CN104134329B - 用于确定至少一个经由线路装置传输的信号的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定至少一个经由线路装置（100）传输的信号（s1，s2）的设备（200）。根据本发明，所述设备（200）被构造为，在沿着线路装置（100）的至少两个不同的位置（p1，p2）处检测（402）线路装置（100）的信号，由此获得至少两个与相应的位置（p1，p2）对应的测量信号（m1，m2），其中所述设备（200）被构造为从所述测量信号（m1，m2）中推断出至少一个经由线路装置（100）传输的信号（s1，s2）。

Description

用于确定至少一个经由线路装置传输的信号的设备

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的设备以及一种根据并列权利要求的方法。

背景技术

从市场上已知例如用于在以太网络中传输信号的传输装置，所述传输装置以全双工运行来工作。在此在一般来说两个节点位置之间同时交换信号。但是在传输路程、例如缆线上这些信号彼此重叠。为了确定所交换的信号，在信号路程中可以连接所谓的“交换机（Switch）”，其实现了对信号的截取。

发明内容

本发明所基于的问题通过根据权利要求1的设备以及通过根据并列权利要求的方法来解决。有利的扩展方案在从属权利要求中说明。对于本发明重要的特征还在下面的描述和在附图中找到，其中这些特征既可以单独地也可以通过不同的组合对于本发明是重要的，而对此不会再次明确指明。

本发明涉及一种用于确定经由线路装置传输的至少一个信号的设备。根据本发明，该设备被构造为在沿着线路装置的至少两个不同的位置处检测线路装置的信号，由此获得至少两个对应于相应位置的测量信号，其中所述设备被构造为从所述测量信号中推断出至少一个经由线路装置传输的信号。所述设备可以优选地用于信号的双向传输，使得可以对应地确定至少两个经由线路装置传输的信号。这对应于所谓的“全双工运行”。所述设备也可以用于单向传输，尤其是也用于隔断线路端部处的强的线路反射。此外可以设想，将本发明设备也用于模拟信号。

本发明所具有的优点是，在经由共同的线路装置双向交换信号时可以分析所交换的信号，使得所交换的信号可以彼此能区分地被确定。在此不需要将用于信号处理的有源装置、例如所谓的“交换机”环入到线路装置中。尤其是可以基本上避免线路装置的信号路程中的附加延迟（“等待时间”）。例如，使用大约5ns至大约100ns（纳秒）范围中的延迟可以就足够了，而“交换机”可能一般需要分组长度——也即例如5μs至80μs（微秒）范围中（在传输率为每秒100兆位的情况下）——的数量级的延迟。此外可以通过使用无源部件（例如线路装置的现有缆线段或者附加地环入到传输路程中的缆线）来获得传输的可靠性或稳健性。此外，根据本发明对信号的确定原则上与相应的技术和/或信号频率和/或特定的基于信号的脉冲图样无关。所述方法因此不限于以太网网络中的信号，而是可以用于几乎任意类型的、尤其是有线连接的双向通信。

在本发明的第一构型中，线路装置是用于传输至少一个信号的介质、尤其是缆线。所述缆线因此无论如何都已经存在并且根据本发明仅仅在至少两个不同的位置处被接触，以便获得至少两个测量信号。所述接触例如借助于在缆线端部处和/或在沿着缆线的位置处进行汲取来进行。

在本发明的第二构型中，所述设备包括用于至少一个信号的至少一个带有传播时间的（laufzeitbehaftet）传输介质，其中所述至少两个位置优选定位在所述至少一个带有传播时间的传输介质的端子处（或者位于其间）。在该第二构型中，带有传播时间的传输介质至少分段地是“外部”介质、尤其是缆线，其在合适的位置处附加地环入到传输路程中或附加于无论如何都被用于传输的线路装置的缆线而被环入。带有传播时间的传输介质例如是电缆段，其中所述段在其端部处或者也在缆线端部之间的彼此不同的位置处或者它们的组合处可被电接触，以便获得至少两个测量信号。

