-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Testen von elektrischen
Kabeln und die Fehlersuche/-behebung und insbesondere das Messen
der Nebensprecheigenschaften von Verbindungskabeln für lokale
Gebietsnetzwerke.
-
Im
modernen Büro
verbinden heute lokale Gebietsnetzwerke (Local Area Networks, LANs)
eine große Anzahl
von Personal Computern, Arbeitsstationen, Druckern und Dateiservern.
Die Implementierung eines LAN-Systems erfolgt in der Regel durch
physisches Verbinden all dieser Einrichtungen mit LAN-Kabeln mit
einem verdrehten Kupferleiterpaar („verdrehtes Paar"), wobei das gebräuchlichste
LAN-Kabel ein nicht abgeschirmtes verdrehtes Paar (Typ „UTP") ist, bei dem es
sich um einen achtadriges Kabel handelt, das als vier verdrehte
Paare konfiguriert ist. Jedes dieser vier verdrehten Paare fungiert
als Übertragungsleitung,
die ein Datensignal durch das LAN-Kabel übermittelt. Jedes Ende des
LAN-Kabels endet üblicherweise
in einem modularartigen Anschluss nach dem Internationalen Standard
IEC 603-7 mit Anschlusszuweisungen vom Typ „RJ-45", was als modularer (RJ-45) Anschluss
bezeichnet wird. Modulare (RJ-45) Anschlüsse können in der Form von Steckern
oder Buchsen vorliegen. Zugehörige
Stecker und Buchsen werden als Verbindung betrachtet.
-
In
einer typischen Installation können
LAN-Kabel durch Wände,
Böden und
Decken des Gebäudes
geführt
werden. LAN-Kabelsysteme erfordern kontinuierliche Wartung, Aktualisierungen
und Fehlersuche, da LAN-Kabel und LAN-Anschlüsse anfällig für Brüche sind, müssen Büros und Anlagen bewegt werden
und neue Anlagen werden hinzugefügt.
Eine verhältnismäßig kurze
Länge von
LAN-Kabel mit einem
an jedem Ende angebrachten Stecker wird allgemein als ein Verbindungskabel
bezeichnet. Verbindungskabel werden verwendet, um die Verbindung
zwischen der festen Verdrahtung eines Gebäudes und der beweglichen Ausrüstung an
jedem Ende des LAN-Kabelsystems
herzustellen.
-
Die
relative Geschwindigkeit von Datenkommunikation über LAN-Kabelsysteme ist ständig erhöht worden.
Datengeschwindigkeiten über
100 Megabit pro Sekunde werden zunehmend gebräuchlich. Der Einsatz von Kupferdraht-LAN-Kabelsystemen,
die eng mit den herkömmlichen
Mehrfachleiter-Telefonkabelsystemen verwandt sind, welche in gewerblichen
Gebäuden üblicherweise
vorhanden sind, wurde ausgereizt, um diesen höheren Datengeschwindigkeiten
gerecht zu werden. Kupferdraht-LAN-Kabelsysteme weisen gegenüber ihrer
Entsprechung mit optischen Fasern den Vorteil auf, dass sie erheblich
kostengünstiger
und breiter einsetzbar sind. Die zunehmenden Anforderungen hinsichtlich
Netzwerkgeschwindigkeit und entsprechender Bandbreite werden jedoch
von erhöhten
Schwierigkeiten für
den Netzwerkspezialisten begleitet, die Netzwerkzuverlässigkeit
angesichts esoterischerer Probleme aufrechtzuerhalten, welche bei
höheren
Datengeschwindigkeiten auftreten.
-
Die
Aufgaben des Installierens, Ersetzens oder Umleitens von LAN-Kabeln
werden in der Regel von einem professionellen Kabelinstallateur
oder hausinternen Netzwerkspezialisten übernommen. Während der Installationsphase
wird jedes Kabel durch das Gebäude
geleitet und ein Anschluss wird an jedem Ende des neuen Kabels angebracht.
Jede Leitung in dem Kabel muss an beiden Enden des Kabels an ihren
jeweils richtigen elektrischen Anschluss angeschlossen werden, damit
die LAN-Verbindung funktioniert. Ein nicht ordnungsgemäß installiertes
LAN-Kabelsystem oder eines, das fehlerhafte Kabel oder Anschlüsse aufweist,
kann zu Fehlern bei der Datenübertragung
führen.
Das LAN-Kabelsystem
einschließlich
des Verbindungskabels muss daher geprüft werden, um die ordnungsgemäße Verbindungsfähigkeit
und Übertragungsleistung
zu verifizieren.
-
Zur
Sicherstellung eines ordnungsgemäß funktionierenden
LAN-Kabelsystems reicht es nicht mehr aus, ordnungsgemäße elektrische
Verbindungen über
eine bestimmte Netzwerkverbindung herzustellen. Auftretende subtilere
Probleme können
zusammengenommen die Netzwerkleistung bei höheren Datengeschwindigkeiten
zerstören.
Aus diesem Grund werden LAN-Kabel basierend auf ihrer Fähigkeit,
Hochgeschwindigkeitsdatentraffic zu handhaben, nun in verschiedene
Leistungsniveaus klassifiziert. Der Netzwerkspezialist muss nun
das entsprechende Mindestniveau sorgfältig auswählen. Beispielsweise kann die
versehentliche Einbeziehung eines Telefonkabels, das den höher leistenden
LAN-Kabeln physisch ähnelt, jedoch
unannehmbare Bandbreiten- und Nebensprecheigenschaften aufweist,
in einen Abschnitt des Netzwerks zu einer nicht funktionierenden
Netzwerkverbindung führen.
-
Zu
kritischen Netzwerkparametern, die dem Netzwerkspezialisten bekannt
sein müssen,
gehört
die Netzwerkbandbreite (die hinsichtlich der Signaldämpfung gegenüber der
Frequenz gemessen wird) und das Nebensprechen am nahen Ende (gemeinhin
als „NEXT" bezeichnet) zwischen
verdrehten Paaren, die Übertragungsleitungen
in dem Verbindungskabel bilden, das ebenfalls abhängig von
der Frequenz variiert. Dämpfung
und NEXT beeinflussen das Signal-Rauschen-Verhältnis,
einen wichtigen Indikator der Qualität der Übertragungsleitungen. In dem
Signal-Rauschen-Verhältnis ist
NEXT der kritischste Parameter und wird direkt durch die Verarbeitungsqualität beeinflusst.
Die Begriffe NEXT und Nebensprechen werden austauschbar verwendet,
da die Nebensprechmessungen in diesem Zusammenhang an dem nahen
Ende der Verbindung auftreten, an dem die ungünstigsten Signal-Rauschen-Bedingungen auftreten.
-
Nebensprechen
ist ein Maß des
Isolationspegels zwischen zwei beliebigen verdrehten Leitungspaaren in
einem LAN-Kabel.
Das Aufrechterhalten eines spezifischen Mindestpegels der Nebensprechisolation
ist wichtig, um die Störung
zwischen benachbarten verdrehten Leitungspaaren zu verhindern und
die Netzwerkzuverlässigkeit
zu erhalten. Die Industriearbeitsgruppe Telecommunications Industry
Association (TIA) hat einen Standard für die Nebensprechmessung veröffentlicht,
allgemein als TSB 67 bezeichnet, der einen Mindestpegel der Nebensprechisolation über einen
Frequenzbereich von 1 bis 100 Megahertz festlegt. Der Nebensprechstandard
definiert im Wesentlichen eine Grenzlinie zwischen Durchlass und
Scheitern, sowohl für Basisverbindungen
als auch für
Kanalkonfigurationen. LAN-Kabelnetzwerke mit einem Nebensprechaufkommen,
das bei jeder Frequenz schlechter als die Grenzlinie ist, werden
als Scheitern betrachtet. Bei der Wartung eines dem TIA-Standard
entsprechenden LAN-Kabelnetzwerks kann sich der Netzwerkspezialist
hinreichend auf die volle Netzwerkleistung ohne signifikante Fehlerbeiträge aus dem
Nebensprechen zwischen verdrehten Leitungspaaren verlassen.
-
Eine
Verbindungsleitung oder ein Verbindungskabel ist die Anordnung eines
flexiblen Verbindungskabels mit einem Stecker an jedem Ende. Verbindungskabel
sind ein wesentlicher Bestandteil einer Verbindungsstrecke, die
eine Arbeitsstation und andere LAN-Anlagen verbindet.
