DE10215520A1

DE10215520A1 - Assessing transmission characteristic of information transmission paths involves sending, evaluating test signals as superimposed frequencies as integral multiples of common fundamental frequency

Info

Publication number: DE10215520A1
Application number: DE2002115520
Authority: DE
Inventors: Norbert Wuenscher
Original assignee: Hoermann Funkwerk Koelleda GmbH
Current assignee: Hoermann Funkwerk Koelleda GmbH
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2022-04-06
Also published as: DE10215520B4

Abstract

The method involves transmitting test signals from a signal generator and recording the test signals with a signal analyzer while the generator and analyzer are connected via a reference and test path respectively and evaluating the measurements. The start of test signal transmission and recording are synchronized for both measurements. Test signals are superimpositions of frequencies as integral multiples of a common fundamental frequency. The method involves a first measurement for determining reference measurement values by transmitting test signals from a signal generator (1) and recording the test signals with a signal analyzer (2) while the generator and analyzer are connected via a reference path (R), a second measurement for determining test path (T) measurement values with the generator and analyzer connected via the test path and evaluating the measurements. The start of test signal transmission and recording are synchronized for both measurements and the test signals are superimpositions of frequencies as integral multiples of a common fundamental frequency. AN Independent claim is also included for the following: an arrangement for implementing the inventive method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung des Übertragungsverhaltens von Informationsübertragungsstrecken, umfassend in zwei Messungen zur Ermittlung von Referenz- und Teststreckenmeßwerten jeweils das Aussenden von Testsignalen durch einen Signalgenerator und die Registrierung der Testsignale durch einen Signalanalysator während einer Verbindung von Signalgenerator und Signalanalysator über eine Referenz- bzw. Teststrecke, sowie die Auswertung der Messungen, und bezieht sich auf das Problem der Bestimmung der Übertragungsfunktion. The invention relates to a method for evaluating the transmission behavior of Information transmission paths, comprising two measurements for the determination of Reference and test route measured values each by sending out test signals a signal generator and the registration of the test signals by a Signal analyzer during a connection of signal generator and signal analyzer via a Reference or test route, as well as the evaluation of the measurements, and refers to the problem of determining the transfer function.

Die Qualität der Übertragung von Informationen auf dazu vorgesehenen Strecken - wie zum Beispiel Funkkanälen oder elektrischen Leitungen - wird durch charakteristische Eigenschaften dieser Strecken, bei Funkkanälen zum Beispiel durch Streuung, Spiegelung oder Dopplereffekte, wenn Sender oder Empfänger bewegt sind, bei leitungsgebundenen Strecken hauptsächlich durch Dämpfung, Gruppenlaufzeit sowie die Frequenzabhängigkeit von Dämpfung und Gruppenlaufzeit, negativ beeinflußt. Weiterhin kann die Übertragungsqualität bei leitungsgebundenen Strecken auch durch Reflexion an Leitungsabschlüssen oder Inhomogenitäten, wie. z. B. Stoßstellen, sowie allgemein auch durch nichtlineare Strom-Spannungskennlinien von Zwischenverstärkern und anderen Bauteilen, die der Signalverarbeitung und/oder -weiterleitung dienen, gemindert werden. Bei der Übertragung von analogen Signalen können diese Eigenschaften zu einem verzerrten Empfang, bei der Übertragung von digitalisierten Signalen zu einer erhöhten Bitfehlerrate führen. Wenn man jedoch die charakteristischen Eigenschaften einer Informationsübertragungsstrecke genau kennt, kann man an diese Strecke angepaßte Gegenmaßnahmen, z. B. zur Entzerrung, ergreifen. The quality of the transmission of information on designated routes - such as for example radio channels or electrical lines - is characterized by characteristic Properties of these lines, in the case of radio channels, for example due to scatter, Mirroring or Doppler effects when the transmitter or receiver is moved wired lines mainly through attenuation, group delay and the Frequency dependence of attenuation and group delay, negatively affected. Farther the transmission quality on wired lines can also be caused by reflection at line terminations or inhomogeneities, such as. z. B. joints, as well as in general also through non-linear current-voltage characteristics of repeaters and other components that are used for signal processing and / or forwarding reduced become. When transmitting analog signals, these properties can increase distorted reception when transmitting digitized signals to one lead to an increased bit error rate. However, given the characteristic properties of an information transmission route, you can access this route adapted countermeasures, e.g. B. for equalization.