尤其是可以规定，所述设备被构造为从所述至少两个测量信号中借助于算数运算和/或借助于信号处理运算确定至少一个信号。由此描述多个有利的可能性，以便从所述测量信号中“计算”所述至少一个信号。所述运算例如可以包括加法器、减法器、乘法器、除法器、采样装置、存储器、延迟装置和/或传播时间环节。

在本发明的一个构型中，所述至少一个带有传播时间的传输介质的传播时间小于或等于与至少一个信号的最大频率相对应的一半周期持续时间。这尤其是类似于由通讯技术中已知的奈奎斯特-香农-采样原理来进行。由此可以将至少一个带有传播时间的传输介质的相应传播时间有利地与经由线路装置传输的信号的频谱相匹配。

在本发明的另一构型中，所述设备被构造为在沿着线路装置或传输介质的至少五个不同的位置处检测线路装置的信号，由此获得至少五个与相应的位置对应的测量信号。数量“五个”特别适于精确地确定经由线路装置传输的信号，由此可以得出花费和精确性之间的特别好的折中。必要时同样可能的是，使用多于五个或者少于五个不同的位置，但是至少使用两个不同的位置。

例如可以规定，在以太网网络中传输所述至少一个信号。在此所述传输一般经由所谓的“点对点连接”来进行，由此得出两个信号的同时双向的传输。对应地，沿着线路装置发生所述信号的——大多加性的——叠加。因此本发明特别适于推断出至少一个经由所述线路装置传输的信号。

在本发明的另一构型中，带有传播时间的传输介质包括至少一个由电容器和/或电感构成的低通。由此可以有利地——并且至少部分地——借助于集中的器件实施带有传播时间的传输介质，由此可以节省结构空间和成本。此外可以设想，使用分布式电容器和/或电感，诸如从带状线路技术中已知那样。带有传播时间的传输介质在半导体衬底上的集成根据本发明也是可能的（在使用分立元件的情况下以及在分布式的容性和感性元件的情况下）。例如可以将带有传播时间的传输介质布置在FPGA、现场可编程门阵列、或者ASIC（专用集成电路）中，其例如也可以包含本发明设备的其他部件。

此外可以规定，所述线路装置是电气的或者光学的线路装置。由此本发明——除了对于电气信号以外——也可以有利地用于光学信号，其中延迟分别借助于光学部件来实现。

此外，本发明涉及一种用于确定至少一个经由线路装置传输的信号的方法。根据本发明，在沿着线路装置的至少两个不同的位置处检测线路装置的信号，由此获得至少两个对应于相应位置的测量信号，其中从所述测量信号中推断出至少一个经由线路装置传输的信号。

在所述方法的一个构型中，线路装置包括至少一个用于信号的带有传播时间的传输介质，其中所述至少两个位置定位在所述至少一个带有传播时间的传输介质的端子处。

在此从至少两个测量信号中借助于算数运算和/或借助于信号处理运算确定至少一个信号。对于本发明方法来说得出与上面已经接合本发明设备所述的类似相当的优点。

附图说明

下面参照附图阐述本发明的示例性实施方式。在附图中：

图1示出用于确定经由线路装置传输的两个信号的设备的第一实施方式；

图2示出具有五个所属测量点或测量值的信号走向；

图3示出用于确定经由线路装置传输的信号的方法的流程图；

图4示出用于确定两个信号的设备的第二实施方式；

图5示出根据另一实施方式的设备；和

图6示出根据另一实施方式用于确定两个信号的计算方法的图表。

具体实施方式

对于在所有附图中、也在不同实施方式情况下的功能等效的元件和参量使用相同的附图标记。

图1示意性示出用于评估两个信号s1和s2的设备200，这两个信号经由线路装置100在第一节点A和第二节点B之间传输。节点A和B例如分配给以太网络。信号s1从节点A向节点B方向传输，而信号s2由节点B向节点A方向传输。对应地，在节点A处接收信号s2’，并且在节点B处接收信号s1’。这在图1中通过箭头表示。

