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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
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Vom Markt her bekannt sind Übertragungseinrichtungen, beispielsweise zur Übertragung von Signalen in einem Ethernet-Netzwerk, welche in einem Vollduplexbetrieb arbeiten. Dabei werden zwischen – im Allgemeinen zwei – Knotenstellen gleichzeitig Signale ausgetauscht. Auf dem Übertragungsweg, beispielsweise einem Kabel, überlagern diese Signale jedoch einander. Um diese ausgetauschten Signale zu ermitteln, kann in den Signalweg ein so genannter "Switch" geschaltet werden, der einen Abgriff der Signale ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, sowie durch ein Verfahren nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung mindestens eines Signals, das über eine Leitungseinrichtung übertragen wird. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, an mindestens zwei unterschiedlichen Positionen entlang der Leitungseinrichtung ein Signal der Leitungseinrichtung zu erfassen, wodurch mindestens zwei den jeweiligen Positionen entsprechende Messsignale erhalten werden, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, aus den Messsignalen auf das mindestens eine über die Leitungseinrichtung übertragene Signal zu schließen. Die Vorrichtung kann vorzugsweise für eine bidirektionale Übertragung von Signalen verwendet werden, so dass entsprechend mindestens zwei über die Leitungseinrichtung übertragene Signale ermittelt werden können. Dies entspricht einem so genannten "Vollduplexbetrieb". Die Vorrichtung kann auch für eine unidirektionale Übertragung verwendet werden, insbesondere auch um starke Leitungsreflektionen an einem Leitungsende abzutrennen. Weiterhin ist es denkbar, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für analoge Signale zu verwenden.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass bei einem bidirektionalen Austausch von Signalen über eine gemeinsame Leitungseinrichtung eine Analyse der ausgetauschten Signale möglich ist, so dass die ausgetauschten Signale voneinander unterscheidbar ermittelt werden können. Dabei ist es nicht erforderlich, eine aktive Einrichtung zur Signalverarbeitung, beispielsweise einen so genannten "Switch", in die Leitungseinrichtung einzuschleifen. Insbesondere können zusätzliche Verzögerungen ("Latenzzeiten") in einem Signalweg der Leitungseinrichtung im Wesentlichen vermieden werden. Beispielsweise kann es ausreichend sein, Verzögerungen im Bereich von etwa 5 ns bis etwa 100 ns, Nanosekunden, zu verwenden, wogegen ein "Switch" im Allgemeinen Verzögerungen in der Größenordnung einer Paketlänge, also beispielsweise in einem Bereich von 5 µs bis 80 µs, Mikrosekunden, (bei einer Übertragungsrate von 100 Megabit pro Sekunde) erfordern würde. Außerdem kann durch die Verwendung von passiven Komponenten (beispielsweise der Abschnitt eines bestehenden Kabels der Leitungseinrichtung oder ein in den Übertragungsweg zusätzlich eingeschleiftes Kabel) die Zuverlässigkeit bzw. die Robustheit der Übertragung erhalten werden. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Ermittlung der Signale im Prinzip unabhängig von einer jeweiligen Technologie und/oder einer Signalfrequenz und/oder einem bestimmten den Signalen zugrunde liegenden Impulsschema. Das Verfahren ist somit nicht auf Signale in einem Ethernet-Netzwerk beschränkt, sondern kann für nahezu jegliche Art von, insbesondere leitungsgebundener, bidirektionaler Kommunikation verwendet werden.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist die Leitungseinrichtung ein für die Übertragung des mindestens einen Signals verwendetes Medium, insbesondere ein Kabel. Dieses Kabel ist also ohnehin bereits vorhanden und wird erfindungsgemäß lediglich an den mindestens zwei unterschiedlichen Positionen kontaktiert, um die mindestens zwei Messsignale zu erhalten. Die Kontaktierung erfolgt beispielsweise mittels Anzapfungen an Enden des Kabels und/oder an Positionen entlang des Kabels.
