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Verfahren und Meßeinrichtung zur Bestimmung von Stör-
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stellen auf Nachrichtenübertragungsleitunzen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung von Störstellen
auf Nachrichtenübertragungsleitungen nach dem Prinzip der Impulsfehlerortung, bei
dem Prüfimpulse auf die zu überwachende Nachrichtenübertragungsleitung gegeben werden
und die an einer Störstelle reflektierten Impulsechosignale unter Berücksichtigung
der aufgetretenen Laufzeit auf einem Aufzeichnungsträgergespeichert und ausgewertet
werden.
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Aus der "Siemens Zeitschrift" 1964, Heft 4, Seiten 296 bis 298, ist
ein Impulsecho-MeDverfahren für Koaxialkabel beschrieben. Dabei werden von einem
Impulsgeber einer Meßbrücke MeBimpulse zugeführt, welche an ihrem einen Ausgang
mit der als Meßobjekt dienenden Koaxialleitung verbunden ist. An dem vom Impulsgeber
entkoppelten Ausgang der Meßbrücke ist ein Empfänger angeschaltet, und der zweite
Ausgang der Meßbrücke ist
mit einer Leitungs-Nachbildung verbunden.
Die durch Störstellen auf der Leitung verursachten Echosignale können auf einem
Papierstreifen mittels eines mechanischen Schreibers aufgezeichnet werden. Mittels
eines Taktsignals werden bestimmte Entfernungsabschnitte der zu überprüfenden Leitung
festgelegt, und aus dem aufgezeichneten Diagramm lassen sich die einzelnen Störstellen
nach ihrer Größe (Amplitude des Echosignals), ihrer Art und nach ihrer Entfernung
(festgelegt durch die Taktimpulse) ermitteln.
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Bei der Überwachung von Nachrichtenleitungen, insbesondere von Leitungen
des Fernsprechnetzes, auf unbefugte Anschlüsse (Anzapfungen) besteht eine große
Schwierigkeit darin, daß einerseits diese Anzapfungen keine allzu großen Reflexionen
bewirken, andererseits aber die jeweiligen Leitungssysteme sehr unterschiedlich
und auch nicht immer wellenwiderstandsgerecht aufgebaut sind.
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Dadurch sind meist sehr unübersichtliche Verhältnisse gegeben, so
daß sich die bekannten Impulsecho-Meßgeräte für das Auffinden der unbefugten Anzapfungen
nicht ohne weiteres einsetzen lassen. Ihre Anwendung ist zudem umständlich und kompliziert;
sie sind üblicherweise zur Bedienung durch Fachleute eingerichtet.
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Die Vielfältigkeit der Meßmöglichkeiten bei den bekannten Impulsecho-Meßgeräten
erschwert die Bedienung bei der speziell hier betrachteten Aufgabe zusätzlich.
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Ein weiteres Problem liegt darin, daß die Ungleichmäßigkeit des Wellenwiderstandes
üblicher Leitungen im Fernsprechnahverkehr (meist Zweidrahtleitungen) im Frequenzbereich
bis zu einigen MHz relativ groß ist und in der etwa gleichen Größenordnung liegt,
wie die Störung des Wellenwiderstandes, welche durch eine sachgemäß durchgeführte,
unbefugte Anzapfung verur-
sacht wird.
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Ein zusätzliches Problem liegt darin, daß bei den bekannten Impulsecho-Meßgeräten
für erdsymmetrische Leitungen, die im Niederfrequenzbereich betrieben werden, im
allgemeinen die Anzeigeempfindlichkeitmit zunehmendem Abstand einer Störstelle vom
Meßort stark abnimmt. Dies liegt darin begründet, daß solche Geräte die an sich
bekannte Methode der Entzerrung der frequenz- und längenabhängigen Leitungsdämpfung,
wie sie beispielsweise im in der eingangs erwähnten Literaturstelle genannten Gerät
enthalten ist, nicht benützen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Impulsecho-
Meßverfahren so weiterzubilden, daß es in einfacher und zuverlässiger Weise zur
Bestimmung von unbefugten Anzapfungen, wie sie bei Lauschangriffen bei Fernsprechleitungssystemen
vorkommen, anwendbar ist. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die
Impuls signale einer ersten Messung hinsichtlich ihrer zeitlichen (d.h. entSernungsabhängigen)
und amplitudenmäßigen Verteilung für eine bestimmte Leitung in einem Langzeitspeicher
als Grundechogrnmm eingeschrieben werden, daß bei einer zweiten Messung und ggf.
