TWI239720B - Transmitting medium testing apparatus and method - Google Patents

Description

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、發明所屬之技術領域 特別是 本發明係關於一種傳播媒介測試裝置及方法 一種適用於全雙工通訊系統（full duplex communication SyStem)的纜線測試裝置及方法 二、先前技術 在有線網路環境中，任一端點（end point)跟遠方 點（remote end point)之間，係藉由纜線來傳送訊號。碑 線的狀況，例如：線長、是否具有短路、斷路或是阻抗$ 匹配（impedance mismatch)點……等等，會對傳送訊=的 品質，造成極大的影響。因此，通訊系統在使用時都需°要 藉由纔線測試裝置及方法來偵測纟覽線的狀況。 請參照圖一A、圖一B及圖一C，其繪示習知之纜線測 試方法之示意圖。習知纜線測試方法是，由端點A發射一 個脈波，如果纜線的狀況良好，則發射波會由端點A傳送 到端點β，如圖一A所示。但如果纜線上有一阻抗不匹配點 C，例如：斷路或是斷路，則發射波會在c點產生一反射波 反射傳回端點A，如圖一 B所示。端點A彳貞測到反射波的時 間與阻抗不匹配點C在纜線上的位置有關，而阻抗不匹配 點C的阻抗不匹配狀況則與反射波的特性（例如：相位） 有關。習知、纜線測試方法即是端點A先傳送一發射波，再 摘測反射波的時間及大小’作為判斷纟覽線上阻抗不匹配點 的位置及狀況的依據。 上述之習知纜•線測試方法只能應用在半雙工通訊系統

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93104387 五、發明說明（2) (half dupiex)。當網路系統為一全雙工系統（fuii duplex)，例如：1 000Mbps 乙太網路（Etherne 點A傳送發射波的同時，端點B亦會在h 故在執行I線測試時，端點A所接受到的信號包括 抗 不c匹所成Γ射波以及端點6傳送的傳送波么 m υ信號會在接收端(Rx)造成迴音（ech。)專效 來判；判別藉由端點A接收到 之利用反射以位置及狀況。故習知 系統，在使用上有所；：的方法’並不適用於全雙工通訊 置及^ ^本么明之主要目的在於提供一種傳播媒介測試裝 置及方法，以解決上述問題。 三、發明内容 本發明之 傳播媒介測試 上受限制的問 依據上述 系統之傳播媒 包括一端點， 含··首先，傳 有一高度自相 序列。接著 目的在於提供一種適用於全雙工通訊系統之 裝置及方法，以解決習知纜線測試方法使用 題。 之目的，本發明提出一種適用於全雙工通訊 介之測試方法，其中該全雙工通訊系統至少 該端點包括一傳送端及一接收端。該方法包 送一傳送信號，其中該傳送信號至少包括具 關特性（aut〇-correlation)之一測試信號 接收一接收信號，將該接收信號與該傳送信

:123紐〇4 案誕 93104387 年 修正 五、發明説明（3) 號進行一相關運算（correlation operation )。最後， 依據該相關運鼻之結果’判斷该傳播媒介之阻抗匹配狀 況0 依據上述之目的’本發明提出一種適用於全雙工通訊 系統之傳播媒介之測試裝置，設置於該全雙工通訊系統之 一端點，該端點包括一傳送端，用以傳送一傳送信號及一 接收端，用以接收一接收信號，且該端點與一傳播媒介柄 接。該裝置包含··一測試信號序列傳送電路，設置於該傳 送端，用以傳送具有一高度自相關特性之一測試信號序列 至該傳播媒介；一相關運算電路，設置於該接收端，用以 將該接收信號與該測試信號序列進行一相關運算；以及— 阻抗匹配判斷電路，用以依據該相關運算的結果判斷該傳 播媒介之阻抗匹配狀況。 關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳@ 所附圖式得到進一步的瞭解。 四、實施方式 請參閱圖二，圖二為依據本發明之一實施例繪示 適 用於全雙工通訊系統之傳撥媒介測試方法之流程圖。首 先，執行步驟202，端點A傳送由複數個信號所組成的〜， 項！] 試信號序列。其中，該測試信號序列具有高度自相關特十生 〔a u t 〇 - c 〇 r r e 1 a t i ο η)，亦即當把測試信號序列與其他作發 序列進行一相關運算，（correlation operation)，例。 如·内積和（product_of-sum)運算時，其結果會與將、、則

