DE102004010874B4

DE102004010874B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln von Übertragungsparametern

Info

Publication number: DE102004010874B4
Application number: DE102004010874A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr. Schenk; Joachim Schenk
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2024-03-06
Also published as: US20050201451A1; DE102004010874A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln von Parametern einer mit einer Sende-/Empfangsvorrichtung (1A; 1B) gekoppelten Übertragungsstrecke (2), umfassend die Schritte:
a) Senden mindestens eines Sendesignals mit mindestens einem Einzelimpuls über die Übertragungsstrecke (2) mittels eines Senders (3) der Sende-/Empfangsvorrichtung (1A; 1B),
b) Erfassen eines Echosignals des Sendesignals, wobei das Echosignal wenigstens eine Echokomponente des Sendesignals von einem Anfang (2a) der Übertragungsstrecke (2) und eine Echokomponente des Sendesignals von einem Ende (2b) der Übertragungsstrecke (2) aufweist,
c) Verkürzen der Echokomponenten des Echosignals durch Anwenden eines Verkürzungsfilters (19) auf das erfasste Echosignal,
d) Filtern des erfassten Echosignals durch ein weiteres Filter (18), und
e) Auswerten des gefilterten Echosignals zum Ermitteln der Parameter der Übertragungsstrecke (2) basierend auf der zeitlichen Lage und/oder Amplitude zumindest der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke (2),
dadurch gekennzeichnet,
dass das weitere Filter (18) einstellbar ist und das Verfahren darüber hinaus umfasst:
f) Einstellen...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln von Übertragungsparametern einer Übertragungsstrecke, z. B. in einem Telekommunikationssystem.
Übertragungsparameter einer Übertragungsstrecke, z. B. Leitungslänge und Leitungsdämpfung, werden üblicherweise ermittelt, indem ein Signal an einem Ende der Übertragungsstrecke ausgesendet wird und das an dem anderen Ende der Übertragungsstrecke empfangene Signal ausgewertet wird. Hierfür ist es erforderlich, dass die Übertragungsstrecke an ihrem Anfang und an ihrem Ende mit einer entsprechenden Messeinrichtung verbunden ist. Dies stellt insbesondere bei Übertragungstrecken mit einer großen geometrischen Ausdehnung, d. h. einer großen Länge, einen erheblichen Aufwand dar.
Um den Einsatz einer Messeinrichtung sowohl am Anfang als auch am Ende der Übertragungsstrecke vermeiden zu können, ist es bekannt, Übertragungsparameter zu ermitteln, indem an einem Ende der Übertragungsstrecke ein Sendesignal mit einer periodischen Folge von Einzelimpulsen auf die Übertragungsstrecke gesendet werden und an demselben Ende der Übertragungsstrecke ein daraus resultierendes Echosignal erfasst und ausgewertet wird. Hierfür sind in der Regel komplexe Optimierungsverfahren erforderlich.
Ein vereinfachtes Verfahren zum Ermitteln von Übertragungsparametern ist aus der DE 102 26 347 C1 bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird eine Echokomponente des Echosignals vom Anfang der Übertragungsstrecke und eine Echokomponente des Echosignals vom Ende der Übertragungsstrecke mittels eines Verkürzungsfilters, vorzugsweise in Form eines digitalen Differenzierers, derart verkürzt, dass die Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke nicht mehr von der Echokomponente vom Anfang der Übertragungsstrecke überlagert wird. Hierdurch ist es möglich, die Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke hinsichtlich ihrer zeitlichen Lage und Amplitude auszuwerten, so dass die Leitungslänge und die Leitungsdämpfung ermittelt werden können. Zur Durchführung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass eine entsprechende Sende-/Empfangsvorrichtung das Verkürzungsfilter als einziges Filter entweder in einem Sendepfad oder in einem Empfangspfad der Sende-/Empfangsvorrichtung umfasst, oder dass das Verkürzungsfilter auf den Sendepfad und den Empfangspfad aufgeteilt ist. Zur Bestimmung der Leitungsdämpfung für verschiedene Frequenzwerte, d. h. zur Bestimmung der Frequenzabhängigkeit der Leitungsdämpfung, ist es erforderlich, dass eine Schwerpunktfrequenz der auf die Übertragungsstrecke gesendeten Einzelimpulse verändert wird. Dies kann durch eine entsprechende Einstellung der Symbolrate des Sendesignals, d. h. der Frequenz entsprechend einer zeitlichen Ausdehnung oder Symboldauer eines Einzelimpulses, oder durch eine entsprechende Wahl der Parameter des Differenzierers geschehen. Zur Bestimmung der Frequenzabhängigkeit der Leitungsdämpfung muss somit das Echosignal für eine Vielzahl von verschiedenen Sendesignalen und verschiedene Parameter des Differenzierers erfasst und ausgewertet werden. Dies bedeutet einen erheblichen Zeitaufwand.