späteren, weiteren Messungen die empfangenen Impulsechosignale für die gleiche Leitung
in der gleichen zeitlichen und amplitudenmäßigenVerteilung wie bei der ersten Messung
bestimmt und in einen Zusatzspeicher eingeschrieben werden, daß die Meßwerte der
ersten und der zweiten Messung schrittweise miteinander verglichen werden und daß
bei Nicht-8bereinstimmung der Meßwerte in ein und demselben Zeitinkrement eine die
Störung nach Größe und örtlicher Lage signalisierende Anzeige ausgelöst wird.
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Auf diese Weise ist ohne großen Aufwand schnell und zuverlässig auch
für weniger geschultes Personal eine neu hinzugekommene Anzapfung oder sonstige
Manipulation sofort nach Art und Lage erkennbar.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Meßeinrichtung zur Durchführung
des Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Langzeitspeicher vorgesehen
ist, in den die bei der ersten Messung gewonnenen Echosignale eingeschrieben sind,
daß ein Zusatzspeicher vorgesehen ist, in den die Impulsechosignale bei einer zweiten
Messung in der gleichen Verteilung wie bei der ersten Messung eingegeben sind, daß
eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, welche das Auslesen und den schrittweisen
Vergleich der aufgezeichneten Signale vernalaßt und daß eine Anzeigeeinrichtung
für eine entiernungsabhängige Registrierung bei einer Nicht-2bereinstimmung vorgesehen
ist.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhandvon Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines bekannten Impulsecho-NeBgerätes,
Fig. 2 den Aufbau eines Impulsecho-Meßgerätes nach der Erfindung.
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Bei dem Blockschaltbild nach Fig. 1 ist der Sender zur Erzeugung der
Impulse mit SE bezeichnet. Diese Impulse werden einer Brückenschaltung BS zugeführt,
an deren einem vom Sender entkoppelten Ausgang ein breitbandiger Empfänger EM angeschaltet
ist, dem ein Sichtgerät SG nachgeschaltet ist. Ein Zweig der Brückenschaltung BS
ist
durch das Meßobjekt MO in Form einer Leitung gebildet, während ein anderer Zweig
der Brückenschaltung BS aus einer Leitungs-Nachbildung NO besteht. Die im Meßobjekt
MO entstehenden Echo signale werden zeit- und demnach auch längenabhängigauf dem
Sichtgerät SR dargestellt. Man erkenny das Echogr=m.
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Ein Impulsecho-Meßgerät dieses Aufbaues ist für die Bestimmung von
Störstellen, welche durch Anzapfungen bei Lauschangriffen auf Fernsprechleitungen
verursacht sind, nur bedingt geeignet, weil es zu seiner Bedienung entsprechend
ausgebildeten Personals bedarf und außerdem die Auswertung sehr kompliziert und
zeitraubend ist.
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In Fig. 2 ist ein zur Feststellung von durch Lauschangriffe verursachten
Störungen des Wellenwiderstandes einer erdsymmetrischen Signalleitung besonders
geeignetes Gerät detailliert dargestellt. Der Taktgeber, vorzugsweise quarzgesteuert,
ist mit GTbezeichnet und hat für den vorgesehenen Anwendungsfall eine Grundfrequenz
von vorzugsweise 1 MHz. Nachgeschaltet sind Frequenzteiler FT, vorzugsweise 16 :
1 und 96 : 6 auf 1000/96- 10,417kHz, der auch eine stufenweise schaltbare Impulsverzögerungsschaltung
enthalten. Sie dienen zur Steuerung eines Impulssenders IS. Die Ausgangssignale
dieses Impulssenders IS gelangen zur Brückenschaltung BS, an deren einem (nicht
entkoppelten) Ausgang das Meßobjekt MO (bevorzugt eine Zweidrahtleitung) und an
deren anderem (nicht entkoppelten) Ausgang eine Nachbildung NO angeschlossen ist.
