DE102013201458A1

DE102013201458A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung mindestens eines Signals

Info

Publication number: DE102013201458A1
Application number: DE102013201458.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Piastowski; Burkhard Triess; Patrick Nickel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2014-07-31
Also published as: US20140210459A1; CN103973379A; US9678171B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung mindestens eines Signals (s1, s2), das über eine elektrische Leitungseinrichtung (100) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei gleichen oder verschiedenen Positionen (p1, p2) in Bezug auf ein Längenkoordinate (l) der Leitungseinrichtung (100) ein elektrisches und/oder magnetisches Feld der Leitungseinrichtung (100) erfasst (300) wird, wodurch zwei den jeweiligen Positionen (p1, p2) entsprechende Messsignale (m1, m2) erhalten werden, und dass aus den Messsignalen (m1, m2) auf das über die Leitungseinrichtung (100) übertragene Signal (s1, s2) geschlossen (310) wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung mindestens eines Signals, das über eine elektrische Leitungseinrichtung übertragen wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens eines Signals, das über eine elektrische Leitungseinrichtung übertragen wird.
Verfahren und Vorrichtungen der vorstehend bezeichneten Art sind bekannt. Beispielsweise können bei Leitungseinrichtungen, welche eine Datenübertragung nach dem Ethernet-Standard ermöglichen, sogenannte Abgriffe beziehungsweise „Ethernet-Taps“ in die Leitungseinrichtung eingeschleift werden, welche benutzt werden, um den Datenverkehr auf der Ethernet-Leitung zu beobachten. Nachteilig erfordern solche Ethernet-Taps eine physikalische Manipulation der Leitungseinrichtung, insbesondere das Einschleifen des Taps in die Leitungseinrichtung. Darüber hinaus können die genannten Ethernet-Taps nicht unwesentliche Rückwirkungen auf die Signalübertragung (beispielsweise durch Verzögerung, Verzerrung und Dämpfung) innerhalb der Leitungseinrichtung bedingen.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine möglichst geringe beziehungsweise keine Beeinflussung der über die Leitungseinrichtung übertragenen Signale erfolgt und ein verhältnismäßig geringer Aufwand zur Erfassung des Signals erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an mindestens zwei gleichen oder verschiedenen Positionen in Bezug auf eine Längenkoordinate der Leitungseinrichtung ein elektrisches und/oder magnetisches Feld der Leitungseinrichtung erfasst wird, wodurch zwei den jeweiligen Positionen entsprechende Messsignale erhalten werden, und dass aus den Messsignalen auf das über die Leitungseinrichtung übertragene Signal geschlossen wird.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die aus den elektrischen bzw. magnetischen bzw. elektromagnetischen Feldern der Leitungseinrichtung erhaltenen Messsignale Informationen über auf der Leitungseinrichtung übertragene Signale enthalten, welche bei entsprechender Signalverarbeitung rekonstruierbar sind, so dass kein physikalischer Eingriff in die Leitungseinrichtung, zum Beispiel in einzelne Adernpaare der Leitungseinrichtung, erforderlich ist, um Informationen über die auf der Leitungseinrichtung übertragenen Signale zu erhalten. Die Erfassung kann bei einer Ausführungsform an einer einzigen Position erfolgen, wobei dann bevorzugt mindestens zwei Feldgrößen (elektrisches und magnetisches Feld) erfasst werden. Die Erfassung kann bei einer weiteren Ausführungsform auch an mindestens zwei verschieden Positionen erfolgen, wobei die Messung einer Feldgröße ausreicht.