-
Die
Verbindungsstrecke beginnt mit dem Verbindungskabel an einem Ende
der Verbindungsstrecke. Der Stecker des Verbindungskabels schließt an die
Buchse des festen Verdrahtungsabschnitts des Gebäudes an. An dem anderen Ende
endet das Kabel in einer Buchse und ein weiteres Verbindungskabel
wird zum Anschluss an die Anlagen oder die Netzwerkschnittstelle
an dem anderen Ende verwendet. Stecker und Buchsen sind beides Anschlüsse und,
obwohl Stecker in Buchsen aufgenommen werden, können die Begriffe austauschbar
verwendet werden.
-
Die
feste Verdrahtung eines Gebäudes
(die Konfiguration ist oftmals die Basisverbindung wie in dem Standard
TSB 67 definiert) kann selbst geprüft werden, um die Verarbeitungsqualität und die
Qualität
der die feste Verdrahtung eines Gebäudes bildenden Komponenten
zu bestimmen. Beim Installieren der Anlagen werden Nutzerverbindungskabel
verwendet, um die Endverbindungen an jedem Ende bereitzustellen.
Häufig
wird die Ende-zu-Ende-Verbindung (welches die „Kanal"-Konfiguration
nach TSB 67 ist) nicht geprüft.
-
Es
hat sich herausgestellt, dass die Qualität der Verbindungskabel an jedem
Ende der Ende-zu-Ende-Verbindung
eine sehr signifikante Auswirkung auf die Gesamtübertragungsqualität der Verbindungsstrecke hat.
Obwohl das Kabel und die Stecker, die das Verbindungskabel bilden,
selbst den entsprechenden Nebensprechstandards entsprechen, kann
das zusammengesetzte Verbindungskabel, wenn es als Teil einer Nutzer-Verbindungsstrecke
eingesetzt wird, dazu führen,
dass diese Nutzerverbindungskonfiguration dem Standard nicht mehr
genügt.
Außerdem
ist das Verbindungskabel aufgrund seiner physischen Beanspruchung
in Nutzerarbeitsgebieten oftmals der physischen Fehlbedienung ausgesetzt.
Verbindungskabel werden in der Regel in vorbestimmten Längen hergestellt und
verkauft, beispielsweise zwei Meter, wobei die modularen Stecker
(RJ-45) an beiden Enden des flexiblen Verbindungskabels installiert
sind.
-
Die
Qualität
der Verbindung zwischen jedem der verdrehten Leitungspaare des Verbindungskabels
zu den Kontakten in den Anschlüssen
an jedem Ende wird zusammen als Verarbeitungsqualität bezeichnet.
Die Verarbeitungsqualität
der Verbindung von dem Verbindungskabel zu den Steckern ist für die Gesamtleistung der
Nutzerverbindungsstrecke kritisch. Es ist wünschenswert, dass das Verbindungskabel
durch den Hersteller des Verbindungskabels geprüft wird, um eine zufrieden
stellende Verbindungleistung von Ende zu Ende mit hoher Gewissheit
sicherzustellen, wenn dieses Verbindungskabel mit der festen Verdrahtung
in einem Gebäude,
welche separat getestet wurde, verwendet wird.
-
Sowohl
in Laborumgebung als auch im Einsatzgebiet bestehen erhebliche Schwierigkeiten,
ein Verbindungskabel mit einem annehmbaren Grad an Genauigkeit zu
messen, um die Übereinstimmung
einer Verbindung mit den Anforderungen der Industriestandards sicherzustellen,
wenn ein Verbindungskabel in einer Nutzerverbindung verwendet wird.
Testinstrumente, die analoge Messtechniken mit Schwenkfrequenz einsetzen,
ermöglichen
keine Entfernung von Reflexionen zwischen dem nahen Ende und dem
fernen Ende des Verbindungskabels sowie zusätzlicher parasitärer Kupplungseffekte,
die aus den sich möglicherweise
zwischen den Leitungspaaren entwickelnden Common-Mode-Signalen entstehen.
Die Industriestandards für
Verbindungskabel, die gegenwärtig
entwickelt werden, verwenden Laborgüten-Vektornetzwerkanalysierer,
die in der Regel umfangreich, teuer und für Dienstumgebungen nicht geeignet
sind. Zur Bestimmung der Verarbeitungsqualität der Verbindung von dem Verbindungskabel
zu den Steckern müssen
ausgeklügelte
Entbettungtechniken eingesetzt werden. Diese Techniken sind bei
den hohen Produktionsvolumina in der Herstellungsumgebung zur Steuerung
der Verarbeitung nicht leicht einsetzbar und wiesen begrenzte Korrelationen
mit der Leistung von Verbindungskabeln auf, wenn diese in einer
Verbindung eingesetzt werden.
-
In
der US-Patentschrift Nr. 5,532,603, CROSS-TALK MEASUREMENT APPARATUS
WITH NEAR-END COMPENSATION, ausgegeben am 2. Juli 1996 an Jeffrey
S. Bottman, Bevollmächtigter
der Fluke Corporation, werden die Nebensprecheffekte des Anschlusses
des nahen Endes, der direkt an das Testinstrument gekoppelt ist,
separat von dem übrigen
LAN-Kabelsystem gemessen und dann mathematisch von der Nebensprechmessung
des LAN-Kabelsystems
subtrahiert. Diese Technik macht sich den Umstand zunutze, dass,
obwohl die Nebensprecheigenschaft eines gegebenen Anschlusses des
nahen Endes unbekannt ist, seine physische Position und entsprechende
Position in dem Zeitdatensatz bekannt sind, was die separate Messung
der Nebensprecheffekte des Anschlusses des nahen Endes ermöglicht.
Während
einer Nebensprechmessung werden die Nebensprecheffekte des Netzwerkanschlusses
des nahen Endes, der mit dem Testinstrument gekoppelt ist, gemessen
und dann von der zusammengesetzten Messung, die sowohl den Anschluss
des nahen Endes als auch das übrige
LAN-Kabelsystem enthält,
mathematisch subtrahiert, wodurch nur das Ansprechverhalten des
LAN-Kabelsystems für
eine exaktere Messung übrig
bleibt.
-
Verbindungskabel
weisen wesentlich anders gelagerte Messprobleme auf als jene eines
typischen LAN-Kabelsystems.
Bei einer typischen Länge
von zwei Metern sind Verbindungskabel erheblich kürzer als
ein typisches LAN-Kabelsystem. Da die Anschlüsse an beiden Enden des Verbindungskabels
in der Regel die größte Auswirkung
auf das Nebensprechen aufweisen, ohne eine signifikante Menge an
physischer Trennung und elektrischer Dämpfung zur Reduzierung der
Effekte der Reflexion von Impedanzfehlanpassung und übermäßigem Nebensprechen
von Common-Mode-Signalen, die sich zwischen den Anschlüssen hin-
und herbewegen, wird es notwendig, das Nebensprech-Ansprechverhalten
des nahen Endes, das dem nahen Ende und dem fernen Ende des Verbindungskabels
zuzuordnen ist, in dem Zeitbereich zu trennen, um die Verarbeitungsqualität an jedem
Ende des Verbindungskabels genau zu bestimmen. Da das Phasenverhältnis zwischen dem
Nebensprechen zwischen dem nahen Ende und dem fernen Ende des Verbindungskabels
im Wesentlichen zufällig
und unbekannt ist, kann es zu Spannungsaufhebung und Verstärkung zwischen
dem Nebensprechansprechverhalten des nahen Endes, das dem nahen
Ende und dem fernen Ende des Verbindungskabels zuzuordnen ist, kommen,
wodurch die Genauigkeit der Messung der Verarbeitungsqualität verringert
wird. Zur Ausführung
der Trennung zwischen den beiden Nebensprechansprechverhalten des
nahen Endes sind Nebensprechmessungen an jedem Ende des Verbindungskabels
notwendig.
-
Daher
wäre es
wünschenswert,
ein Testinstrument für
LAN-Kabel bereitzustellen, das das Nebensprechansprechverhalten
eines LAN-Verbindungskabels über den
erwünschten
Frequenzbereich von 1 bis 100 Megahertz misst und die Auswirkungen
der Reflexionen und das übermäßige Nebensprechen
von dem entgegengesetzten Ende des Verbindungskabels entfernt, um
Nebensprechmessung ausreichender Genauigkeit zu erhalten, um an
jedem Ende des Verbindungskabels die Qualität des Anschlusses und der Kabelkombination
zu bestimmen, die gemeinsam als Verarbeitungsqualität bezeichnet
werden. Es wäre
wünschenswert, eine Ferneinheit
bereitzustellen, die in Verbindung mit und als eine Erweiterung
des Testinstruments an dem fernen Ende des Verbindungskabels fungiert,
um einen vollautomatischen Test des Verbindungskabels zu erzielen,
ohne die Verbindungskabelenden umkehren zu müssen.