Die charakteristischen Eigenschaften einer Informationsübertragungsstrecke lassen sich bestimmen, wenn man die komplexe Impulsantwort dieser Strecke kennt - sofern die Übertragung im wesentlichen linear in bezug auf die Strom-Spannungskennlinien des Gesamtsystems und aller Einzelkomponenten, d. h. verzerrungsfrei erfolgt. Man wird daher versuchen, die komplexe Impulsantwort möglichst genau zu messen. Im Idealfall müßte dazu vom Signalgenerator ein Impuls mit unendlich großer Bandbreite erzeugt werden, in der Praxis läßt sich dies jedoch nicht realisieren. Näherungsweise kann die Impulsantwort beispielsweise mit dem sogenannten Pulsverfahren, welches in "Cost 207: Digital land mobile radio communications. Commission of the European Communities, Luxembourg 1989, S. 70", beschrieben wird, bestimmt werden. Dieses Verfahren stellt eine Approximation an die Erregung mit Impulsen unendlich großer Bandbreite dar. Die Dynamik von Meßsystemen, die mit dem Pulsverfahren arbeiten, ist jedoch sehr gering und läßt sich nur aufwendig verbessern. Auf viele praxisrelevante Strecken läßt sich dieses Verfahren zudem nur bedingt anwenden - die Anfälligkeit des Verfahrens gegen Störungen ist hoch, da die Energie der Impulse bei gegebener Maximalamplitude sehr klein ist. Eine Erhöhung der Energie ist zwar möglich, wenn die Anzahl der Impulse erhöht wird, aber da der zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen dem Reziproken des Abstandes zweier Linien in der Frequenzdarstellung entspricht, impliziert diese Erhöhung gleichzeitig eine schlechtere Frequenzauflösung. Die Anwendung des Pulsverfahrens auf stationäre Strecken ist daher im wesentlichen auf störungsarme Übertragungsmedien wie z. B. Lichtwellenleiter beschränkt. Let the characteristic properties of an information transmission path determine yourself if you know the complex impulse response of this route - if the transmission is essentially linear with respect to the current-voltage characteristics of the overall system and all individual components, d. H. done without distortion. you will therefore try to measure the complex impulse response as precisely as possible. in the Ideally, the signal generator should have a pulse with an infinite bandwidth generated, but in practice this can not be realized. Approximately can the impulse response for example with the so-called pulse method, which in "Cost 207: Digital land mobile radio communications. Commission of the European Communities, Luxembourg 1989, p. 70 " The method approximates the excitation with pulses of infinite size Bandwidth represents. The dynamics of measuring systems that work with the pulse method is however, very little and can only be improved with great effort. To many practical ones This method can only be used to a limited extent - the vulnerability of the Procedure against interference is high because the energy of the pulses is given Maximum amplitude is very small. An increase in energy is possible if the Number of pulses is increased, but because of the time interval between two pulses corresponds to the reciprocal of the distance between two lines in the frequency representation, At the same time, this increase implies poorer frequency resolution. The Application of the pulse method to stationary routes is therefore essentially based on low-interference transmission media such. B. optical fiber limited.

Ein weiteres, nur für stationäre oder zeitinvariante Informationsübertragungsstrecken geeignetes und dort häufig praktiziertes Verfahren ist die Messung der Übertragungsfunktion, wie in oben erwähnter Schrift auf Seite 73 beschrieben. Aus dieser läßt sich durch inverse Fourier-Transformation die komplexe Impulsantwort bestimmen. Die Sende- und Empfangsfrequenz wird schrittweise und synchron geändert. Da der Empfang durch Filter jeweils auf einen schmalen Frequenzbereich beschränkt wird, sind die Einschwingzeiten lang. Weiterhin wird jeweils nur bei einer Frequenz gemessen, was insgesamt zu langen Meßdauern führt. Bei einer größeren Bandbreite in diesem Verfahren würde das Meßsignal jedoch verfälscht werden: Nichtlinearitäten, d. h. nichtlineare Strom-Spannungskennlinien von Übertragungsstrecken in ihrer Gesamtheit oder von Einzelkomponenten dieser Strecken, verursachen Oberwellen, die sich mit dem eigentlichen Signal überlagern. Solche Verzerrungen können insbesondere auch bei Verfahren, die Multisinussignale verwenden, wie z. B. in der Schrift DE 42 33 222 beschrieben, auftreten. Another, only for stationary or time-invariant information transmission routes A suitable and often practiced method is the measurement of the Transfer function as described in the above-mentioned script on page 73. From this one can determine the complex impulse response by inverse Fourier transformation. The The transmission and reception frequency is changed step by step and synchronously. Since the Reception by filters is limited to a narrow frequency range, are the Long settling times. Furthermore, what is measured at only one frequency leads to long measuring times. With a wider range in this However, the measurement signal would be falsified in terms of method: non-linearities, i. H. nonlinear Current-voltage characteristics of transmission paths in their entirety or from Individual components of these lines cause harmonics that are related to the overlay the actual signal. Such distortions can also occur in particular Methods that use multi-sinus signals, such as. B. described in the document DE 42 33 222, occur.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bewertung des Übertragungsverhaltens von Informationsübertragungsstrecken zu verbessern. Starting from this prior art, the object of the invention is therefore is based on a method for evaluating the transmission behavior of To improve information transmission links.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, umfassend in einer ersten Messung zur Ermittlung von Referenzmeßwerten das Aussenden von Testsignalen durch einen Signalgenerator und die Registrierung der Testsignale durch einen Signalanalysator während einer ersten Verbindung von Signalgenerator und Signalanalysator über eine Referenzstrecke, in einer zweiten Messung zur Ermittlung von Teststreckenmeßwerten das Aussenden der Testsignale durch den Signalgenerator und die Registrierung der Testsignale durch den Signalanalysator während einer zweiten Verbindung von Signalgenerator und Signalanalysator über eine Teststrecke, sowie die Auswertung der Messungen, dadurch gelöst, daß der Beginn des Aussendens der Testsignale mit dem Beginn der Registrierung der Testsignale in beiden Messungen jeweils synchronisiert wird, und daß als Testsignale jeweils Überlagerungen von Frequenzen von ganzzahligen Vielfachen einer für alle Testsignale gemeinsamen Grundfrequenz ausgesendet werden, und für jedes der Testsignale die Frequenzen so ausgewählt werden, daß die jeweilige Überlagerung nur solche Frequenzen enthält, die kein ganzzahliges Vielfaches einer anderen Frequenz desselben Testsignals sind. According to the invention, the object is achieved in a method as described in the introduction Kind, comprising in a first measurement to determine reference measurements Transmission of test signals by a signal generator and the registration of the Test signals by a signal analyzer during a first connection of Signal generator and signal analyzer over a reference path in a second measurement to determine test route measured values, the transmission of the test signals by the Signal generator and the registration of the test signals by the signal analyzer during a second connection of the signal generator and signal analyzer via a Test route, as well as the evaluation of the measurements, solved by the fact that the beginning of the Sending the test signals with the start of registration of the test signals in both measurements are synchronized, and that as test signals each Superposition of frequencies of integer multiples of one for all test signals common fundamental frequency are transmitted, and for each of the test signals Frequencies are selected so that the respective superposition only such frequencies contains that is not an integer multiple of another frequency of the same Are test signal.