传输例如基本上经由对称的电气线路来进行，所述线路具有例如120欧姆的波阻Z。对应地，节点A和B分别具有同样例如120欧姆的线路侧阻抗，从而在节点A和B之间的传输基本上在对称线路的端部处没有反射地进行。

线路装置100在附图中从左向右地包括节点A和设备200之间的第一缆线段100a、分配给设备200或布置在设备200中的带有传播时间的传输介质100b、以及设备200和节点B之间的第三缆线段100c。所述带有传播时间的传输介质100b在图1中总共包括四个带有传播时间的传输段（无附图标记），它们布置在端子对210a、210b和220a、220b或220a、220b和230a、230b或230a、230b和240a、240b或240a、240b和250a、250b之间。带有传播时间的传输介质100b可以根据一个实施方式具有与缆线段100a、100c相同的构造，使得信号在传输介质100b中的传播时间与在缆线段100a、100c中的传播时间相对应。替换地，带有传播时间的传输介质100b可以具有与缆线段100a、100c不同的构造，该构造尤其是也制约了其他信号传播时间。

端子210a和210b对应于沿着线路装置100或传输介质100b的第一位置p1，端子220a和220b对应于第二位置p2，端子230a和230b对应于第三位置p3，端子240a和240b对应于第四位置p4，并且端子250a和250b对应于第五位置p5。

在这里根据由通讯技术已知的奈奎斯特-香农-采样原理预先给定五个沿着线路装置100或沿着带有传播时间的传输介质100b的位置p1至p5。一般地，奈奎斯特-香农-采样原理说明了，采样频率必须为在要采样的信号中存在的最高频率的至少两倍，以便不失真地检测有关信号或能够不失真地重构所述有关信号。因此在这里对应地预先给定在位置p1至p5之间布置的传输段的分别所需的传播时间。在物理上，图1中的传输段实施为缆线，其中相应的缆线长度——与现有的缆线类型相适应地——对应于分别预先给定的传播时间。长度为1米的缆线例如大约具有5纳秒的传播时间。

在位置p1、p2、p3、p4和p5处获得测量信号m1、m2、m3、m4和m5。测量信号m1至m5借助于比较短的电连接（无附图标记）输送给五个测试点210、220、230、240和250。测试点210、220、230、240和250在设备200的在图1中的下部区域中示出并且在优选实施方式中分别包括高欧姆耦合的对称放大器（未示出）来放大测量信号m1至m5。

放大器的输出信号被输送给评估装置270，该评估装置在附图中在测试点210、220、230、240和250下方示意性地通过共同的矩形示出。评估装置270尤其是包括用于对经放大的测量信号m1至m5进行值量化的和时间量化的采样的采样装置以及算数函数单元。在评估装置270中对测量信号m1至m5所执行的采样优选地在考虑奈奎斯特-香农-采样原理的情况下进行。

第一输出框262将输出信号s1’’提供给适配器264并且第二输出框266将输出信号s2’’提供给适配器268，这两个适配器分别在图1的下部区域中示出。

在图1中所示装置运行中，信号s1和s2以全双工运行在节点A和b之间传输。在此，信号s1和s2彼此加性叠加并且因此沿着线路装置100不能通过简单的方式相互区分开。因此经采样的测量信号m1至m5在评估装置270中被处理为，使得输出信号s1’’或s2’’对应于由节点A或B发送的信号s1或s2或者至少与它们相似。为此，评估装置270实施算数运算和/或信号处理运算。评估装置270例如包括加法器、减法器和/或延迟装置。

可以理解，在图1中所示的在节点A和B之间的信号s1和s2的传输也可以以几乎任意的其他方式来进行：例如信号s1和s2可以是不对称的经由同轴缆线传输的信号。信号s1和s2同样也可以是模拟信号。