-
Kurze Darstellung
der Erfindung
-
Aspekte
der Erfindung werden den beigefügten
Ansprüchen
bereitgestellt.
-
In Übereinstimmung
mit bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung stellt ein impulsbasiertes LAN-Kabel-Testinstrument
eine Messung der Nebensprecheigenschaften eines LAN-Verbindungskabels
in Abhängigkeit
von der Frequenz bereit, um seine relative Leistung und Verarbeitungsqualität auszuwerten.
-
Ein
LAN-Kabel-Testinstrument legt ein Testsignal in Form von schmalbandigen
Impulsen an eine ausgewählte Übertragungsleitung
eines LAN-Verbindungskabels an, während das in einer anderen Übertragungsleitung
in demselben LAN-Verbindungskabel hervorgerufene Nebensprech-Ansprechverhalten
gemessen und als ein Impulsansprechverhalten des nahen Endes in
einem digitalen Speicher gespeichert wird. Eine Ferneinheit, die
im Zusammenwirken mit dem Testinstrument funktioniert, wird eingesetzt,
um die Nebensprechleistung des Anschlusses des fernen Endes des
Verbindungskabels zu messen, um ein Impulsansprechverhalten des
fernen Endes zu erzeugen, ohne die Verbindungskabelanschlüsse mit
dem Testinstrument umkehren zu müssen.
-
Da
keine digitale Kompensation des Nebensprechens des Anschlusses des
nahen Endes vorliegt, muss der Anschluss des Testinstruments und
der Anschluss der Ferneinheit vorher festgelegt werden, um eine vorbestimmte
Menge von Nebensprechen bereitzustellen, wenn sie an einen Nominalanschluss
angeschlossen sind. Das NEXT einer 3,6 bis 4,5 Paarkombination wird
allgemein als der ungünstigste
Fall in einem modularen Anschluss (RJ-45) angesehen. Der Standard
TIA/EIA-568-A Abschnitt B.5 enthält
detaillierte Informationen über
die Vorgehensweise zum Konstruieren eines Bezugssteckers und Anforderungen
für NEXT,
wenn es alleine geprüft
wird. Zum Zwecke des Vorfestlegens der Instrumentenbuchse sollte
der Stecker 40,5 dB + 0,5 dB bei 100 Megahertz für die 3,6 bis 4,5 Paarkombination
aufweisen. Wenn dieser Stecker mit dem Instrumentenanschluss verbunden
wird, sollte das so erhaltene NEXT 40,5 + 0,5 dB bei 100 Megahertz
für dieselbe Paarkombination
aufweisen.
-
Engere
Toleranzen und extensivere Vorgehensweisen als in TIA/EIA-568-A
liefern Potenzial für
höhere
Genauigkeit. Es ist möglich,
dass die Abweichung zwischen dem Zeitansprechverhalten von einer
Nominalbuchse und der tatsächlichen
Testinstrumentbuchse in einen Kalibrierungsspeicher gespeichert
wird und die gemessenen Zeitansprechverhalten von den tatsächlichen
Verbindungskabeln mit dieser Abweichung korrigiert werden. Diese
Verfeinerung wurde nicht verwendet, da es möglich war, die Leistung der
Instrumentenbuchse so zu steuern, dass sie annehmbar nahe an den
oben gezeigten Nominalwerten war.
-
Bei
jeder Messung werden Zeitdatensätze
für das
Impulsansprechverhalten des nahen Endes und des fernen Endes über eine
Serie von Messungen unter Verwendung einer sequenziellen Abtasttechnik
aufgebaut, um die effektive zeitliche Auflösung der Messung zu verbessern.
In dem Zeitdatensatz des Impulsansprechverhaltens des nahen Endes
sind die Impulsansprechverhalten des nahen Endes und des fernen
Endes getrennt, wobei das Ansprechverhalten des fernen Endes verworfen
wird. Analog sind die in dem Zeitdatensatz des Impulsansprechverhalten
des fernen Endes die Impulsansprechverhalten des fernen Endes und
des nahen Endes getrennt, wobei das Ansprechverhalten des nahen
Endes verworfen wird.
-
Das
Testinstrument erhält
dann eine Frequenzbereichdarstellung des Nebensprechansprechverhaltens
des nahen Endes und des Nebensprechansprechverhaltens des nahen
Endes, das dem fernen Ende des Verbindungskabels zuzuordnen ist,
indem es eine diskrete Fourier-Transformation jeweils an den Zeitdatensätzen des
Impulsansprechverhaltens des nahen Endes bzw. des Impulsansprechverhaltens
des fernen Endes durchführt,
um Informationen des Nebensprechens gegenüber der Frequenz bereitzustellen.
Die Frequenzbereichdarstellungen können dann mit einer Spezifikationsgrenzlinie
verglichen werden, um eine Durchlass-Scheitern-Entscheidung zu erhalten,
welche dem Nutzer des Instruments, in der Regel durch Verwenden einer
visuellen Anzeige, die in dem Testinstrument enthalten ist, kommuniziert
wird. Auf diese Weise kann die Verarbeitungsqualität für jedes
Ende des Verbindungskabels separat und durch diesen Trennungsprozess
mit verbesserter Genauigkeit ausgewertet werden.
-
Es
ist wünschenswert,
ein Testinstrument bereitzustellen, das in der Lage ist, das Nebensprechen
zwischen Übertragungsleitungen
eines LAN-Verbindungkabels
zu messen.
-
Es
ist ferner wünschenswert,
ein Testinstrument bereitzustellen, das in der Lage ist, das Nebensprechen
eines Anschlusses des nahen Endes und eines Kabels eines LAN-Verbindungskabels
in Abhängigkeit von
der Frequenz zu messen.
-
Es
ist ferner wünschenswert,
ein Testinstrument bereitzustellen, das in der Lage ist, das Nebensprechen
eines LAN-Verbindungskabels unter Verwendung einer impulsbasierten
Messung zu messen, um die Nebensprecheffekte des nahen Endes, die
dem nahen Ende und dem fernen Ende des Verbindungskabels zuzuordnen
sind, zu trennen.
-
Es
ist ferner wünschenswert,
ein Testinstrument bereitzustellen, das in Verbindung mit einer
Ferneinheit betrieben wird, welche an gegenüberliegenden Enden eines Verbindungskabels
gekoppelt sind, um einen automatischen Test des Verbindungskabels
zu erzielen.
-
Weitere
Merkmale, Leistungen und Vorteile werden dem Fachmann beim Lesen
der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
ersichtlich.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine Darstellung eines LAN-Kabel-Testinstruments
und einer Ferneinheit, die mit dem nahen Ende bzw. dem fernen Ende
eines LAN-Verbindungskabels
gekoppelt ist;
-
2 ist
ein schematisches Diagramm des LAN-Verbindungskabels aus 1,
das durch das LAN-Kabel-Testinstrument
und die Ferneinheit getestet wird;
-
3 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm des LAN-Kabel-Testinstruments aus 1;
-
4A-B
ist ein Flussdiagramm des Gesamtmessprozesses, der durch das LAN-Kabel-Testinstrument aus 1 eingesetzt
wird;
-
5 ist
ein Schaubild, das die Trennung der Impulsansprechverhalten des
nahen Endes und des fernen Endes zeigt; und
-
6 ist
ein Schaubild, das das NEXT-Ansprechverhalten
gegenüber
Frequenz des LAN-Verbindungskabels
darstellt, wie aus dem Zeitdatensatz aus 5 nach Trennung
des Impulsansprechverhaltens des fernen Endes berechnet.
-
Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
-
1 ist
eine (nicht maßstabsgetreue)
Darstellung eines Testinstruments 10 und einer Ferneinheit 12, die
an das nahe Ende bzw. das ferne Ende eines Verbindungskabels 14 gekoppelt
sind. Die Begriffe „Nebensprechen
des nahen Endes" und „Nebensprechenansprechverhalten
des nahen Endes" werden
verwendet, um das Nebensprechen und das Nebensprechenansprechverhalten
zu bezeichnen, die an dem Ende des Verbindungkabels gemessen werden,
an dem das jeweilige Signal gesendet wird. Andernfalls werden die
Begriffe „nahes
Ende" und „fernes
Ende" konventionsgemäß verwendet,
um die jeweiligen Enden eines LAN-Verbindungskabels zu bezeichnen,
wobei das nahe Ende an das Testinstrument 10 gekoppelt
ist und das ferne Ende das gegenüberliegende
Ende ist. Das Testinstrument 10 ist über einen Anschluss des nahen
Endes 16 und ein Kabel 18 an den Anschluss des
fernen Endes 20 gekoppelt. Der Anschluss des nahen Endes 16 und
der Anschluss des fernen Endes 20 sind in der Regel modularartige
Anschlüsse
gemäß dem internationalen
Standard IEC 603-7 mit Anschlusszuweisungen des Typs „RJ-45", was als modularer
(RJ-45) Anschluss bezeichnet wird. Modulare (RJ-45) Anschlüsse können in
Form von Anschlüssen
oder Buchsen vorliegen. Zusammengehörige Stecker und Buchsen werden
als Verbindung betrachtet. In fast allen Fällen handelt es sich bei dem Anschluss
des nahen Endes 16 und dem Anschluss des fernen Endes 20 um
modulare Stecker, die in modularen Buchsen in dem Testelement 10 und
der Ferneinheit 12 aufgenommen werden.