Um die komplexe Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von der Frequenz zu bestimmen, müssen für zwei Variable die Änderungen bezüglich einer Referenzstrecke gemessen werden, Amplitude und Phasenverschiebung, wobei sich aus dem Frequenzverlauf der Phasenverschiebung eindeutig die - für Anwendungen relevantere - Gruppenlaufzeit bestimmen läßt, sofern eine Zeitsynchronisation stattfindet, d. h. der Beginn des Aussendens der Testsignale mit dem Beginn der Registrierung der Testsignale in beiden Messungen jeweils synchronisiert wird. Wie oben bereits angeführt, werden als Testsignale jeweils Überlagerungen von Frequenzen von ganzzahligen Vielfachen einer für alle Testsignale gemeinsamen Grundfrequenz ausgesendet, dabei werden für jedes der Testsignale die Frequenzen so ausgewählt, daß die jeweilige Überlagerung nur solche Frequenzen enthält, die kein ganzzahliges Vielfaches einer anderen Frequenz desselben Testsignals sind. Mit diesem Verfahrensschritt wird dreierlei erreicht: In dem Vielfache einer gemeinsamen Grundfrequenz verwendet werden, wird die Bandbreite erhöht, was eine kürzere Meßdauer erlaubt. Da zudem nur Vielfache einer Grundfrequenz verwendet werden, ist das Ergebnis schon auf eine auf schneller Fourier-Transformation (FFT) basierende Fourieranalyse, die meist zur Auswertung herangezogen wird, zugeschnitten. Dadurch kann die Auswertung beschleunigt werden. Aufgrund des Auswahlverfahrens für die Frequenzen enthält weiterhin kein Testsignal ein ganzzahliges Vielfaches einer in diesem Signal enthaltenen Frequenz. So werden Oberwellen im Signal selbst vermieden, und solche, die durch Nichtlinearitäten entstehen, können bei der Auswertung identifiziert und eliminiert werden. Das Signal wird daher nicht durch Oberwellen verfälscht. To the complex transfer function depending on the frequency too must determine the changes in reference variables for two variables be measured, amplitude and phase shift, being derived from the Frequency curve of the phase shift clearly the - more relevant for applications - Group runtime can be determined if time synchronization takes place, d. H. the Start of transmission of the test signals with the start of registration of the test signals is synchronized in both measurements. As already mentioned above as test signals, superimposition of frequencies of integer multiples a common fundamental frequency for all test signals, thereby for each of the test signals selected the frequencies so that the respective overlay only contains frequencies that are not an integral multiple of another Frequency of the same test signal. With this step three things are achieved: The multiple of a common fundamental frequency is used Bandwidth increases, which allows a shorter measuring time. Since only multiples of one Fundamental frequency used, the result is already on a faster Fourier transformation (FFT) based Fourier analysis, mostly for evaluation is used, tailored. This can accelerate the evaluation. Due to the selection procedure for the frequencies, there is still no test signal an integer multiple of a frequency contained in this signal. So be Avoid harmonics in the signal itself, and those caused by nonlinearities arise, can be identified and eliminated during the evaluation. The signal will therefore not distorted by harmonics.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens werden Sequenzen mit jeweils einer Anzahl m Testsignalen ausgesendet, wobei jede ausgewählte Frequenz in jeder Sequenz nur einmal verwendet wird. Kombiniert man Frequenzen, die die im vorangegangen Absatz genannten Bedingungen erfüllen, zu einem Testsignal, so läßt sich die Bedingung, daß ein Testsignal kein ganzzahliges Vielfaches einer anderen Frequenz desselben Testsignals enthalten darf, bei höheren Frequenzen, d. h. bei größeren Vorfaktoren für die Grundfrequenz, immer schwerer erfüllen, und das Frequenzband weist mit steigender Frequenz immer größere Lücken auf. Die gewünschte Bandbreite wird nicht vollständig abgedeckt, was für die Auswertung und die Konsequenzen, die daraus gezogen werden sollen, wie zum Beispiel die Berechnung von Koeffizienten für einen auf einem finite-impulse-response-Filter (FIR-Filter) basierenden Equalizer, insofern problematisch sein kann, als keine vollständige Darstellung der Übertragungsfunktion vorliegt. Durch die Bündelung verschiedener Testsignale zu einer Sequenz lassen sich diese Lücken verkleinern, und in einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahrens ergibt die Überlagerung aller Testsignale ein Signal aus über die gesamte Bandbreite des Signals äquidistant angeordneten Frequenzen, d. h. die Abdeckung des Frequenzbandes ist vollständig. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Sequenz von Testsignalen nicht zwangsläufig periodisch sein muß. Sowohl das Aussenden der Signale in einer Sequenz als auch das Aussenden der Sequenzen nacheinander muß nicht notwendig periodisch erfolgen. Um die Meßdauer so kurz wie möglich zu halten, wird man weiterhin die Frequenzen so zu Testsignalen zu kombinieren, daß für eine vollständige Abdeckung der Bandbreite die kleinstmögliche Anzahl von Testsignalen pro Sequenz verwendet wird. In a preferred variant of the method, sequences with one each Number of m test signals transmitted, each selected frequency in each sequence is used only once. Combining frequencies that were in the previous Paragraph mentioned conditions to a test signal, so the Condition that a test signal is not an integral multiple of another frequency may contain the same test signal, at higher frequencies, d. H. with larger pre-factors for the fundamental frequency, more and more difficult to meet, and the frequency band has increasing frequency increasing and larger gaps. The desired bandwidth is not fully covered, what the evaluation and the consequences of it should be drawn, such as the calculation of coefficients for one an equalizer based on a finite impulse response filter (FIR filter) can be problematic as not a complete representation of the transfer function is present. By bundling different test signals into a sequence, reduce these gaps, and in a particularly advantageous variant of the method the superposition of all test signals results in a signal from across the entire bandwidth of the signal equidistantly arranged frequencies, d. H. the cover of the Frequency band is complete. It should be noted at this point that the sequence of Test signals need not necessarily be periodic. Both sending out the Signals in a sequence as well as sending out the sequences one after the other must not necessary periodically. To keep the measurement time as short as possible, one will continue to combine the frequencies into test signals so that for a full bandwidth coverage the smallest possible number of test signals is used per sequence.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird jedes der m Testsignale aus einer Überlagerung von Sinusschwingungen zusammengesetzt, wobei die Sinusschwingungen jeweils die gleiche Amplitude haben. Dies vereinfacht sowohl die Erzeugung der Signale als auch deren Auswertung - einen ersten Überblick über das Dämpfungsverhalten erhält man z. B. auf diese Weise schon mit bloßem Auge, wenn man die Amplituden graphisch darstellt. In an advantageous embodiment of the method, each of the m test signals is switched off a superposition of sinusoidal oscillations, the Sine waves each have the same amplitude. This simplifies both the Generation of the signals and their evaluation - a first overview of the Damping behavior is obtained e.g. B. in this way with the naked eye when you see the Represents amplitudes graphically.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt: The invention will be explained below using an exemplary embodiment. In the associated drawings show:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Meßanordnung, Fig. 1 shows the basic construction of a measuring arrangement,

