专利名称：测量远端串扰以便确定等电平远端串扰的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及远端串扰(FEXT)的测量以及等电平串扰(ELFEXT)的确定。
在典型地使用于局域网(LAN)系统的双绞线电缆线路中，衰减、近端串扰、回程损耗和等电平串扰(ELFEXT)等传输性能参数极为重要。
对于目前在IEEE 802.3ab委员会的开发下的1000 BASE-T(1Gbps以太网)而言，链路的ELFEXT性能对于能令人满意的操作来说甚为重要。
参照
图1，为工作站与LAN设备之间典型的1Gbps以太网链路的示意图，在工作站10与LAN设备12之间的1Gbps以太网链路使用4个导线对14、16、18和20，各导线对上具有双向传输(发送和接收)。双绞线电缆线路上的1Gbps以太网的信号传输模式之一涉及同时施加于链路的一端且并行进行至链路的另一端的信号。这种传输模式中的一个主要噪声源是由于一个导线对对另一个导线对的耦合，如图1中所示。图1的上部示出了对于从工作站10至LAN设备12的传输而言串扰对导线对14的影响。如图中所示，来自其他三个导线对16、18和20的串扰耦合进顶部的导线对14。在LAN设备的接收输入端处，此信号干扰所需信号，后者是来自工作站端的衰减信号。因而来自此种作用的信噪比为串扰幅值与衰减信号幅值的(线性)比。串扰信号在这种情况下被称为“远端串扰”(FEXT)。如果FEXT和衰减皆以dB表示，则以dB表示的信噪比通过计算FEXT与衰减之间的差值而获得。此比率被称为等电平远端串扰(ELFEXT)。
对于FEXT而言，所有的导线对均为噪声源，因而合计。由于导线对上的信号通常并不相关，来自所有导线对的串扰的合并效应经常通过取所有串扰成份的幂次的总和的平方根(幂次和FEXT，或幂次和ELFEXT)以获得在接收输入端处的总噪声和信噪比的估计值而加以总括。
在1Gbps LAN系统中的其他噪声源包括近端串扰(NEXT)和回程损耗。NEXT性能要求非常严格，因为从链路远端到达的信号是被施加至链路近端的输出信号所干扰。在各导线对上的信号的双向性质导致反射信号在本地接收机中找到其通路。因此，在1Gbps以太网系统中也设计了装置来补偿此效应(“回声消除”)。该1Gbps以太网系统包括用于“学习”串扰性能以及对某些干扰效应提供补偿的装置。NEXT，ELFEXT和回程损耗是重要的链路参数，因此必须加以精确地测量。
现在参照图2，为一典型链路的示意图，本地设备插座22收容接线插头24于其中。举例而言，该本地设备可包括一工作站，或如果在测试状况下，可包括用于测量和测试网络性能的测试仪器。接线插头24限定接线26的一端，其另一端包括另一个接线插头28。插头28连接至链路插座30，该插座在典型的安装中可包括一墙壁插座。链路插座30定义了到链路电缆32的连接，该电缆延伸至链路的插座34。在链路电缆段32中可有数个连接器，在最后的插座处，远程接线36包括插头38和40，并连接在插座34与远程设备的插座42之间。该链路的形式定义不包括对本地和远端的设备的连接，因而是定义在点44和46之间，点44恰在本地接线插头24的接线侧，而点46是恰在远程插头40的接线侧。LAN系统的性能是在相配的连接器的链路侧测量，因此链路的性能测量不应包括来自连接的影响。在电信产业协会标准TSB-67中，标准的电缆线路测试结构(“基本链路”和“通道”)特别将此种连接排除在链路的定义之外。国际ISO/IEC 11801电缆线路标准以相同方式定义通道结构。此外，当欲测量通道结构的传输性能时，在测量期间采用用户接线(例如线26或线36)。由于在用于如TIA/EIA-568-A或IS0/IEC 11801中定义的一般性电缆线路系统以及1Gbps以太网系统的用户接线上的标准插头是模块式8针RJ-45连接器，则在仪器上的相配的插座必须是模块式8针RJ-45型。不幸的是，模块式8针连接器的串扰性能相当差，且对于带有这些连接器的链路的测量出的性能具有重要影响。由连接至本地和远端的测量仪器系统而造成的FEXT必须加以补偿以报告精确的测量值。计算出的ELFEXT受到相同的补偿。