-
Um
das Verbindungskabel 14 vollständig zu testen, müssen die
NEXT-Messungen sequenziell von jedem Ende des Verbindungskabels 14 ausgeführt werden.
In der bevorzugten Ausführungsform
werden zur Vereinfachung des Testens sowohl des Anschlusses des
nahen Endes als auch des Anschlusses des fernen Endes durch das
Verbindungskabel 14 die Ferneinheit 12 an den
Anschluss des fernen Endes 20 wie in 1 gezeigt
gekoppelt. Die Ferneinheit 12 führt dieselbe Gruppe von Messfunktionen
wie das Testinstrument 10 auf eine koordinierte Weise aus,
so dass die Messungen zu einer voneinander unterschiedlichen Zeit
ausgeführt
werden, um Störungen
zwischen den jeweiligen Messungen zu verhindern. Die Verarbeitung
der Messinformation zum Erzeugen von Messergebnissen von den Messungen
des fernen Endes kann entweder mit dem Testinstrument 10 oder
der Ferneinheit 12 stattfinden. Die Ferneinheit 12 macht
das vollständige
Testen des Verbindungskabels 14 zweckmäßiger.
-
2 ist
ein schematisches Diagramm, das das Verbindungskabel 14 für die Zwecke
einer Nebensprechmessung elektrisch definiert. Das Verbindungskabel 14 besteht
in der Regel aus vier verdrehten Leitungspaaren (nicht gezeigt)
in dem Kabel 18, die als parallele Übertragungsleitungen fungieren.
Die Leitungspaare sind zusammen in dem Kabel 18 derartig
verdreht, dass sie die Signalisolation oder das Nebensprechen zwischen
zwei beliebigen Leitungspaaren maximieren. Beim Erzielen eines erwünschten
Nebensprechleistungsniveaus ist das Aufrechterhalten eines Kapazitätsgleichgewichts
und eines Gleichgewichts gegenseitiger Induktivität zwischen
jedem beliebigen Paar zweier verdrehter Paare in dem Verbindungskabel 14 wesentlich, so
dass Signalspannungen in einem verdrehten Paar keine Spannungen
in einem anderen verdrehten Paar hervorrufen. Dieses Kapazitätsgleichgewicht
und Gleichgewicht gegenseitiger Induktivität ist zunehmend kritischer
geworden, da die Frequenz der Signalspannung aufgrund höherer Datengeschwindigkeiten,
die durch das Verbindungskabel 14 gesendet werden, zugenommen
hat. Die Nebensprechleistung der Verbindungen jedes der Leitungspaare
in dem Kabel 18, welche zusammengenommen als Verarbeitungsqualität bezeichnet werden,
zwischen dem Kabel 18 und dem Anschluss des nahen Endes 16 und
dem Anschluss des fernen Endes 20 können aufgrund der physischen
Geometrie der einzelnen Leitungen, wenn sie von dem Kabel 18 getrennt
sind, um an den zugeordneten elektrischen Kontakt in dem Anschluss
des nahen Endes 16 und dem Anschluss des fernen Endes 20 angeschlossen
zu werden, eine wesentliche Auswirkung auf das Kapazitätsgleichgewicht
und das Gleichgewicht der gegenseitigen Induktivität haben.
Diese Anschlüsse
erfolgen in dem Gebiet 22 und in dem Gebiet 24 jeweils
wie in 2.
-
An
jedem Ende des LAN-Kabels 14 befinden sich der Anschluss
des nahen Endes 16 und der Anschluss des fernen Endes 20,
welche mit anderen LAN-Kabelanschlüssen verbunden
werden, um die erwünschten elektrischen
Anschlüsse
gemäß der Industriekonvention
herzustellen. Der Anschluss des nahen Endes 16 und der
Anschluss des fernen Endes 20 sind in der Regel modulare
Anschlüsse
(RJ-45), können aber
jeden einer Vielzahl von Kontaktanschlüssen umfassen, die für die bestimmte
Anwendung geeignet sind. Aufgrund von Verbesserungen in dem Kabel 18 ist
die Primärquelle
von Nebensprechen nun in der Regel der Anschluss des nahen Endes 16,
der Anschluss des fernen Endes 20 und die zugeordneten
Anschlüsse
des Kabels 18 in den Gebieten 22 und 24.
Ein auszuwertender kritischer Parameter in dem Verbindungskabel 14 ist
somit die Nebensprechleistung der zusammengesetzten Anschlüsse zwischen
dem Kabel 18 und dem Anschluss des nahen Endes 16 und
dem Anschluss des fernen Endes 20.
-
Das
Trennen der einzelnen Beiträge
zum Nebensprechen zwischen dem nahen Ende und dem fernen Ende ist
bei der Verwendung von Schwingfrequenztechniken mit kontinuierlicher
Welle (CW) problematisch aufgrund der erheblichen Reflexionen, die
in dem Verbindungskabel 14 hauptsächlich aufgrund des Anschlusses
des nahen Endes 16 und des Anschlusses des fernen Endes 20 vorliegen,
welche sich mit dem Nebensprechen verbinden, das wünschenswerterweise
gemessen werden soll, und in dem Frequenzbereich nicht leicht getrennt
werden können.
Bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung stellen ein Messverfahren auf der Basis
von Zeitbereich und Impulsgebung bereit, in dem die Nebensprechbeiträge vom nahen Ende
von denen des fernen Endes des Verbindungskabels 14 in
dem Zeitbereich wie im Folgenden eingehender beschrieben getrennt
werden können.
-
In 2 ist
das Verbindungskabel 14 elektrisch an den Instrumentenanschluss 102 des
Instruments 16 und den Ferneinheitanschluss 103 der
Ferneinheit 12 angeschlossen, um Verbindungen zu bilden.
Aufgrund der Ausbreitung elektrischer Signale durch Kabel bei einer
Geschwindigkeit, die mit verhältnismäßiger Genauigkeit
bekannt ist, in der Regel etwa 67% der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum,
können
Positionen entlang des Kabels hinsichtlich Zeit oder Entfernung
definiert werden. Pulsbasierte Messungen in dem Zeitbereich machen
von der Dualität
von Zeit und Entfernung Gebrauch, da die Positionen in dem Zeitdatensatz
des Impulsansprechverhaltens, die gesammelt werden, physischen Positionen
entlang des Verbindungskabels 14 eng korreliert werden
können.
-
Der
elektrische Abschnitt des Verbindungskabels 14 erstreckt
sich von der entsprechenden Verbindung an dem nahen Ende zu der
angeschlossenen Verbindung an dem fernen Ende des Verbindungskabels 14.
