СИСТЕМА И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНИИ СВЯЗИ Российский патент 1998 года по МПК H04B3/46 

Изобретение относится к измерению характеристик кабельной пары по переменному и по постоянному току, как это обычно требуется при техническом обслуживании телефонных, информационных и вычислительных сетей, а также сетей связи и кабельного телевидения.

Отыскание экономичных и эффективных путей испытания кабелей, используемых в сетях с распределенными параметрами (например, для телефонных систем), было проблемой с самого начала их использования. Все предшествующие изобретению способы испытаний можно в общем представить с помощью показанной на фиг. 1 схемы. Испытательная установка должна была соединяться с кабелем на каждом конце. Затем с помощью обмена сигналами между этими установками проходило испытание. Обычно установка дальнего конца 1 должна была передавать сигнал, а установка ближнего конца 2 должна была его измерять. Затем данные должны были записываться человеком, находящимся на ближнем конце. Испытательная установка 1, находившаяся на дальнем конце, должна была управляться оператором, которому приходилось идти на дальний конец, или могла управляться с ближнего конца автоматическим устройством. Поскольку типичные телефонные сети обычно состоят из множества кабелей, расходящихся с ближнего конца (центральной телефонной станции) на множество разных дальних концов (абонентов), то эти способы известного уровня техники обычно требовали множества разных испытательных установок дальнего конца.

Было признано, что хождение на дальний конец для проведения испытаний не желательно, поэтому использовались различные известные способы для соединения испытательной установки дальнего конца и управления ей автоматически, чтобы исключить необходимость хождения на дальний конец для проведения испытаний. Принципиальным недостатком этих способов известного уровня техники было то, что они дороги и сложны, и в то же время требовали наличия испытательной установки и контролера или оператора, ждущего на каждом дальнем конце.

Изобретение позволяет преодолеть недостатки известного уровня техники, касающегося необходимости иметь на дальнем конце как персонал, так и/или сложное и дорогое оборудование, и использует способ, который электрически трансформирует испытательную установку ближнего конца на дальний конец кабеля, так что во всех отношениях можно считать, что она находится на дальнем конце, хотя на самом деле физически остается на ближнем конце. Изобретение позволяет использовать для испытаний множества кабелей, расходящихся с ближнего конца, одну испытательную установку, исключая тем самым необходимость в установках для дальних концов в сложном и дорогом оборудовании на дальнем конце, используемом для соединения и дистанционного управления.

Изобретение относится к способу и системе для измерения характеристик по переменному току и по постоянному току кабельной пары, такой как пара телефонного кабеля или пара кабеля, используемого для передачи сигналов в локальных сетях или подобных сигналов полностью с одного конца кабеля на другой с помощью соединенных с ним нелинейных устройств. Такие устройства, будучи подходящим образом возбуждены двумя или большим количеством сигналов переменного тока различных частот, создают дополнительные частоты. В соответствии с изобретением нелинейное устройство помещается на удаленном или дальнем конце кабельной пары и возбуждается частотами, которые подаются на кабельную пару с другого (местного) или ближнего конца. Возбуждающие частоты проходят длину кабеля в направлении от местного или ближнего конца к удаленному или дальнему концу и модифицируются по мере прохождения характеристиками кабеля, а дополнительные частоты, вырабатываемые на удаленном или дистальном конце, проходят обратно с удаленного конца на местный конец и также модифицируются характеристиками кабеля. За счет выбора специальных возбуждающих частот и измерения характеристик вернувшихся дополнительных частот можно с большой точностью вычислить характеристики кабеля.

В одном варианте осуществления изобретения нелинейное устройство постоянно соединено с кабельной парой и сконструировано таким образом, что становится нелинейным только в присутствии переменных напряжений, превышающих те, что обычно присутствуют на кабельной паре при нормальной работе, а измерения вызываются подачей на кабельную пару с местного или ближнего конца напряжений, превышающих нормальное напряжение.

В другом варианте осуществления изобретения нелинейное устройство изолировано от кабельной пары вторым нелинейным устройством, таким как стабилитрон или однооперационный тринистор, так что его можно заставить соединяться с кабельной парой только тогда, когда к ней приложено постоянное напряжение подходящей величины и полярности, а измерения вызываются одновременной подачей на кабельную пару комбинации из постоянного и переменного напряжений.