对于测试每个TIA/EIA-568-A的基本链路结构或每个ISO/IEC11801的永久链路结构而言，网络技术人员可使用特别的接线，而所采用的连接器的类型为具有低串扰特性的一种。在使用特别的接线的情况下，测量使用特别的测试线的链路的传输性能。然而，因为使用此种特别的接线，该测试结构并非在测试状况以外的时间内最终承载数据的实际结构，因为用户接线在测试期间被移除。因此，一旦已移除特别的接线，测量可能无法精确表示系统的特性。结果，非常需要一种方法以精确测量除基本链路以外的通道结构和永久链路测试结构。
根据本发明，从本地对测试仪器的连接以及于远端从测试仪器所造成的串扰效应从测量结果中减除，以提供FEXT和计算出的ELFEXT结果，其精确地描述链路的这些传输参数。
因此，本发明的目的是提供一种改进的方法以从对定义的链路结构报告的FEXT和ELFEXT结果中排除掉来自发生在对测试仪器的本地和远端连接上的串扰的影响，。
本发明的另一目的是提供一种改进的测试仪器，其测量并报告FEXT和ELFEXT，补偿在对测量仪器的连接中的串扰的作用。
本发明的再一目的是提供一种用于FEXT测量的改进的系统，其容纳具有实质串扰特性的网络连接器。
本发明的主题在本说明书的结论部分特别指出并且明确主张。然而，其组构及操作方法，及其进一步的优点和目的可通过参照以下结合附图的说明被最完全地了解，在这些附图中，相同的参考标号表示相同的元件。
图1是工作站与LAN设备之间的典型1Gbps以太网链路的并行信号传输的示意图；图2是链路的形式定义的示意图；图3是一链路图，显示来自用于干扰对和被干扰对的本地和远程连接的FEXT的影响；图4是显示从相等的本地和远程连接器FEXT的作用而计算出的总FEXT；图5是根据本发明的测量程序的流程图；以及图6是设置连接至一链路的示意测试仪器的图示，它实行本发明的测量方法。
根据本发明的较佳实施例的系统包括例如具有微处理器控制的操作的网络测试仪器。本系统被构成以实行各种测量，并利用这些测量以精确确定所有的传输参数，尤其是远端串扰。
在实施本发明中，使用二项很重要的假设。第一，源于电容性及电感性失衡的串扰在串扰发生处造成被干扰导线对中的串扰电流，其具有固定的(90°或270°)的相角。这在双绞线配线中串扰的电路模型中可清楚得见(用于通讯的传输系统，第四版，1970年2月，技术人员贝尔实验室的成员第11章，串扰，第11.3节耦合串扰)。到测量点的距离致使相角改变，该改变正比于测试信号的频率。第二，FEXT耦合主要是由插座特性决定的，而相对地和与之相配的插头的特性无关。定义在TIA/EIA-568-A及ISO/IEC 11801中的用于插座的测试方法定义欲使用的插头的特性以验证NEXT性能。使用具有比对NEXT性能特定的更广范的特性的插头的测试造成电缆对之间相对不变的FEXT测量。该3、6以及4、5对组合一般是考虑为最差的情况。已发现相配的FEXT的改变对于此对组合仅有2dB。
假设连接器的相配的FEXT是与和插座相配的插头相对无关的，则因此可用测试插头来判定相配的FEXT。此值然后被用于确定对于所测量的整体FEXT的影响。此项假设适用于来自用在链路的本地端的连接以及用在链路远端的连接二者的效应。
现在参照图3，其显示来自用于链路的干扰对和被干扰对的本地和远程连接中FEXT的影响，将提供来自本地和远程连接对于所测量的整体FEXT的影响的基本分析。考虑从对3、6(干扰对50)至对4、5(被干扰对52)的FEXT/ELFEXT。在被干扰对52(4、5对)上的链路的远端54，测量FEXT(FEXT3，6-4，5)以及4、5对的衰减(att4，5)。则3，6-4，5对组合的ELFEXT由方程式1给定。ELFEXT3,6-4,5=FEXT3,6-4,5att4,5--(1)]]>于远端在4、5对上所测量的FEXT包括二个额外的、不希望的作用来自本地连接器的FEXT，FEXTloc(其在被干扰对4、5中衰减，衰减量为att4，5)，以及来自远程连接器的FEXT，FEXTrem(其到达远程连接器之前在干扰对3、6中衰减，衰减量为att3，6)。于远端在4、5对上测量的总FEXT由方程式2给定。