Fig. 2 einen alternativen Aufbau einer Meßanordnung, Fig. 2 shows an alternative construction of a measuring arrangement,

Fig. 3 ein Beispiel für drei Testsignale und deren Superposition, Fig. 3 shows an example for three test signals and their superposition,

Fig. 4 den möglichen Aufbau eines Signalanalysators Fig. 4 shows the possible structure of a signal analyzer

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Meßanordnung, wie sie zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt werden kann, gezeigt. Ein Signalgenerator 1 erzeugt Testsignale, die von einem Signalanalysator 2 registriert werden. Die Auswertung kann bereits im Signalanalysator erfolgen. In Fig. 1 the basic structure of a measuring arrangement, as it can be used to carry out the method, is shown. A signal generator 1 generates test signals which are registered by a signal analyzer 2 . The evaluation can already take place in the signal analyzer.

Um in einer ersten Messung Referenzmeßwerte zu erhalten, wird zunächst der Signalgenerator 1 mit dem Signalanalysator 2 über eine Referenzstrecke R verbunden. Dabei kann es sich um eine direkte Verbindung handeln, wie in Fig. 1 dargestellt. Für eine zweite Messung werden der Signalgenerator 1 und der Signalanalysator 2 über eine Teststrecke T, die zumindest teilweise durch ein Testmedium 3 - dessen Übertragungseigenschaften bestimmt werden sollen - verläuft, verbunden. Mit den auf diese Weise gewonnenen Meßwerten kann die Übertragungsfunktion der Teststrecke T absolut bestimmt werden. Denkbar ist aber auch der relative Vergleich der Übertragungsfunktion der Teststrecke T mit der Übertragungsfunktion einer Referenzstrecke R, die zumindest teilweise durch ein Vergleichsmedium 4 verläuft. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 2 dargestellt. Als Test- und Vergleichsmedien 3 bzw. 4 kommen zum Beispiel Glasfaser- oder Kupferleitungen in Betracht. In order to obtain reference measured values in a first measurement, the signal generator 1 is first connected to the signal analyzer 2 via a reference path R. This can be a direct connection, as shown in FIG. 1. For a second measurement, the signal generator 1 and the signal analyzer 2 are connected via a test section T, which runs at least partially through a test medium 3 - whose transmission properties are to be determined. With the measurement values obtained in this way, the transfer function of the test section T can be determined absolutely. However, it is also conceivable to compare the transfer function of the test section T with the transfer function of a reference section R, which at least partially runs through a comparison medium 4 . This fact is shown in Fig. 2. For example, glass fiber or copper lines can be considered as test and comparison media 3 and 4 .