В любом случае, измерительное устройство может располагаться только на местном или ближнем конце, следовательно, все измерения могут целиком проводиться с местного конца.

На фиг. 1 изображена блок-схема, иллюстрирующая измерительные системы известного уровня техники; на фиг. 2 - блок-схема, соответствующая изобретению предпочтительной измерительной системы; на фиг. 3 - блок-схема, которая, являясь частично принципиальной, иллюстрирует соответствующие изобретению способ и систему, в которой нелинейный элемент соединен с одним концом кабельной пары, а возбуждается двумя известными переменными сигналами различных частот и амплитуд, в то время как результирующие вернувшиеся частоты фильтруются и измеряются с целью определения потерь в кабеле на одной из двух возбуждающих частот; на фиг. 4 - блок-схема, которая, являясь частично принципиальной, иллюстрирует альтернативный вариант осуществления способа и системы фиг. 3, в которой осуществляется доступ к испытываемой кабельной паре, нелинейность соединяется с другим за счет подачи постоянного напряжения, а затем измеряются динамические характеристики кабеля; на фиг. 5 - блок-схема, которая, являясь частично принципиальной схемой, иллюстрирует другой альтернативный вариант осуществления способа и системы фиг.3, в которой осуществляется доступ к испытываемой кабельной паре, нелинейный элемент соединяется с удаленным концом за счет приведения в действие с помощью различных импульсов напряжения однооперационного тринистора, а затем измеряются статические и динамические характеристики кабеля, включая балансные; на фиг. 6 - блок-схема, которая, являясь частично принципиальной схемой, иллюстрирует альтернативный вариант осуществления системы фиг. 5, в которой генератор возбуждающего сигнала находится на дальнем конце.

На фиг. 2 представлена основная схема изобретения. Как показано на фиг. 2, для трансформирования испытательной установки ближнего конца на дальний конец предпочтительно использовать чувствительное к напряжению нелинейное устройство 1, соединенное с кабельной парой 2 на дальнем конце. Это нелинейное устройство 1, такое как пара диодов 19 и 20 (фиг. 3), довольно дешево. Оно может просто соединяться и отсоединяться, не требует питания, присутствия оператора и не нуждается в устройстве дистанционного управления. В соответствующих изобретению системе и способе оборудование ближнего конца 3 состоит предпочтительно из трех устройств: генератора 4 сигнала возбуждения, который предпочтительно возбуждает чувствительное к напряжению нелинейное устройство 1, заставляя его становиться в известной степени нелинейным; генератора 5 контрольного сигнала, который предпочтительно генерирует контрольные сигналы, используемые для измерения кабельных характеристик кабельной пары 2 с учетом нелинейности, и измерительного устройства 6, которое предпочтительно включает селективный к частоте вольтметр.

Предпочтительный в данном случае принцип действия показанной на фиг. 2 системы заключается в следующем.