FEXT3，6-4，5，total＝FEXT3，6-4，5，link+att4，5*FEXTloc+att3，6*FEXTrem(2)因此，链路的远端串扰为FEXT3，6-4，5，link＝FEXT3，6-4，5，total-att4，5*FEXTloc-att3，6*FEXTrem(2a)当方程式2中的总FEXT的值除以4、5导线对的衰减all4，5时，结果为方程式3ELFEXT3,6-4,5,total=ELFEXT3,6-4,5,link+FEXTloc+att3,6att4,5*FEXTrem---(3)]]>因此可通过从总体测量的ELFEXT作用中减去本地和远程连接的FEXT而找出链路的ELFEXTELFEXT3,6-4,5,link=ELFEXT3,6-4,5,total-FEXTloc-att3,6att4,5*FEXTrem---(4)]]>这些量中的每个量是具有相关幅度和相位信息的向量型量。从总体测量的ELFEXT和先前测量的连接器FEXT确定如定义在TIA TSB-67的链路结构的ELFEXT的方法可通过测量方程式(4)中所有量的幅度和相位或是实部和虚部二者来实行。
方程式(2a)可用幅度和相位的观点重写成方程式(5)以说明实行方法。
其中j为复算子。
ψ为与由下标标示的量相关的相位。
|xxx|为标示于垂直条之间的量的幅度。
在此方程中，假设对于一激励信号的连接器的相位响应为参考0度。在远端所测量的由本地和远端连接器所造成的FEXT相对于激励信号的相位关系由3、6和4、5导线对的电长度决定。在高频下，双绞线配线的传播延迟基本上与频率无关，因而相位延迟可从传播延迟测量而轻易取得＝tprop*360*频率度(6)相对于激励信号的在远端总体测量的FEXT信号的相位为未知，因为耦合可能在链路的整个长度上发生，因而所行进的总电长度可视何处发生耦合而定。在许多实际情况下可利用某些假设，其可大幅度简化计算。
包括来自本地及远程连接器的FEXT的影响的总体测量的FEXT信号的相位是最容易相对于衰减信号(在此例中是在干扰对3、6对上)的相位测量的，该衰减信号是在链路的远端接收到的。方程式(5)可重写成
由于指定对于ELFEXT的绝对值的测试限制，方程式(7)变成|ELFEXT3，6-4，5，link|＝
真实世界的电缆具有对于多对电绞线电缆线路的不同绞线率以分担串扰从而降低所观察到的串扰。这正是不同导线对的衰减可不同的理由。然而，差异通常很小，而不同导线对的衰减经常可视为相等。
如果3、6和4、5导线对的衰减趋近相等，则方程式(8)简化成|FEXT3，6-4，5，link|＝
来自绞线率差的主要影响是导线对中的传播延迟不同。因此，相位延迟中的实质差异可能产生。容许的延迟偏离(传播延迟中的差异)为每TIA/EIA-568-A-1 50ns。此容许的延迟对应于在100MHz的5*360°＝1800°的可能相角移。由于串扰信号以向量的方式相加，针对可能发生的相位移是非常重要的。
然而，如果该频率的波长很长，则实际上传播延迟差异很小。对于10MHz以下的测试频率而言，此倾向几乎总是正确。如果链路比较短，或延迟偏离远低于可容许的最大值，则所有FEXT作用(源于欲测量的链路与本地及远程连接器二者)将为同相，通常在上达50MHz的频率处，而方程式(8)推演成|ELFEXT3,6-4,5,link|=|FEXT3,6-4,5,total||att4,5|-|FEXTloc|-|FEXTrem|*|att3,6||att4,5|--(10)]]>每个TIA/EIA-568-A以及ISO/IEC 11801的顺应链路具有100m的最大长度。用于类别五的电缆线路的最高频率为100MHz。对于更高性能的电缆线路标准而言，考虑显著更高的最高频率。用于计算所定义的链路的ELFEXT损耗的简化通过可能由简化造成的额外测量误差决定。实际上，其为总测量误差的一小部分。典型地，可容许的误差为分贝的分数的任何次方，而任何使用此简化的决定适当地基于将任何误差量保持在分数的分贝范围中。