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試信號序列與自身進行相關運算的結果明顯的不同。 此外’如果將兩測試信號序列進行相關運算時，兩測 試信號序列的相位差會影響運算的結果。 在本實施例中，測試信號序列係為週期為2 n-1 (即包 括有2 n 1個h號）的一虛擬雜訊序列（p s e u d 0 - n 0 i s e sequence，PN seciuence)。當將虛擬雜訊序列與其他信號 序列做内積和運算，結果會與將兩虛擬雜訊序列進行内積 和運算顯著不同。 此外’如果兩虛擬雜訊序列具有相位差，則進行内積 和運算的結果會為一第一常數（例如：_丨），但若兩虛擬 雜訊序列不具有相位差，則内積和運算結果係為與第一常 數顯著不同的第二常數（例如：2 n-l )。 關於上述之自相關特性、相關運算及虛擬雜訊序列的 特性的相關描述，請參照Simon Haykin，"Cc)mmunieatiQn

System(3rd. ed. 1996)" published by John Wiley & Sons, Inc., pp. 578-589. 接著，執行步驟204，在第一時間區間偵測迴音信號 的能量。以1 00 0Mbps乙太網路為例，其為全雙工通訊系 統，傳送端及接收端皆利用同一對纜線來傳送/接收俨 =在傳送端傳送信號後極短的時間内，接收端亦會口收到 由傳运信號所造成的迴音信號（ech〇 )。 =，如果在緵線上非常靠近端點八之處具有阻抗不 =”§舌，則接收端會收到傳送信號的迴音信號以及盆 反射^號的混合。在本實施例中，在料端傳制試信號

表示接收端收到的信號不單純只是迴音信號，還包括有傳 送士號的反射信號。 如此，即執行步驟208，可確定在纜線上很靠近端點a 的位置至少具有一阻抗不匹配點。凡熟習此技藝者，皆瞭 解用以偵測信號的能量的電路實施方式。例如：加法器電 路、積分器電路......等荨，皆可用以求得迴音信號的能量 大小。再利用比較器將之與臨界值做比較，即可實施上述 之步驟，但本發明並不以此為限。 此外，本步驟的另一實施方式亦可為，先藉由設置於 接收端之迴音消除（echo cancellation)電路對迴音進 行迴音消除後’再偵測殘餘迴音（e c h 〇 r e s i d u a 1 )的大 小。如果殘餘迴音大於某一臨界值，即表示迴音信號包括 反射信號。 ° & 口 接著，執行步驟2 1 0，當第一時間區間過後，測試信 $序列的反射波與迴音效應已可清楚的辨別。此時，則將 ，點A接收到信號與原先傳送的測試信號序列進行相關運 算。由前文可知，在全雙工通訊系統中，接收端收到信號 係為傳送信號的反射信號以及遠方端點的傳送信號的混 ^。此外，本發明所使用的虛擬雜訊序列具有上文所述的 高度自相關特性。 因此，利用虛擬雜訊序列的高度自相關特性，則由端 點A接收到信號與原先傳送的測試信號序列進行相關運算

,Ώ 1^193104387 1039720

五、發明說明（6)'^ ------[ 日_修正 的結果’即7她 點的傳送信|卢式e ^ ^點Α收到的信號係為單純的遠方端 2 1 2 )。若端^A ^ =二有虛擬雜訊序列的反射信號（步驟 號，則結遠方端點的傳送信 中）。 L王v驟（流程箭頭未顯示於圖二 的接述之相關運算的作法係為依序調整端點A 驟2 i 4)。化、相位，與虛擬雜訊序列進行内積和運算（步 由上文所述，因為虛擬雜訊序列具有高度自相關特 性，故當接收信號包含有傳送信號的反射波時，若適當地 調整接收信號的相位，使得接收信號中包含的傳送信號的 反^波與原先傳送的虛擬雜訊序列沒有相位差，則内^和 運算的結果會與其他情況（例如：接收信號沒有傳送信號 的反射波’或是傳送訊號的反射波與原先傳送的虛擬雜訊 序列有相位差）有顯著的不同。 換言之’藉由依序調整端點A的接收信號的相位，與 虛擬雜訊序列進行内積和運算，則可依據内積和運算的結 果得知·· 1 ·端點A的接收信號是否包含有傳送信號的反射 波。2·若有，則傳送信號的反射波與原先傳送的虛擬雜訊 序列的相位差的大小為何。 利用具有高度自相關特性的測試信號序列，例如··虛 擬雜訊序列來做纜線測試，則可以藉由將接收信號與原傳 送信號進行相關運算，來判斷接收信號是否包含有傳送信 號的反射波。故本發明可適用於全雙工通訊系統，例如：