Demnach ermöglicht das erfindungsgemäße Prinzip eine kontaktlose bzw. berührungslose Erfassung von Informationen über die in der Leitungseinrichtung übertragenen Signale in Form der elektrischen und/oder magnetischen und/oder elektromagnetischen Felder, welche eine Kombination von elektrischen und magnetischen Felder darstellen. Dementsprechend kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, ein elektrisches und/oder magnetisches und/oder elektromagnetisches Feld als Kombination der Feldkomponenten der Leitungseinrichtung an den mehreren Positionen zu erfassen. Es ist auch möglich, dass an verschiedenen Positionen Felder unterschiedlichen Typs erfasst werden. Z.B. kann an einer ersten und dritten Position ein elektrisches Feld sowie ein magnetisches Feld erfasst werden, während an einer zweiten Position nur z.B. ein elektrisches Feld erfasst wird. Andere Kombinationen sind ebenfalls denkbar.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass aus den Messsignalen auf mehrere über die Leitungseinrichtung übertragene Signale geschlossen wird, insbesondere auf ein in einer ersten Richtung entlang der Längenkoordinate übertragenes erstes Signal und auf ein in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, übertragenes zweites Signal.
Erfindungsgemäß ist es demnach sogar möglich, bidirektionale Datenübertragungen auf der Leitungseinrichtung dahingehend auszuwerten, dass die jeweils unterschiedlichen Kommunikationsrichtungen zugeordneten Signale isoliert werden können. Hierfür ist die Vorsehung von mindestens zwei Messabgriffen an den mindestens zwei verschiedenen Positionen entlang der Leitungseinrichtung erforderlich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine mehrdimensionale Entzerrung angewandt wird, um auf das bzw. die Signale zu schließen. Da die erfindungsgemäß erhaltenen Messsignale, die den unterschiedlichen Positionen der Leitungseinrichtung zugeordnet sind, zunächst eine Superposition der einzelnen elektromagnetischen Wellen von hin- und rücklaufenden Datenkommunikationen auf der Leitungseinrichtung darstellen, wird erfindungsgemäß die mehrdimensionale Entzerrung vorgeschlagen, um die einzelnen Signale der betreffenden Kommunikationsrichtungen voneinander zu isolieren.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur Erfassung des elektrischen und/oder magnetischen und/oder elektromagnetischen Felds als Kombination der Feldkomponenten der Leitungseinrichtung diskrete und/oder verteilte induktive und/oder kapazitive Koppelelemente verwendet werden.
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet werden, eine Analyse einer Datenkommunikation zwischen mindestens zwei Datenknoten vorzunehmen, die über die Leitungseinrichtung miteinander verbunden sind. Beispielsweise können die Datenknoten Steuergeräte eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und dergleichen, darstellen. Bei einer Ausführungsform kann bevorzugt eine digitale Signale aufweisende Datenkommunikation erfasst werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist definiert durch ein Verfahren zur Erfassung mindestens eines Signals, das über eine elektrische Leitungseinrichtung übertragen wird, bei dem nur an einer Position in Bezug auf eine Längenkoordinate der Leitungseinrichtung ein elektrisches und/oder magnetisches Feld der Leitungseinrichtung erfasst wird, wodurch ein der Position entsprechendes Messsignal erhalten wird, und wobei aus dem Messsignal auf das über die Leitungseinrichtung übertragene Signal oder mehrere Signale geschlossen wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist definiert durch ein Verfahren zur Erfassung mindestens eines Signals, das über eine elektrische Leitungseinrichtung übertragen wird, wobei anstelle der Erfassung des elektrischen und/oder magnetischen Felds der Leitungseinrichtung eine direkte Ankopplung an die Leitung zu Messung von Leitungsstrom und/oder -spannung verwendet wird.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6 angegeben.
Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, an mindestens zwei gleichen oder verschiedenen Positionen in Bezug auf eine Längenkoordinate der Leitungseinrichtung ein elektrisches und/oder magnetisches Feld der Leitungseinrichtung zu erfassen, wodurch zwei den jeweiligen Positionen entsprechende Messsignale erhalten werden, und dazu, aus den Messsignalen auf das über die Leitungseinrichtung übertragene Signal zu schließen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, aus den Messsignalen auf mehrere über die Leitungseinrichtung übertragene Signale zu schließen, insbesondere auf ein in einer ersten Richtung entlang der Längenkoordinate übertragenes erstes Signal und auf ein in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, übertragenes zweites Signal.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, eine, vorzugsweise mehrdimensionale, Entzerrung anzuwenden, um auf das bzw. die Signale zu schließen.