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In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung mindestens ein laufzeitbehaftetes Übertragungsmedium für das mindestens eine Signal, wobei die mindestens zwei Positionen bevorzugt an Anschlüssen des mindestens einen laufzeitbehafteten Übertragungsmediums lokalisiert sind (oder dazwischen). In dieser zweiten Ausgestaltung ist das laufzeitbehaftete Übertragungsmedium zumindest abschnittsweise ein "externes" Medium, insbesondere ein Kabel, welches an passender Stelle zusätzlich in den Übertragungsweg bzw. zusätzlich zu einem ohnehin zur Übertragung verwendeten Kabel der Leitungseinrichtung eingeschleift wird. Das laufzeitbehaftete Übertragungsmedium ist beispielsweise ein Abschnitt eines elektrischen Kabels, wobei der Abschnitt an seinen Enden oder auch an voneinander verschiedenen Positionen zwischen den Enden des Kabels, oder eine Kombination hieraus, elektrisch kontaktierbar ist, um die mindestens zwei Messsignale zu erhalten.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, aus den mindestens zwei Messsignalen das mindestens eine Signal mittels arithmetischer Operationen und/oder mittels Operationen der Signalverarbeitung zu ermitteln. Dadurch wird eine Vielzahl von vorteilhaften Möglichkeiten beschrieben, um das mindestens eine Signal aus den Messsignalen zu "berechnen". Die besagten Operationen können beispielsweise Addierer, Subtrahierer, Multiplizierer, Dividierer, Abtasteinrichtungen, Speicher, Verzögerungen und/oder Laufzeitglieder umfassen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Laufzeit des mindestens einen laufzeitbehafteten Übertragungsmediums kleiner oder gleich einer halben Periodendauer entsprechend einer maximalen Frequenz des mindestens einen Signals. Dies erfolgt insbesondere sinngemäß zu dem aus der Nachrichtentechnik bekannten Nyquist-Shannon-Abtasttheorem. Dadurch kann eine jeweilige Laufzeit des mindestens einen laufzeitbehafteten Übertragungsmediums vorteilhaft an das Frequenzspektrum der über die Leitungseinrichtung übertragenen Signale angepasst werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, an mindestens fünf unterschiedlichen Positionen entlang der Leitungseinrichtung bzw. des Übertragungsmediums ein Signal der Leitungseinrichtung zu erfassen, wodurch mindestens fünf den jeweiligen Positionen entsprechende Messsignale erhalten werden. Die Anzahl "fünf" ist besonders geeignet, um die über die Leitungseinrichtung übertragenen Signale präzise zu ermitteln, wodurch sich ein besonders guter Kompromiss zwischen Aufwand und Genauigkeit ergeben kann. Es ist gegebenenfalls ebenso möglich, mehr als fünf oder weniger als fünf unterschiedliche Positionen zu verwenden, jedoch wenigstens zwei unterschiedliche Positionen.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Signal in einem Ethernet-Netzwerk übertragen wird. Dabei erfolgt die Übertragung im Allgemeinen über so genannte "Punkt-zu-Punkt-Verbindungen", wodurch sich eine gleichzeitige bidirektionale Übertragung zweier Signale ergibt. Entsprechend findet entlang der Leitungseinrichtung eine – zumeist additive – Überlagerung dieser Signale statt. Daher ist die Erfindung besonders geeignet, um auf das mindestens eine über die Leitungseinrichtung übertragende Signal zu schließen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das laufzeitbehaftete Übertragungsmedium mindestens einen aus einem Kondensator und/oder einer Induktivität gebildeten Tiefpass. Dadurch kann das laufzeitbehaftete Übertragungsmedium vorteilhaft – und zumindest teilweise – mittels konzentrierter Bauelemente ausgeführt werden, wodurch Bauraum und Kosten gespart werden können. Weiterhin ist es denkbar, verteilte Kondensatoren und/oder Induktivitäten zu verwenden, wie es beispielsweise aus der Streifenleitungstechnik bekannt ist. Auch eine Integration des laufzeitbehafteten Übertragungsmediums auf einem Halbleitersubstrat ist erfindungsgemäß möglich (sowohl bei Verwendung diskreter Elemente als auch bei verteilten kapazitiven und induktiven Elementen). Beispielsweise kann das laufzeitbehaftete Übertragungsmedium in einem FPGA, field-programmable gate array, oder in einem ASIC, application-specific integrated circuit, angeordnet sein, der z.B. auch die weiteren Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthalten kann.