j ，卜 /) η 正 ~_叩繼撕_年月 日 五、發明說明（7) 1 OOOMbps乙太網路，但並不以此為限。 此外，在信號在纜線上的傳送速度（v )已知、 之：，在執行纜線測試時’言十算信號從端點“專‘到：： 到端點A收到傳送信號的反射波的時間差（T ) ，g σ、見，、… 阻抗不匹配點在纜線上的位置（ν χ τ/2 )。 卩可求1 於簡化’沒有考慮到許多會影響量測結果的實際 的不理想狀況，故容易產生誤判。 貫際通訊糸統 利用具有高度自相關特性的測試信號序列， 擬雜訊序列來進行纜線測試，則可以 射波與原傳送信號的相位差（ρ)。 侍傳迭仏*的反 由於傳送測試信號序列的每一個信號（symbQl 1 mi (v )，故可更梦破沾七），“唬在、，見線上的傳送速度 (ν χ ρ χ t/2 ) 了確的求得阻抗不匹配點在纜線上的位置 接著，執仃步驟2丨6，在實際網路環境中， 個位置的阻抗皆$ I H 、观線上母 ^卩^白不會是理想值，而會與理想值有些許的差 2數：决：際進行纜線測試時’係設定-阻抗匹配臨界 ' 來表不實際通訊系統對阻抗不匹配的容々、程度。 8# ^ ^ ^ ^ 值的決定方式為，‘信號在纜線上傳送 广 ^ w、 （ Γ )的大小係與阻抗不匹配點的實際阻 :下“式想上的阻抗值(Zi)的差異有關，其關係係

第12頁 1239720 曰 r1-·" ： _ ⑽in趨i__年 j 五、發明說明（8) T- _ Zp - Zi ^pTzi 因此，考量通訊系統對阻抗不匹配，即實際阻抗值與 理想阻抗值的差異的容忍程度，即可得知可容忍的反射係 數的大小，並依此決定阻抗匹配臨界函數值的大小。 此外，當信號在纜線上傳播時，信號的大小會著距 離的增加而衰減。 因此，當決定纜線上每個端點相對應的阻抗匹配臨界 函數值時，亦需考慮信號從端點八傳送到纜線上的每個端 點的傳播距離（propagation distance)及作费衰減 (aUenuation)程度。一般而言，傳播信號的信號衰減程 度係為傳播距離的指數函數（eXp( - QJXL)，其中，Q為衰 減常數，L為傳播距離）。故對纜線上每一個^點而言]义 其所對應的阻抗匹配臨界值並非為一定值，而是一個與傳 播距離有關的函數值。且在本實施例中，該函數係為二指 數函數。 由於反射波與傳送信號有可能同相位，亦可能會反 相，因此，阻抗匹配臨界函數需包括與傳送信號同相及反 相兩種相位。 在執行步驟216時，當端點Α判斷得知接收到傳送信號 的反射波時，則先依據上述實施例所揭露的作法，求得與 該反射波對應的阻抗不匹配點的位置。 接著，計算該反射波的能量，並將之與該阻抗不匹配點位

第13頁 mmh .日. 4_μ 修正

mi 93104387 五、發明說明（6 置相對應的阻抗匹配臨 抗不匹配點之阻抗不四比較，判斷該雙線上阻 忍的程度。 匕配的程度是否大於通訊系統所=^ 如果小於通訊系統戶 … 流程步驟（流程箭頭4 的程度’則結束本發明之 所能容忍的程纟，則執V、牛圖二中）。如果大於通訊系統 有一阳 > 订y驟2 1 8 ’判斷縵線上至小 有阻抗不匹配點，且仿播u ^丄 生）包括 該阻抗不匹配點在I線H $所述之計算方4，計算出 算的原理和實施方式：土==，能量A的谓測及計 計算方式的原理與實施方4 A二迴a仡號的忐量偵測及 述，於此不再贅述％方式貫f上相同，請參照上文所 ，三為依據本發明之—實施例繪*之適用於 :=繞線_置之功能方塊圖。在圖三 通 疆係用以輸出具有高度自相關特性之測= k序列，迴音能量偵測電路304係用以在第一時間區二 偵測迴音信號的能量；相關運算電路30 6係用以在^二 間區間内將接收信號與原先傳送信號進行相關運算；一、 波能量偵測電路308用以偵測傳送信號的反射波的能量，·、 而阻抗不匹配點判斷電路31〇係用以依據迴音能量偵測電 路3 0 4的偵測結果，判斷在纟覽線上短距離内是否具有至少 阻抗不匹配點’依據相關運算電路3 〇 6所得的相關運算 結果以判斷接收信號是否包含傳送信號的反射波以及該1 射波相對應之阻抗不匹配點的位置，並依據反射波能^偵 測電路3 0 8的偵測結果判斷該阻抗不匹配點之阻抗不匹配、