Die Entzerrung kann beispielsweise eine Filterung eines oder mehrerer der erfindungsgemäß erhaltenen Messsignale umfassen, wobei insbesondere eine Tiefpassfilterung bzw. eine Bandpassfilterung bzw. eine Hochpassfilterung in Betracht kommt. Ferner ist es möglich, im Rahmen der erfindungsgemäßen Entzerrung die Messsignale beziehungsweise gefilterte Messsignale, die aus den Messsignalen abgeleitet werden, mit unterschiedlichen Gewichtungsfaktoren gewichtet bzw. zeitlich zueinander verzögert und in sonstiger Weise manipuliert miteinander zu kombinieren, beispielsweise im Wege von Additionen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird die mögliche Entzerrung in drei Schritten wie folgt ausgeführt:

1) Kanalschätzung matrixwertiger Impulsantworten (Multi-Input Multi-Output (MIMO) Übertragungskanal) auf der Basis von zeitlich versetzt gesendeten Trainingssequenzen, welche in den auf der Leitungseinrichtung übertragenen Signale enthalten sind. Der MIMO Übertragungskanal besteht hierbei aus den Einzelkanälen von allen einzelnen Sendeeinrichtungen zu allen einzelnen Messabgriffen der Signale.
2) Auf Basis der Kanalimpulsantworten lässt sich mittels Vorfilterung die Signalenergie konzentrieren (Verkürzung der Impulsantworten) und die gesendeten Einzelsignale ganz oder teilweise entkoppeln. Ein möglicher Filterberechnungsalgorithmus für die Entzerrung auf der Basis einer Multi-Input Multi-Output (MIMO) Minimum Mean-Square Error (MMSE)-Decision-Feedback Equalization (DFE) ist angegeben in: N. Al-Dhahir, A. H. Sayed. "The Finite-Length Multi-Input Multi-Output MMSE-DFE". IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 48, no. 10, pages 2921–2936, October 2000.
3) Nach Filterung der Messsignale wird eine Entzerrung auf Basis von Decision- Feedback Equalization (DFE) oder zustandsbasierter Entzerrung durchgeführt und auf das bzw. die Signale zu schließen.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens zwei diskrete und/oder verteilte induktive und/oder kapazitive Koppelelemente zur Erfassung des elektrischen und/oder magnetischen Felds bzw. des elektromagnetischen Felds als Kombination der Feldkomponenten der Leitungseinrichtung an den mindestens zwei verschiedenen Positionen der Leitungseinrichtung aufweist. Die Koppelelemente können beispielsweise in Form von ein oder mehreren Klemmen vorgesehen sein, welche auf eine bestehende Leitungseinrichtung aufgeklemmt werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein Koppelelement mindestens eines der nachfolgenden Elemente aufweist: Spule, Kondensator, Koppelleitung, Antenne.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein Koppelelement mindestens eines der nachfolgenden Elemente aufweist: direkte Anklemmung in die Kabelführung der Leitungseinrichtung mittels Kabel oder Richtkoppler.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leitungseinrichtung durch die Vorrichtung direkt niederohmig angekoppelt bzw. kontaktiert wird, um Strom und Spannung auf der Leitung auszukoppeln. Hierbei ist auch eine Auftrennung der Leitung zur direkten Messung des Stromsignals und ein Kontakt an die Leitungsadern zur direkten Messung des Spannungssignals möglich. Aus Strom und Spannung lassen sich die Signale beider Leitungsrichtungen in gleicher Form wie zuvor dargestellt, beispielsweise über mehrdimensionale Entzerrung, als Schätzsignal zu rekonstruieren. Diese niederohmige Ankopplung kann alternativ zur Felderfassung oder ergänzend hierzu vorgenommen werden. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
1 schematisch ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung,
2 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung,
3 schematisch ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
4 schematisch ein Signalmodell gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Ein erster Daten- bzw. Kommunikationsknoten 10, bei dem es sich beispielsweise um ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen handelt, ist über eine Leitungseinrichtung 100 mit einem zweiten Kommunikationsknoten 20 verbunden. Die Leitungseinrichtung 100 kann beispielsweise ein Paar elektrischer Adern zur Übertragung von elektrischen Signalen aufweisen. Andere Konfigurationen für die Leitungseinrichtung 100 sind ebenfalls denkbar.