此外，线路装置100也可以具有多于五个位置p1至p5并且对应地具有多于五个所获得的测量信号m1至m5。同样可能的是，也使用少于五个位置p1至p5和少于五个测量信号m1至m5。但这在图1中没有示出。

在设备200的替换实施方式中，在评估装置270中对输出信号s1’’和s2’’的确定基本上借助于模拟算数运算并且借助于模拟函数单元、例如传输时间环节来进行。

在设备200的替换应用中，仅仅一个信号s1的传输从节点A向节点B进行。节点B在此本身不是活跃的，但是由于线路装置100与节点B的电匹配可能不足而进行所接收的信号s1’的信号分量的不希望的反射。所反射的信号分量可以由设备200以与信号s2相当的方式被处理，使得在适配器264处同样可以获得与信号s1对应的输出信号s1’’。

在设备200的未示出的实施方式中，位置p1至p5之间的传输段借助于分立元件来实施。为此连接有电容器和线圈作为L-C低通，其分别对应于特定的传播时间。由此以已知方式分段地实现线路装置100或带有传播时间的传输介质100b的“线路模仿”。

在设备200的另一未示出的实施方式中，线路装置100是光学的线路装置。在此，设备200可以被有利地用来推断出至少一个经由线路装置100传输的光学信号。

图2示出与示波器上的图示类似的时间图表。所示出的是沿着时间轴t具有当前五个通过点表示的幅度值302、304、306、308和310的曲线走向300。缩写“TP”表示“测试点”。曲线走向300或幅度值302、304、306、308和310表征信号s1和s2沿着线路装置100或沿着带有传播时间的传输介质100b的重叠。在此原则上可能的是，重新计算交叠的时间差（沿着时间轴t）和传播时间差（沿着线路装置100或沿着带有传播时间的传输介质100b）。

图3示出用于执行方法的流程图400，所述方法用于确定经由线路装置100传输的至少一个信号s1或s2。这里的流程图400优选地可以与根据图1的设备200一起使用。

在第一步骤402中，周期性地同时对线路装置100处的五个测量信号m1至m5进行采样。每次采样可以这样说确定了沿着线路装置100的当前的复信号状态。

在第二步骤404中，对五个所采样的测量信号m1至m5进行共同地评估。这借助于算数运算和/或信号处理运算来进行，其目的是推断出由节点A和B所发送的信号s1和s2。

在第三步骤406中输出两个输出信号s1’’和s2’’，它们对应于信号s1和s2或者与信号s1和s2相似。随后所述方法周期性地以步骤402（如已经描述的那样）继续。

流程图400可以例如借助于计算机程序和/或借助于一个或多个信号处理器被处理。但是同样可能的是，所述方法基本上借助于由有源和无源器件构成的电子电路来实施并且可以这样说“实时地”确定输出信号s1’’和s2’’。

图4以简化的和强示意性的图示示出了用于确定信号s1和s2的设备200’的第二实施方式。与根据图1的实施方式不同，用于在节点A和B之间的传输路程中传输信号s1和s2的线路装置100已经存在，尤其是用于在物理上跨接节点A和B之间的相应的距离。因此线路装置100不必在图4的实施方式中作为设备200的元件被附加地提供。对应地，根据图4的线路装置100仅仅在两个不同的位置p1和p2处被接触，以便获得两个测量信号m1和m2。这意味着，在根据图4的实施方式中，设备200’本身不具有根据图1的带有传播时间的传输介质100b，而是线路装置100的信号运行时间被利用。

在根据图4的设备200’的未示出的实施方式中，线路装置100在总共五个不同的位置p1、p2、p3、p4和p5处被接触，以便对应地获得五个测量信号m1、m2、m3、m4和m5。