Auf der Empfangsseite ist (gegen den Sender IS entkoppelt) ein Breitbandverstärker
BV vorgesehen.
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Auf den Eingangsverstärker BVfolgt eine Entzerrer-Schaltung, bestehend
aus den Schaltungsteilen FE, E
und SE und der Steuerung STE. Ihre
Funktion ist, die Dämpfungs- und Phasenverzerrung, die das Meßsignal auf dem Weg
durch das Meßobjekt erfährt, wieder auszugleichen.
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Da die Abbildung des Wellenwiderstandsverlaufes der Leitung in Teilabschnitten
von jeweils 16 /usec Signallaufzeit erfolgt, kann auch die Entzerrung in entsprechenden
Teilabschnitten eingeschaltet werden. Zum Ausgleich der von der Kabellänge abhängigen
Dämpfungs-und Laufzeitverzerrungen innerhalb des zu beurteilenden Teilabschnittes
von 16 P sec dient die feinstufige Entzerrerschaltung FE, der für jeden weiteren
vollen Teilabschnitt von 16 /usec eine Stufe der Stufenentzerrerschaltung SE zugeschaltet
wird.
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Durch Einsetzen eines für das zu untersuchende Koaxialpaar passenden
Entzerrereinschubes NE entsteht in den Entzerrerstufen ein zum Meßobjekt inverser
Frequenzgang.
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Beim Stufenentzerrer SE geschieht die Zuschaltung der R-C-Netzwerke
vorteilhaft über Relais im Steuerteil STE. Im feinstufigen Entzerrer werden die
R-C-Glieder zweckmäßig durch Schalttransistoren angeschaltet.
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Die feinstufige Entzerrerschaltung FE wird durch eine langsame Sägezahnspannung
aus der Schaltung SG2 gesteuert, die auch zur Bildung des Abtastimpulses beiträgt,
so daß im Verlauf seines Anstieges z.B. 8 Teilwerte nacheinander wirksam werden.
Die Zuordnung des Schalt-Zeitpunktes zu einer bestimmten Meßobjekt-Länge (f einer
bestimmten Impulslaufzeit) ist dadurch gegeben, daß der gleiche Sägezahn-Impuls
zur Steuerung der feinstufigen Entzerrerschaltung FE und'zur Erzeugung des Impulses,
der das Meßsignal abtastet, dient.
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In der Abtaststufe SH wird das Signal durch "Abtastung in seinem zeitlichen
Ablauf stark gedehnt und damit auch in einen tieferen Frequenzbereich umgesetzt.
Erst dadurch ist die beschriebene Steuerung des feinstufigen Entzerrers auf einfache
Art möglich.
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Die Abtastschaltung SH überträgt das Meßsignal nur dann, wenn sie
durch den Abtastimpuls geöffnet wird.
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Dies erfolgt in einem "Grundrhythmus" z.B. von 96 /usec, in dem auch
der Sendeimpuls auf die Leitung ausgesendet wird. Zusätzlich erfährt der Abtastimpuls,
dessen Grundsignal aus dem Komparator KOA durch Spannungsvergleich zweier Sägezahnspannungen
(aus der Schaltung SG2 und aus der vom Frequenzteiler FT angesteuerten Schaltung
SG1) unterschiedlicher Anstiegszeit gewonnen wird, innerhalb des Anstiegs der für
die X-Ablenkung verwendeten Sägezahnspannung eine linear ansteigende Verzögerung
von z.B. insgesamt 16 /usec. Dadurch wird jeweils ein anderer Augenblickswert des
an der Abtaströhre anliegenden Meßsignals abgefragt und so das gesamte Reflektogramm
füreinen Leitungsabschnitt von 16 /usec Signallaufzeit auf ein Zeitintervall gedehnt,
das der Anstiegszeit der X-Ablenkspannung entspricht.
