 12 rückgekoppelt, um die Koeffizienten der Echo- kompensationsfilter adaptieren zu können.
Das Sendesignal, das auf den Eingang der Gabel 6 aufgeschaltet ist, durchläuft ein Sendefilter 5 mit nachgeschaltetem Digital-Analog-Wandler 3. Zusätzlich kann der Sendepfad über eine nicht dargestellte Leitung mit den über die Datenübertragungsleitung 8 zu übertragenden Daten beaufschlagt werden. Im vorliegenden Fall sind jedoch nur die Komponenten dargestellt, die zum Ermitteln der elektrischen Eigenschaften der Datenübertragungsleitung 8 gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Weiterhin ist ein Schalter 11 vorgesehen, mit dem das Sendefilter 5 und die Echokompensation 12 mit einem Sendesignalwechsel beaufschlagt werden können. Der Schalter 11 ist ein Umschalter, mit dem das Sendefilter 5 bzw. die Echokompensation 12 eingangsseitig entweder mit einer logi- sehen 1 oder einer logischen 0 verbunden werden können.
Die Echokompensation 12 ist derart eingerichtet, dass sie für ein gegebenes Sendesignal das Korrektursignal derart erzeugt, dass das Echo des Sendesignalε im Empfangsεignal kompenεiert werden kann. Dazu bestimmt die Echokompensation 12 vorzugsweise schrittweise eine Übertragungsfunktion, mittels der aus dem Sendesignal das Korrektursignal erzeugt wird, wobei das Korrektursignal derart erzeugt wird, dass das Differenzsignal 15 zu null wird.
Die Datenübertragungsleitung 8 kann weiterhin über einen Schalter 10 mit einer Spannungsquelle 9 unter Zwischenschaltung eines Widerstands Z verbunden werden. Die Beaufschlagung der Datenübertragungsleitung 8 mit einer Gleichspannung dient zur Stromversorgung von an die Datenübertragungsleitung 8 angeschlossenen Geräten. Die Datenübertragungsleitung 8 ist insbesondere eine Telefonleitung von einer Vermittlungsstelle zu einem Teilnehmer, wobei auf der Teilnehmerseite der An- schluss eineε Gerätε, inεbeεondere eines Telefons, möglich ist, wobei das Gerät nicht notwendigerweise eine separate Stromversorgung benötigt, da es über die Datenübertragungs- leitung 8 mit Strom versorgt werden kann. Die Spannungsquelle 9 weist eine Spannung U0 auf, wobei εich auf Grund des Widerstands Z und eines ggf. vorhandenen ÜbergangswiderStands des Schalters 10 eine Spannung U an der Datenübertragungεleitung 8 ergibt .
Weiterhin iεt eine Steuerung 1 vorgesehen, die auf den Umschalter 11, die Echokompensation 12, das Empfangsfilter 4 und den Schalter 10 wirkt. Das Sendefilter 5 kann zusätzlich die mit einem Symboltakt im normalen Sendebetrieb eingehenden Sendedaten upsamplen auf die Wanderrate deε Digital-Analog- Wandlers 3. Ebenεo kann daε Empfangsfilter 4 den Empfangstakt des Analog-Digital-Wandlers 2 auf die Symbolrate der Datenübertragung downsamplen. Die Kompenεation des Echos deε Sendesignals im Empfangssignal wird von der Echokompensation 12 und dem Addierer 14 durchgeführt, der im Datenmode bei der
Datenübertragung vom gefilterten Empfangssignal das von der Echokompensation 12 nachgebildete Echo abzieht, so dasε nach Adaption der Echokompensation 12 im Idealfall daε Differenzsignal 15 hinter dem Addierer 14 null ist und über die Aus- gangsleitung 13 ausgegebene Koeffizienten der Echokompensation 12 das Echo widerspiegeln. Zur Adaption wird das Differenzsignal 15 hinter dem Addierer 14 der Echokompensation 12 zugeführt .