Die Durchführung der Messungen erfolgt in allen Fällen auf die gleiche Weise. Das erste Testsignal einer Sequenz wird nun vom Signalgenerator 1 ausgesendet, und der Beginn des Aussendens mit dem Start der Meßwertaufnahme des Signalanalysators 2 synchronisiert. Die Synchronisation ermöglicht es, die Gruppenlaufzeitdifferenz bzw. die Phasenverschiebung zwischen Referenz- und Teststrecke R bzw. T zu bestimmen. Sind Signalgenerator 1 und Signalanalysator 2 nicht direkt miteinander verbunden, so können externe Synchronisationsquellen wie GPS (Global Positioning System) benutzt werden, dies ermöglicht im Prinzip beliebige Entfernungen zwischen den Geräten. Im weiteren Verlauf der Messungen werden weitere Testsignale ausgesendet, bis eine vollständige Sequenz gesendet worden ist. Die Zeitabstände zwischen den Sendezeiten der einzelnen Testsignale sind jedoch nicht festgelegt, die Signale müssen nicht in periodischen Abständen ausgesendet werden, gleiches gilt für die Zeitabstände zwischen den Sendezeiten der Sequenzen. Die m Testsignale einer Sequenz können auch in beliebiger Reihenfolge gesendet werden. Ausschlaggebend ist nur, daß am Ende der Messung genügend Testsignale jeder Art registriert worden sind, so daß eine sinnvolle Auswertung möglich ist - beispielsweise muß das Einschwingverhalten des Systems beachtet werden, weshalb die ersten Meßwerte in der Regel verworfen werden. The measurements are carried out in the same way in all cases. The first test signal of a sequence is now transmitted by the signal generator 1 , and the start of the transmission is synchronized with the start of the measured value recording of the signal analyzer 2 . The synchronization makes it possible to determine the group delay difference or the phase shift between the reference and test sections R and T, respectively. If signal generator 1 and signal analyzer 2 are not directly connected to one another, external synchronization sources such as GPS (Global Positioning System) can be used, which in principle enables any distances between the devices. In the further course of the measurements, further test signals are sent out until a complete sequence has been sent. However, the time intervals between the transmission times of the individual test signals are not fixed, the signals do not have to be transmitted at periodic intervals, the same applies to the time intervals between the transmission times of the sequences. The m test signals of a sequence can also be sent in any order. The only decisive factor is that at the end of the measurement sufficient test signals of all types have been registered so that a meaningful evaluation is possible - for example, the transient response of the system must be taken into account, which is why the first measured values are generally rejected.

Jedes Testsignal wird in diesem Beispiel nach der Formel

erzeugt. Dabei bezeichnet σ_q das q-te Testsignal aus einer Sequenz von m Testsignalen, wobei der Index q einen Wert zwischen 0 und m - 1 annehmen kann. U₀ ist die allen Sinusschwingungen

gemeinsame Amplitude, i die imaginäre Einheit. ω₀/(2π) ist eine allen Schwingungen gemeinsame Grundfrequenz, sie wird mit dem Vorfaktor k_j ^q multipliziert, der eine natürliche Zahl größer als 1 ist. Die Grundfrequenz ω₀/(2π) taucht daher nicht in den Testsignalen auf, sondern nur Vielfache derselben - ansonsten wäre keine weitere Auswahl von Frequenzen möglich. t ist die Variable der Zeit, und φ_j ^q der Phasenwinkel zur Zeit t = 0. Für jedes Testsignal σ_q werden die Vorfaktoren k_j ^q gewählt, daß keine der Schwingungen eine Frequenz besitzt, die dem ganzzahligen Vielfachen einer anderen Frequenz desselben Testsignals entspricht. Der Einfluß von Verzerrungen, die durch eine nichtlineare Strom-Spannungskennlinie des Testmediums 3 oder einzelner Komponenten der Übertragungsstrecke hervorgerufen werden können, auf das Meßergebnis wird auf diese Weise stark verringert bzw. weitestgehend vermieden, da mögliche Oberwellen bei der Auswertung unberücksichtigt bleiben. Each test signal is in this example according to the formula

generated. Here σ _q denotes the qth test signal from a sequence of m test signals, where the index q can have a value between 0 and m - 1. U ₀ is the all sine waves

common amplitude, i the imaginary unit. ω ₀ / (2π) is a fundamental frequency common to all vibrations, it is multiplied by the pre-factor k _j ^q , which is a natural number greater than 1. The fundamental frequency ω ₀ / (2π) therefore does not appear in the test signals, but only multiples of them - otherwise no further selection of frequencies would be possible. t is the variable of time, and φ _j ^q the phase angle at time t = 0. For each test signal σ _q , the pre-factors k _j ^{q are} chosen so that none of the vibrations has a frequency that corresponds to the integer multiple of another frequency of the same test signal , The influence of distortions, which can be caused by a non-linear current-voltage characteristic of the test medium 3 or individual components of the transmission path, on the measurement result is greatly reduced or largely avoided in this way, since possible harmonics are not taken into account in the evaluation.

Die Vorfaktoren k_j ^q werden weiterhin so gewählt, daß sie in ihrer Gesamtheit alle natürlichen Zahlen in einem Intervall [a, b] enthalten, wobei a.ω₀/(2π) die kleinste in der Sequenz enthaltene Frequenz bezeichnet, a > 1 ist, und (b - a).ω₀/(2π) die Bandbreite der Sequenz ist. Innerhalb dieser Bandbreite liegen die verwendeten Frequenzen also äquidistant. The prefactors k _j ^q are further selected so that, in their entirety, they contain all natural numbers in an interval [a, b], where a.ω ₀ / (2π) denotes the smallest frequency contained in the sequence, a> 1 , and (b - a) .ω ₀ / (2π) is the bandwidth of the sequence. The frequencies used are therefore equidistant within this bandwidth.