Beide Kommunikationsknoten 10, 20 sind dazu ausgebildet, über die Leitungseinrichtung 100 entsprechende Signale s1, s2 zu übertragen. Ein erstes Signal s1 wird von dem ersten Kommunikationsknoten 10 über die Leitungseinrichtung 100 zu dem zweiten Kommunikationsknoten 20 übertragen. Ein zweites Signal s2 wird von dem zweiten Kommunikationsknoten 20 über die Leitungseinrichtung 100 zu dem ersten Kommunikationsknoten 10 übertragen. Eine Längenkoordinate der Leitungseinrichtung 100 ist in 1 schematisch durch den mit dem Bezugszeichen l bezeichneten Pfeil angedeutet. Das erste Signal s1 von dem ersten Kommunikationsknoten 10 wird somit in einer ersten Kommunikationsrichtung entlang der Längenkoordinate l übertragen, wohingegen das zweite Signal s2 von dem zweiten Kommunikationsknoten 20 in der Gegenrichtung hierzu übertragen wird.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung 200 zur Erfassung mindestens eines Signals s1, s2 vorgesehen, welches über die elektrische Leitungseinrichtung 100 übertragen wird.
Die Vorrichtung 200 ist einer Ausführungsform zufolge dazu ausgebildet, an mindestens zwei verschiedenen Positionen p1, p2 (oder mehr) in Bezug auf die Längenkoordinate l der Leitungseinrichtung 100 ein elektrisches und/oder magnetisches und/oder elektromagnetisches Feld als Kombination der Feldkomponenten der Leitungseinrichtung 100 zu erfassen. Dies erfolgt beispielsweise mittels als Spule bzw. Kondensator bzw. Koppelleitung bzw. Antenne ausgebildeten Koppelelementen, welche in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht abgebildet sind.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist auch die Erfassung eines elektrischen und eines magnetischen Feldes der Leitungseinrichtung an derselben Position p1 möglich, ebenso wie eine Messung von Strom und Spannung an derselben Position. Bei diesen Varianten muss also nicht an mehreren verschiedenen Positionen gemessen werden.
Durch die vorstehend beschriebene Erfassung der betreffenden Felder bzw. des betreffenden Felds der Leitungseinrichtung 100 an den verschiedenen Positionen p1, p2 werden mindestens zwei den jeweiligen Positionen p1, p2 entsprechende Messsignale m1, m2 erhalten. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung 200 dazu ausgebildet, aus den Messsignalen m1, m2 auf das über die Leitungseinrichtung 100 übertragene Signal s1, s2 zu schließen.
Bei solchen Varianten der Erfindung, welche elektrische und magnetische Felder bzw. Strom und Spannung an nur einer Position messen, bilden diese beiden Messgrößen derselben Position die Messsignale m1, m2.
Besonders vorteilhaft ist für die vorstehend bezeichnete erfindungsgemäße Erfassung der Signale s1, s2 mittels Feldmessung keine physikalische Modifikation der Leitungseinrichtung 100 erforderlich. Aufgrund der Messung des elektrischen Felds bzw. des magnetischen Felds bzw. des elektromagnetischen Felds bzw. einer beliebigen Kombination hieraus durch die erfindungsgemäßen Koppelelemente kann die erfindungsgemäße Erfassung vollständig kontaktfrei bezüglich der Leitungseinrichtung 100 erfolgen.