Im Folgenden iεt die Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung zur Ermittlung der elektriεchen Eigenschaften bzw. des Übertragungεverhaltenε der Datenübertra- gungεleitung 8 dargestellt.
Dabei zeigt Figur 2 zunächst zur Verdeutlichung den idealen
Verlauf der Spannung U am Anfang der Datenübertragungsleitung 8 für eine idealerweise verlustfreie Leitung, wenn zum Zeit- punkt tl die Spannungsquelle 9 aufgeschaltet wird und Z den Wert Z0 hat. Wenn die Datenübertragungsleitung 8 homogen und am Ende offen ist, erreicht die Spannung U den Wert UO erst nach dem Doppelten der Laufzeit auf der Datenübertragungslei- tung 8 bis zum Ende, da dann erst die reflektierte Welle wieder beim Anfang der Datenübertragungsleitung 8 eintrifft.
Figur 3 zeigt qualitativ den entsprechenden Verlauf des Emp- fangεsignalε, wenn die Datenübertragungεleitung 8 verlustbe- haftet iεt. Da die Spannung UO groß im Vergleich zu den Nutz- εignalen bei der Datenübertragung ist, wird in den Bereichen A und B der Analog-Digital-Wandler 2 übersteuert und liefert dort falsche Ausgangεεignale. Im Bereich C beobachtet man die Summe auε dem auslaufenden Nahecho und dem durch Reflexion am offenen Ende verursachten Fernecho. Da UO sehr groß ist (beispielsweise 40 Volt und mehr) , weist auch daε Fernecho hohe Spannungen auf und kann auch für eine lange Datenübertra- gungεleitung 8 mit hoher Dämpfung noch gut erfasst werden.
Um die Auswertung der falschen Ausgangsεignale deε Analog- Digital-Wandlers 2 in den Bereichen A und B zu verhindern, ist die Steuerung 1 derart eingerichtet, dass sie nach dem Aufschalten der Spannungsquelle 9 mittels Ansteuerung des Schalters 10 auf die Datenubertragungsleitung 8 das Empfangs- filter 4 sperrt und dessen Ausgangsεignal zu null setzt. Erst zu einem Zeitpunkt t2 wird das Empfangsfilter 4 wieder freigegeben, so daεε an dessen Ausgang das Empfangssignal erscheint .
Figur 4 zeigt daε Auεgangεsignal des Empfangsfilters 4, wobei durch ein Steuersignal der Steuerung 1 der Nahechoanteil bis zu dem Zeitpunkt t2 zu null gesetzt wird. In Figur 5 ist das entsprechende Steuersignal zum Ansteuern des Empfangsfilters 4 dargestellt.
Die Auswertung des Fernechos in Folge des mit Hilfe der Spannungsquelle 9 auf die Datenübertragungεleitung 8 aufgeschal- teten Spannungεwechsels wird mit Hilfe der Echokompensation 12 durchgeführt. Um bei dieser die Auswertung anzustoßen, muss ein Sendeεignalwechεel durch Ansteuern des Schalters 10 aufgeschaltet werden. Dabei ist es wichtig, dass die Auswir- kung des Sendesignalwechsels zum Zeitpunkt t2 am Ausgang des Empfangsfilters 4 erscheint. Daher wird der Sendesignalwechsel eine gewisse Zeitdauer vor dem Zeitpunkt t2 aufgeschaltet.