h§m ' - |j_93104387 五、發明說明（10) 狀況是否在通訊系統的容忍程度内。 需注意的疋’圖二所繪不之纟覽線測試裝置僅為實施上 文所述之纜線測試方法之一實施例，本發明並不以此為 限。 …、 上文所述之纜線並不限定為一般習知之各種形式的繞 線（cab 1 e )。凡是用於全雙工通訊系統，且作為兩端點 之信號傳送/接收的傳播媒介（medium )者，例如··雙絞 線對（twisted wire pair)，皆可使用本發明所揭露的 方法進行測試。此外，上述方法並不限定於測試纜線上的 阻抗不匹配點，亦可用以測試線長。凡熟習此技藝者皆可 依據亡述之揭露輕易推得其實施方式，於此不再贅述。 π、+、ί由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚 :丄》發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具 希:列來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是 直蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請 範痛/ft ^ f的範疇内。因此，本發明所申請之專利範圍的 ^ Z. Z 2上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所 此的改變以及具相等性的安排。

修正 圖式簡單說明 五、圖式簡單說明 圖一 Α〜C繪示習知之纜線測試方法之示意圖。 圖二為依據本發明之一實施例繪示之適用於全雙工通 訊系統之纜線測試方法之流程圖。 圖三為依據本發明之一實施例繪示之適用於全雙工通 訊系統之纜線測試裝置之功能方塊圖。 六、圖式標號說明 302 測 試 信 號 序 列 傳 送 電 路 304 迴 音 能 量 偵 測 電 路 306 相 關 運 算 電 路 308 反 射 波 能 量 偵 測 電 路 310 阻 抗 不 匹 配 點 判 斷 電 路

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Claims (1)

1. 93104387 年月曰_ 六、申請專利範圍 申請專利範圍 1、 一種適用於全雙工通訊系統之傳播媒介之測試方 法，其中該全雙工通訊系統至少包括一端點 (endpoint)，該端點包括一傳送端（Τχ)及一接收端 (Rx)，該方法包含： 傳送一傳送信號，其中該傳送信號至少包括具有一 高自相關特性（auto-corre 1 at i on)之一測試信 號序列； 接收一接收信號，將該接收信號與該傳送信號進行 一相關運算（correlation operation);以及 依據該相關運算之結果，判斷該傳播媒介之阻抗匹 配狀況。 2、如申請專利範圍第1項所述之測試方法，其中該測試 “ ？虎序列係為一虛擬雜訊序列（P s e u d 〇 — n 〇 i S e sequence，PN seciuence )。 3 如申請專利範圍第1項所述之測試方法，其中若該接 收信號包括有該傳送信號之一反射信號時，該相關 運算之結果係與該反射信號與該傳送信號之相位差 有關。 如$請專利範圍第3項所述之測試方法，其中該相關 運算係 内積和運算（pr〇duct-〇f-sum operation)