Генератор возбуждения предпочтительно вырабатывает сигнал, амплитуда которого достаточна для введения чувствительного к напряжению нелинейного устройства 1 в нелинейную область его характеристики. Необходимый для этого уровень напряжения, предпочтительно больший уровней напряжения, нормально используемых для передачи сигналов по кабельной паре 2. Предпочтительно, чтобы в то время когда нелинейное устройство 1 находится в нелинейной области, генератор 5 контрольного сигнала одновременно с сигналом возбуждения вырабатывал один или несколько сигналов низкого уровня на необходимых для измерения частотах. Уровень этих контрольных сигналов предпочтительно гораздо ниже уровня сигнала возбуждения, вырабатываемого генератором 4 возбуждения, и не вносит значительного вклада в нелинейность чувствительного к напряжению нелинейного устройства 1. Результирующая нелинейность, возникающая на дальнем конце кабельной пары 2 как результат сигнала возбуждения от генератора 4 возбуждения, предпочтительно вызывает на дальнем конце кабельной пары 2 генерацию новой частоты. Эта частота предпочтительно проходит с дальнего конца на ближний конец по кабельной паре 2 и предпочтительно измеряется селективным к частоте измерительным устройством 6. Предпочтительно, чтобы для получения известной начальной характеристики системы перед этим мог использоваться известный калибровочный сигнал. В результате с помощью описанной предпочтительной системы можно было бы определить характеристики кабельной пары 2, поскольку характеристики измеренного сигнала являются произведением его известных начальных характеристик, выработанных возбужденным чувствительным к напряжению нелинейным устройством 1, и характеристик кабельной пары 2. Таким образом, измерения, полученные в соответствии с предпочтительными для изобретения системой и способом, дают характеристики кабельной пары 2 точно таким же образом, как если бы генератор 5 контрольного сигнала физически находился на дальнем конце. Рассмотрим фиг. 3, на которой приведена базовая схема изобретения, предназначенная для измерения ослабления в зависимости от частотных характеристик кабельной пары 10, в которой нелинейный элемент 1 предпочтительно состоит из двух диодов 19 и 20, соединенных параллельно, но в противоположных направлениях, причем эта диодная пара 19 и 20 соединена параллельно резистору 9 с одним концом кабельной пары 10. Пара резисторов 14 и 15, каждый из которых предпочтительно равен удвоенному характеристическому импедансу кабеля 10, предпочтительно служит для согласования генераторов 12 и 13 с кабелем 10. Кроме того, предпочтительно, чтобы с противоположным концом кабельной пары 10 был соединен селективный к частоте вольтметр 22, предпочтительно состоящий из полосового фильтра 16, усилителя 17 и вольтметра 18. Вольтметр 18 предпочтительно чувствителен только к сигналам с заранее заданной частотой F3. Селективный к частоте вольтметр 22 и генераторы сигналов 12 и 13 предпочтительно образуют контрольную схему 300.

Предпочтительно, чтобы генератор синусоидального сигнала 13 был нормально настроен на имеющий большую амплитуду сигнал частоты F1, так чтобы нелинейный элемент 1 предпочтительно вводился в нелинейную область своей характеристики, а генератор синусоидального сигнала 12 был предпочтительно нормально настроен на малую амплитуду, так чтобы предпочтительно не вводить элемент 1 в нелинейные области его характеристики.

В предпочтительных в данном случае условиях генераторов сигналов 12 и 13 два первичных сигнала вырабатываются нелинейным элементом 1 и возвращаются на полосовой фильтр 16. Частоты этих двух сигналов можно рассчитать по следующим формулам:
F3 = N•(F1) + F2, F3 = N•(F1) - F2,
где
N - нечетное целое число.

Любую из этих двух частот можно предпочтительно использовать для определения характеристик кабельной пары 10. В качестве частот F1 и F3 желательно выбирать очень низкие частоты, так чтобы ослабление кабельной пары 10 на этих частотах было настолько малым, что им можно было бы пренебречь, тогда частота F2 представляла бы собой частоту, на которой производится измерение ослабления. Таким образом, по сопротивлению кабельной пары 10, которое можно просто определить с помощью измерения или вычисления, использующего длину кабельной пары 10 и сечение жил, частотную характеристику и резистивные потери кабельной пары 10 можно будет определить из измерения вольтметром 18 обратного сигнала с частотой F3.

Например, для измерения потерь в паре телефонного кабеля 10, когда частота F2 равна 304, 1004 и 2804 Гц, с помощью указанных формул получены приведенные в таблице результаты.

Следует заметить, что в соответствии с изобретением, предпочтительно, чтобы частота обратного сигнала F3 была постоянной и достаточно низкой, чтобы на нее не влияла частотная характеристика кабельной пары 10. Таким образом, ее потери при прохождении от нелинейного элемента 1, где она вырабатывается, до селективного к частоте вольтметра 22 можно вычислить по известному сопротивлению кабельной пары 10 и известным величинам оконечных сопротивлений 14 и 15.