Dieser Sachverhalt ist in Fig. 3 graphisch dargestellt. Die oberen drei Graphen zeigen die Komposition dreier Testsignale σ₁, σ₂ und σ₃ aus Vielfachen einer als Grundfrequenz ausgewählten Frequenz ω₀/(2π). Der untere Graph zeigt die Superposition dieser Testsignale. Um die Gesamtmeßzeit zu minimieren, wurde dabei die Verteilung der Frequenzen auf die einzelnen Testsignale so gewählt, daß sich für die gegebene Bandbreite die kleinste mögliche Anzahl m von Testsignalen ergibt. This situation is shown graphically in FIG. 3. The top three graphs show the composition of three test signals σ ₁ , σ ₂ and σ ₃ from multiples of a frequency ω ₀ / (2π) selected as the fundamental frequency. The lower graph shows the superposition of these test signals. In order to minimize the total measuring time, the distribution of the frequencies over the individual test signals was chosen so that the smallest possible number m of test signals results for the given bandwidth.

Bei der Erzeugung der Testsignale wird weiterhin darauf geachtet, daß deren Crestfaktor, d. h. das Verhältnis des Spitzenwertes des Betrags eines Testsignals σ_q zum Effektivwert des Testsignals σ_q ^eff innerhalb des Meßzeitraums minimal ist:

When generating the test signals, care is also taken to ensure that their crest factor, ie the ratio of the peak value of the amount of a test signal σ _q to the effective value of the test signal σ _q ^eff, is minimal within the measurement period:

Dabei bezeichnet t₀ den Zeitpunkt, bei dem mit dem Aussenden des Testsignals begonnen wird, und t₁ den Zeitpunkt, bei dem das Senden des Testsignals beendet wird. Here, t ₀ denotes the point in time at which the transmission of the test signal is started and t ₁ the point in time at which the transmission of the test signal is ended.

In Fig. 4 ist der Aufbau eines Signalanalysators 2, wie er zur Auswertung der Testsignale verwendet werden kann, dargestellt. Ein Testsignal gelangt zunächst durch einen Signaleingang E in den Signalanalysator 2. Um Rauschen und Störsignale zu unterdrücken, können höherfrequente bzw. höher- und niederfrequente Anteile aus dem Signal durch Filterung mittels eines als Tief- bzw. Bandpaß ausgestalteten Frequenzfilters 5 entfernt werden. Im Anschluß daran werden die Signale mittels eines Analog-Digital- Wandlers 6 digitalisiert. Dieser Wandlungsprozeß wird mit dem Aussenden eines Testsignals im Signalgenerator 1 über einen Synchronisationseingang S des Signalanalysators 2 gestartet. Am Anfang wird das Testsignal jedoch durch den exponentiell abklingenden Einschwingvorgang verfälscht, weshalb die in einem Anfangszeitraum registrierten Werte - für ein 20 km langes Kupferkabel mit einem Durchmesser von 0.9 mm und Unterteilung in etwa bis zu 10 durch Zwischenverstärker getrennte Teilstrecken, sowie Frequenzen im Bereich von ca. 300 Hz bis 3400 Hz entspricht das in diesem Beispiel etwa einem Zeitraum von 0.5 bis 5 ms - in der weiteren Auswertung nicht berücksichtigt werden. Da das Signal kontinuierlich gesendet wird, kann man die Registrierung auch um einen konstanten Wert, der etwas größer als die Einschwingzeit ist, verzögern. Dies kann auch wünschenswert sein, um zu verhindern, daß - durch die endliche Laufzeit bedingt - möglicherweise noch ausstehende Teile eines vorher gesendeten Testsignals registriert werden. Ist das System im eingeschwungenen, stationären Zustand, können alle Meßwerte verwendet werden. In konstanten Abständen 2π/ω_S werden Meßwerte registriert, insgesamt müssen so viele Werte registriert werden, daß eine Fourieranalyse mittels einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) mit diesen Werten durchgeführt werden kann. ω_S/(2π) bezeichnet dabei die Samplingfrequenz. Die Gesamtzahl aller Meßwerte, n, ist also durch die Anzahl der Meßwerte bis zum Erreichen des stationären Zustandes, n_V, und die Anzahl der für die FFT nötigen Meßwerte, n_FFT, bestimmt, und die Gesamtmeßzeit für ein Testsignal beträgt (n_v + n_FFT - 1)/(ω_S/(2π)). Im allgemeinen wird n_FFT als Potenz von 2 gewählt, n_FFT = 2^p. Darüber hinaus muß n_FFT auch mindestens doppelt so groß wie die Anzahl der Frequenzlinien in einer Sequenz, n_l, sein, d. h. n_FFT ≥ 2.n_l. Daraus ergibt sich für p eine untere Schranke, nämlich p ≥ INT[log₂(2.n_l)], wobei log₂ den Logarithmus zur Basis 2 bezeichnet und die Funktion INT die nächsthöhere ganze Zahl liefert. Um das Samplingtheorem zu erfüllen, muß weiterhin die Bedingung ω_S > 2ω_max erfüllt sein, Wobei ω_max/(2π) die obere Grenzfrequenz, d. h. die höchste in einem Testsignal verwendete Frequenz ist. Um die Auswertung zu vereinfachen, wählt man günstigerweise die Samplingfrequenz ω_S/(2π) als ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz ω₀/(2π). Auf diese Weise wird die Linienbreite bei der Durchführung der FFT minimiert, und es ergeben sich außerdem keine Nebenmaxima, so daß keine der sonst üblichen Fensterfunktionen zur Reduzierung von Randeffekten der FFT, die durch die nicht unendlich lange Auswertungszeit verursacht werden, angewandt werden müssen. Dies wirkt sich auf die Analyse insofern vorteilhaft aus, als durch die Anwendung von Fensterfunktionen beim Auftreten von Nebenmaxima das Ergebnis für die den Nebenmaxima benachbarten Linien verfälscht werden könnte. Das Verfahren funktioniert jedoch auch mit Fensterfunktionen, falls sich die Samplingfrequenz nicht in oben genannter Weise festsetzen läßt. In FIG. 4 is the construction of a signal analyzer 2, as it can be used for evaluation of the test signals shown. A test signal first reaches the signal analyzer 2 through a signal input E. In order to suppress noise and interference signals, higher-frequency or higher-frequency and low-frequency components can be removed from the signal by filtering using a frequency filter 5 designed as a low or bandpass filter. The signals are then digitized using an analog-digital converter 6 . This conversion process is started with the transmission of a test signal in the signal generator 1 via a synchronization input S of the signal analyzer 2 . At the beginning, however, the test signal is falsified by the exponentially decaying settling process, which is why the values registered in an initial period - for a 20 km long copper cable with a diameter of 0.9 mm and subdivision into up to 10 sections separated by repeaters, as well as frequencies in the range of approx. 300 Hz to 3400 Hz corresponds to a period of 0.5 to 5 ms in this example - not taken into account in the further evaluation. Since the signal is sent continuously, the registration can also be delayed by a constant value that is slightly longer than the settling time. This can also be desirable in order to prevent that, due to the finite running time, possibly outstanding parts of a previously transmitted test signal are registered. If the system is steady, steady state, all measured values can be used. Measured values are registered at constant intervals of 2π / ω _S ; a total of so many values must be registered that a Fourier analysis can be carried out using these values using a fast Fourier transform (FFT). ω _S / (2π) denotes the sampling frequency. The total number of all measured values, n, is thus determined by the number of measured values until the steady state is reached, n _V , and the number of measured values required for the FFT, n _FFT , and the total measuring time for a test signal is (n _v + n _FFT - 1) / (ω _S / (2π)). In general, n _{FFT is} chosen as the power of 2, n _FFT = 2 ^p . In addition, n _FFT must also be at least twice the number of frequency lines in a sequence, n _l , ie n _FFT ≥ 2.n _l . This results in a lower bound for p, namely p ≥ INT [log ₂ (2.n _l)], where log ₂ denotes the base 2 logarithm and the function INT provides the next higher integer. In order to fulfill the sampling theorem, the condition ω _S > 2ω _max must also be fulfilled, where ω _max / (2π) is the upper limit frequency, ie the highest frequency used in a test signal. In order to simplify the evaluation, the sampling frequency ω _S / (2π) is advantageously chosen as an integer multiple of the basic frequency ω ₀ / (2π). In this way, the line width is minimized when performing the FFT, and there are also no secondary maxima, so that none of the usual window functions for reducing edge effects of the FFT, which are caused by the not infinitely long evaluation time, have to be used. This has an advantageous effect on the analysis in that the use of window functions when secondary maxima occur could falsify the result for the lines adjacent to the secondary maxima. However, the method also works with window functions if the sampling frequency cannot be set in the above-mentioned manner.