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche ein vereinfachtes Ermitteln von Übertragungsparametern und insbesondere einer frequenzabhängigen Signaldämpfung auf einer Übertragungsstrecke ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 15. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln von Parametern einer mit einer Sende-/Empfangsvorrichtung gekoppelten Übertragungsstrecke wird mindestens ein Sendesignal mit mindestens einem Einzelimpuls über die Übertragungsstrecke mittels eines Senders der Sende-/Empfangsvorrichtung gesendet und ein Echosignal des Sendesignals erfasst, wobei das Echosignal wenigstens eine Echokomponente des Sendesignals von einem Anfang der Übertragungsstrecke und eine Echokomponente des Sendesignals von einem Ende der Übertragungsstrecke aufweist. Die Echokomponenten des Echosignals werden durch Anwenden eines Verkürzungsfilters auf das erfasste Echosignal verkürzt. Zusätzlich wird das Echosignal durch ein einstellbares weiteres Filter, vorzugsweise ein Tiefpassfilter mit einstellbarer Grenzfrequenz, z. B. in Form eines digitalen Comb-Filters, gefiltert. Das gefilterte Echosignal wird zum Ermitteln der Parameter der Übertragungsstrecke basierend auf der zeitlichen Lage und Amplitude zumindest der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke ausgewertet. Zur Auswahl einer effektiven Schwerpunktfrequenz des mindestens einen Einzelimpulses des Sendesignals erfolgt ein Einstellen des einstellbaren weiteren Filters und vorzugsweise auch ein Einstellen des Verkürzungsfilters.
Die Erfindung nutzt dabei speziell die Tatsache aus, dass es sich bei der Anordnung aus Sende-/Empfangsvorrichtung und Übertragungsstrecke um ein im Wesentlichen lineares System handelt und somit durch nachgelagertes Filtern des Echosignals die für das Auswerten relevante Frequenz, d. h. die effektive Schwerpunktfrequenz des mindestens einen Einzelimpulses des Sendesignals, ausgewählt werden kann, ohne dass die tatsächliche Schwerpunktfrequenz des mindestens einen Einzelimpulses verändert wird. Es ist somit möglich, die Parameter der Übertragungsstrecke bei verschiedenen Frequenzen zu ermitteln, ohne dass ein erneutes Senden eines Sendesignals und Erfassen des entsprechenden Echosignals erforderlich ist. Hierdurch verringert sich der Aufwand insbesondere zum Ermitteln der frequenzabhängigen Signaldämpfung auf der Übertra gungsstrecke erheblich. Weiterhin wird durch die Kombination des Verkürzungsfilters und des weiteren einstellbaren Filters bereits ein gefiltertes Echosignal erreicht, in welchem die zeitliche Lage und Amplitude der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke auswertbar ist, so dass kein aufwändiges Korrelationsverfahren erforderlich ist und sich eine weitere Vereinfachung gegenüber dem Stand der Technik ergibt.
Vorzugsweise erfolgt zur Auswahl der effektiven Schwerpunktfrequenz des mindestens einen Einzelimpulses weiterhin ein Einstellen des Verkürzungsfilters. Wenn das Verkürzungsfilter einen Differenzierer umfasst, kann das Einstellen des Verkürzungsfilters durch Wahl der Ordnung des Differenzierers erfolgen. Hierdurch wird eine flexiblere Auswahl der effektiven Schwerpunktfrequenz des Einzelimpulses ermöglicht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das erfasste Echosignal durch Speichermittel, z. B. in Form eines digitalen Speichers, gespeichert wird und wiederholt wie oben beschrieben für verschiedene effektive Schwerpunktfrequenzen des mindestens einen Einzelimpulses ausgewertet wird. Auf diese Weise werden die Parameter der Übertragungsstrecke für mehrere Frequenzen ermittelt, ohne dass ein zusätzliches Senden von Sendesignalen und Erfassen des entsprechenden Echosignals erforderlich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein mehrfaches Senden von Sendesignalen mit mindestens einem Einzelimpuls über die Übertragungsstrecke und Erfassen der entsprechenden Echosignale vorgesehen sein. Durch