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Das Reflektogramm setzt sich also nach der Abtastung aus einer Vielzahl
von Punkten zusammen, die durch das Verhältnis der Anstiegszeit der fur die X-Ablenkung
benutzten Sägezahnspannung aus der Schaltung SG2 zur Periodendauer des Sendeimpulses
(z.B. 96 /usec) gegeben sind. Gleichzeitig läßt sich die Bandbreite des Meßsignales
im gleichen Verhältnis durch den Tiefpaß TP verkleinern und damit der Störabstand
verbessern.
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Das abgetastete Signal wird dem Y-Verstärker YV zugeführt und auf
der Röhre des Sichtgerätes SG dargestellt.
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Dazu erhält das Sichtgerät SG die Horizontalablenkspannung vom Sägezahngenerator
SG2 über den Horizontalverstärker
XV.
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In Fig. 2 sind die beiden jeweils eine Sägezahnspannung erzeugenden
Kippgeneratoren SG1 und SG2 mit demKomparator KOA für den Abtastimpuls dargestellt.
Beide Kippschaltungen sind in ihrem Grundaufbau gleich.
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Der KippgeneratorSG2 liefert die für die Horizontalablenkung erforderliche
Spannung. Die Anstiegszeit beträgt etwa 250 msec.
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Zur Dunkeltastung der Bildröhre während des Rücklaufes wird dem Sägezahngenerator
SG2 ein Rechtecksignal entnommen und dem Hochspannungsteil zugeführt.
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Der Kippgenerator SG2 arbeitet freilaufend, Beginn und Ende des Sägezahns
bestimmt ausschließlich der Rückkopplungskreis.
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Die Zuordnung zwischen dem Augenblickswert der X-Ablenkung und dem
Meßwert aus dem Reflektogramm ist durch die Abtastung gegeben, deren zeitliche Relation
im KomparatorKOA durch den Vergleich der X-Ablenkspanns1ng mit der in ihrem Einsatzpunkt
getriggerten Sägezahnspannung des KippgeneratorsSG1 gewährleistet ist.
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Der Einsatzpunkt des Sägezahnes des Kippgenerators SG1 wird durch
das vom Frequenzteiler FT gelieferte Triggersignal exakt definiert. Die Periodendauer
beträgt 96 ysec.
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Durch Spannungsvergleich der von den Kippgeneratoren SG1 und SG2 gelieferten
Spannungen im Komparator KOA entsteht ein Signal, dessen zeitliche Zuordnung zum
Triggersignal des Kippgenerators SG1 sich innerhalb des Anstieges der Sägezahnspannung
des Kippgenerators
SG2 (Horizontalablenkung) stetig bis zu maximal
16 sec verschiebt. Dieses Signal dient zur Abtastung, da mit seiner Hilfe alle Echosignale,
die innerhalb des Zeitintervalles von 16 /usec an die Abtaststufe gelangen, punktweise
zeitlich nacheinander abgefragt werden können. Damit ist die Aufzeichnung des gesamten
Reflektogramms innerhalb von 250 msec möglich. Durch die große Anzahl von Meßpunkten
entsteht auf der Bildröhre ein geschlossener Linienzug.
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Der bisher beschriebene Geräteteil entspricht noch weitgehend dem
Aufbau und der Wirkungsweise eines herkömmlichen Impulsecho-Meßgerätes, wie es beispielsweise
in der in der Beschreibungseinleitung genannten Literaturstelle 'tSiemens-Zeitschrift"
1964 beschrieben ist.
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Der vorliegenden Aufgabe entsprechend, ist aber der Ausgang der Brückenschaltung
BS in Richtung des Meßobjektes MO erdsymmetrisch ausgeführt.
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Die weiteren in der Zeichnung mit dicken Linien dargestellten Schaltungsteile
ermöglichen einen Betrieb, welcher es gestattet, in einfacher und zuverlässiger
Weise Störungen durch Anzapfungen auf Fernsprechleitungen (wie sie durch Lauschangriffe
entstehen) festzustellen. Hierzu werden die Wertepaare von X (Zeitachse) und Y (Amplitudenachse)
der empfangenen Echosignale in einem doppelten Analog-Digital-Unsetzer AD digitalisiert.