图5示出根据另一实施方式的用于确定两个信号s1和s2的设备200’’。端子对210a、210b或220a、220b或230a、230b或240a、240b或250a、250b处的测量信号m1至m5连接到差分放大器210c、220c、230c、240c和250c的相应输入端上。在这里，差分放大器210c、220c、230c、240c和250c与所谓的“以太网物理层收发器”的输入级相当。

差分放大器210c、220c、230c、240c和250c的不对称的输出端（无附图标记）连接到后面的不对称差分放大器210d、220d、230d、240d和250d的输入端，所述不对称差分放大器210d、220d、230d、240d和250d分别在其放大方面可被调整（所谓的“可编程增益放大器”，PGA）。放大器210d、220d、230d、240d和250d的输出端连接到模数转换器210e、220e、230e、240e和250e的输入端上。在此，模数转换器210e、220e、230e、240e和250e的控制输出端（无附图标记）连接到放大器210d、220d、230d、240d和250d的相应的控制输入端（无附图标记），由此得出用于单独调节放大的反馈。

模数转换器210e、220e、230e、240e和250e的在这里的五个输出端（无附图标记）连接到第一评估装置270a和第二评估装置270b的所属输入端（无附图标记）。评估装置270a和270b可以相互交换信号。评估装置270a和270b的输出端分别连接到数模转换器262a和266a的输入端。

数模转换器262a和266a的输出端分别连接到差分线路驱动器262b和266b的输入端，所述差分线路驱动器因此生成输出信号s1’’和s2’’并且与图1和图4相当地输送给适配器264和268。数模转换器262a和266a以及差分线路驱动器262b和266b与“以太网物理层收发器”的输出级相当。

在设备200’’的运行中，对于模数转换器210e、220e、230e、240e和250e来说分别借助于经由所述的控制输出端和控制输入端的上述反馈将幅度调节进行为，使得模数转换器210e、220e、230e、240e和250e在预先确定的幅度范围中被运行。由此使得模数转换器210e、220e、230e、240e和250e的数字输出信号（无附图标记）能够对应于期望的分布。所述分布——只要信号s1和s2是所谓的“以太网信号”——例如表征值-2、-1、0、1和2。

模数转换器210e、220e、230e、240e和250e的总共五个数字输出信号借助于评估装置270a和270b以“放大器”的方式彼此“结算”。由此实现了,例如在第一评估装置270a中对表征信号s1的信号分量进行放大并且对表征信号s2的信号分量进行弱化（“中性化”）。该方法与在无线电广播发送技术中所应用的方法相似，在所述无线电广播发送技术中多个发送天线的发送信号彼此相关地被生成，使得得出分别所期望的方向效应（英文“beamforming（波束成型）”）。类似地同样从声学技术中已知，从多个麦克风的信号中的何处可以确定到达的声波的相应方向（也已知为所谓的“声学摄像机”）。在这里借助于设备200或200’或200’’所述的方法因此与来自无线电广播发送技术和声学技术的所述方法相似，其中设备200或200’或200’’沿着带有传播时间的传输介质100b取决于原理地仅仅“一维地”工作。

借助于设备200或200’或200’’可执行的方法的实施方式在下面借助于图6来描述。为此在图6中示出坐标系500，其在这里包括5乘5的区域502，其中仅仅一个在附图中用附图标记示出。在附图中水平的箭头表征五个位置p1至p5的相对位置或所属测量信号m1至m5。在附图中垂直的箭头表征在箭头方向上上升的五个时刻t1至t5，在这些时刻检测到或评估相应的测量信号m1至m5。

优选地，五个时刻t1至t5之间的相应时间段被选择为，使得这些时间段对应于信号s1或s2在沿着带有传播时间的传输介质100b的相应位置p1至p5之间的相应传播时间。于是可以根据下面的公式使测量信号m1至m5相加：