Beim Messen des Impulsansprechverhaltens des nahen Endes des Verbindungskabels 14 wird
nur eine bestimmte Länge
entlang des Verbindungskabels 14, die durch das Fenster
des nahen Endes 50 definiert wird, verwendet. Das Fenster
des nahen Endes 50 weist eine Länge auf, die so ausgewählt ist,
dass jedes Impulsansprechverhalten des fernen Endes nicht ausreichend
Zeit hatte, um sich zurück
zu dem nahen Ende des Verbindungskabels 14 zu verteilen
und die Messung des nahen Endes zu stören. Das Impulsansprechverhalten des
fernen Endes kann somit von dem Impulsansprechverhalten des nahen
Endes in dem Zeitbereich getrennt werden, was als Impulsspannung
gegenüber
der Zeit definiert wird. Ebenso weist ein Fenster des fernen Endes 52 ebenfalls
eine Länge
auf, die so gewählt
ist, dass jedes Impulsansprechverhalten des nahen Endes nicht ausreichend
Zeit hatte, um sich zurück
zu dem fernen Ende des Verbindungskabels 14 zu verbreiten
und die Messung des fernen Endes zu stören.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
kann das Fenster des nahen Endes 50 den gesamten Bereich des
Verbindungskabels 14 bis zu, aber ausschließlich des
Gebiets 24 und den Anschluss des fernen Endes 20 enthalten,
welche zu wesentlichen Reflexionen des fernen Endes neigen. Analog
kann das Ende des fernen Endes 52 das gesamte Gebiet des
Verbindungskabels 14 bis zu, aber ausschließlich des
Gebiets 22 enthalten und den Anschluss des nahen Endes 16,
welche zu wesentlichen Reflexionen des nahen Endes neigen. Das Fenster
des nahen Endes 50 kann so kurz sein, dass es nur den Anschluss
des nahen Endes 16 und das Gebiet 22 und das zugeordnete
Klingen abdeckt. Analog kann das Fenster des fernen Endes 52 so
kurz sein, dass es nur den Anschluss des fernen Endes 103 und
das Gebiet 24 und das zugeordnete Klingen abdeckt. Die
Mindestlänge
des Verbindungskabels 14, die in der bevorzugten Implementation
getestet werden kann, beträgt
ungefähr
1 Meter. Das Testen des Verbindungskabels 14 in kürzeren Längen kann
abhängig
von einem erwünschten
Genauigkeitsniveau der Nebensprechmessung, der Zeitauflösung der
Abtastungen, die durch den Digitalisierer 79 abgetastet
werden, der verfügbaren
Impulsbreite des Anregungssignals und der physischen Klingenzeit
aufgrund des Nebensprechens des Einflusses des nahen Endes 16 und
des Einflusses des fernen Endes 20 und der Verbindungen
in den Bereichen 22 und 24 und der Qualität der Signalschätzung möglich sein.
Diese Parameter können
einfach gegeneinander abgewogen werden und bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind dementsprechend mit einem entsprechenden
Expermientierungsmaß implementiert.
-
3 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm des Testinstruments 10 (in 1 gezeigt)
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Anschluss des nahen Endes 16 ist
an den Instrumentenanschluss 102 gekoppelt. Jedes einer
Gruppe von Leitungspaaren 104a-d, die in den Verbindungpaaren
enthalten sind, ist an den Anschluss 102 gemäß Industriekonvention
gekoppelt.
-
Damit
das Testinstrument 10 die Nebensprechmessung des nahen
Endes ordnungsgemäß ausführen kann,
müssen
der Instrumentenanschluss 102 und der Anschluss der Ferneinheit 103,
die beide in der Regel in Form einer modularen (RJ-45) Buchse vorliegen,
vorher festgelegt werden, um eine vorbestimmte Menge an Nebensprechen
bereitzustellen, um sie an einen nominalen modularen (RJ-45) Stecker
(nicht gezeigt) anzuschließen.
Der modulare Stecker weist bekannte Nebensprecheigenschaften auf,
wenn er den Anschluss des nahen Endes 16 während einer
Qualifikationsphase des Instrumentenanschlusses 102 und
des Anschlusses der Ferneinheit 103 ersetzt.
-
Da
es keine digitale Kompensation des Nebensprechens des Anschlusses
des nahen Endes gibt, müssen
der Anschluss des Testinstruments 102 und der Anschluss
der Ferneinheit 103 vorher festgelegt werden, um eine vorbestimmte
Menge von Nebensprechen bereitzustellen, wenn sie an den nominalen
modularen Stecker angeschlossen sind. Das NEXT einer 3,6 bis 4,5
Paarkombination wird allgemein als der ungünstigste Fall angesehen. Der
Standard TIA/EIA-568-A, Abschnitt B.5 enthält detaillierte Informationen
zur Vorgehensweise der Konstruktion eines Bezugssteckers und Anforderungen
für seinen
NEXT, wenn er selbst getestet wird.
-
Zum
Zwecke des vorher Festlegens des Instrumentenanschlusses 102 sollte
der nominale modulare Stecker 40,5 dB + 0,5 dB bei 100 Megahertz
für die
3,6 bis 4,5 Paarkombination aufweisen. Wenn der nominale modulare
Stecker mit dem Instrumentenanschluss 102 verbunden ist,
sollte das so erhaltene NEXT bei 40,5 + 0,5 dB bei 100 Megahertz
für dieselbe
Paarkombination aufweisen. Engere Toleranzen und extensivere Vorgehensweisen
als die in TIA/EIA-568-A, Abschnitt B.5 beschriebenen, liefern Potenzial
für höhere Genauigkeit. Es
ist möglich,
dass die Abweichung zwischen dem Zeitansprechverhalten einer nominalen
Buchse und der tatsächlichen
Testinstrumentbuchse in dem Kalibrierungsspeicher gespeichert werden
und die gemessenen Zeitansprechverhalten vom tatsächlichen
Verbindungskabel mit dieser Abweichung korrigiert werden. Diese Verfeinerung
wurde nicht verwendet, da es möglich
war, die Leistung des Instrumentenanschlusses 102 so zu steuern,
dass sie an nahe an den oben gezeigten Nominalwerten lag. Der Anschluss
der Ferneinheit 103 wird im Wesentlichen auf dieselbe Weise
vorher festgelegt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Prozess des
vorher Festlegens des Instrumentenanschlusses 102 nicht
derselbe wie die Kalibrierungsphase des Testinstruments 10 ist,
wie im Folgenden eingehender beschrieben.
-
Die
Leitungspaare 104a-d werden ferner an eine Schaltungsmatrix 70 gekoppelt,
welche gezielt eines der Leitungspaare 104a-d an einen
Ausgang eines Impulsgenerators 72 koppelt und ein anderes
der Leitungspaare 104a-d gezielt an einen Eingang einer
Abtast-und-Halten-Schaltung (S/H) 74 koppelt, welche einen
an dem Eingang vorliegenden Spannungspegel bei Empfang eines Signals
an einem Steuereingang erfasst. Jedes Leitungspaar ist im Wesentlichen
eine ausgeglichene Übertragungsleitung.
Der Ausgang des Impulsgenerators 72 und der Eingang der
S/H 74 sind in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung nicht ausgeglichen oder nicht mit Bezugsspannung verbunden,
wodurch das Zufügen
von Transformatoren (nicht gezeigt) für jedes Leitungspaar notwendig
macht, um von einer ausgeglichenen zu einer nicht ausgeglichenen Übertragungsleitung
zu konvertieren. Die Leitungspaare 104a-d werden als einzelne
Leitungen gezeigt, da jedes Paar eine einzelne Übertragungsleitung darstellt.
-
Der
Impulsgenerator 72 sendet bei Empfang eines Signals an
einem Steuereingang ein Anregungssignal in Form von Anregungsimpulsen,
bei denen es sich um schmalbandige quadratische Pulse handelt. Die durch
den Impulsgenerator 72 bereitgestellten Anregungspulse
weisen eine ausreichend enge Impulsbreite auf, um Signalenergie über den
interessierenden Frequenzbereich bereitzustellen. In der bevorzugten
Ausführungsform
wurde eine Impulsbreite von fünf
Nanosekunden gewählt,
um ein Anregungssignal für
Messungen im Bereich von 1 bis 100 Megahertz zum Testen des Verbindungskabels
bereitzustellen.
-
Ein
Ausgang der Abtast-und-Halten-Schaltung wird an einen Eingang eines
Analog/Digital-Umwandlers (ADC) 76 gekoppelt, der bei Empfang
eines Signals an einem Steuereingang den von der S/H 74 empfangenen
Spannungspegel digitalisiert. Ein Ausgang des ADC 76 wird
an einen Akquisitionsspeicher 78 gekoppelt, der die digitalen
Messungen als ein digitaler Zeitdatensatz bei Empfang eines Signals
an einem Steuereingang speichert. Eine Akquisitionszeitsteuerung 80 wird
mit dem Steuereingang der S/H 74, dem ADC 76 und
dem Impulsgenerator 72 gekoppelt, um einen sich wiederholenden
digitalen Abtastprozess zu erleichtern, der eine höhere äquivalente
Abtastrate erzielt mit einem Minimum an Zeitgebungsfehlern durch
die koordinierte Erzeugung des Steuersignals bei den richtigen Zeiten
an den jeweiligen Steuereingängen
der S/H 74, des ADC 76 und des Impulsgenerators 72.
Die S/H 74, der ADC 76, die Akquisitionszeitsteuerung 80 und
der Akquisitionsspeicher 78 umfassen zusammen einen Digitalisierer 79,
der die empfangenen Impulsansprechverhalten unter Verwendung sich
wiederholender sequenzieller Abtastungen digitalisiert, um eine
höhere äquivalente
Abtastrate zu erzielen, als mit Echtzeitabtasttechniken einfach
erhältlich
ist.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beträgt
die äquivalente
Abtastraste des Digitalisierers 79 500 Megaabtastungen
pro Sekunde oder umgekehrt eine Zeitauflösung von 2 Nanosekunden pro
Punkt und die Anregungsimpulse weisen eine Mindestimpulsbreite von
5 Nanosekunden auf. Der Messprozess besteht dann darin, einen 4096-Punkt-Zeitdatensatz Abtastung
für Abtastung
mit einer Auflösung
von 2 Nanosekunden in dem Akquisitionsspeicher 78 bei einer
tatsächlichen
Abtastrate von ungefähr
4 Megahertz zusammenzusetzen. Eine diskrete Fouriertransformation
mit 4096 Punkten wird dann berechnet, um die Frequenzbereichdarstellung
des Zeitdatensatzes zu erhalten.