Еще предпочтительно, чтобы коэффициент преобразования нелинейной схемы 1, т.е. отношение уровня вернувшегося сигнала F3 к поданному уровню сигнала F2, был известен из конструкции нелинейного элемента 1. Кроме того, предпочтительно, чтобы амплитуда частоты F1 была незначительной, поскольку она всегда предпочтительно достаточно велика, чтобы вводить нелинейный элемент 1 в нелинейные области его характеристики. Таким образом, ослабление кабельной пары 10 на частоте F2 можно вычислить по уровню F2, который подается в кабельную пару 10 генератором синусоидального сигнала 12, и измеренному уровню вернувшегося сигнала F3 по следующей формуле:
Ослабление на частоте F2 = (Vm/Vi•(1/K)•((Rt+Rs)/Rt),
где
Vm - измеренный уровень F3;
Vi - наложенный уровень F3;
K - коэффициент преобразования нелинейного элемента 1 при использовании величины N;
Rs - последовательное сопротивление кабельной пары 10;
Rt - характеристический импеданс кабельной пары 10.

Рассмотрим фиг. 4, где показан предпочтительный вариант осуществления изобретения, в котором нелинейный элемент 1 соединен последовательно с блокирующим конденсатором 33, который служит для его изоляции от любых приложенных постоянных напряжений, а полученная таким образом схема соединена затем с дальним концом кабельной пары 24 через нормально разомкнутые контакты реле 27, если запитана обмотка реле 34. Предпочтительно, чтобы обмотка реле 34 являлась частью последовательной цепи, состоящей из обмотки реле 34, резистора 32 и двух стабилитронов 35 и 36, включенных в противоположных направлениях, которые соединены с удаленным концом кабельной пары 24. Конденсатор 25 предназначен для шунтирования обмотки реле 34, чтобы у нее был малый импеданс для сигналов переменного тока. Нормально замкнутые контакты 27 реле 34 соединены последовательно нормально удаленной нагрузке 38 кабельной пары 24, которая может состоять из телефона, модема, локальной сети, мультиплексора или любого другого устройства, обычно используемого с кабельной парой 24. Предпочтительно, чтобы для развязки любых постоянных напряжений кабельной пары 24 от удлиненной нагрузки 38 был предусмотрен дополнительный конденсатор 26.

Согласно фиг. 4 местный конец кабельной пары 24 оканчивается на переключателе 39 доступа хорошо известного типа. В процессе нормального использования этот переключатель 39 доступа предпочтительно находится в положении А и соединяет местный конец кабельной пары 24 с нормальной местной нагрузкой 40. Эта местная нагрузка 40 предпочтительно состоит из устройства, нормально используемого для связи с устройством, которое нагружает удаленный конец кабельной пары 24 и тоже хорошо известно. В соответствии с системой и способом изобретения, если требуется испытать кабельную пару 24, то переключатель 39 доступа приводится в действие его переводом в положение В. Это отсоединяет нормальную нагрузку 40, заменяя ее испытательной схемой 60. Испытательная схема 60 предпочтительно состоит из двух отдельных синусоидальных генераторов 41 и 42, соединенных параллельно с кабельной парой 24, пары резисторов 43 и 44, каждый из которых предпочтительно равен удвоенному характеристическому импедансу кабельной пары 24, который предпочтительно служит для согласования сигнальных генераторов 41 и 42 с кабелем 24, и пары конденсаторов 45 и 46, которые предпочтительно блокируют любое постоянное напряжение генераторов синусоидального сигнала 41 и 42. Кроме того, в качестве части испытательной схемы 60 соединен селективный к частоте вольтметр 52, предпочтительно состоящий из полосового фильтра 47, усилителя 48 и вольтметра 49. Кроме того, для блокирования любого постоянного напряжения полосового фильтра 47 предпочтительно предусмотрен конденсатор 50.