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Leitungseinrichtung eine elektrische oder optische Leitungseinrichtung ist. Dadurch kann die Erfindung – außer für elektrische Signale – vorteilhaft auch für optische Signale verwendet werden, wobei die Verzögerungen jeweils mittels optischer Komponenten realisiert sind.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Signals, das über eine Leitungseinrichtung übertragen wird. Erfindungsgemäß wird an mindestens zwei unterschiedlichen Positionen entlang der Leitungseinrichtung ein Signal der Leitungseinrichtung erfasst, wodurch mindestens zwei den jeweiligen Positionen entsprechende Messsignale erhalten werden, wobei aus den Messsignalen auf das mindestens eine über die Leitungseinrichtung übertragene Signal geschlossen wird.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die Leitungseinrichtung mindestens ein laufzeitbehaftetes Übertragungsmedium für das Signal, wobei die mindestens zwei Positionen an Anschlüssen des mindestens einen laufzeitbehafteten Übertragungsmediums lokalisiert sind.
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Dabei wird aus den mindestens zwei Messsignalen mindestens ein Signal mittels arithmetischer Operationen und/oder mittels Operationen der Signalverarbeitung ermittelt. Für das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich sinngemäß vergleichbare Vorteile, wie es oben bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurde.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ermittlung von zwei Signalen, welche über eine Leitungseinrichtung übertragen werden;
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2 ein Signalverlauf mit fünf zugehörigen Messpunkten bzw. Messwerten;
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3 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Ermittlung von Signalen, welche über die Leitungseinrichtung übertragen werden;
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4 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zur Ermittlung der zwei Signale;
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5 eine Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
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6 ein Diagramm für ein Rechenverfahren zur Ermittlung von zwei Signalen gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 200 zur Auswertung von zwei Signalen s1 und s2, welche über eine Leitungseinrichtung 100 zwischen einem ersten Knoten A und einem zweiten Knoten B übertragen werden. Beispielsweise sind die Knoten A und B einem Ethernet-Netzwerk zugeordnet. Das Signal s1 wird von dem Knoten A in Richtung des Knotens B übertragen, und das Signal s2 wird von dem Knoten B in Richtung des Knotens A übertragen. Entsprechend wird an dem Knoten A ein Signal s2' empfangen, und an dem Knoten B wird ein Signal s1' empfangen. Dies ist in der 1 durch Pfeile gekennzeichnet.
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Die Übertragung erfolgt z.B. im Wesentlichen über symmetrische elektrische Leitungen, welche einen Wellenwiderstand Z von beispielsweise 120 Ohm aufweisen. Entsprechend weisen die Knoten A und B jeweils eine leitungsseitige Impedanz von ebenfalls beispielsweise 120 Ohm auf, so dass die Übertragung zwischen den Knoten A und B im Wesentlichen ohne Reflektionen an den Enden der symmetrischen Leitungen erfolgt.
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Die Leitungseinrichtung 100 umfasst in der Zeichnung von links nach rechts einen ersten Kabelabschnitt 100a zwischen dem Knoten A und der Vorrichtung 200, ein laufzeitbehaftetes Übertragungsmedium 100b, welches der Vorrichtung 200 zugeordnet ist bzw. in der Vorrichtung 200 angeordnet ist, und einen dritten Kabelabschnitt 100c zwischen der Vorrichtung 200 und dem Knoten B. Das laufzeitbehaftete Übertragungsmedium 100b umfasst in der 1 insgesamt vier laufzeitbehaftete Übertragungsabschnitte (ohne Bezugszeichen), welche zwischen Paaren von Anschlüssen 210a, 210b und 220a, 220b bzw. 220a, 220b und 230a, 230b bzw. 230a, 230b und 240a, 240b bzw. 240a, 240b und 250a, 250b angeordnet sind. Das laufzeitbehaftete Übertragungsmedium 100b kann einer Ausführungsform zufolge denselben Aufbau wie die Kabelabschnitte 100a, 100c aufweisen, so dass die Laufzeiten von Signalen in dem Übertragungsmedium 100b denen in den Kabelabschnitten 100a, 100c entspricht. Alternativ kann das laufzeitbehaftete Übertragungsmedium 100b einen von den Kabelabschnitten 100a, 100c abweichenden Aufbau, der insbesondere auch andere Signallaufzeiten bedingt, aufweisen.