，其中

N=测量信号m1至m5的数量，在这里也即N=5；

K=和的控制变量；和

m_k=相应的测量信号m1至m5。

这在图5中通过对角箭头504来象征性地表示。

如尤其是从图1、4和5中可以看出的，信号s1和s2以相反方向穿过位置p1至p5，其中这些信号彼此重叠。测量信号m1至m5因此分别具有取决于信号s1和信号s2的特定分量。如果测量信号m1至m5以上述方式时延地对应于时刻t1至t5地相加，则在这里信号s1可以这样说被“放大”，因为涉及信号s1的第一信号分量被加上，该第一信号分量基本上是相同类型的。相反地，在这里信号s2被弱化并且可以这样说“被减去”，因为涉及信号s2的第二信号分量被加上，该第二信号分量一般来说是不同类型的。

补充地可能的是，在图5中所示的具有附图标记210至250和c至e以及270a和270b的元件的装置基本上被构造两次，并且因此补充地获得“第二”评估装置（未示出）。该第二评估装置可以在其效应方面与第一评估装置270——或与评估装置270a和270b——“串联”。在此，“第一”评估装置270或270a和270b以原来的测量信号m1至m5工作，其中信号s1和s2仍比较强地叠加。然而如上所述，显著改善已经关于分别期望的信号s1或s2被实现。这样改善的信号s1或s2被输送给“第二”评估装置，由此可以在信号s1和信号s2之间进行再次被改善的隔离。因此必要时甚至可以实现比例如在无线电广播发送技术或声学技术中所可能的更高的信号隔离。

Claims (8)

1.用于确定至少一个经由线路装置（100）传输的信号（s1，s2）的设备（200），其特征在于，所述设备（200）被构造为，在沿着线路装置（100）的至少两个不同的位置（p1，p2）处检测线路装置（100）的信号，由此获得至少两个与相应的位置（p1，p2）对应的测量信号（m1，m2），并且所述设备（200）被构造为从所述测量信号（m1，m2）中推断出至少一个经由线路装置（100）传输的信号（s1，s2），其中所述设备（200）被构造为从所述至少两个测量信号（m1，m2）中借助于算数运算和/或借助于信号处理运算来确定至少一个信号（s1，s2）。

2.根据权利要求1所述的设备（200），其中所述设备（200）包括用于信号（s1，s2）的至少一个带有传播时间的传输介质（100b），并且其中所述至少两个位置（p1，p2）定位在所述至少一个带有传播时间的传输介质（100b）的端子处。

3.根据权利要求2所述的设备（200），其中至少一个带有传播时间的传输介质（100b）的传播时间小于或等于与至少一个信号（s1，s2）的最大频率相对应的一半周期持续时间。

4.根据前述权利要求1至3中的任何一项所述的设备（200），其中所述设备（200）被构造为，在沿着线路装置（100）的至少五个不同的位置（p1，p2，p3，p4，p5）处检测线路装置（100）的信号，由此获得至少五个对应于相应位置（p1，p2，p3，p4，p5）的测量信号（m1，m2，m3，m4，m5）。

5.根据权利要求2至3中的任何一项所述的设备（200），其中带有传播时间的传输介质（100b）包括至少一个由电容器和/或电感构成的低通。

6.根据前述权利要求1至3中的任何一项所述的设备（200），其中所述线路装置（100）是电气的或光学的线路装置（100）。

7.用于确定至少一个经由线路装置（100）传输的信号（s1，s2）的方法，其特征在于，在沿着线路装置（100）的至少两个不同的位置（p1，p2）处检测线路装置（100）的信号，其中获得至少两个对应于相应位置（p1，p2）的测量信号（m1，m2），并且从所述测量信号（m1，m2）中推断出至少一个经由线路装置（100）传输的信号（s1，s2），其中从所述至少两个测量信号（m1，m2）中借助于算数运算和/或借助于信号处理运算来确定所述至少一个信号（s1，s2）。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述线路装置（100）包括用于信号（s1，s2）的至少一个带有传播时间的传输介质（100b），并且其中所述至少两个位置（p1，p2）定位在至少一个带有传播时间的传输介质（100b）的端子处。