-
Ein
Mikroprozessor 82 steuert den Gesamtmessprozess und ist
an einen Steuereingang der Schaltungsmatrix 70 gekoppelt,
um die jeweiligen zu messenden Leitungspaare auszuwählen, und
mit einen Steuereingang der Akquisitionszeitsteuerung 80,
um den Akquisitionsprozess zu steuern. Der Mikroprozessor 82 ist
ferner mit einer Anzeige 86, einer Tastatur/Schalter 88,
einem Speicher 90 und einem digitalen Signalprozessor (DSP) 92 über einen
Instrumentenbus 84 gekoppelt. Der Instrumentenbus 84 enthält parallele
Daten- und Adressleitungen, um die Kommunikation zwischen den Geräten auf
eine auf dem elektronischen Gebiet wohlbekannte Art zu erleichtern.
Ein in dem Akquisitionsspeicher 78 gesammelter Zeitdatensatz
wird an den Speicher 90 zur Speicherung oder weiteren digitalen
Manipulation, wie beispielsweise durch Fouriertransformation, übertragen.
-
Der
DSP 92, eine spezielle Signalverarbeitungsschaltung, kann
anstelle des Mikroprozessors 82 verwendet werden, um einen
Zeitdatensatz in eine Frequenzbereichdarstellung unter Verwendung
einer diskreten Fourier-Transformationsfunktion
umzuwandeln. Der DSP 92 ist eine im Handel erhältliche
integrierte Signalverarbeitungsschaltung, die bei äquivalenten
Taktgeschwindigkeiten beim Durchführen von schnellen Fouriertransformationen
in der Regel schneller ist als ein allgemeiner Mikroprozessor. Die
Tastatur/Schalter 88 und die Anzeige 86 umfassen die Nutzerschnittstelle
des Instruments 10. Der Speicher 90 wird verwendet,
um digitale Zeitdatensätze,
Frequenzbereichdarstellungen und Instrumentkalibrierungsdaten zu
speichern, und kann aus einer einzigen integrierten Schaltung oder
mehreren integrierten Schaltungen unter Verwendung von auf dem elektronischen
Gebiet wohlbekannten Technologien umfassen.
-
Das
Blockdiagramm aus 3 für das Testinstrument 10 gilt
im Ganzen oder in Teilen auch für
die Ferneinheit 12. Die Ferneinheit 12 kann das
gesamte Blockdiagramm umfassen, wobei die Funktionen des Testinstruments 10 im
Wesentlichen dupliziert werden. Alternativ kann die Ferneinheit
nur die Abschnitte des Blockdiagramms umfassen, die zur Ausführung einer
Messung und zum Erhalten eines Zeitdatensatzes wesentlich sind.
Diese reduzierte Funktionalität
in der Ferneinheit 12 kann leicht erzielt werden, indem
sie nur den Anschluss der Ferneinheit 103, einen Digitalisierer 79', einen Impulsgenerator 72' und eine Schaltungsmatrix 70' (nicht gezeigt)
umfasst, wenn die Weiterverarbeitung in dem Testinstrument 10 ausgeführt wird.
Ein Mittel zum Koppeln des von dem Digitalisierer 79' gesammelten
Zeitdatensatzes zurück
zu dem Testinstrument 10 müsste bereitgestellt werden.
Es ist wünschenswert,
dass die Ferneinheit 12 ferner bei der Zeitgebung ihrer jeweiligen
Messungen und beim gemeinsamen Verwenden der Ergebnisse mit dem
Testinstrument 10 kommuniziert, um einen integrierten Test
des Verbindungskabels 14 zu erzielen. In der bevorzugten
Ausführungsform
findet diese Kommunikation zwischen dem Testinstrument 10 und
der Ferneinheit 12 über
das Verbindungskabel 14 statt.
-
4A-B
umfassen zusammen ein Flussdiagramm des Gesamtmessprozesses, der
durch das Testinstrument 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. 4A deckt
die Kalibrierungsphase des Testinstruments ab, die die Schritte
des Einführens
und Messens eines Kalibrierungsartefakts für jedes gegebene Paar von Übertragungsleitungen,
und das Erhalten von Normalisierungsdaten umfasst, die in dem Speicher 92 (in 3 gezeigt)
gespeichert werden können.
Die Kalibrierungsphase ist notwendig, um eine Messung des Testsignals,
das durch den Impulsgenerator 72 erzeugt wird, zu erhalten,
wie von dem Digitalisierer 79 gemessen. 4B deckt
die Messphase ab, die die Schritte des Messens des Impulsansprechverhaltens
des nahen Endes über
das Fenster des nahen Endes des Verbindungskabels umfassen, das
Berechnen des NEXT über
den erwünschten
Frequenzbereich und das Vergleichen des NEXT mit einer vorbestimmten
Grenzlinie. Das Impulsansprechverhalten des nahen Endes wird gegenüber den
Normalisierungsdaten normalisiert, um eine NEXT-Messung höherer Genauigkeit zu erhalten.
-
Das
Erhalten eines zusammengesetzten Nebensprechansprechverhaltens erfordert
die Verwendung einer beträchtlichen
Menge von Datenspeicherung und mathematischer Manipulation. Zwei
Haupttypen von Datensätzen
werden in den bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eingesetzt: Zeitbereichdatensätze und
Frequenzbereichdatensätze.
Frequenzbereichdatensätze
stehen mit ihren äquivalenten Zeitbereichdatensätze über die
Fouriertransformation in Beziehung und die Daten liegen in Form
komplexer Zahlen mit realen und imaginären Komponenten vor. Zeitbereichdatensätze enthalten
nur reale Daten ohne imaginäre
Komponenten. Konventionsgemäß werden
den Zeitbereichdatensätze
Namen in Kleinbuchstaben zugeordnet und den äquivalenten Frequenzbereichdatensätzen werden
dieselben Namen zugeordnet, aber in Großbuchstaben.
-
Die
folgende Tabelle fasst alle Variablen zusammen, die für die in
4A-B
erläuterten
Messprozessschritte relevant sind. Jede der Variablen stellt eine
Datenserie bereit, die als eine Arraydatenstruktur mit individuellen
Datenpunkten gespeichert werden, die normalerweise unter Verwendung
von Indizes auf eine Weise, die im Computerbereich wohlbekannt ist,
zugreifbar sind.
norm – | Zeitdatensatz
des |
| Kalibrierungsimpulsansprechverhaltens, |
| der
erhalten wird, wenn die |
| Übertragungs-
und Empfangskanäle |
| miteinander
verbunden ist, wobei sich |
| „norm" auf Normalisierungsdaten
bezieht |
NORM – | Frequenzbereichdarstellung
von norm, die |
| den
Bezugspegel von 0 db zum |
| Normalisieren
von Nebensprechmessungen |
| darstellt,
wobei sich „NORM" auf |
| Normalisierungsdaten
bezieht. |
cut – | Zeitdatensatz
des |
| Impulsansprechverhaltens
des LAN- |
| Kabelsystems,
wobei der |
| Übertragungskanal
mit einer |
| Übertragungsleitung
gekoppelt ist und |
| der
Empfangskanal mit einer weiteren |
| Übertragungsleitung
gekoppelt ist, wobei |
| sich „cut" auf ein getestetes
Kabel |
| (cable
under test) bezieht. |
CUT – | Frequenzbereichdarstellung
von cut, |
| wobei
sich CUT auf ein getestetes Kabel |
| bezieht. |
NCR – | Normalisiertes |
| Nebensprechansprechverhalten,
das das |
| Verhältnis von
CUT zu NORM ist. |
PCNXT
- | Nebensprechansprechverhalten
des nahen |
| Endes
des Verbindungskabels, wobei es |
| sich
um NCR ausgedrückt
in Dezibel |
| handelt. |
-
Unter
Bezugnahme nun auf 4A beginnt der Messprozess gemäß den bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit einem Schritt 200, der mit
START bezeichnet ist, in dem das Testinstrument 10 (in 3 gezeigt)
zunächst
gestartet und initialisiert werden kann.