Im FFT-Wandler 7 werden die Meßwerte solange gesammelt, bis genügend Werte für die FFT zur Verfügung stehen und dann die FFT durchgeführt. Falls Meßzeit und numerischer Aufwand keine kritischen Größen sind, läßt sich die Störempfindlichkeit verringern, indem man die Samplingfrequenz erhöht, was auch eine größere Anzahl von Meßwerten impliziert. Alternativ zur FFT kann auch eine digitale Fourier- Transformation (DFT) durchgeführt werden. Dies kann insbesondere bei einer geringen Anzahl von relevanten Frequenzlinien vorteilhaft sein, da bei einer DFT jede Frequenzlinie einzeln behandelt wird, und in einer FFT in diesem Fall wesentlich mehr Frequenzen berechnet werden, als letztendlich zur Weiterverarbeitung notwendig sind. Im nächsten Schritt wird in der Erkennungseinheit 8 ausgewertet, welches Testsignal aus der Sequenz empfangen wurde. Dies kann anhand einer der im Testsignal enthaltenen, definierten Linien geschehen. In der Auswahleinheit 9 werden dann die zu diesem Testsignal gehörenden Frequenzlinien ausgewählt. Die transformierten Meßwerte werden dann in einem Speicher 10 für die Weiterverarbeitung gesammelt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis für jedes in einer Sequenz enthaltene Testsignal die Meßwerte auf diese Weise ausgewertet wurden und alle Ergebnisse im Speicher 10 abgelegt sind. The measured values are collected in the FFT converter 7 until sufficient values are available for the FFT and then the FFT is carried out. If measuring time and numerical effort are not critical, the sensitivity to interference can be reduced by increasing the sampling frequency, which also implies a larger number of measured values. As an alternative to the FFT, a digital Fourier transformation (DFT) can also be carried out. This can be particularly advantageous in the case of a small number of relevant frequency lines, since each frequency line is treated individually in a DFT, and in this case, in an FFT, significantly more frequencies are calculated than are ultimately necessary for further processing. In the next step, the recognition unit 8 evaluates which test signal was received from the sequence. This can be done using one of the defined lines contained in the test signal. The frequency lines belonging to this test signal are then selected in the selection unit 9 . The transformed measured values are then collected in a memory 10 for further processing. This process is repeated until the measured values for each test signal contained in a sequence have been evaluated in this way and all results have been stored in the memory 10 .