Figur 6 zeigt, wie das mittels des Schalters 10 erzeugte Signal aussehen muss, damit das Sendesignal zeitgleich zur Aufschaltung der Spannung U0 plus des Schalters 11 am Anfang der Datenübertragungsleitung 8 anliegt. Auf Grund der Gruppenlaufzeit TGR der Komponenten 5, 3, 6, 7 muss das in Figur 5 dargestellte Signal zum Zeitpunkt t2 minus TGR aktiv werden. Das Ausgangssignal des Empfangsfilters 4 ändert sich qualitativ zu dem in Figur 4 gezeigten nicht, wenn die AufSchaltung der Spannung U0 und das Senden der logischen 1 synchron und um TQR versetzt erfolgen. Jetzt liegt jedoch auch ein Ein- gangssignal für die Echokompensation 12 vor, die sich somit adaptieren kann, so dass im eingeschwungenen Zustand die auf der Ausgangsleitung 13 ausgegebenen Koeffizienten das nicht im Empfangsfilter 4 unterdrückte Echosignal widerspiegeln. Figur 7 zeigt ein mit Hilfe der Koeffizienten erzeugtes Kor- rektursignal, das am Ausgang der Echokompensation 12 anliegt. Die Adaption der Echokompensation 12 erfordert eine gewisse Anzahl an Spannungswechseln, wodurch eine Mittelwertbildung erfolgt, die bei der Adaption der Echokompensation 12 das Rauschen stark unterdrückt. Durch das Auswerten der Koeffi- zienten und deren Analyse kann die Konfiguration der Datenubertragungsleitung 8 bestimmt werden.
Da unter Zuhilfenahme der Spannungsquelle 9 zur Stromversorgung von an die Datenubertragungsleitung 8 angeschloεsenen Geräten wesentlich höhere Spannungswechsel aufgeschaltet werden können, iεt eε auf dieεe Weiεe möglich, die elektrischen Eigenschaften, insbesondere Übertragungseigenschaften, auch von langen Datenübertragungsleitung 8 zu beεtimmen.
Im normalen Datenbetrieb kann die Adaption der Koeffizienten der Echokompensation 12 bei jedem gesendeten Symbol stattfinden, wobei die gesendeten Symbole notwendigerweiεe unter einander statistisch unabhängig sind. Bei der Vermessung der Datenübertragungsleitung 8 durch Aufschalten der Spannungsquelle 9 werden in regelmäßigen Abständen Spannungεwechεel aufge- schaltet, wobei sowohl beim Schließen als auch beim Öffnen des Schalters 11 ein Spannungswechεel auf der Datenübertra- gungεleitung 8 erzeugt wird. Der zeitliche Abεtand zwischen benachbarten Spannungswechseln muss dabei länger sein als die doppelte Laufzeit vom Anfang bis zum Ende der Datenübertra- gungsleitung 8. In Figur 8 ist ein Steuersignal zum Ansteuern des Schalters 11 dargestellt, das ein Rechteckεignal ist, wobei die halbe Periodendauer länger als die doppelte Laufzeit eines Signals auf der Datenübertragungεleitung 8 von der Einspeisstelle der Aufschaltung der Spannung UO und dem Ende ist. Damit wird sichergestellt, dass vor dem nächsten Umschalten des Schalters 11 alle Echos eingetroffen sind. In Figur 9 ist das Ausgangssignal deε Empfangsfilters 4 dargestellt, wobei die dargestellten Signalbursts die Fernechoε für den jeweils vorangegangenen Umschaltvorgang des Schalters 11 bzw. die vorangegangene Flanke des in Figur 8 dargestellten Steuersignals für den Umschalter 11 sind.