当在干扰和被干扰对二者中的衰减和传播延迟相同时，链路中任何地方的任何串扰事件的衰减显现为以常量及几乎相同的相位延迟而衰减。因此，现在串扰是在沿着链路长度的何处发生变得完全无关，其总是具有相同的影响。在此种情况下，方程式(10)进一步简化成|ELFEXT3,6-4,5,link|=|FEXT3,6-4,5,total||att4,5|-|FEXTloc|-|FEXTrem|--(11)]]>应注意在方程式(11)中所有的量仅为量的大小。
在此说明为频率响应的相同的补偿原则可利用脉冲响应而实施，因为它们是经由傅立叶变换而相关的。
当考虑在电缆中无串扰、而在本地和远程连接器中有等量串扰的链路时，则该组合的频率响应将显示为零，如图4所示，该图为显示从相等的本地和远程连接器的FEXT作用所计算出的总FEXT图表。如果干扰和被干扰对二者中的传播延迟没有差异，则这些零点就不会存在。方程式(4)中的远程连接器项包含一个因子，其等于二个导线对的衰减比。当假设该比例确实等于1时，则仅有些微的改变发生在预测的EFXT/ELFEXT中。
通过观察链路结构和测试频率的条件，可应用这些简化而以最少的测量时间获得ELFEXT结果的最佳可能的精确度。这些简化是根据操作实施本发明的测试仪器的软件控制程序而加以适当地选择。上述关于链路尺寸、频率/波长、串扰等条件被用来选择采用何种特定简化(如果有的话)来确定远端串扰。
现在参照图5，为测量程序的流程图，首先，该程序测量并存储FEXTloc和FEXTrem的值作为校准数据(步骤100)。然后，在步骤102，取出在远程测量的FEXT的幅度和相位。实际上，总FEXT的相位是相对于在干扰导线对的远端的衰减信号的相位而测量。在下一步骤，步骤104，测量被干扰对的衰减att4，5，跟着测量被干扰对的传播延迟tprop，45(步骤106)。接下来测量干扰对的衰减(步骤108)。最后，测量干扰对的传播延迟tprop，36(步骤110)，于是所测量的值是用于方程式(8)。如上所述，视条件而定，可使用简化的方程式，方程式9、10或11(步骤112)以获得所定义的链路的ELFEXT。应注意在所例示的范例中，对3、6被视为干扰对，而对4、5被视为被干扰对。在一给定测量中采用的实际导线对将视所测量的结构而定。因此此处对于对3、6以及4、5的参考可被取代来分别表示对于任何干扰和被干扰对的参考。在实际链路的测试和测量中，所有的对组合均会被测试，且对于各对相对于其他所有对而进行测量，以提供链路的ELFEXT特性的全面考量。
参照图6，为示范的连接至一链路的测试仪器设备的图示，其实行本发明的测试方法，测试仪器56收容接线插头24(见图2)于其中(对应于图2的插座22的插座设置在仪器56中)。本地接线26经由插头28和插座30将仪器接至链路。链路电缆32(典型地具有多个其它插座连接至其上)延伸至链路的的最后插座34。在最后插座，远程接线36包括包括插头38和40，并连接在远程单元58的插座42与插座34之间。远程单元或者测试仪器中的任一个在链路的一端提供刺激，而在另一端记录测量值。用于测量串扰的特定刺激和测量对于本领域的技术人员而言为已知的，在此就不予详述。
虽然已显示并说明本发明的较佳实施例，对于本领域的熟练技术人员而言，显然可作许多变更和修正而不背离本发明的宽广面。因此，所附权利要求意在涵盖落于本发明的真正精神和范畴中的所有变更和修正。
权利要求
1.一种测量链路的远端串扰特性的方法，包括步骤有测量在链路上的本地连接器的远端串扰；测量在链路上的远程连接器的远端串扰；测量在链路上的远端的远端串扰的相位和幅度；测量在被干扰路径中的衰减；测量被干扰路径的传播延迟；测量在干扰路径中的衰减；测量干扰路径的传播延迟；以及依据所测量的值确定等电平迟远端串扰。
