DE10215520B4

DE10215520B4 - Method for evaluating the transmission behavior of information transmission links

Info

Publication number: DE10215520B4
Application number: DE2002115520
Authority: DE
Inventors: Norbert Wünscher
Original assignee: Hoermann Funkwerk Koelleda GmbH
Current assignee: Hoermann Funkwerk Koelleda GmbH
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2022-04-06
Also published as: DE10215520A1

Abstract

Verfahren zur Bewertung des Übertragungsverhaltens von Informationsübertragungsstrecken, umfassend
– in einer ersten Messung zur Ermittlung von Referenzmeßwerten das Aussenden von Testsignalen durch einen Signalgenerator (1) und die Registrierung der Testsignale durch einen Signalanalysator (2) während einer ersten Verbindung von Signalgenerator (1) und Signalanalysator (2) über eine Referenzstrecke (R),
– in einer zweiten Messung zur Ermittlung von Teststreckenmeßwerten das Aussenden der Testsignale durch den Signalgenerator (1) und die Registrierung der Testsignale durch den Signalanalysator (2) während einer zweiten Verbindung von Signalgenerator (1) und Signalanalysator (2) über eine Teststrecke (T),
– wobei der Beginn des Aussendens der Testsignale mit dem Beginn der Registrierung der Testsignale in beiden Messungen jeweils synchronisiert wird,
– und die Auswertung der Messungen, dadurch gekennzeichnet, 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...Method for evaluating the transmission behavior of information transmission links, comprising
- In a first measurement for the determination of Referenzmeßwerten 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) over a reference distance (R) .
In a second measurement for determining test distance measured values the emission 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) over a test distance (T) .
Wherein 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 the evaluation of the measurements, characterized in that
- As test signals superimpositions of frequencies of integer multiples of common for all test signals fundamental frequency are sent out, and for each of the test signals, the frequencies so ...

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, wobei der Beginn des Aussendens der Testsignale mit dem Beginn ihrer Registrierung in beiden Messungen jeweils synchronisiert wird, sowie die Auswertung der Messungen, und bezieht sich auf das Problem der Bestimmung der Übertragungsfunktion.The The invention relates to a method for evaluating the transmission behavior of information transmission links, comprising in two measurements for the determination of reference and Teststreckenmeßwerte respectively the transmission of test signals by 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 track, wherein the beginning of the transmission of the test signals synchronized with the start of their registration in both measurements respectively is, 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 the transmission of information on dedicated routes - such as Example radio channels or electrical wires - will by characteristic characteristics of these distances, with radio channels to the Example by scattering, mirroring or Doppler effects, if transmitter or recipient moved in line-bound routes mainly through Damping, Group delay and the frequency dependence of damping and Group delay, negatively affected. Furthermore, the transmission quality of wired Stretching also by reflection on line terminations or inhomogeneities, such as. e.g. Joints, as well as generally by non-linear current-voltage characteristics of repeaters and other components that signal processing and / or forwarding serve to be diminished. When transmitting analog signals can these characteristics to a distorted reception, during transmission lead from digitized signals to an increased bit error rate. If However, the characteristic properties of an information transmission path knows exactly, one can adapt to this route adapted countermeasures, e.g. for equalization, take.

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.The characteristic properties of an information transmission path can be determined, given the complex impulse response of this Route knows - if the transfer substantially linear with respect to the current-voltage characteristics of the whole system and all individual components, i. distortion-free he follows. One will therefore try the complex impulse response as possible to measure exactly. Ideally, it would have to generated by the signal generator a pulse with infinite bandwidth, in practice can be but do not realize this. 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 ". This method provides an approximation to the excitation with pulses infinitely great Bandwidth dar. The dynamics of measuring systems, with the pulse method work, but is very low and can be improved only consuming. On many practice-relevant routes, this method can also only conditionally apply - the susceptibility the procedure against interference is high, since the energy of the pulses at a given maximum amplitude is very high is small. An increase the energy is possible, when the number of pulses increases but since the time interval between two pulses is the reciprocal corresponds to the distance between two lines in the frequency representation, implies this increase at the same time a worse frequency resolution. The application of the pulse procedure on stationary Stretching is therefore essentially based on low-noise transmission media such as e.g. Fiber optic 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 4 233 222 C2 beschrieben, auftreten.A further method which is suitable and frequently used only for stationary or time-invariant information transmission paths is the measurement of the transfer function, as described in the above-mentioned document on page 73. From this, the complex impulse response can be determined by inverse Fourier transformation. The transmission and reception frequency is changed stepwise and synchronously. Since the reception by filters is limited to a narrow frequency range, the settling times are long. Furthermore, in each case only one frequency is measured, which leads to a total of long measurement periods. However, with a larger bandwidth in this method, the measurement signal would be corrupted: non-linearities, ie non-linear current-voltage characteristics of transmission paths in their entirety or of individual components of these paths, cause harmonics which overlap with the actual signal. Such distortions can also be used in particular in methods which use multisin signals, as in the case of the text DE 4 233 222 C2 described, occur.