solche mehrfachen Messvorgänge oder Erfassungsvorgänge kann der Einfluss von Messfehlern, z. B. im Rahmen einer Statistik, eingegrenzt werden. Wenn die Einzelimpulse der mehrfach ausgesendeten Sendesignale jeweils unterschiedliche Schwerpunktfrequenzen aufweisen, kann darüber hinaus der Frequenzbereich, in welchem die Parameter der Übertragungsstrecke ermittelt werden können, erweitert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann abhängig von der zeitlichen Lage der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke die Länge der Übertragungsstrecke ermittelt werden. Abhängig von der Amplitude der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke und von der eingestellten effektiven Schwerpunktfrequenz kann die frequenzabhängige Signaldämpfung auf der Übertragungsstrecke ermittelt werden. Hierfür wird vorzugsweise eine Einhüllendenfunktion des gefilterten Echosignals berechnet. Bei der Einhüllendenfunktion handelt es sich vorzugsweise um eine geradzahlige Potenz der Einhüllenden des gefilterten Echosignals. Zum Berechnen der Einhüllenden des gefilterten Echosignals wird bevorzugt die Hilberttransformierte des gefilterten Echosignals berechnet. Durch das Berechnen der Einhüllendenfunktion des gefilterten Echosignals kann die zeitliche Lage und Amplitude der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke mit einfachen Mitteln präzise bestimmt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Erfassen des Echosignals mittels eines Empfängers der Sende-/Empfangsvorrichtung oder mittels einer Echokompensationsvorrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung erfolgen. Während in dem ersten Fall das Echosignal direkt erfasst wird, werden in dem letztgenannten Fall Koeffizienten der Echokompensationsvorrichtung ausgelesen, durch welche das Echosignal mit einer von der Adaption der Echokompensationsvorrichtung abhängenden Genauigkeit dargestellt ist. Durch die Adaption der Echokompensationsvorrichtung kann somit gleichzeitig das Echosignal erfasst werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Ermitteln von Parametern einer mit einer Sende-/Empfangsvorrichtung verbundenen Übertragungsstrecke abhängig von dem Echosignal eines auf die Übertragungsstrecke gesendeten Sendesignals mit mindestens einem Einzelimpuls, wobei das Echosignal wenigstens eine Echokomponente des Sendesignals von einem Anfang der Übertragungsstrecke und eine Echokomponente des Sendesignals von einem Ende der Übertragungsstrecke aufweist. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Signaleingang zum Empfangen eines erfassten Echosignals, ein vorzugsweise einstellbares Verkürzungsfilter zum Verkürzen der Echokomponenten des erfassten Echosignals und ein einstellbares weiteres Filter zum Filtern des erfassten Echosignals, wobei durch Einstellen des einstellbaren weiteren Filters und vorzugsweise auch des Verkürzungsfilters eine effektive Schwerpunktfrequenz des mindestens einen Einzelimpulses des Sendesignals auswählbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin Auswertungsmittel zum Auswerten des gefilterten Echosignals zur Ermittlung der Parameter der Übertragungsstrecke basierend auf der zeitlichen Lage und Amplitude zumindest der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke. Der Signaleingang kann beispielsweise mit einem Mittel zum Erfassen des Echosignals, z. B. einem Empfänger der Sende-/Empfangsvorrichtung oder einer Echokompensationsvorrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung, verbunden sein. Die Vorrichtung ist bevorzugt zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgestaltet und kann hierfür beispielsweise Speichermittel zum Speichern des erfassten Echosignals, Berechnungsmittel zum Berechnen einer Einhüllendenfunktion des gefilterten Echosignals oder Einstellmittel zum Einstellen des Verkürzungsfilters und/oder des einstellbaren weiteren Filters zur Auswahl einer effektiven Schwerpunktfrequenz des Einzelimpulses des Sendesignals umfassen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet als Teil oder Komponente einer Sende-/Empfangsvorrichtung für ein Telekommunikationssystem. Eine solche Sende-/Empfangsvorrichtung ist mit geringem zusätzlichem Aufwand in der Lage, z. B. die Länge oder frequenzabhängige Signaldämpfung der Übertragungsstrecke zu ermitteln.