2.根据权利要求1所述的测量远端串扰的方法，其中该确定步骤包括根据下列公式计算等电平远端串扰的步骤|ELFEXTa，b-c，d，link|＝
其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径。
3.根据权利要求1所述的测量远端串扰的方法，其中该确定步骤包括根据下列公式计算等电平远端串扰的步骤|ELFEXTa，b-c，d，link|＝
其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径。
4.根据权利要求1所述的测量远端串扰的方法，其中该确定步骤包括根据下列公式计算等电平远端串扰的步骤|ELFEXTa,b-c,d,link|=|FEXTa,b-c,d,total||attc,d|-|FEXTloc|-|FEXTrem|*|atta,b||attc,d|]]>其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径。
5.根据权利要求1所述的测量远端串扰的方法，其中该确定步骤包括根据下列公式计算等电平远端串扰的步骤|ELFEXTa,b-c,d,link|=|FEXTa,b-c,d,total||attc,d|-|FEXTloc|-|FEXTrem|]]>其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径。
6.根据权利要求1所述的方法，其中该确定步骤包括确定是否可采用简化确定方法的子步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其中该确定是否可采用简化确定方法的步骤包含测试条件作为该确定步骤的部分。
8.根据权利要求6所述的方法，其中该确定是否可采用简化确定方法的步骤包含所测量的数据作为该确定步骤的部分。
9.根据权利要求6所述的测量远端串扰的方法，其中如果该确定是否可采用简化的步骤确定不可用简化，则该确定等电平远端串扰的步骤包括根据下列公式计算等电平远端串扰|ELFEXTa，b-c，d，link|＝
其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径。
10.根据权利要求6所述的测量远端串扰的方法，其中如果该确定是否可采用简化的步骤包括判定干扰和被干扰对的衰减是否接近相等，而如果是如此，则该确定等电平远端串扰的步骤包括根据下列公式计算等电平远端串扰|ELFEXTa，b-c，d，link|＝
其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径。
11.根据权利要求6所述的测量远端串扰的方法，其中如果该确定是否可采用简化的步骤包括判定该链路是否比较短，而如果是如此，则该确定等电平远端串扰的步骤包括根据下列公式计算等电平远端串扰|ELFEXTa,b-c,d,link|=|FEXTa,b-c,d,total||attc,d|-|FEXTloc|-|FEXTrem|*|atta,b||attc,d|]]>其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径。
12.根据权利要求6所述的测量远端串扰的方法，其中如果该确定是否可采用简化的步骤包括判定该链路的延迟偏离是否在最大容许值以下，而如果是如此，则该确定等电平远端串扰的步骤包括根据下列公式计算等电平远端串扰|ELFEXTa,b-c,d,link|=|FEXTa,b-c,d,total||attc,d|-|FEXTloc|-|FEXTrem|*|atta,b||attc,d|]]>其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径。