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

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, wobei der Beginn des Aussendens der Testsignale mit dem Beginn ihrer Registrierung in beiden Messungen jeweils synchronisiert wird, sowie die Auswertung der Messungen, dadurch gelöst, 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 Task in a method of the type described above, comprising in a first measurement for the determination of Referenzmeßwerten the 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 via a Reference section, in a second measurement for the determination of test track 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 signal generator and signal analyzer via a Test track, wherein the beginning of the transmission of the test signals with synchronized at the beginning of their registration in both measurements is, as well as the evaluation of the measurements, solved in that as test signals each overlays of frequencies of integer multiples of one for all test signals common fundamental frequency, and for each the test signals the frequencies are selected so that the respective overlay contains only those frequencies that not an integer multiple of another frequency of the same test signal are.

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.Around the complex transfer function dependent on from the frequency need to determine for two Variable the changes in terms of a reference distance are measured, amplitude and phase shift, being unique from the frequency characteristic of the phase shift the - for applications more relevant - group runtime determine, provided a time synchronization takes place, i. the beginning of the broadcast the test signals with the start of the registration of the test signals is synchronized in both measurements. As above cited are superimposed as test signals respectively of frequencies of integer multiples of one for all test signals common fundamental frequency, thereby becoming for each the test signals the frequencies selected so that the respective overlay contains only such frequencies, which is not an integer multiple of another frequency of the same Test signal are. This process step achieves three things: Be used in the multiple of a common fundamental frequency the bandwidth is increased, what a shorter one Measuring time allowed. In addition, since only multiple of a fundamental frequency is used, the result is already on a fast Fourier transform (FFT) based Fourier analysis, mostly used for evaluation is tailored. This can speed up the evaluation. Due to the selection process for contains the frequencies furthermore, no test signal is an integer multiple of one in this one Signal contained frequency. So are harmonics in the signal itself avoided, and those caused by nonlinearities can be avoided the evaluation are identified and eliminated. The signal is 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 each a number of m test signals, each selected frequency is used only once in each sequence. Combine frequencies, which meet the conditions set out in the previous paragraph a test signal, so can the condition that one Test signal is not an integer multiple of another frequency of the same Test signal at higher frequencies, i. at larger pre-factors for the Fundamental frequency, increasingly difficult to meet, and the frequency band has increasing gaps with increasing frequency. The desired bandwidth will not be complete covered, what for the evaluation and the consequences to be drawn from it such as the calculation of coefficients for one based on a finite-impulse-response (FIR) filter Equalizer, insofar as it can be problematic, as a complete representation the transfer function is present. By bundling different test signals to a sequence, these gaps can be reduced, and in a particularly advantageous variant of the method the overlay all test signals a signal over the entire bandwidth of the signal equidistant arranged frequencies, i. the coverage of the frequency band is Completely. It should be noted at this point that the sequence of test signals not necessarily must be periodic. Both the transmission of the signals in a sequence and the transmission the sequences one after the other does not have to necessary periodically. To the measurement duration as short as possible keep, you will continue to the frequencies to test signals combine that for complete coverage the bandwidth the smallest possible Number of test signals per sequence is used.

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 Erzeu gung 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 m test signals from an overlay composed of sinusoids, the sinusoids each have the same amplitude. This simplifies both the Generate the signals and their evaluation - a first overview of the damping behavior receives one e.g. in this way, even with the naked eye, considering the amplitudes graphically.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt:The Invention will be explained below with reference to an embodiment. In the corresponding Drawings shows:

1 den prinzipiellen Aufbau einer Meßanordnung, 1 the basic structure of a measuring arrangement,

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

3 ein Beispiel für drei Testsignale und deren Superposition, 3 an example of three test signals and their superposition,

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

In 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 1 is the basic structure of a measuring arrangement, as it can be used to carry out the method shown. A signal generator 1 generates test signals from a signal analyzer 2 be registered. 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 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 2 dargestellt. Als Test- und Vergleichsmedien 3 bzw. 4 kommen zum Beispiel Glasfaser- oder Kupferleitungen in Betracht.In order to obtain Referenzmeßwerte in a first measurement, the signal generator is first 1 with the signal analyzer 2 connected via a reference link R. This can be a direct connection, as in 1 shown. For a second measurement, the signal generator 1 and the signal analyzer 2 over a test track T, at least partially through a test medium 3 - whose transmission properties are to be determined - runs, connected. With the measured values obtained in this way, the transfer function of the test track T can be determined absolutely. It is also conceivable, however, the relative comparison of the transfer function of the test track T with the transfer function of a reference path R, at least partially by a comparison medium 4 runs. This situation is in 2 shown. As test and comparison media 3 respectively. 4 For example, fiber optic or copper cables are considered.