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass die Parameter der Übertragungsstrecke, insbesondere die frequenzab hängige Signaldämpfung auf der Übertragungsstrecke, auf einfache Art ermittelt werden können. Speziell durch die Möglichkeit, das erfasste Echosignal für verschiedene effektive Schwerpunktfrequenzen des Einzelimpulses des Sendesignals auswerten zu können, kann der Zeitaufwand zum Ermitteln der Frequenzabhängigkeit der Signaldämpfung auf der Übertragungsstrecke deutlich verringert werden. Bei der Bestimmung der Länge der Übertragungsstrecke kann durch die mehrfache Auswertung mit verschiedenen Parametern die Auswertesicherheit erhöht werden, indem z. B. Auswertungen mit einem von der Mehrheit der Auswertungsergebnisse abweichenden Ergebnis verworfen werden. Eine gesonderte Berechnung von Korrelationsfunktionen, z. B. einer Kreuzkorrelationsfunktion oder Autokorrelationsfunktion, ist bei der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, da auf vereinfachte Weise eine ähnliche Wirkung bereits durch die Kombination des Verkürzungsfilters mit dem einstellbaren weiteren Filter erreicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine zum Einsatz der vorliegenden Erfindung geeignete Anordnung bestehend aus einer Sende-/Empfangsvorrichtung und einer Übertragungsstrecke;
2 zeigt eine der Anordnung von 1 ähnliche Anordnung, wobei die Sende-/Empfangsvorrichtung eine Echokompensationsvorrichtung umfasst;
3 zeigt beispielhaft ein Echosignal bzw. eine Echoimpulsantwort bei einer Anordnung wie in 1 oder 2;
4 zeigt eine Vorrichtung zum Ermitteln von Parametern einer Übertragungsstrecke gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5(a) zeigt das Echosignal von 3 nach einer Filterung durch ein Verkürzungsfilter;
5(b) zeigt das Echosignal von 5(a) in 5000-facher Vergrößerung;
6 zeigt ein Beispiel einer Häufigkeitsverteilung von gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einem Echosignal bei verschiedenen Filtereinstellungen ermittelten Längen einer Übertragungsstrecke; und
7 zeigt beispielhaft eine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ermittelte Frequenzabhängigkeit der Signaldämpfung der Übertragungsstrecke von 6.
1 zeigt schematisch eine Anordnung in einem Telekommunikationssystem bestehend aus einer Sende-/Empfangsvorrichtung 1A und einer Übertragungsstrecke 2. Die Sende-/Empfangsvorrichtung 1A umfasst in einem Sendeast einen Sender 3, einen Sendefilter 4, einen Digital-Analog-Wandler 5 und einen Sendeverstärker 6. In einem Empfangsast umfasst die Sende-/Empfangsvorrichtung 1A einen Analog-Digital-Wandler 9, einen Empfangsfilter 8, und einen Empfänger 7. Der Sendeast und der Empfangsast der Sende-/Empfangsvorrichtung 1A sind über ein Hybrid 10 mit einer Übertragungsstrecke 2 gekoppelt. Gestrichelte Linien in 1 veranschaulichen den Anfang 2a und das Ende 2b der Übertragungsstrecke 2.
Ein über den Sender 3 auf die Übertragungsstrecke 2 gesendeter Einzelimpuls ruft ein Echosignal hervor, welches im Empfänger 7 der Sende-/Empfangsvorrichtung 1A erfasst werden kann. Das Echosignal wird durch sich auf der Übertragungsstrecke 2 ändernde Übertragungseigenschaften eines Übertragungsmediums, z. B. einer elektrischen Leitung, hervorgerufen. Solche Änderungen von Übertragungseigenschaften des Übertragungsmediums treten insbesondere am Anfang 2a und am Ende 2b der Übertragungsstrecke 2 auf und entsprechen jeweils einer Echokomponente des Echosignals. Eine Echokomponente vom Anfang 2a der Übertragungsstrecke 2 wird häufig als so genanntes Nearend-Echo bezeichnet und eine Echokomponente vom Ende 2b der Übertragungsstrecke 2 wird häufig als so genanntes Farend-Echo bezeichnet.
2 zeigt eine weitere Anordnung, bestehend aus einer Sende-/Empfangsvorrichtung 1B und einer Übertragungsstrecke 2. Die Anordnung entspricht im Wesentlichen der in 1 gezeigten Anordnung. Ähnliche Elemente sind daher mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden im Folgenden nicht erneut erläutert. Im Unterschied zu der Sende-/Empfangsvorrichtung 1A von 1 umfasst die Sende-/Empfangsvorrichtung 1B von 2 eine Echokompensationsvorrichtung 11, welche zwischen den Sendeast und den Empfangsast der Sende-/Empfangsvorrichtung 1B geschaltet ist. Die in 2 dargestellte Echokompensationsvorrichtung 11 entspricht einer digitalen Echokompensationsvorrichtung, d. h. ein digitales Sendesignal wird von dem Sendeast in die Echokompensationsvorrichtung 11 eingekoppelt, wo es modifiziert wird. Das modifizierte Sendesignal wird in einem Überlagerungspunkt 12 im Empfangsast der Sende-/Empfangsvorrichtung 1B von einem Empfangssignal subtrahiert, so dass das Echosignal aus dem Empfangssignal weitgehend eliminiert wird. Hierfür umfassen die Modifizierungen, welche in der Echokompensationsvorrichtung 11 erfolgen, insbesondere ein Dämpfen und ein Verzögern des Sendesignals, wobei entsprechende Dämpfungs- und Verzögerungskoeffizienten der Echokompensationsvorrichtung 11 abhängig von den Eigenschaften der Übertragungsstrecke adaptiv eingestellt werden. Die adaptive Einstellung oder Adaption der Echokompensationsvorrichtung 11 kann beispielsweise erfolgen, indem als Sendesignal eine stochastische Symbolfolge gesendet wird und die Koeffizienten der Echokompensationsvorrichtung 11 derart angepasst werden, dass das Echosignal minimiert wird. Bei einer idealen Adaption der Echokompensationsvorrichtung 11, d. h. wenn das Echosignal vollständig aus dem Empfangssignal eliminiert wird, entspricht das durch die Echokompensationsvorrichtung 11 erzeugte Signal dem Echosignal, d. h. das Echosignal kann durch die Koeffizienten der Echokompensationsvorrichtung dargestellt werden. Somit ist es bei der in 2 gezeigten Anordnung möglich, das Echosignal mittels der Echokompensationsvorrichtung 11 zu erfassen.