Alternativ oder ergänzend kann die Leitungseinrichtung durch die Vorrichtung auch direkt niederohmig angekoppelt bzw. kontaktiert werden, um Strom und Spannung auf der Leitung auszukoppeln. Hierbei ist auch eine Auftrennung der Leitung zur direkten Messung des Stromsignals und ein Kontakt an die Leitungsadern zur direkten Messung des Spannungssignals möglich. Aus Strom und Spannung lassen sich die Signale beider Leitungsrichtungen in gleicher Form wie bei der Feldmessung, beispielsweise über mehrdimensionale Entzerrung, als Schätzsignal zu rekonstruieren. Diese niederohmige Ankopplung kann alternativ zur Felderfassung oder ergänzend hierzu vorgenommen werden.
Die Vorrichtung 200 weist bei einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise eine Recheneinheit auf, welche aus den Messsignalen m1, m2 rekonstruierte Signale s1’, s2’ ableitet, welche im Wesentlichen den über die Leitungseinrichtung 100 übertragenen Signalen s1, s2 entsprechen. Die Recheneinheit kann beispielsweise als digitaler Signalprozessor bzw. Mikrokontroller oder auch in Form eines ASIC oder eines FPGA ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung 200 auch dazu ausgebildet, bei einer bidirektionalen Kommunikation, wie sie vorliegend durch die Signale s1, s2 gegeben ist, die einzelnen Signale s1, s2, welche unterschiedliche Ausbreitungsrichtungen aufweisen, im Rahmen der erfindungsgemäßen Erfassung und Auswertung zu isolieren, so dass trotz einer Überlagerung der Signale s1, s2 im Bereich der Leitungseinrichtung 100 am Ausgang der Vorrichtung 200 die einzelnen Signale bzw. ihre entsprechenden Schätzsignale s1’, s2’ verfügbar sind.
2 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt 300 erfolgt die vorstehend bereits beschriebene Erfassung des elektrischen Felds bzw. des magnetischen Felds bzw. des elektromagnetischen Felds an mindestens zwei verschiedenen Positionen p1, p2 der Leitungseinrichtung 100.
In einem nachfolgenden Schritt 310 erfolgt die erfindungsgemäße Auswertung, in deren Rahmen aus den Messsignalen m1, m2 auf die Signale s1, s2 geschlossen wird, wodurch die Schätzsignale s1’, s2’ erhalten werden. Die Auswertung 310 kann einer Ausführungsform zufolge beispielsweise die folgenden Schritte umfassen:

1) Kanalschätzung matrixwertiger Impulsantworten (Multi-Input Multi-Output (MIMO) Übertragungskanal) auf der Basis von zeitlich versetzt über die Leitungseinrichtung gesendeten Trainingssequenzen, welche in den auf der Leitungseinrichtung übertragenen Signale enthalten sind. Der MIMO Übertragungskanal besteht hierbei aus den Einzelkanälen von allen einzelnen Sendeeinrichtungen zu allen einzelnen Messabgriffen der Signale. A-priori Wissen über für die Datenübertragung verwendete Protokolle und dergleichen kann ebenfalls verwendet werden, um die Kanalschätzung auszuführen bzw. zu präzisieren.
2) Auf Basis der durch die Kanalschätzung erhaltenen Kanalimpulsantworten lässt sich mittels Vorfilterung die Signalenergie konzentrieren (Verkürzung der Impulsantworten) und die gesendeten Einzelsignale ganz oder teilweise entkoppeln. Ein möglicher Filterberechnungsalgorithmus für die Entzerrung auf der Basis einer Multi-Input Multi-Output (MIMO) Minimum Mean-Square Error (MMSE)-Decision-Feedback Equalization (DFE) ist angegeben in: N. Al-Dhahir, A. H. Sayed. "The Finite-Length Multi-Input Multi-Output MMSE-DFE". IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 48, no. 10, pages 2921–2936, October 2000.