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Die Anschlüsse 210a und 210b entsprechen einer ersten Position p1, die Anschlüsse 220a und 220b entsprechen einer zweiten Position p2, die Anschlüsse 230a und 230b entsprechen einer dritten Position p3, die Anschlüsse 240a und 240b entsprechen einer vierten Position p4, und die Anschlüsse 250a und 250b entsprechen einer fünften Position p5 entlang der Leitungseinrichtung 100 bzw. des Übertragungsmediums 100b.
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Vorliegend sind die fünf Positionen p1 bis p5 entlang der Leitungseinrichtung 100 bzw. entlang dem laufzeitbehafteten Übertragungsmedium 100b entsprechend dem aus der Nachrichtentechnik bekannten Nyquist-Shannon-Abtasttheorem vorgegeben. Allgemein besagt das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem, dass eine Abtastfrequenz mindestens dem Doppelten der höchsten in einem abzutastenden Signal vorhandenen Frequenz betragen muss, um das betreffende Signal unverzerrt zu erfassen bzw. unverzerrt rekonstruieren zu können. Vorliegend ist daher eine jeweils erforderliche Laufzeit der zwischen den Positionen p1 bis p5 angeordneten Übertragungsabschnitte entsprechend vorgegeben. Physikalisch sind die Übertragungsabschnitte in der 1 als Kabel ausgeführt, wobei eine jeweilige Kabellänge – passend zu einem vorhandenen Kabeltyp – der jeweils vorgegebenen Laufzeit entspricht. Beispielsweise weist ein Kabel der Länge 1 Meter in etwa eine Laufzeit von 5 Nanosekunden auf.
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An den Positionen p1, p2, p3, p4 und p5 werden Messsignale m1, m2, m3, m4 und m5 erhalten. Die Messsignale m1 bis m5 sind mittels vergleichsweise kurzer elektrischer Verbindungen (ohne Bezugszeichen) fünf Testpunkten 210, 220, 230, 240 und 250 zugeführt. Die Testpunkte 210, 220, 230, 240 und 250 sind in einem in der 1 unteren Bereich der Vorrichtung 200 dargestellt und umfassen bei einer bevorzugten Ausführungsform jeweils einen hochohmig angekoppelten symmetrischen Verstärker (nicht dargestellt) zur Verstärkung der Messsignale m1 bis m5.
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Ausgangssignale der Verstärker sind einer Auswerteeinrichtung 270 zugeführt, welche in der Zeichnung unterhalb der Testpunkte 210, 220, 230, 240 und 250 schematisch durch ein gemeinsames Rechteck dargestellt ist. Die Auswerteeinrichtung 270 umfasst unter anderem Abtasteinrichtungen zur wertequantisierten und zeitquantisierten Abtastung der verstärkten Messsignale m1 bis m5 sowie arithmetische Funktionseinheiten. Eine in der Auswerteeinrichtung 270 durchgeführte Abtastung der Messsignale m1 bis m5 erfolgt bevorzugt unter Berücksichtigung des Nyquist-Shannon-Abtasttheorems.
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Ein erster Ausgangsblock 262 liefert ein Ausgangssignal s1'' an einen Adapter 264 und ein zweiter Ausgangsblock 266 liefert ein Ausgangssignal s2'' an einen Adapter 268, welche jeweils in einem unteren Bereich von 1 dargestellt sind.