3 zeigt beispielhaft ein Echosignal für eine Sende-/Empfangsvorrichtung wie in 2 in Abhängigkeit von der Zeit t in Einheiten einer Symbollänge T, wobei als Übertragungsstrecke eine 3,5 km lange Leitung mit 0,4 mm Durchmesser eingesetzt ist und das Sendesignal Einzelimpulse mit einer Baudrate von 640 kBd aufweist. Zu erkennen ist in 3 jedoch nur die Echokomponente vom Anfang 2a der Übertragungsstrecke 2, während die Echokomponente vom Ende 2b der Übertragungsstrecke 2 durch die Echokomponente vom Anfang 2a der Übertragungsstrecke 2 überlagert ist. Die Echokomponente vom Anfang 2a der Übertragungsstrecke 2 weist dabei eine um ein Vielfaches größere Amplitude als die Echokomponente vom Ende 2b der Übertragungsstrecke 2 auf.
4 zeigt eine Vorrichtung zum Ermitteln von Parametern einer Übertragungsstrecke gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst einen Signaleingang 16, über welchen der Vorrichtung ein digital erfasstes Echosignal zugeführt wird. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen digitalen Speicher 17, in welchem das erfasste Echosignal von dem Signaleingang 16 abgelegt wird und zur mehrfachen Verarbeitung in der Vorrichtung abrufbar ist. Zur Verarbeitung des Echosignals umfasst die Vorrichtung ein einstellbares Verkürzungsfilter 19 und ein weiteres einstellbares Filter 18. Das einstellbare Verkürzungsfilter 19 umfasst ein digitales Filter mit der Übertragungsfunktion
Dabei bezeichnet z einen komplexen Frequenzparameter, welcher durch
definiert ist. Dabei bezeichnet f_A die Abtastfrequenz des Verkürzungsfilters 19 und des einstellbaren weiteren Filters 18. Die Abtastfrequenz f_A ist ein ganzzahliges Vielfaches der Baudrate (Symbolrate), mit welcher das Sendesignal ausgesendet wird, d. h. es gilt: fA = k·fT wobei f_T die Baudrate oder Symbolrate bezeichnet. Für k können verschiedene ganzzahlige Werte gewählt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist k gleich 2, was die Realisierung der Vorrichtung erleichtert.
Das einstellbare weitere Filter umfasst ein digitales Comb-Filter mit der Übertragungsfunktion
Das einstellbare Verkürzungsfilter 19 stellt somit einen n_Diff-fachen Differenzierer und das einstellbare weitere Filter 18 ein Tiefpassfilter mit einstellbarer Grenzfrequenz dar. Mit den Parametern w_Comb, n_Comb und w_Diff kann dabei eine effektive Schwerpunktfrequenz eines Einzelimpulses des Sendesignals in weiten Bereichen variiert werden. Variieren der effektiven Schwerpunktfrequenz bedeutet dabei, dass der für ein Auswerten der Parameter der Übertragungsstrecke relevante Frequenzbereich des Einzelimpulses des Sendesignals variiert wird.
Die in 4 dargestellte Vorrichtung umfasst weiterhin Mittel zum Berechnen einer Einhüllendenfunktion in Form eines Einhüllendenfunktionsmittels 21 des durch das Verkürzungsfilter 19 und das einstellbare weitere Filter 18 gefilterten E chosignals. Das Einhüllendenfunktionsmittel 21 umfasst ein Hilberttransformationsmittel 22 und Quadrierelemente 23. Die Einhüllende E(t) eines Signals s(t) kann wie folgt bestimmt werden:
Dabei bezeichnet H(s(t)) die Hilberttransformierte des Signals s(t). Zur Vereinfachung wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Einhüllendenfunktion das Quadrat der Einhüllenden berechnet: (E(t))2 = (s(t))2 + (H(s(t)))2.