Wenn beiεpielsweise die Länge der Datenübertragungsleitung ≤ 10 km ist und die Ausbreitungsgeschwindigkeit etwa 200000 km pro Sekunde beträgt, kann die Periodendauer des Steuersignals für den Schalter 11 gemäß Figur 8 auf 100 μ-Sekunden gesetzt werden, so dass je Sekunde 10000 Schaltvorgänge des Schalters 11 bzw. Adaptionen der Echokompensation 12 möglich sind und man bei einer genauen Adaption für eine genaue Ver- messung der Datenübertragungsleitung 8 Messzeiten im Bereich von unter einer Minute möglich εind. Bei den Schaltvorgängen kann u.U. in dem Widerstand Z eine erhöhte Verlustleistung auftreten, so dasε dieser bei Integration der übrigen Halbleiterkomponenten in einem integrierten Halbleiter auch extern realisiert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln der elektrischen Eigenεchaften einer Datenübertragungεleitung (8), die mit einer zugeordneten Spannungεquelle (9) zur Stromversorgung von an die Datenübertragungsleitung (8) angeschlossenen Geräte verbindbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dasε die Datenübertragungεleitung (8) durch geεteuerteε Verbinden mit der Spannungsquelle mit wenigεtenε einem Span- nungswechsel beaufschlagt wird und der an der Datenübertragungsleitung (8) anliegende Spannungsverlauf gemesεen und ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Datenübertragungεleitung (8) unter Zwischenschaltung eines Widerstands (Z) mit der Spannungsquelle (9) verbunden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dasε der gemessene Spannungsverlauf mittels einer Vorrichtung zur Echokompensation (12) ausgewertet wird, die derart eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit eines in die Datenüber- tragungsleitung (8) einzuspeisenden Sendesignals ein Korrektursignal zum Kompensieren des Einflusses des Sendesignalε auf ein von der Datenubertragungsleitung (8) abgegriffenen Empfangssignal erzeugt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Echokompenεationsvorrichtung (12) bei jeder Beaufschlagung der Datenübertragungsleitung (8) mit einem Spannungswechsel mit einem Sendeεignalwechεel beaufschlagt wird, wobei zwischen dem Sendesignalwechsel und dem Spannungswechsel auf der Datenübertragungsleitung (8) eine erste Zeitdifferenz herrscht, die derart bemessen ist, daεε die früheste Auswirkung des Spannungswechsels auf der Datenübertragungsleitung (8) zumindest im Wesentlichen gleichzeitig mit der ersten Auswirkung des Sendesignalwechsels die Echokompensati- onsvorrichtung (12) erreichen.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Sendeεignal und das Empfangsεignal über eine Gabel zu deren Entkopplung in die Datenübertragungεleitung (8) ein- gespeist bzw. daran abgegriffen werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass an der Datenübertragungsleitung (8) anliegende Spannun- gen mittels eineε Überträgers erfasst werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der an der Datenübertragungsleitung (8) anliegende Span- nungsverlauf erεt eine beεtimmte zweite Zeitdifferenz nach dem Beaufεchlagen der Datenübertragungεleitung (8) mit dem Spannungεwechsel gemessen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die zweite Zeitdifferenz länger als die Zeit ist, die vergeht, bis an dem Ort der Datenübertragungsleitung (8), an dem der Spannungsverlauf gemessen wird, unreflektierte Auswirkungen von dem Ort aus eintreffen, an dem die Datenüber- tragungsleitung (8) mit dem Spannungεwechsel beaufschlagt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der an der Datenübertragungsleitung (8) anliegende Spannungsverlauf mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers (2) gemessen wird.
10. Vorrichtung zur Datenübertragung über eine Datenübertragungsleitung (8), wobei die Vorrichtung Mittel zum Verbinden der Datenübertragungsleitung (8) mit einer Spannungsquelle (9) zur Stromversorgung von an die Datenübertragungsleitung (8) angeschloεsenen Geräten aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dasε die Vorrichtung eine Steuerung (1) und Mittel (2, 4, 12) zum Erfaεεen und Auswerten eines an der Datenübertragungslei- tung (8) anliegenden Spannungsverlaufs aufweist, wobei die Steuerung (1) derart eingerichtet ist, dass sie die Datenübertragungsleitung (8) durch gesteuerteε Verbinden mit der Spannungεquelle (9) mit wenigεtens einem Spannungswechεel beaufschlagt, und die Mittel zum Mesεen und Auεwerten des Span- nungsverlaufε an der Datenübertragungεleitung (8) derart eingerichtet εind, dass sie in Abhängigkeit des gemessenen und ausgewerteten Spannungsverlaufs die elektrischen Eigenschaften der Datenübertragungεleitung (8) ermitteln.
11. Vorrichtung nach Anεpruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9 eingerichtet ist.
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