Предпочтительно, чтобы во время нормальной работы варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 4, местная нагрузка 40 соединялась с удаленной нагрузкой 38 через кабельную пару 24, поскольку нормальные рабочие напряжения предпочтительно не достаточно велики для того, чтобы заставить любой стабилитрон 35 и 36 открыться. Когда при помощи приведения в действие переключателя 39 доступа осуществляется доступ, батарея 51 предпочтительно подает постоянное напряжение к кабельной паре 24 через защитный токоограничивающий резистор 63. Это напряжение предпочтительно смещает в прямом направлении один из двух стабилитронов 35 и 36, а другой заставляет открыться, тогда результирующий ток протекает через амперметр 62, оба стабилитрона 35 и 36, обмотку реле 34 и резистор 32. Таким образом, контакты реле переключаются, отсоединяя нормальную удаленную нагрузку 38 от кабельной пары 24 и соединяя нелинейный элемент 1 с кабельной парой 24, позволяя тем самым проводить измерения характеристик кабеля 24 так, как описано со ссылками на фиг. 3. Дополнительно, поскольку сопротивление обмотки реле 34, резистора 32 и токоограничивающего резистора 63 известно, также как и падение напряжения на паре стабилитронов 35 и 36, то последовательное сопротивление кабельной пары 24 можно легко вычислить по хорошо известному закону Ома. Это позволяет решить уравнения, приведенные в варианте осуществления фиг. 3, и, следовательно, получить все необходимые результаты без какой-либо внешней информации о кабельной паре 24.

Рассмотрим фиг. 5, здесь показан другой предпочтительный вариант осуществления изобретения, в котором нелинейный элемент 1 соединен с резистором 103 через блокирующий конденсатор 102, но тем не менее общая функция данного варианта осуществления предпочтительно остается такой же, как описанная для фиг. 3, несмотря на то что конструкция схемы несколько отличается. В этой связи результирующая схема предпочтительно соединяется с удаленным концом кабельной пары 133 через схему, состоящую из последовательного диода 104 и однооперационного тринистора 105. Эта схема будет проводящей только тогда, когда полярность приложенного постоянного напряжения такова, что анод диода 104 смещен положительно, и когда приложенное напряжение достаточно велико, чтобы заставить стабилитрон 106 открыться и переключить однооперационный тринистор 105. Как только однооперационный тринистор 105 переключен, схема предпочтительно становится низкоимпедансной и продолжает пропускать ток до тех пор, пока не будет снято приложенное напряжение или не будет изменена его полярность. Ориентация диода 104 и остальной части схемы предпочтительно изменяется на обратную относительно полярности постоянного напряжения на кабельной паре 133, присутствующей в процессе нормальной работы схемы. Резистор 108 и конденсатор 107 предназначены для поддержания импеданса, необходимого для управляющего входа однооперационного тринистора 105, чтобы он не был открыт, пока открыт стабилитрон 106. Стабилитрон 106 предпочтительно выбирается так, чтобы открываться при напряжении чуть большем, чем наибольшее напряжение, испытываемое, когда местное нагрузочное устройство 112 и удаленное нагрузочное устройство 123 соединены через кабельную пару 133 и нормально работают. Таким образом, изменение полярности приложенного постоянного напряжения и изменение его величины, пока стабилитрон 106 открыт, предпочтительно открывает однооперационный тринистор 105. Как только однооперационный тринистор 105 будет открыт, так он предпочтительно становится низкоимпедансным и соединяет нелинейный элемент с кабельной парой 133 и позволяет измерять характеристики кабеля так, как это было описано выше для фиг. 3.

Согласно фиг. 5 местный конец кабельной пары 133 оканчивается на переключателе 111 доступа хорошо известного типа. Предпочтительно, чтобы в процессе нормального использования показанной на фиг. 5 системы этот переключатель 111 доступа находился в положении А и соединял местный конец кабельной пары 133 с нормальной местной нагрузкой 113, которая предпочтительно состоит из устройства такого как оборудование телефонной сети, которое нормально используется с удаленным нагрузочным устройством 123, таким как телефон или модем, которое нагружает удаленный конец кабельной пары 133 и тоже хорошо известно. Предпочтительно, чтобы во время нормальной работы местная нагрузка 112 создавала на кабельной паре 133 постоянное напряжение, которое нормально используется для создания тока, питающего удаленное нагрузочное устройство 123. Это напряжение предпочтительно смещает в прямом направлении диоды 109 и 110, которые становятся низкоимпедансными, соединяя за счет этого удаленное нагрузочное устройство 123 с кабельной парой 133, разрешая тем самым нормальную работу. Это напряжение также предпочтительно смещает диод 104 в обратном направлении, изолируя испытательные схемы от кабельной пары 133, при этом местное и удаленное нагрузочные устройства 112 и 123 нормально работают.