Dies geschieht durch Berechnen der Hilberttransformierten des Echosignals in dem Hilberttransformationsblock 22, Berechnen des Quadrats der Hilberttransformierten in einem der Quadrierelemente 23, Berechnen des Quadrats des Echosignals in dem anderen der Quadrierelemente 23 und Überlagern der quadrierten Hilberttransformierten und des quadrierten Echosignals im Überlagerungspunkt 24. Die Einhüllendenfunktion ist somit in diesem Fall das Quadrat der Einhüllenden des gefilterten Echosignals, es können jedoch auch höhere geradzahlige Potenzen der Einhüllenden verwendet werden. Die Einhüllendenfunktion des gefilterten Echosignals ist einem Auswertungsmittel 25 zugeführt, welcher aus der Einhüllendenfunktion, d. h. aus der Lage des Maximums der Einhüllendenfunktion und dem Wert des Maximums die Länge der Übertragungsstrecke 2 und die Signaldämpfung auswertet. Zur Bestimmung der Signaldämpfung wird dabei das Maximum der Einhüllendenfunktion in Relation zu einem Referenzwert gesetzt, welcher einem ungedämpften Einzelimpuls am Anfang der Übertragungsstrecke 2 entspricht. Dieser Referenzwert kann durch eine einmalige Referenzmessung an einer bekannten Übertragungsstrecke bestimmt werden oder rechnerisch durch Simulation ermittelt werden. Da dieser Referenzwert bei einer vorgegebenen Signalstärke des Sendesignals nur von den Eigenschaften der Sende- /Empfangsvorrichtung abhängt, kann ein einmal ermittelter Referenzwert für eine Vielzahl gleichartiger Sende-/Empfangsvorrichtungen vorgegeben werden und braucht nicht erneut durch eine Referenzmessung oder Simulation bestimmt werden.
Die Berechnung der Hilberttransformierten des gefilterten Echosignals kann auf verschiedene Weise erfolgen. Hierbei können insbesondere die in der DE 102 26 347 C1 dargestellten Realisierungen zur Berechnung der Hilberttransformierten verwendet werden.
Die in 4 dargestellte Vorrichtung umfasst darüber hinaus ein Steuermittel 20, welches das Einstellen des einstellbaren Verkürzungsfilters 19 und des einstellbaren weiteren Filters 18 steuert. Hierbei werden die oben genannten Parameter w_Comb, n_Comb und w_Diff, n_Diff variiert, um verschiedene effektive Schwerpunktfrequenzen auszuwählen. Der Wert der effektiven Schwerpunktfrequenz wird dabei dem Auswertungsmittel 25 zur Verfügung gestellt, so dass in dem Auswertungsmittel 25 Parameter der Übertragungsstrecke 2 frequenzabhängig bestimmt werden können. Dabei wird ein in dem Speicher 17 gespeichertes Echosignal mehrfach abgerufen und mit verschiedenen Einstellungen der Parameter des einstellbaren Verkürzungsfilters 19 und des weiteren einstellbaren Filters 18 verarbeitet.
Beim Einsatz der Vorrichtung von 4 zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Signaleingang 16 mit einem Empfänger 7 oder einer Echokompensationsvorrichtung 11 der Sende-/Empfangsvorrichtung 1A bzw. 1B von 1 bzw. 2 verbunden, so dass der Vorrichtung von 4 Echosignale zur weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Zum Ermitteln der Parameter der Übertragungsstrecke 2 wird zumindest einmal ein Sendesignal mittels des Senders der Sende-/Empfangsvorrichtung 1A oder 1B auf die Übertragungsstrecke 2 gesendet und das entsprechende Echosignal erfasst. Es kann jedoch auch ein mehrfaches Senden des Sendesignals erfolgen, wobei insbesondere die Symbolrate und damit die tatsächliche Schwerpunktfrequenz von Einzelimpulsen des Sendesignals variiert werden kann. Hierdurch kann zum einen der Frequenzbereich zum frequenzabhängigen Ermitteln von Parametern der Übertragungsstrecke 2 erweitert werden und zum anderen der Einfluss von Messfehlern verringert werden.
Beim Erfassen des Echosignals wird die Abtastfrequenz f_A unter Beachtung des Abtasttheorems gewählt. Hier bedeutet dies konkret, dass die Abtastfrequenz f_A zumindest der doppelten Symbolrate f_T entspricht. Wie bereits oben erwähnt, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel davon ausgegangen, dass die Abtastfrequenz f_A der doppelten Symbolrate f_T entspricht. Bei Sende-/Empfangsvorrichtungen, deren digitale Komponenten mit der Symbolrate f_T arbeiten, kann das Echosignal nur entsprechend der Symbolrate f_T erfasst werden. Um in diesem Fall eine Abtastfrequenz f_A zu erreichen, welche der doppelten Symbolrate f_T entspricht, wird das Echosignal zweimal mit um T/2 verschobenen Anfangsphasen erfasst. Falls dies mittels einer Echokompensationsvorrichtung, z. B. wie die Echokompensationsvorrichtung 11 in 2, geschieht, müssen somit zweimal die Koeffizienten der Echokompensationsvorrichtung ausgelesen werden und zur Generierung des endgültigen, zur weiteren Verarbeitung geeigneten, Echosignals die Koeffizienten abwechselnd in der richtigen Reihenfolge aus den beiden Koeffizientensätzen zusammengesetzt werden.