3) Nach Filterung der Messsignale wird eine Entzerrung auf Basis von Decision- Feedback Equalization (DFE) oder zustandsbasierter Entzerrung durchgeführt und auf das bzw. die Signale zu schließen.

3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung 200 weist ein erstes Koppelelement 210a und ein zweites Koppelelement 210b auf. Die Koppelelemente 210a, 210b können beispielsweise an den in 1 durch die Pfeile angedeuteten Positionen p1, p2 entlang der Längenkoordinate l der Leitungseinrichtung 100 angeordnet sein und dienen zur Aufnahme der Messsignale m1, m2, aus denen die Vorrichtung 200 wie vorstehend beschrieben die Signale s1, s2 in Form der Schätzsignale s1’, s2’ rekonstruiert.
Die Koppelelemente 210a, 210b können beispielsweise eine Spule bzw. einen Kondensator oder auch eine Koppelleitung oder eine Antenne oder dergleichen aufweisen, auch eine Kombination hieraus bzw. von mehreren der genannten Elemente. Ferner können vorteilhaft bereits Filtermittel zur Durchführung einer Tiefpassfilterung bzw. einer Bandpassfilterung bzw. einer Hochpassfilterung in den Koppelelementen 210a, 210b vorgesehen sein, um die Signalverarbeitung in der Vorrichtung 200 zu vereinfachen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann nach der Auswertung 310 (2), die auf die rekonstruierten Signale s1’, s2’ führt, eine übergeordnete weitere Auswertung erfolgen, welche beispielsweise die Signale s1’, s2’ gemäß den verwendeten Kommunikationsprotokollen analysiert. Hieraus kann beispielsweise auf den Inhalt einzelner Datenpakete bzw. entsprechender Kopfdaten oder Nutzdaten geschlossen werden.
Besonders bevorzugt ist die Erfindung anwendbar bei Leitungseinrichtungen mit mindestens einem im Wesentlichen ungeschirmten Kabel. Beispielsweise kann die Leitungseinrichtung 100 ein oder mehrere Adernpaare von sogenannten Twisted-Pair-Kabeln aufweisen, bei denen ein Feldverlauf außerhalb des Kabels beziehungsweise der Leitungseinrichtung 100 existiert. Dieser lässt sich wie vorstehend beschrieben mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 200 und der ihr zugeordneten Koppelelemente 210a, 210b erfassen und analysieren.
4 zeigt ein entsprechendes Signalmodell für ein Kommunikationsszenario mit zwei Kommunikationsknoten 10, 20, welches zu der schematischen Darstellung der 1 vergleichbar ist. Im Unterschied zu 1 sieht das Signalmodel der 4 insgesamt drei verschiedene Positionen p1, p2, p3 zur Erfassung von Feldern der Leitungseinrichtung 100 für die Gewinnung der Messsignale m1, m2, m3 vor.
Eine Signalübertragungsrichtung von dem ersten Datenknoten 10 bzw. zu dem zweiten Datenknoten 20, welche im Wesentlichen dem Signal s1 aus 1 entspricht, ist in 4 mit dem Bezugszeichen RX bezeichnet. Eine Datenkommunikation in Rückrichtung ist in 4 mit dem Bezugszeichen TX bezeichnet und entspricht im Wesentlichen dem Signal s2 der 1.
An den drei Positionen p1, p2, p3 sind erfindungsgemäß Koppelelemente der Vorrichtung 200 (3) vorgesehen, um mindestens ein elektrisches Feld bzw. ein magnetisches Feld bzw. ein elektromagnetisches Feld als Kombination der Feldkomponenten zu erfassen hieraus zu erfassen. Die – zunächst i.d.R. unbekannten – Übertragungsfunktionen der einzelnen Leitungsabschnitte der Leitungseinrichtung 100 für die beiden Signale RX, TX zwischen den Knoten 10, 20 bzw. den drei Messpositionen p1, p2, p3 entlang der Leitungseinrichtung 100 sind in 4 mit h₁(t), h₂(t), h₃(t) und h_R(t) bzw. h’₁(t), h’₂(t), h’₃(t), h’_R(t) symbolisiert.