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 from the signal generator 1 sent out, and the beginning of the transmission with the start of the measured value recording of the signal analyzer 2 synchronized. The synchronization makes it possible to determine the group delay difference or the phase shift between reference and test path R or T. Are signal generator 1 and signal analyzer 2 not directly connected to each other, so external synchronization sources such as GPS (Global Positioning System) can be used, this allows in principle 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 need not 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 decisive factor is that at the end of the measurement sufficient test signals of each type have been registered, so that a meaningful evaluation is possible - for example, the transient response of the system must be observed, which is why the first measured values are usually discarded.

Jedes Testsignal wird in diesem Beispiel nach der Formel

erzeugt. Dabei bezeichnet σ 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 so 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. In this case, σ denotes the q-th test signal from a sequence of m test signals, where the index q can assume 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 oscillations, multiplied by the prefactor k _j ^q , which is a natural number greater than 1. The fundamental frequency ω ₀ / (2π) does not appear in the test signals, but only multiples thereof - otherwise no further selection of frequencies would be possible. t is the variable of time, and φ _j ^{q is} 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 oscillations has a frequency which corresponds to the integer multiple of another frequency of the same test signal. The influence of distortions caused by a non-linear current-voltage characteristic of the test medium 3 or individual components of the transmission path can be greatly reduced or largely avoided on the measurement result in this way, since possible harmonics are disregarded 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 chosen such that in their entirety they are all natural numbers in an interval [a, b], where a · ω ₀ / (2π) denotes the smallest frequency contained in the sequence, a> 1, and (ba) · ω ₀ / (2π) is the bandwidth of the sequence. Within this bandwidth, the frequencies used are thus equidistant.

Dieser Sachverhalt ist in 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 in 3 shown graphically. The upper 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 on the individual test signals was chosen such 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:

During generation of the test signals, care is also taken that their crest factor, ie the ratio of the peak value of the magnitude 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.In this case, t ₀ denotes the time at which the emission of the test signal is started, and t ₁ the time at which the transmission of the test signal is ended.

In 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 Regi strierung 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_I, sein, d.h. n_FFT ≥ 2·n_I. Daraus ergibt sich für p eine untere Schranke, nämlich p ≥ INT[log₂(2·n_I)], 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 4 is the structure of a signal analyzer 2 , how it can be used to evaluate the test signals shown. A test signal first passes through a signal input E in the signal analyzer 2 , In order to suppress noise and interfering signals, higher-frequency or higher and low-frequency components of the signal can be filtered by means of a frequency filter designed as a low-pass or band-pass filter 5 be removed. Following this, the signals are converted by means of an analog-to-digital converter 6 digitized. This conversion process starts with the emission of a test signal in the signal generator 1 via a synchronization input S of the signal analyzer 2 started. In the beginning, however, the test signal is corrupted by the exponentially decaying transient, 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 about 10 repeater separated sections, as well as frequencies in the range of Approx. 300 Hz to 3400 Hz corresponds in this example to a period of 0.5 to 5 ms - not considered in the further evaluation. Since the signal is transmitted continuously, you can delay the Regi stration by a constant value, which is slightly larger than the settling time delay. This may also be desirable to prevent - possibly due to the finite duration - still pending parts of a previously transmitted test signal are registered. If the system is in the steady state, all measured values can be used. Measured values are registered at constant intervals 2π / ω _S , in total so many values must be registered that a Fourier analysis can be carried out by means of a fast Fourier transformation (FFT) with these values. ω _S / (2π) denotes the sampling frequency. The total number of all measured values, n, is therefore determined by the number of measured values until the stationary state, n _V , and the number of measured values necessary 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 as large as the number of frequency lines in a sequence, n _I , ie n _FFT ≥ 2 · n _I. This results in a lower bound for p, namely p ≥ INT [log ₂ (2 x n _I)], where log ₂ denotes the base 2 logarithm and the function INT provides the next higher integer. In order to satisfy the sampling theorem, the condition ω _S > 2ω _max must still be satisfied, where ω _max / (2π) is the upper limit frequency, ie the highest frequency used in a test signal. To simplify the evaluation, it is convenient to choose the sampling frequency ω _S / (2π) as an integer multiple of the fundamental frequency ω ₀ / (2π). In this way, the line width is minimized in the execution of 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, must be applied. This has an advantageous effect on the analysis in that the use of window functions when secondary maxima occur could distort the result for the lines adjacent to the secondary maxima. However, the method also works with window functions if the sampling frequency can not be set in the above 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 Frequenz linie 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.In the FFT converter 7 the measured values are collected until sufficient values are available for the FFT and then the FFT is performed. If measurement time and numerical effort are not critical, the susceptibility can be reduced by increasing the sampling frequency, which implies a larger number of measurements. As an alternative to the FFT, a digital Fourier transformation can also be used (DFT). This can be advantageous in particular with a small number of relevant frequency lines, since each frequency line is treated individually in a DFT, and in this case substantially more frequencies are calculated in an FFT than are ultimately necessary for further processing. The next step is in the detection unit 8th evaluated which test signal was received from the sequence. This can be done using one of the defined lines contained in the test signal. In the selection unit 9 then the frequency lines belonging to this test signal are selected. The transformed measured values are then stored in memory 10 collected for further processing. This process is repeated until, for each test signal contained in a sequence, the measured values have been evaluated in this way and all results in the memory 10 are stored.