5(a) zeigt beispielhaft das Echosignal von 3 bei Anwendung eines Verkürzungsfilters in Form eines vierfachen Differenzierers. Der Verlauf des gefilterten Echosignals ist als Funktion der Zeit t in Einheiten der Symbollänge T dargestellt. In einem Anfangsbereich ist die Echokomponente vom Anfang der Übertragungsstrecke 2, d. h. das Nearend-Echo, erkennbar. Die zeitliche Ausdehnung des Nearend-Echos ist im Vergleich zu 3 stark eingeschränkt.
5(b) zeigt den Verlauf des gefilterten Echosignals von 5(a) in 5000-facher Vergrößerung. Es ist erkennbar, dass die Echokomponente vom Ende 2b der Übertragungsstrecke 2, d. h. das Farend-Echo, vom Nearend-Echo getrennt aufgelöst ist und somit hinsichtlich seiner Lage und Amplitude ausgewertet werden kann.
Im Folgenden werden anhand einer Rechnersimulation gewonnene Ergebnisse des Verfahrens zum Ermitteln von Parametern der Übertragungsstrecke 2 erläutert. Dabei wurde das Echosignal einer 4 km langen elektrischen Leitung mit einem Aderdurchmesser von 0,4 mm ausgewertet. Für das Echosignal wurde eine Symbolrate von 800 kBd zugrunde gelegt. Die Länge der Übertragungsstrecke 2, d. h. die Leitungslänge, und die Signaldämpfung auf der Übertragungsstrecke 2 wurden bei insgesamt hundert verschiedenen Parametereinstellungen des einstellbaren Verkürzungsfilters 19 und des einstellbaren weiteren Filters 18 ausgewertet.
6 zeigt eine Häufigkeitsverteilung der ermittelten Werte für die Leitungslänge L. Bei der Auswertung wurde eine Signalausbreitungsgeschwindigkeit im Kabel von 185000 km/s zugrunde gelegt. Dargestellt ist die absolute Häufigkeit N von ermittelten Leitungslängen L. Es ist erkennbar, dass bei den meisten Parametereinstellungen (97 Einstellungen) eine Leitungslänge L von etwa 4 km ermittelt wurde. Einige Einstellungen (3) entsprechen jedoch einer Leitungslänge L von etwa 1,7 km. Diese Ergebnisse werden als Auswertungsfehler interpretiert und verworfen. Insbesondere werden diese Ergebnisse bei der weiteren Ermittlung der frequenzabhängigen Leitungsdämpfung nicht berücksichtigt, um eine sich hieraus ergebende Verfälschung der Frequenzabhängigkeit zu vermeiden.
7 zeigt den Verlauf der gemäß dem beschriebenen Verfahren ermittelten frequenzabhängigen Leitungsdämpfung D in Abhängigkeit von der Frequenz f. Die dünne durchgezogene Linie A zeigt die gemäß dem Verfahren ermittelten Werte. Die dicke durchgezogene Linie B zeigt eine Mittelung des Verlaufs A über jeweils sechs Punkte. Weiterhin ist zum Vergleich der anhand der oben genannten Leitungsparameter berechnete Verlauf als dicke gestrichelte Linie C dargestellt. Es ist erkennbar, dass der anhand der oben beschriebenen Verfahrensschritte ermittelte Verlauf sehr gut mit dem berechneten Verlauf der Leitungsdämpfung übereinstimmt. Zum Ermitteln des Verlaufs wurde nur ein erfasstes Echosignal benötigt. Der Aufwand zum Ermitteln der Frequenzabhängigkeit der Dämpfung ist bei dem beschriebenen Verfahren somit insbesondere hinsichtlich des Erfassens des Echosignals äußerst gering.