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Im Betrieb der in der 1 dargestellten Anordnung werden die Signale s1 und s2 in einem Vollduplexbetrieb zwischen den Knoten A und B übertragen. Dabei überlagern die Signale s1 und s2 einander additiv und sind daher entlang der Leitungseinrichtung 100 nicht auf einfache Weise voneinander unterscheidbar. Daher werden die abgetasteten Messsignale m1 bis m5 in der Auswerteeinrichtung 270 derart verarbeitet, dass die Ausgangssignale s1'' bzw. s2'' den von den Knoten A bzw. B gesendeten Signalen s1 bzw. s2 entsprechen oder diesen zumindest ähnlich sind. Dazu führt die Auswerteeinrichtung 270 arithmetische Operationen und/oder Operationen der Signalverarbeitung aus. Beispielsweise umfasst die Auswerteeinrichtung 270 einen Addierer, einen Subtrahierer und/oder Verzögerungseinrichtungen.
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Es versteht sich, dass die in der 1 dargestellte Übertragung von Signalen s1 und s2 zwischen den Knoten A und B auch in nahezu beliebig anderer Weise erfolgen kann: Beispielsweise können die Signale s1 und s2 unsymmetrische Signale sein, welche über ein Koaxialkabel übertragen werden. Ebenso können die Signale s1 und s2 auch analoge Signale sein.
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Weiterhin kann die Leitungseinrichtung 100 auch mehr als fünf Positionen p1 bis p5 und entsprechend mehr als fünf erhaltene Messsignale m1 bis m5 aufweisen. Ebenso ist es möglich, auch weniger als fünf Positionen p1 bis p5 und weniger als fünf Messsignale m1 bis m5 zu verwenden. Dies ist in der 1 jedoch nicht dargestellt.
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In einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung 200 erfolgt die Ermittlung der Ausgangssignale s1'' und s2'' in der Auswerteeinrichtung 270 im Wesentlichen mittels analoger arithmetischer Operationen und mittels analoger Funktionseinheiten wie beispielsweise Laufzeitgliedern.
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In einer alternativen Anwendung der Vorrichtung 200 erfolgt eine Übertragung nur eines Signals s1 vom Knoten A hin zu dem Knoten B. Der Knoten B ist dabei selbst nicht aktiv, jedoch erfolgt aufgrund einer möglichen unzureichenden elektrischen Anpassung der Leitungseinrichtung 100 an dem Knoten B eine ungewollte Reflektion von Signalanteilen des empfangenden Signals s1'. Diese reflektierten Signalanteile können von der Vorrichtung 200 in einer zu dem Signal s2 vergleichbaren Weise verarbeitet werden, so dass am Adapter 264 ebenso das dem Signal s1 entsprechende Ausgangssignal s1'' erhalten werden kann.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 200 sind die Übertragungsabschnitte zwischen den Positionen p1 bis p5 mittels diskreter Elemente ausgeführt. Dazu sind Kondensatoren und Spulen als L-C-Tiefpässe geschaltet, welche jeweils einer spezifischen Laufzeit entsprechen. Dadurch wird in an sich bekannter Weise abschnittsweise eine "Leitungsnachbildung" der Leitungseinrichtung 100 bzw. des laufzeitbehafteten Übertragungsmediums 100b ermöglicht.
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In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 200 ist die Leitungseinrichtung 100 eine optische Leitungseinrichtung. Dabei kann die Vorrichtung 200 vorteilhaft verwendet werden, um auf das mindestens eine über die Leitungseinrichtung 100 übertragene optische Signal zu schließen.
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2 zeigt ein Zeitdiagramm ähnlich zu einer Darstellung auf einem Oszilloskop. Dargestellt ist ein Kurvenverlauf 300 mit vorliegend fünf durch einen Punkt gekennzeichneten Amplitudenwerten 302, 304, 306, 308 und 310 entlang einer Zeitachse t. Die Abkürzung "TP" bedeutet "Testpunkt". Der Kurvenverlauf 300 bzw. die Amplitudenwerte 302, 304, 306, 308 und 310 charakterisieren die Überlagerung der Signale s1 und s2 entlang der Leitungseinrichtung 100, bzw. entlang dem laufzeitbehafteten Übertragungsmedium 100b. Dabei ist es prinzipiell möglich, Zeitunterschiede (entlang der Zeitachse t) und Laufzeitunterschiede (entlang der Leitungseinrichtung 100 bzw. entlang des laufzeitbehafteten Übertragungsmediums 100b) ineinander umzurechnen.