   第17頁 如申請士利範圍第4項所述之測試方法 運算之貫施方式係為調整 、中-相關 該傳播信號進行内積接收…相位，並與 如申請專利範圍第3項所沭奸古 反射信號與該傳送作浐之-中依據該 是否呈有至少：； ： f之相位差，決定該傳播媒介 疋各’王ν 阻抗不匹配點。 如申j專利範圍第6項所述之測試方 信號^包括複數個信號（symb()1) ϋ式 以一傳送速度傳送，且相鄰之兩信號之傳送 相-傳送時間’依據該傳送信號、該傳送及 號與該傳送信號之相位差，即^ 从进 ^ 阻抗不匹配點在該傳播媒介上夕 位置。 ，丄〈 ::請專利範圍第3項所述之測試方法，#中該 L括偵測該反射信號之能量，以及依據該偵測結 判斷该傳播媒介之阻抗匹配狀況。 申^專利範圍第8項所述之測試方法，該傳播媒介 随抗匹配狀況之判斷方式為：依據該反射信號， (2¾¾)--ί I 93104387 年 ι H 修正___ 六、申請專利範圍 決定相對應之該傳播媒介上之一位置；依據該位 置’決疋一阻抗匹配函數對應於該位置之一函數 值；以及比較該偵測結果及該函數值，決定該位置 疋否為一阻抗不匹配點。 I 0、如申請專利範圍第9項所述之測試方法，其中該阻抗 匹配函數係至少由一反射係數、一信號衰減 (attenuation)程度以及一信號傳播距離 (propagation distance)所決定，且該信號傳播距 離係由該端點與該位置之距離所決定。 II 如申請專利範圍第1 〇項所述之測試方法，其中該阻 抗匹配函數係為該信號傳播距離之指數函數。 1 2、如申請專利範圍第1項所述之測試方法，其中該方法 更包括偵測一迴音信號（echo)之能量，以及依據該 偵測結果，判斷該傳播媒介之阻抗匹配狀況，其中 該迴音信號係與該傳送信號相對應。 1 3、如申請專利範圍第丨2項所述之測試方法，該傳播媒 介之阻抗匹配狀況之判斷方式為··比較該偵測結果 與—臨界值（T h r e s h ο 1 d )，若該偵測結果大於該臨界 值’則判斷該傳播媒介上，與該端點相隔一短距離 内 具有至少一阻抗不2E配點。

   g 號 93104狀7 年月日_ 六、申請專利範圍 1 4、如申請專利範圍第1項所述之測試方法，該傳播媒介 係為一繞線（c a b 1 e )。 1 5、如申請專利範圍第j項所述之測試方法，該傳播媒介 係為一雙絞線（t w i s t e d w i r e p a i r )。 1 6、如申請專利範圍第}項所述之測試方法，該全雙工通 訊系統係為一 l〇〇〇Mbps乙太網路（Ethernet)。 1 7、一種適用於全雙工通訊系統之傳播媒介之測試裝 置，設置於該全雙工通訊系統之一端點 (endpoint)，該端點包括一傳送端（τχ)，用以傳送 一傳送信號及一接收端（Rx )，用以接收一接收信 號，且該端點與一傳播媒介耦接，該裝置包 含： 一測試信號序列傳送電路，設置於該傳送端，用 以傳送具有一高自相關特性之一測試信號序列 至該傳播媒介；

   一相關運算電路，設置於該接收端，用以將該接 收信號與該測試信號序列進行一相關運算；以 及一阻抗匹配判斷電路，用以依據該相關運算 的結果判斷該傳播媒介之阻抗匹配狀況。

   第20頁 0 f :.- h'1239^20 93104387 曰 修正 六、申請專利範圍 1 8、如申請專利範圍第1 7項所述之測試裝置，其中該測 試信號序列係為一虛擬雜訊序列（p s e u d ο - η 〇 i s e sequence, PN sequence ) ° 1 9、如申請專利範圍第1 7項所述之測試裝置，其中若該 接收信號包括該傳送信號之一反射信號，則該相關 運算之結果係與該反射信號與該測試信號序列之相 位差有關。 2 0、如申請專利範圍第1 9項所述之測試裝置，其中該阻 抗匹配判斷電路係依據該反射信號與該測試信號序 列之相位差決定該傳播媒介上至少一阻抗不匹配點 之位置。 2 1、如申請專利範圍第1 7項所述之測試裝置，其中該測 試裝置更包括一反射信號能量偵測裝置，用以偵測 該反射信號之能量。 2 2、如申請專利範圍第2 1項所述之測試裝置，其中阻抗 匹配判斷電路更依據該反射信號能量偵測結果判斷 該傳播媒介之阻抗匹配狀況。 2 3、如申請專利範圍第1 7項所述之測試裝置，其中該測 試裝置更包括一回音信號（echo)能量偵測裝置，用

   第21頁 1239720 _ 案號93104387_年月日 修正_ 六、申請I利範圍 以偵測該迴音信號（echo)之能量，其中該迴音信號 係與該傳送信號相對應。 24、如申請專利範圍第23項所述之測試裝置，其中阻抗 匹配判斷電路更依據該迴音信號能量偵測結果判斷 該傳播媒介之阻抗匹配狀況。

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