Die weiteren Übertragungsfunktionen g₁(t) und g’₁(t) repräsentieren hierbei eine Übertragungsstrecke (u.a. bedingt durch Freiraumdämpfung, Geometrie der Auskopplung usw.) von der Leitungseinrichtung 100 zu dem Koppelelement, welches der ersten Position p1 zugeordnet ist. Der in 4 nicht näher bezeichnete Addierer, dem die Ausgangsgrößen der Übertragungsfunktionen g₁(t), g’₁(t) zugeführt sind, verdeutlicht die Tatsache, dass die an der Position p1 erfindungsgemäß erfassten Feldgrößen, aus denen das Messsignal m1 gewonnen wird, eine Superposition von beiden Signalen RX, TX bzw. von daraus abgeleiteten Signalen darstellen. Dasselbe gilt für die weiteren Übertragungsfunktionen g₂(t), g’₂(t) an der Position p2 und g₃(t) und g’₃(t) an der Position p3.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können durch den Einsatz von Eisenkernen in Spulen, welche in den Koppelelementen enthalten sind ferromagnetische Eigenschaften zur Erhöhung der Permeabilität und damit auch der magnetischen Flussdichte in der Spule genutzt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann mit Spulen eine höhere Sensitivität zur Erfassung der Messsignale erreicht werden als mit Kondensatoren, so dass bei alleiniger Nutzung einer induktiven Kopplung zu der Leitungseinrichtung 100 eine verteilte Anordnung von Spulen an verschiedenen Messorten p1, p2, ..., bevorzugt mit möglichst großem Abstand, auf der Leitung zweckmäßig ist, um hierdurch die Korrelation der Messsignale zu verringern.
Wie vorstehend bereits beschrieben erhält man durch die erfindungsgemäße Felderfassung bzw. Messung die Messsignale m1, m2, ..., welche in der Regel ein Summensignal aus überlagerten Signalkomponenten von beiden Übertragungsrichtungen der über die Leitungseinrichtung 100 übertragenen Signale darstellen. Die einzelnen Koppelelemente, die zur Messwertaufnahme der Messsignale m1, m2, ... dienen, werden bevorzugt entsprechend voneinander beabstandet entlang der Längenkoordinate l (1) der Leitungseinrichtung 100 angebracht. Der Abstand kann beispielsweise einige Millimeter bis einige Zentimeter oder auch einigen zehn Zentimeter betragen und wird in der Regel in Abhängigkeit der Übertragungseigenschaften der Leitungseinrichtung und Koppelelemente bzw. der Frequenzen der übertragenen Signale s1, s2 gewählt.
Besonders vorteilhaft sind verschiedene Einsatzgebiete des erfindungsgemäßen Prinzips denkbar, insbesondere ist neben einem Einsatz für Ethernet-basierte Kommunikationen (verschiedene Ausführungen, unter anderem Automotive Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) auch eine Anwendung für CAN (Controller Area Network) und FlexRay denkbar.
Durch die Verbindung mehrerer Messstellen bzw. mehrerer Vorrichtungen 200 lassen sich einer weiteren Ausführungsform zufolge vorteilhaft Analysen zu einzelnen Netzelementen 10, 20 anstellen. Beispielsweise können bei einem entsprechenden Messaufbau alle ankommenden und abgehenden Kommunikationspfade einer Komponente 10, 20 gleichzeitig überwacht werden oder allgemein mehrere Stellen in einem Kommunikationsnetz, das auch mehr als zwei Knoten 10, 20 aufweisen kann, synchron gemessen werden.