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3 zeigt ein Flussdiagramm 400 zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung mindestens eines Signals s1 bzw. s2, das über die Leitungseinrichtung 100 übertragen wird. Das vorliegende Flussdiagramm 400 kann vorzugsweise zusammen mit der Vorrichtung 200 gemäß 1 verwendet werden.
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In einem ersten Schritt 402 werden fünf Messsignale m1 bis m5 an der Leitungseinrichtung 100 periodisch gleichzeitig abgetastet. Jede Abtastung ermittelt sozusagen einen komplexen aktuellen Signalzustand entlang der Leitungseinrichtung 100.
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In einem zweiten Schritt 404 werden die fünf abgetasteten Messsignale m1 bis m5 gemeinsam ausgewertet. Dies erfolgt mittels arithmetischer Operationen und/oder Operationen der Signalverarbeitung mit dem Ziel, auf die von den Knoten A und B ausgesendeten Signale s1 und s2 zu schließen.
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In einem dritten Schritt 406 werden zwei Ausgangssignale s1'' und s2'' ausgegeben, welche den Signalen s1 und s2 entsprechen oder ähneln. Danach wird das Verfahren periodisch mit dem Schritt 402 – wie bereits beschrieben – fortgesetzt.
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Das Flussdiagramm 400 kann beispielsweise mittels eines Computerprogramms und/oder mittels eines oder mehrerer Signalprozessoren abgearbeitet werden. Es ist jedoch ebenso möglich, das beschriebene Verfahren im Wesentlichen mittels einer elektronischen Schaltung bestehend aus aktiven und passiven Bauelementen auszuführen und die Ausgangssignale s1'' und s2'' sozusagen "in Echtzeit" zu ermitteln.
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4 zeigt in einer vereinfachten und stark schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 200' zur Ermittlung der Signale s1 und s2. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 ist die Leitungseinrichtung 100 für die Übertragung der Signale s1 und s2 in einem Übertragungsweg zwischen den Knoten A und B bereits vorhanden, insbesondere um eine jeweilige Entfernung zwischen den Knoten A und B physisch zu überbrücken. Die Leitungseinrichtung 100 muss in der Ausführungsform der 4 also nicht als Element der Vorrichtung 200 zusätzlich bereitgestellt werden. Entsprechend ist die Leitungseinrichtung 100 gemäß 4 lediglich an zwei unterschiedlichen Positionen p1 und p2 kontaktiert, um zwei Messsignale m1 und m2 zu erhalten. Das bedeutet, bei der Ausführungsform nach 4 weist die Vorrichtung 200‘ selbst kein laufzeitbehaftetes Übertragungsmedium 100b gemäß 1 auf, sondern es wird die Signallaufzeit der Leitungseinrichtung 100 ausgenutzt.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 200' gemäß 4 ist die Leitungseinrichtung 100 an insgesamt fünf unterschiedlichen Positionen p1, p2, p3, p4 und p5 kontaktiert, um entsprechend fünf Messsignale m1, m2, m3, m4 und m5 zu erhalten.
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5 zeigt eine Vorrichtung 200'' zur Ermittlung von zwei Signalen s1 und s2 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Messsignale m1 bis m5 an den Paaren der Anschlüsse 210a, 210b bzw. 220a, 220b bzw. 230a, 230b bzw. 240a, 240b bzw. 250a, 250b sind an jeweilige Eingänge von Differenzverstärkern 210c, 220c, 230c, 240c und 250c angeschlossen. Vorliegend sind die Differenzverstärker 210c, 220c, 230c, 240c und 250c mit Eingangsstufen von so genannten "Ethernet Physical Layer Transceivern" vergleichbar.