Dem Y-Signal werden dabei zweckmäßig mindestens 16 Stufen zugeordnet (4 Bit).
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Bei einer ersten Messung der Leitung werden die verschlüsselten Echosignalpaare
über einen Mikroprozessor MP und einen Kurzzeitspeicher ME auf einem Langzeitspeicher,
z.B. einem Magnetband MB, aufgezeichnet.
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Diese Aufzeichnung gibt somit den Zustand der zu übermachenden Leitung
zu einem bestimmten ersten Zeitpunkt
wieder. Das Magnetband MB
- es kann sich auch um eine Magnetkarte oder einen Magnetstreifen mit geeignetem,
an sich bekanntem Laufwerk handeln - enthält somit den "Soll- oder Bezugs-Zustandlt
der zu untersuchenden Leitung und wird für spätere überwachungsvorgänge bereitgehalten.
Bei einer nachfolgenden Lauschabwehr-Inspektion wird sein Inhalt vorab über den
Prozessor-Bus PB in einen weiteren Teil des Speichers ME eingeschrieben.
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Anschließend wird das gegenwärtige Echo gram der gleichen Leitung
in. der gleichen Weise, wie vorstehend beschrieben, gewonnen und in einen anderen
Bereich des Speichers ME geschrieben. Somit sind in dem Speicher ME die Echogramme
ein und desselben Meßobjektes aus verschiedenen Zeiten (Bezugs-Echogramm und aktuelles
Echogramm) parallel gespeichert und können anschließend schrittweise miteinander
verglichen werden. Dieser Vorgang, welcher also nach dem Ende der zweiten Lauschabwehr-Inspektion
dienenden Messung durchgeführt wird, erfolgt über den Prozessor-Bus PB mittels des
Rechners MP (z.B. eines Mikroprozessors), wobei Punkt für Punkt die zusammengehörenden
Signalwerte (Bezugswert" aus der ersten Messung und "Istwert" aus der zweiten Messung)
gegenübergestellt werden. Bei Veränderungen; die eine Uberschreitung eines gegebenen
Toleranzwertes darstellen, wird auf einem Anzeigegerät (Display) AZ die Größe der
Abweichung und die Entfernung der Störstelle vom Meßort angezeigt und ggf. ein akustisches
oder zusätzliches optisches Alarmsignal ausgelöst. Es istauch möglich, den jeweiligen
Ort, an dem sich eine unzulässige Veränderung des Wellenwiderstandes ergeben hat,
zusammen mit der Entfernung über einen Drucker auszudrucken und für die späteren
Analysen bereitzustellen.
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Wenn wegen Nicht-Ubereinstimmungvon Bezugs- und Istwert zu einem ersten
Zeitpunkt eine Anzeige ausgelöst
wird, so wird diese für eine bestimmte
Zeit von z.B.
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mindestens 2 Sekunden aufrechterhalten. Damit ggf. bei größeren Impulslaufzeiten
zusätzlich noch vorhandene Abweichungen nicht unterdrückt werden, fährt die Steuereinrichtung
nach Ablauf dieser Zeit automatisch mit dem Vergleich fort.
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Bei der vorstehend beschriebenen Leitungsüberwachung genügt es somit,
den nBezugszustand" der Leitung zu konservieren (11Bezugs-Echogramm") und einen
beliebigen späteren nIstzustand" festzustellen, der dann schrittweise automatisch,
durch den Prozessor MP gesteuert, mit dem nSollzustand" verglichen wird, wobei eine
Anzeige bei einer mangelnden Ubereinstimmungsowohl hinsichtlich der Größe der Abweichung
als auch hinsichtlich der Entfernung zustande kommt. Zur Bedienung dieses Gerätes
sind keine besonders geschulten Fachkräfte nötig, weil der Vergleichs- und Uberwachungsvorgang
automatisch erfolgt, ohne daß schwierige Einstellvorgange nötig wären. Die Empfindlichkeit
läßt sich in einfacher Weise durch Veränderungen des zulässigen Tolerantwertes einstellen
und an. die jeweiligen Gegebenheiten des zu überwachenden Leitungssystems anpassen.
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7 Ansprüche 2 Figuren
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