-
Schritt 202,
der mit DURCHGANGSANSCHLUSS EINFÜHREN
bezeichnet ist, ist ein Instrumentkalibrierungsprozess, in dem die
durch den Impulsgenerator 72 über die Übertragungsleitung (in 3 gezeigt) erzeugten
Impulse mit 5 Nanosekunden Breite über einen Durchgangsanschluss
(nicht gezeigt) an die Empfangsleitung und die S/H 74 gekoppelt
werden. Der Durchgangsanschluss weist einen im Wesentlichen verlustlosen
Bezugsanschluss von 0 dB auf, der den Anschluss 16 während der
Kalibrierungsphase des Testinstruments 10 ersetzt und eine
direkte elektrische Verbindung zwischen einer ausgewählten Kombination
von Leitungspaaren umfasst, die ausgewählt werden, um der Einstellung
der Schaltungsmatrix 70 zu entsprechen. Die Kalibrierungsphase
kann nur nach Bedarf und in der Regel auf jährlicher Basis als Teil eines
vorbestimmten Kalibrierungsplans ausgeführt werden.
-
In
Schritt 204, der mit DURCHGANGSANSCHLUSS MESSEN bezeichnet
ist, misst das Testinstrument 10 die durch den Impulsgenerator 72 (in 3 gezeigt)
erzeugten Impulse, um einen normalisierten Zeitdatensatz des Impulsansprechverhaltens
zu erhalten. Die Zeitdatensatz des Kalibrierungsimpulsansprechverhaltens,
der den gemessenen Datensatz mit 4096 Punkten des Impulsansprechverhaltens
enthält,
wird symbolisch „norm" genannt und in dem
Speicher 90 gespeichert. Jeder Zeitdatensatz des Impulsansprechverhaltens
ist eine symbolische Darstellung der Amplitudendaten, die als Zeitdatensatz
in Form einer Arraydatenstruktur mit individuellen Datenpunkten
in dem Array, auf die über
einen Arrayindex zugegriffen werden kann, gespeichert werden.
-
In
Schritt 206, der mit KALIBRIERUNGSDATEN BERECHNEN bezeichnet
ist, wird die Frequenzdarstellung des Zeitdatensatzes des Kalibrierungsimpulsansprechverhaltens
unter Verwendung einer schnellen Fouriertransformation auf eine
Weise, die in dem elektronischen Gebiet wohlbekannt ist, unter Verwendung des
DSP 92 (in 3 gezeigt) oder alternativ unter
Verwendung des Mikroprozessors 82 berechnet. In der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beträgt
die ausgewählte
Länge des
Datensatzes des Impulsansprechverhaltens 4096 Punkte, was
einen Potenz von 2 darstellt, um die schnelle Fouriertransformation
(FFT) zu erleichtern, eine effiziente Implementierung des diskreten
Fouriertransformationsalgorithmus, der durch die DSP 92 eingesetzt
wird.
-
NORM
(in Großbuchstaben)
ist die Frequenzbereichdarstellung des Zeitdatensatzes des Ansprechverhaltens
des Kalibrierungsimpulses, welche die Kalibrierungsdaten des Instruments 10 darstellt.
Die Kalibrierungsdaten, die in NORM enthalten sind, sind komplexe
Werte, die abhängig
von der Frequenz variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung würde
normalerweise eine Gruppe von Kalibrierungsdaten erhalten und in
dem Speicher 90 für
jede gemessene Kombination verdrehter Paare gespeichert werden.
-
In
Schritt 203, der mit KALIBRIERUNGSDATEN IN SPEICHER SPEICHERN
bezeichnet ist, werden die Kalibrierungsdaten in dem Speicher 90 (in 3 gezeigt)
gespeichert. Der DSP 92 erzeugt Datendateien, die komplexe
Zahlen enthalten, welche reale und imaginäre Komponenten umfassen, die
als NORM in dem Speicher 90 als Arraydatenstrukturen gespeichert
werden. Die Schritte 202, 204, 206 und 208 zum
Erhalten von Kalibrierungsdaten werden in der Regel als Fabrikkalibrierung
des Testinstruments 10 ausgeführt, und die NORM Daten werden
in dem Speicher 90 auf semipermanenter Basis bis zur nächsten Instrumentkalibrierung gespeichert.
Eine typische Periode zwischen Fabrikkalibrierungen beträgt in der
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zwölf
Monate.
-
Unter
Bezugnahme nun auf 4B beginnt die Messphase mit
einem Schritt 210, der mit VERBINDUNGSKABEL MESSEN bezeichnet
ist. Dieselben ausgewählten
Leitungspaare, die den in den Schritten 202-208 (in 4A)
für die
Kalibrierungsmessung ausgewählten
Leitungspaaren entsprechen, werden für die Messung in dem Schritt 210 ausgewählt. In
dem Schritt 210 wird das Verbindungskabel 14 an
das Testinstrument 10 durch Anschließen des Anschlusses 16 an
den Instrumentenanschluss 102 (in 3 gezeigt)
gekoppelt. Das nahe Ende des Verbindungskabels zwischen einem ersten
und einem zweiten Leitungspaar wird durch wiederholtes Abtasten
eines Stroms von Anregungsimpulsen gemessen, die von dem ersten
Leitungspaar empfangen werden, wie durch den Impulsgenerator 72 in
das zweite Leitungspaar induziert. Das durch die Anregungspulse
bei ausgewählten
Zeitintervallen induzierten Impulsansprechverhalten wird dann gemessen
und an der geeigneten Stelle in dem Zeitdatensatz des Akquisitionsspeichers 78 (in 3 gezeigt)
gespeichert. In der bevorzugten Ausführungsform wurde eine Anregungsimpulsbreite
von fünf
Nanosekunden gewählt,
da sie adäquate
Zeitauflösung
bereitstellt, die notwendig ist, um das Impulsansprechverhalten
des nahen Endes und des fernen Endes des Verbindungskabels 14 bei
einer gewünschten
Mindestlänge
zu trennen. Die vollständigen
Zeitdatensätze
des Impulsansprechverhaltens des Verbindungskabels 14 werden
dann im Speicher 90 als Arraydatenstrukturen entsprechend „cut" gespeichert, was „cable
under test" bedeutet.
-
In
Schritt 212, der mit IMPULSANSPRECHVERHALTEN DES NAHEN
ENDES UND DES FERNEN ENDES TRENNEN bezeichnet ist, wird das Nebensprechansprechverhalten
des nahen Endes des Verbindungskabels 14 in dem Fenster
des nahen Endes 50 (in 2 gezeigt)
von dem Impulsansprechverhalten des fernen Endes getrennt, welches
von der Messung verworfen wird. Das Nebensprechansprechverhalten
des nahen Endes des Verbindungskabels 14 kann von den in „cut" enthaltenen Daten
leicht extrahiert werden, da seine Stellung entlang des Paars von Übertragungsleitungen,
die durch das Leitungspaar dargestellt sind, bekannt ist und konstant
bleibt. Das Impulsansprechverhalten des fernen Endes variiert im
Gegensatz dazu entlang der Länge
des Verbindungskabels 14 und sein Phasenverhältnis mit
dem Impulsansprechverhalten des nahen Endes ist vorher unbekannt.
Daher ist es notwendig, das Impulsansprechverhalten an beiden Enden des
Verbindungskabels 14 zu messen, um die relevanten Impulsansprechverhalten
zu trennen, um das der Kabelverbindung an jedem Ende zugeordnete
NEXT zu berechnen und die Verarbeitungsqualität auszuwerten. Die Position
des Impulsansprechverhaltens des Nebensprechens gemäß dem Fenster
des nahen Endes 52 wird unter Verwendung des entsprechenden
Bereichs von Arrayindices der Impulsansprechverhaltendaten, die
in cut gespeichert sind, ausgewählt.
-
Unter
Bezugnahme nun auf 5 wird ein Schaubild gezeigt,
das die Trennung der Impulsverhalten des nahen Endes und des fernen
Endes wie oben beschrieben darstellt. Eine Kurve 300, die
in dem relevanten Abschnitt, der teilweise aus dem Gesamtarray von
4096 Punkten genommen wird, gezeigt wird, wird entsprechend der
Amplitude gegenüber
dem Arrayindex in dem Impulsansprechverhaltenzeitdatensatz „cut" dargestellt. Ein
Gebiet 302, das dem Fenster des nahen Endes 50 entspricht,
wird gezeigt. Eine Kurve 304, die dem Impulsansprechverhalten
des fernen Endes des Verbindungskabels 14 entspricht, wird
ebenfalls in der Kurve 300 überlagert gezeigt. Die Position
des Impulsansprechverhaltens des fernen Endes relativ zu dem Impulsansprechverhalten
des nahen Endes in dem Zeitdatensatz des Impulsansprechverhaltens „cut" variiert durch die Länge des
Verbindungskabels 14.