Claims

Verfahren zum Ermitteln von Parametern einer mit einer Sende-/Empfangsvorrichtung (1A; 1B) gekoppelten Übertragungsstrecke (2), umfassend die Schritte: a) Senden mindestens eines Sendesignals mit mindestens einem Einzelimpuls über die Übertragungsstrecke (2) mittels eines Senders (3) der Sende-/Empfangsvorrichtung (1A; 1B), b) Erfassen eines Echosignals des Sendesignals, wobei das Echosignal wenigstens eine Echokomponente des Sendesignals von einem Anfang (2a) der Übertragungsstrecke (2) und eine Echokomponente des Sendesignals von einem Ende (2b) der Übertragungsstrecke (2) aufweist, c) Verkürzen der Echokomponenten des Echosignals durch Anwenden eines Verkürzungsfilters (19) auf das erfasste Echosignal, d) Filtern des erfassten Echosignals durch ein weiteres Filter (18), und e) Auswerten des gefilterten Echosignals zum Ermitteln der Parameter der Übertragungsstrecke (2) basierend auf der zeitlichen Lage und/oder Amplitude zumindest der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke (2), dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Filter (18) einstellbar ist und das Verfahren darüber hinaus umfasst: f) Einstellen des weiteren Filters (18) zur Auswahl einer effektiven Schwerpunktfrequenz des mindestens einen Einzelimpulses des Sendesignals.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkürzungsfilter (19) einstellbar ist, und dass Schritt f) zusätzlich ein Einstellen des Verkürzungsfilters (19) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Schritte – Speichern des erfassten Echosignals durch Speichermittel (17), – wiederholtes Durchführen der Schritte c) bis f) für verschiedene effektive Schwerpunktfrequenzen des mindestens einen Einzelimpulses.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sendesignale mit mindestens einem Einzelimpuls über die Übertragungsstrecke (2) mittels des Senders (3) der Sende-/Empfangsvorrichtung (1A; 1B) gesendet werden und die entsprechenden Echosignale erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelimpulse der Sendesignale jeweils unterschiedliche Schwerpunktfrequenzen aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einstellbare weitere Filter (18) ein Tiefpassfilter mit einstellbarer Grenzfrequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilter mit einstellbarer Grenzfrequenz ein Comb-Filter ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkürzungsfilter (19) einen Differenzierer umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der zeitlichen Lage der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke (2) die Länge der Übertragungsstrecke (2) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der Amplitude der Echokomponente vom Ende (2b) der Übertragungsstrecke (2) und der eingestellten Schwerpunktfrequenz eine frequenzabhängige Signaldämpfung auf der Übertragungsstrecke (2) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der zeitlichen Lage und Amplitude zumindest der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke (2) ein Berechnen einer Einhüllendenfunktion des gefilterten Echosignals erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Berechen der Einhüllendenfunktion des gefilterten Echosignals die Hilbert-Transformierte des gefilterten Echosignals berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Echosignals mittels eines Empfängers (7) der Sende-/Empfangsvorrichtung (1A) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Echosignals mittels einer Echokompensationsvorrichtung (11) der Sende-/Empfangsvorrichtung (1B) erfolgt.
Vorrichtung zum Ermitteln von Parametern einer mit einer Sende-/Empfangsvorrichtung (1A, 1B) gekoppelten Übertragungsstrecke (2) basierend auf einem Echosignal eines auf die Übertragungsstrecke (2) gesendeten Sendesignals mit mindestens einem Einzelimpuls, wobei das Echosignal wenigstens eine Echokompo nente des Sendesignals von einem Anfang (2a) der Übertragungsstrecke (2) und eine Echokomponente des Sendesignals von einem Ende (2b) der Übertragungsstrecke (2) aufweist, umfassend: einen Signaleingang (16) zum Empfangen eines erfassten Echosignals, ein Verkürzungsfilter (19) zum Verkürzen der Echokomponenten des erfassten Echosignals, ein weiteres Filter (18) zum Filtern des erfassten Echosignals, und Auswertungsmittel (25) zum Auswerten des gefilterten Echosignals zum Ermitteln der Parameter der Übertragungsstrecke (2) basierend auf der zeitlichen Lage und/oder Amplitude zumindest der Echokomponente vom Ende der Übertragungsstrecke (2), dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Filter (18) einstellbar ist, wobei durch Einstellen des weiteren Filters (18) eine effektive Schwerpunktfrequenz des mindestens einen Einzelimpulses des Sendesignals beeinflussbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 14 ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Speichermittel (17) zum Speichern des erfassten Echosignals umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Berechnungsmittel (21) zum Berechnen einer Einhüllendenfunktion des gefilterten Echosignals umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Einstellmittel (20) zum Einstellen des weiteren Filters (18) zur Auswahl einer effektiven Schwerpunktfrequenz des mindestens einen Einzelimpulses des Sendesignals umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkürzungsfilter (19) einstellbar ist, und dass die Vorrichtung Einstellmittel (20) zum Einstellen des Verkürzungsfilters (19) umfasst.
Sende-/Empfangsvorrichtung für ein Telekommunikationssystem gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20.