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Unsymmetrische Ausgänge (ohne Bezugszeichen) der Differenzverstärker 210c, 220c, 230c, 240c und 250c sind an Eingänge von nachfolgenden unsymmetrischen Verstärkern 210d, 220d, 230d, 240d und 250d geschaltet, welche jeweils in ihrer Verstärkung einstellbar sind (so genannte "Programmable Gain Amplifier", PGA). Ausgänge der Verstärker 210d, 220d, 230d, 240d und 250d sind an Eingänge von Analog-Digital-Umsetzern 210e, 220e, 230e, 240e und 250e angeschlossen. Dabei sind Steuerausgänge (ohne Bezugszeichen) der Analog-Digital-Umsetzer 210e, 220e, 230e, 240e und 250e an jeweilige Steuereingänge (ohne Bezugszeichen) der Verstärker 210d, 220d, 230d, 240d und 250d angeschlossen, wodurch sich eine Rückkopplung zur individuellen Regelung der Verstärkung ergibt.
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Die vorliegend fünf Ausgänge (ohne Bezugszeichen) der Analog-Digital-Umsetzer 210e, 220e, 230e, 240e und 250e sind an zugehörige Eingänge (ohne Bezugszeichen) einer ersten Auswerteeinrichtung 270a und einer zweiten Auswerteeinrichtung 270b angeschlossen. Die Auswerteeinrichtungen 270a und 270b können untereinander Signale austauschen. Ausgänge der Auswerteeinrichtungen 270a und 270b sind jeweils an Eingänge von Digital-Analog-Umsetzern 262a und 266a angeschlossen.
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Ausgänge der Digital-Analog-Umsetzer 262a und 266a sind jeweils an Eingänge von differentiellen Leitungstreibern 262b und 266b angeschlossen, welche somit die Ausgangssignale s1'' und s2'' erzeugen und vergleichbar zu den 1 und 4 den Adaptern 264 und 268 zuführen. Die Digital-Analog-Umsetzer 262a und 266a und die differentiellen Leitungstreiber 262b und 266b sind mit Ausgangsstufen von "Ethernet Physical Layer Transceivern" vergleichbar.
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Im Betrieb der Vorrichtung 200'' erfolgt für die Analog-Digital-Umsetzer 210e, 220e, 230e, 240e und 250e jeweils eine Amplitudenregelung mittels der oben beschriebenen Rückkopplung über die besagten Steuerausgänge und Steuereingänge derart, dass die Analog-Digital-Umsetzer 210e, 220e, 230e, 240e und 250e in einem vorgegebenen Amplitudenbereich betrieben werden. Dadurch wird es ermöglicht, dass digitale Ausgangssignale (ohne Bezugszeichen) der Analog-Digital-Umsetzer 210e, 220e, 230e, 240e und 250e einer gewünschten Verteilung entsprechen. Beispielsweise charakterisiert diese Verteilung – sofern die Signale s1 und s2 so genannte "Ethernetsignale" sind – Werte von –2, –1, 0, 1, und 2.
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Die insgesamt fünf digitalen Ausgangssignale der Analog-Digital-Umsetzer 210e, 220e, 230e, 240e und 250e werden mittels der Auswerteeinrichtungen 270a und 270b in einer Art "Verstärker" miteinander "verrechnet". Dadurch wird erreicht, dass – beispielsweise in der ersten Auswerteeinrichtung 270a – das Signal s1 charakterisierende Signalanteile verstärkt und das Signal s2 charakterisierende Signalanteile abgeschwächt ("neutralisiert") werden. Dieses Verfahren ist ähnlich zu in der Rundfunksendetechnik angewendeten Verfahren, bei denen Sendesignale für mehrere Sendeantennen in Abhängigkeit voneinander erzeugt werden, so dass sich eine jeweils gewünschte Richtwirkung ergibt (engl. "beamforming"). Ähnliches ist ebenso aus der Akustik bekannt, wo aus Signalen von mehreren Mikrofonen eine jeweilige Richtung ankommender Schallwellen ermittelt werden kann (auch als so genannte "akustische Kamera" bekannt). Das vorliegend mittels der Vorrichtung 200 bzw. 200' bzw. 200'' beschriebene Verfahren ist den besagten Verfahren aus der Rundfunksendetechnik und der Akustik also ähnlich, wobei die Vorrichtung 200 bzw. 200' bzw. 200'' entlang des laufzeitbehafteten Übertragungsmediums 100b prinzipbedingt nur "eindimensional" arbeitet.