-
Die
Mindestlänge
des Verbindungskabels 14, die gemäß den bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung getestet werden kann, wird durch die
Menge der Überschneidung
zwischen der Kurve 304 bestimmt, die dem Impulsansprechverhalten
des fernen Endes in dem Gebiet 302 entspricht, welches
dem Fenster des nahen Endes 50 entspricht, die toleriert
werden kann, und immer noch bei einem gewünschten Messgenauigkeitsniveau
bleibt. Das Sicherstellen der adäquaten
Trennung zwischen dem Impulsansprechverhalten des nahen Endes und
des fernen Endes erfordert, dass drei kritische Parameter berücksichtigt
und -gegeneinander abgewogen werden. Zu diesen Parametern gehört: (a)
die Mindestlänge
des Verbindungskabels 14 (in 1 gezeigt),
(b) die Pulsbreite des Testsignals und (c) die Länge des Gebiets 302,
das dem Fenster des nahen Endes 50 entspricht. In der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beträgt diese
Mindestlänge
des Verbindungskabels 14 ungefähr einen Meter.
-
Die
niedrigere Kurve 6 zeigt die Teilschätzung des Impulsansprechverhaltens
des nahen Endes entsprechend dem Gebiet 302, nachdem die
verbleibenden Datenpunkte außerhalb
des Gebiets 302 auf Null gesetzt worden sind, wodurch die
Kurve 304 und das Impulsansprechverhalten des fernen Endes
verworfen worden sind. Wie in Kurve 300 ersichtlich, wird
einige Information aus dem Impulsansprechverhalten des nahen Endes
außerhalb
des Gebiets 302 zusammen mit dem Impulsansprechverhalten
des fernen Endes verloren, was zu einem relativen Genauigkeitsverlust
führt.
Die Größe des Gebiets 302 und
die Mindestlänge
des Verbindungskabels 14 kann daher das Genauigkeitsniveau
für die
Qualitätsmessung
bestimmen. Allgemein kann die optimale Genauigkeitsmenge zur Bestimmung
der Verarbeitungsqualität
erhalten werden, wenn das Gebiet 302 gewählt wird,
das dem Impulsansprechverhalten des Anschlusses des nahen Endes 16 und
des Gebiets 22 (in 2 gezeigt)
am besten entspricht.
-
Wieder
unter Bezugnahme auf 4B enthält in Schritt 214,
der mit NEXT BERECHNEN bezeichnet ist, der Zeitdatensatz cut nur
das Nebensprechimpulsansprechverhalten des nahen Endes, das wie
erläutert erhalten
worden ist. Die Frequenzbereichdarstellung von cut wird unter Verwendung
des DSP 92 (in 3 gezeigt) berechnet.
-
Die
Ergebnisse jeder Berechnung werden in dem Speicher
90 als
CUT gespeichert. CUT enthält
die Frequenzbereichdarstellung des nahen Endes des Zeitdatensatzes
des Impulsansprechverhaltens des nahen Endes. Die Frequenzbereichdarstellung
des Zeitdatensatzes des Impulsansprechverhaltens des fernen Endes kann
auf ähnliche
Weise erhalten werden. Die Frequenzauflösung der Punkte in der Datendatei
CUT wird unter Verwendung der folgenden Formel abgeleitet:
Frequenzauflösung (Hertz)
= | (effektive |
| Abtastrate/Länge des |
| Zeitdatensatzes) |
= | 500
Megahertz/4096 |
| Punkte |
= | 122,
07 |
| Kilohertz/Punkt |
-
Das
durch NCR dargestellte normalisierte Nebensprechansprechverhalten
wird wie folgt berechnet:
-
NORM
sind die Normalisierungsdaten, die während der Kalibrierungsphase,
die die Schritte 202-208 umfasst, erhalten werden.
CUT ist die Frequenzdarstellung des Nebensprechansprechverhaltens
des nahen Endes, die in den Schritten 210-214 erhalten
wurde. Durch Normalisierung des Ansprechverhaltens CUT durch die
Anregung NORM wird das normalisierte Nebensprechansprechverhalten
NCR des Verbindungskabels 14 abgeleitet, das verbesserte
Messgenauigkeit gegenüber
CUT aufweist und eine Verhältnismessung bereitstellt.
Schließlich
wird das Nebensprechimpulsansprechverhalten des nahen Endes des
Verbindungskabels PCNXT, das in Dezibel ausgedrückt wird, wie folgt berechnet:
-
In
Schritt 216, der mit NEXT MIT SPEZIFIKATIONSGRENZE VERGLEICHEN
bezeichnet ist, wird PCNXT mit einer Spezifikationsgrenzlinie verglichen,
die als die angenommene Durchlass/Scheitern-Grenze über den
gesamten Frequenzbereich berechnet werden kann, in diesem Fall 1-100
Megahertz. Eine Durchlass/Scheitern-Entscheidung wird dann in Reaktion auf
die Ergebnisse des Vergleichs gefällt. Wenn einer der Punkte
innerhalb von PCNXT oberhalb seiner entsprechenden Spezifikationsgrenze
liegt, wird das Verbindungskabel 14 als ein „Scheitern" betrachtet.
-
6 ist
ein Schaubild, das das NEXT-Ansprechverhalten
gegenüber
Frequenz darstellt, wie aus dem Zeitdatensatz von 5 in
Schritt 214 nach Entfernung des Impulsansprechverhaltens
des fernen Endes in Schritt 212 berechnet. In dem in Schritt 216 durchgeführten Vergleich
wird die Kurve 308 entsprechend dem Nebensprechansprechverhalten
des nahen Endes PCNXT als NEXT-Verlust in dB über einen Frequenzbereich von
1-100 Megahertz eingetragen. Eine Grenzlinie 310 wird ebenfalls
eingetragen und entspricht einem abgeleiteten Wert auf der Basis
des maximal zulässigen
Nebensprechens eines Kabels und einer Anschlusskombination über dem
Fenster des nahen Endes 52.
-
In
Schritt 218, der mit FÜR
JEDES PAAR UND FÜR
DAS FERNE ENDE WIEDERHOLEN bezeichnet ist, wird eine Entscheidung
getroffen, ob die Schritte 210 bis 216 wiederholt
werden sollen, um das Nebensprechen in anderen erwünschten
Kombinationen von Leitungspaaren 104a-d in dem nahen Ende
und wieder in dem fernen Ende des Verbindungskabels zu testen. Das
ferne Ende wird entweder durch Umkehren der Enden des Verbindungskabels 14 in
dem Testinstrument 10 gemessen oder durch Verwenden der
Ferneinheit 12, die ihre eigenen Messungen auf im Wesentlichen
dieselbe Art wie das Testinstrument 10 gemäß den Schritten 200-210 durchführt. Auf
diese Weise wird eine Reihe von Durchlass/Scheitern-Entscheidungen
entsprechend aller gewünschten
Kombinationen von Leitungspaaren und dem nahen Ende und dem fernen
Ende des Verbindungskabels 14 getroffen.
-
In
Schritt 220, der mit DURCHLASS/SCHEITERN-INFORMATIONEN AN
NUTZER KOMMUNIZIEREN bezeichnet ist, werden die Ergebnisse der Durchlass/Scheitern-Entscheidungen aus
Schritt 218 dem Nutzer über
die Anzeige 86 (in 3 gezeigt)
des Instruments 10 kommuniziert. Eine graphische Anzeige
des Nebensprechansprechverhaltens des Verbindungskabels 14 unter
Verwendung der in dem Speicher 90 enthaltenen Daten kann
zusätzlich
oder anstelle einer einfachen Durchlass/Scheitern-Anzeige angezeigt
werden.
-
In
Schritt 220, der mit ENDE bezeichnet ist, endet der Messprozess.
Unter der Steuerung des Instruments kann der Messprozess automatisch
zu dem START-Schritt 200 (in 4a gezeigt)
zurückkehren,
um einen neuen Messprozess zu beginnen, um die Messung kontinuierlich
zu wiederholen, oder einfach anhalten, um auf weitere Anweisungen
zu warten.
-
Dem
Durchschnittsfachmann wird klar sein, dass viele Veränderungen
an den Einzelheiten der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise können die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, um das Nebensprechen
jedes Anschlusses des nahen Endes und Kabelkombinationen zwischen
jedem gegebenen Paar von Übertragungsleitungen
von beliebiger Länge
zu messen, solange andere signifikante Quellen von Nebensprechen
zwischen den Übertragungsleitungen
jenseits des Fensters des nahen Endes 50 liegen.