In einer weiteren Ausführungsform können zur Auskopplung der Messsignale neben Spulen und Kondensatoren an einer oder mehreren Stellen der Leitung auch verteilte Elemente wie zum Beispiel parallele Leitungen oder andere Leitungsstrukturen, zum Beispiel Antennen, zur Auskopplung benutzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

N. Al-Dhahir, A. H. Sayed. ”The Finite-Length Multi-Input Multi-Output MMSE-DFE”. IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 48, no. 10, pages 2921–2936, October 2000 [0020]
N. Al-Dhahir, A. H. Sayed. ”The Finite-Length Multi-Input Multi-Output MMSE-DFE”. IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 48, no. 10, pages 2921–2936, October 2000 [0042]

Claims

Verfahren zur Erfassung mindestens eines Signals (s1, s2), das über eine elektrische Leitungseinrichtung (100) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei gleichen oder verschiedenen Positionen (p1, p2) in Bezug auf eine Längenkoordinate (l) der Leitungseinrichtung (100) ein elektrisches und/oder magnetisches Feld der Leitungseinrichtung (100) erfasst (300) wird, wodurch zwei den jeweiligen Positionen (p1, p2) entsprechende Messsignale (m1, m2) erhalten werden, und dass aus den Messsignalen (m1, m2) auf das über die Leitungseinrichtung (100) übertragene Signal (s1, s2) geschlossen (310) wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei aus den Messsignalen (m1, m2) auf mehrere über die Leitungseinrichtung (100) übertragene Signale (s1, s2) geschlossen (310) wird, insbesondere auf ein in einer ersten Richtung entlang der Längenkoordinate (l) übertragenes erstes Signal (s1) und auf ein in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, übertragenes zweites Signal (s2).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine mehrdimensionale Entzerrung angewandt wird, um auf das bzw. die Signale (s1, s2) zu schließen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Erfassung des elektrischen und/oder magnetischen Felds der Leitungseinrichtung (100) diskrete und/oder verteilte induktive und/oder kapazitive Koppelelemente (210a, 210b) verwendet werden.
Verwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Analyse einer Datenkommunikation zwischen mindestens zwei Datenknoten (10, 20), die über die Leitungseinrichtung (100) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (200) zur Erfassung mindestens eines Signals (s1, s2), das über eine elektrische Leitungseinrichtung (100) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (200) dazu ausgebildet ist, an mindestens zwei gleichen oder verschiedenen Positionen (p1, p2) in Bezug auf eine Längenkoordinate (l) der Leitungseinrichtung (100) ein elektrisches und/oder magnetisches Feld der Leitungseinrichtung (100) zu erfassen (300), wodurch zwei den jeweiligen Positionen (p1, p2) entsprechende Messsignale (m1, m2) erhalten werden, und dass die Vorrichtung (200) dazu ausgebildet ist, aus den Messsignalen (m1, m2) auf das über die Leitungseinrichtung (100) übertragene Signal (s1, s2) zu schließen (310).
Vorrichtung (200) nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung (200) dazu ausgebildet ist, aus den Messsignalen (m1, m2) auf mehrere über die Leitungseinrichtung (100) übertragene Signale (s1, s2) zu schließen (310), insbesondere auf ein in einer ersten Richtung entlang der Längenkoordinate (l) übertragenes erstes Signal (s1) und auf ein in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, übertragenes zweites Signal (s2).
Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die Vorrichtung (200) dazu ausgebildet ist, eine, vorzugsweise mehrdimensionale, Entzerrung anzuwenden, um auf das bzw. die Signale (s1, s2) zu schließen.
Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Vorrichtung (200) mindestens zwei diskrete und/oder verteilte induktive und/oder kapazitive Koppelelemente (210a, 210b) zur Erfassung des elektrischen und/oder magnetischen Felds der Leitungseinrichtung (100) an den mindestens zwei gleichen oder verschiedenen Positionen (p1, p2) der Leitungseinrichtung (100) aufweist.
Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei mindestens ein Koppelelement (210a, 210b) mindestens eines der nachfolgenden Elemente aufweist: Spule, Kondensator, Koppelleitung, Antenne.