13.根据权利要求6所述的测量远端串扰的方法，其中如果该确定是否可采用简化的步骤包括判定干扰和被干扰对的衰减是否接近相等，以及干扰和被干扰对的传播延迟是否接近相等，而如果是如此，则该确定等电平远端串扰的步骤包括根据下列公式计算等电平远端串扰|ELFEXTa,b-c,d,link|=|FEXTa,b-c,d,total||attc,d|-|FEXTloc|-|FEXTrem|]]>其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径。
14.根据权利要求1所述的测量远端串扰的方法，其中该干扰信号路径和该被干扰信号路径包括双绞线电缆线路。
15.一种以来自总系统的测量结果测量链路的远端串扰特性的方法，包括步骤有测量在链路上的本地连接器的远端串扰；测量在链路上的远程连接器的远端串扰；测量总系统的串扰特性；以及测量在系统的部分上的信号衰减；从所测量的总系统的串扰减去所测量的本地连接器的远端串扰乘以所测量的衰减，并减去远程连接器的串扰乘以所测量的衰减以提供链路的串扰特性。
16.一种用于测量链路的远端串扰特性的装置，包括有存储器，用以存储所测量的本地连接器和远程连接器的远端串扰特性；相位和幅度测量装置，用以确定在链路远端的远端串扰；衰减测量装置，用以测量被干扰对中的衰减；传播延迟测量装置，用以测量被干扰对的传播延迟和干扰对的传播延迟；以及确定装置，用以分离出本地和远端连接器的串扰效应以提供链路的远端串扰和等电平远端串扰测量。
17.根据权利要求16所述的装置，其中该确定装置是根据下列公式确定等电平远端串扰|ELFEXTa,b-c,d,link|=|FEXTa,b-c,d,total||attc,d|-|FEXTloc|-|FEXTrem|]]>其中a，b表示干扰信号对，而c，d表示被干扰信号对。
18.根据权利要求16所述的装置，其中该确定装置视所测量的链路特性选择性采用简化确定。
19.根据权利要求18所述的装置，其中该确定装置根据下列公式采用简化确定|ELFEXTa，b-c，d，link|＝
其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径，如果干扰和被干扰对的衰减接近相等的话即采用上式。
20.根据权利要求18所述的装置，其中该确定装置根据下列公式而采用简化确定|ELFEXTa,b-c,d,link|=|FEXTa,b-c,d,total||attc,d|-|FEXTloc|-|FEXTrem|*|atta,b||attc,d|]]>其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径，如果该路径比较短的话即采用上式。
21.根据权利要求18所述的装置，其中该确定装置根据下列公式而采用简化确定|ELFEXTa,b-c,d,link|=|FEXTa,b-c,d,total||attc,d|-|FEXTloc|-|FEXTrem|*|atta,b||attc,d|]]>其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径，如果该链路的延迟偏离是在最大容许值以下时即采用上式。
22.根据权利要求18所述的装置，其中该确定装置根据下列公式采用简化的确定|ELFEXTa,b-c,d,link|=|FEXTa,b-c,d,total||attc,d|-|FEXTloc|-|FEXTrem|]]>其中a，b表示干扰信号路径，而c，d表示被干扰信号路径，如果干扰和被干扰对的衰减接近相等，且如果干扰和干扰对的传播延迟接近相等的话即采用上式。
23.根据权利要求18所述的装置，其中如果来自简化的误差为整体测量精确度的一小部分，则该确定装置即采用此简化确定。
全文摘要
一种用于确定一般电缆系统的FEXT和ELFEXT的系统通过确定并移除在链路的各别端的连接器的效应提供这些参数的精确测量,从而给出对应于所定义的链路的测量值,而不包括可为实质的连接器的串扰作用。
文档编号G01R31/02GK1248826SQ9911937
公开日2000年3月29日 申请日期1999年9月13日 优先权日1998年9月11日
发明者亨里克斯·科曼, 杰弗里·S·博特曼 申请人:弗卢克公司