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Eine Ausführungsform des mittels der Vorrichtung 200 bzw. 200' bzw. 200'' durchführbaren Verfahrens wird nachfolgend mittels der 6 beschrieben. Dazu ist in der 6 ein Koordinatensystem 500 dargestellt, welches vorliegend fünf mal fünf Felder 502 umfasst, von welchen nur eines in der Zeichnung mit einem Bezugszeichen dargestellt ist. Ein in der Zeichnung waagerechter Pfeil charakterisiert eine relative Lage der fünf Positionen p1 bis p5 bzw. die zugehörigen Messsignale m1 bis m5. Ein in der Zeichnung senkrechter Pfeil charakterisiert in Pfeilrichtung aufsteigend fünf Zeitpunkte t1 bis t5, zu welchen ein jeweiliges Messsignal m1 bis m5 erfasst bzw. ausgewertet wird.
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Vorzugsweise sind die jeweiligen Zeitspannen zwischen den fünf Zeitpunkten t1 bis t5 derart gewählt, dass diese Zeitspannen jeweiligen Laufzeiten der Signale s1 bzw. s2 zwischen den jeweiligen Positionen p1 bis p5 entlang des laufzeitbehafteten Übertragungsmediums
100b entsprechen. Dann können die Messsignale m1 bis m5 entsprechend nachfolgender Formel addiert werden:
- N
- = Anzahl der Messsignale m1 bis m5, vorliegend also N = 5;
- K
- = Laufvariable der Summe; und
- mK
- = jeweiliges Messsignal m1 bis m5.
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Dies ist in der 5 durch einen diagonalen Pfeil 504 symbolisiert.
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Wie insbesondere aus den 1, 4 und 5 zu erkennen, durchlaufen die Signale s1 und s2 die Positionen p1 bis p5 in gegenläufiger Richtung, wobei sie einander überlagern. Die Messsignale m1 bis m5 weisen daher jeweils einen durch das Signal s1 und das Signal s2 bedingten spezifischen Anteil auf. Werden die Messsignale m1 bis m5 in der oben beschriebenen Weise zeitverzögert entsprechend den Zeitpunkten t1 bis t5 addiert, so wird vorliegend das Signal s1 sozusagen "verstärkt", da das Signal s1 betreffende erste Signalanteile addiert werden, welche im Wesentlichen gleichartig sind. Umgekehrt wird vorliegend das Signal s2 abgeschwächt und sozusagen "herausgerechnet", da das Signal s2 betreffende zweite Signalanteile addiert werden, welche im Allgemeinen ungleichartig sind.
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Ergänzend ist es möglich, die in der 5 dargestellte Anordnung von Elementen mit den Bezugszeichen 210 bis 250 und c bis e sowie 270a und 270b im Wesentlichen zweimal aufzubauen und somit ergänzend eine "zweite" Auswerteeinrichtung (nicht dargestellt) zu erhalten. Diese zweite Auswerteeinrichtung kann in ihrer Wirkung zu der ersten Auswerteeinrichtung 270 – bzw. zu den Auswerteeinrichtungen 270a und 270b – "in Reihe geschaltet" werden. Dabei arbeitet die "erste" Auswerteeinrichtung 270 bzw. 270a und 270b mit den originalen Messsignalen m1 bis m5, bei denen sich die Signale s1 und s2 noch vergleichsweise stark überlagern. Dennoch wird wie oben beschrieben, bereits eine wesentliche Verbesserung in Bezug auf das jeweils gewünschte Signal s1 bzw. s2 erreicht. Das derart verbesserte Signal s1 bzw. s2 wird der "zweiten" Auswerteeinrichtung zugeführt, wodurch eine nochmals verbesserte Trennung zwischen dem Signal s1 und dem Signal s2 erfolgen kann. Damit kann gegebenenfalls sogar eine höhere Signaltrennung erreicht werden, als dies beispielsweise in der Rundfunksendetechnik oder der Akustik möglich ist.