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 the further processing depends on the task at the respective measurement. One possibility is, for example, the complex quantities in the coordinate converter 11 in polar coordinates, in this way one obtains information about the phase and the amount or, after logarithm, the level of the transfer function. Depending on the frequency then phase and level can be displayed on a display device A as traces.

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.Another possibility is the generation of coefficients for an equalizer, by means of which the transfer function of the test track T can be adapted to that of the reference path R. To generate the coefficients is first in the regression unit 12 performed a polynomial regression. This is used to suppress noise and to match any other sampling frequency of the equalizer and to supplement possibly missing readings - eg 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 for the next one Step necessary. Subsequently, an inverse Fourier transformation (IFFT) in the IFFT converter 13 and then on the data thus generated in a window function unit 14 a window function applied. In this way, the convergence to "zero" of the correction function to be used in the FIR filter can be enforced for very small and very large times, since only data within the window is taken into account, and the data thus getting to the coefficient output K can directly as coefficients - ie as equidistant time points for the correction function - be used for a single-ended FIR filter.

11: Signalgeneratorsignal generator
22: Signalanalysatorsignal analyzer
33: Testmediumtest medium
44: VergleichsmediumComparative medium
55: Frequenzfilterfrequency filter
66: Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
77: FFT-WandlerFFT converter
88th: Erkennungseinheitrecognizer
99: Auswahleinheitselector
1010: SpeicherStorage
1111: Koordinatenwandlerresolver
1212: Regressionseinheitregression unit
1313: IFFT-WandlerIFFT converter
1414: FensterfunktionseinheitWindow function unit
AA: Anzeigengerätdisplay
Ee: Signaleingangsignal input
KK: Koeffizienten-AusgabeCoefficient output
RR: Referenzstreckereference section
SS: Synchronisationseingangsynchronization input
TT: Teststrecketest track

Claims

Method for evaluating the transmission behavior of information transmission links, comprising - in a first measurement for determining reference measured values the transmission of test signals by a signal generator ( 1 ) and the registration of the test signals by a signal analyzer ( 2 ) during one first connection of signal generator ( 1 ) and signal analyzer ( 2 ) via a reference path (R), - in a second measurement for determining test distance 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 signal generator ( 1 ) and signal analyzer ( 2 ) over a test section (T), - wherein the beginning of the transmission of the test signals is synchronized with the start of the registration of the test signals in both measurements, - and the evaluation of the measurements, characterized in that - as a test signals respectively superpositions of frequencies of integer Multiples of common for all test signals fundamental frequency are sent out, and for each of the test signals, the frequencies are selected so that the respective overlay contains only those frequencies that are not an integer multiple of another frequency of the same test signal.

Method according to claim 1, characterized in that that sequences each with a number (m) test signals are emitted, and every selected one Frequency is used only once in each sequence.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the overlay all test signals a signal over the entire bandwidth of the signal equidistant arranged frequencies results.

Method according to claim 2 or 3, characterized that every the (m) test signals of a sequence of a superposition of sinusoids each with the same amplitude is composed.