Die Ergebnisse liegen nach der Auswertung i. a. als komplexe Größen vor, und die Weiterverarbeitung hängt von der Aufgabenstellung bei der jeweiligen Messung ab. Eine Möglichkeit ist zum Beispiel, die komplexen Größen im Koordinatenwandler 11 in Polarkoordinaten zu transformieren, auf diese Weise erhält man Informationen über die Phase und den Betrag bzw., nach Logarithmierung, den Pegel der Übertragungsfunktion. In Abhängigkeit von der Frequenz können dann Phase und Pegel auf einem Anzeigegerät A als Meßkurven angezeigt werden. After the evaluation, the results are generally available as complex quantities, and further processing depends on the task in each measurement. One possibility is, for example, to transform the complex quantities in the coordinate converter 11 into polar coordinates, in this way one obtains information about the phase and the amount or, after logarithmization, the level of the transfer function. Depending on the frequency, phase and level can then be displayed on a display device A as measurement curves.

Eine andere Möglichkeit ist die Erzeugung von Koeffizienten für einen Equalizer, mit Hilfe derer die Übertragungsfunktion der Teststrecke T an die der Referenzstrecke R angepaßt werden kann. Zur Erzeugung der Koeffizienten wird zunächst in der Regressionseinheit 12 eine Polynomregression durchgeführt. Dies dient zur Unterdrückung von Rauscheinflüssen und der Anpassung an eine eventuell andere Samplingfrequenz des Equalizers sowie der Ergänzung möglicherweise fehlender Meßwerte - z. B. weil die erste Frequenzlinie nicht der Grundfrequenz ω₀ entspricht oder die Anzahl der untersuchten Frequenzlinien nicht mindestens 2^p ist, wie für den nächsten Schritt notwendig. Anschließend wird eine inverse Fourier-Transformation (IFFT) im IFFT-Wandler 13 durchgeführt, und auf die so erzeugten Daten anschließend in einer Fensterfunktionseinheit 14 eine Fensterfunktion angewandt. Auf diese Weise kann die Konvergenz gegen "Null" der im FIR-Filter zu verwendenden Korrekturfunktion für sehr kleine und sehr große Zeiten erzwungen werden, da nur Daten innerhalb des Fensters berücksichtigt werden. Die Daten, die so zur Koeffizienten-Ausgabe K gelangen, können direkt als Koeffizienten - d. h. als zeitlich äquidistante Stützstellen für die Korrekturfunktion - für einen unsymmetrischen FIR-Filter verwendet werden. Bezugszeichenliste 1 Signalgenerator
2 Signalanalysator
3 Testmedium
4 Vergleichsmedium
5 Frequenzfilter
6 Analog-Digital-Wandler
7 FFT-Wandler
8 Erkennungseinheit
9 Auswahleinheit
10 Speicher
11 Koordinatenwandler
12 Regressionseinheit
13 IFFT-Wandler
14 Fensterfunktionseinheit
A Anzeigengerät
E Signaleingang
K Koeffizienten-Ausgabe
R Referenzstrecke
S Synchronisationseingang
T Teststrecke
Another possibility is the generation of coefficients for an equalizer, with the aid of which the transfer function of the test section T can be adapted to that of the reference section R. In order to generate the coefficients, a polynomial regression is first carried out in the regression unit 12 . This serves to suppress noise influences and to adapt to a possibly different sampling frequency of the equalizer and to supplement possibly missing measured values - e.g. B. because the first frequency line does not correspond to the fundamental frequency ω ₀ or the number of frequency lines examined is not at least 2 ^p , as is necessary for the next step. An inverse Fourier transform (IFFT) is then carried out in the IFFT converter 13 , and a window function is then applied to the data generated in this way in a window function unit 14 . In this way, the convergence towards "zero" of the correction function to be used in the FIR filter can be forced for very small and very large times, since only data within the window are taken into account. The data that thus arrive at the coefficient output K can be used directly as coefficients - ie as equidistant points for the correction function - for an asymmetrical FIR filter. REFERENCE SIGNS LIST 1 signal generator
2 signal analyzer
3 test medium
4 comparison medium
5 frequency filters
6 analog-digital converters
7 FFT converter
8 detection unit
9 Selection unit
10 memories
11 coordinate converter
12 regression unit
13 IFFT converters
14 window functional unit
A display device
E signal input
K coefficient output
R reference distance
S synchronization input
T test track

Claims

1. A method for evaluating the transmission behavior of information transmission links, comprising
in a first measurement to determine reference measurement values, the transmission of test signals by a signal generator ( 1 ) and the registration of the test signals by a signal analyzer ( 2 ) during a first connection of the signal generator ( 1 ) and signal analyzer ( 2 ) via a reference path (R),
in a second measurement for determining test route measured values, the transmission of the test signals by the signal generator ( 1 ) and the registration of the test signals by the signal analyzer ( 2 ) during a second connection of the signal generator ( 1 ) and signal analyzer ( 2 ) via a test route (T),
and the evaluation of the measurements, characterized in that
the start of the transmission of the test signals is synchronized with the start of the registration of the test signals in both measurements, and
overlays of frequencies of integer multiples of a fundamental frequency common to all test signals are transmitted as test signals, and the frequencies for each of the test signals are selected such that the respective overlay contains only those frequencies which are not an integral multiple of another frequency of the same test signal.

2. The method according to claim 1, characterized in that sequences with a number (m) of test signals are sent out, and each selected one Frequency is used only once in each sequence.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Superposition of all test signals a signal from across the entire bandwidth of the signal equidistant frequencies.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that each of the (m) Test signals of a sequence from a superposition of sine waves with each of the same amplitude is composed.