Когда в соответствии с изобретением требуется испытать кабельную пару 13, то переключатель 111 доступа приводится в действие его переводом в положение В. Это отсоединяет нормальную нагрузку 112, заменяя ее испытательной схемой 202. Испытательная схема 202 предпочтительно состоит из двух отдельных генераторов синусоидального сигнала 113 и 114, соединенных параллельно с кабельной парой 133, пары конденсаторов 117 и 118, которые предпочтительно блокируют любое постоянное напряжение генераторов синусоидального сигнала 113 и 114. Кроме того, с противоположным концом кабельной пары 133 предпочтительно соединен селективный к частоте вольтметр 200, который предпочтительно состоит из полосового фильтра 119, усилителя 120 и вольтметра 121. Этот вольтметр 121 как и в вышеописанных вариантах осуществления предпочтительно чувствителен только к сигналам с частотой F3. Конденсатор 122 предпочтительно блокирует любые постоянные напряжения полосового фильтра 119.

Кроме того, как показано на фиг. 5, постоянное напряжение подается на местный конец кабельной пары 133 с пары источников питания 124 и 125, которые могут быть батареями или любыми другими подходящими хорошо известными постоянными источниками питания, через переключатель полярности 126, который служит для изменения полярности подаваемого напряжения, и через селекторный переключатель напряжения 127, посредством которого величина подаваемого напряжения может выставляться равной одному или двум значениям. Сначала потенциометр 130 предпочтительно устанавливается в середину своего диапазона, чтобы подаваемые напряжения были сбалансированы относительно земли. Еще показана пара катушек индуктивности 128, соединенных с переключателем полярности 126, имеющих высокий импеданс на частотах переменных напряжений, используемых для измерения характеристик кабельной пары 133 способом, описанным выше со ссылками на фиг. 1, и с парой токоограничивающих резисторов 129, предусмотренных для работы в качестве защитных ограничителей тока.

Предпочтительно, чтобы сначала после приведения в действие переключателя 111, отсоединяющего нормальную местную нагрузку 122 и, следовательно, снимающего обеспечиваемое им постоянное напряжение, переключатели 126 и 127 приводились в действие таким образом, чтобы подавать постоянное напряжение с такими же полярностью и величиной, какие используются при нормальной работе, и чтобы при этом оба они, и переключатель 126 полярности, и селекторный переключатель 127 напряжения, оказались бы в положении В. Затем предпочтительно наблюдают за показаниями измерителя тока 138. Если тока нет, то все в порядке. Если замечено протекание тока, то есть две возможности: либо кабельная пара 133 имеет короткое замыкание, либо удаленное нагрузочное устройство 123 пропускает ток.

Затем приводится в действие переключатель 126 полярности, который при изменении полярности подаваемого напряжения переводится в положение А, что меняет на обратное смещение диодов 109 и 110. При этом диоды 109 и 110 становятся высокоимпедансными, отсоединяя дистанционное нагрузочное устройство 123 от кабельной пары 133. Результирующее напряжение недостаточно велико, чтобы привести в действие стабилитрон 106, так что однооперационный тринистор 105 не переключается, и испытательная схема 202 не проводит никакого тока. Затем предпочтительно наблюдают за показаниями измерителя 138 тока. Если ток все еще течет, то кабельная пара 133 коротко замкнута. Об этом сообщается как о неисправности, устройство 11 доступа возвращается в нормальное положение, испытания прекращаются. Если протекания тока нет, то сообщается о неисправности удаленного нагрузочного устройства, и испытания продолжаются.

Затем селекторный переключатель 128 напряжения приводится в действие таким образом, чтобы мгновенно повысить приложенное напряжение до величины, достаточно большой, чтобы заставить стабилитрон 106 открыться, а затем вернуть приложенное напряжение на ту же величину, которая использовалась при нормальной работе. Это предпочтительно осуществляется с помощью перевода селекторного переключателя 127 напряжения в положение А с последующим возвратом в положение В, переключая, таким образом, однооперационный тринистор 105. Затем предпочтительно снова наблюдают за показаниями измерителя 138 тока. Если замечено протекание тока, то все в порядке, и сопротивление кабельной пары 133 рассчитывается по величине тока и известным величинам последовательных сопротивлений 129, приложенного напряжения, известным падениям напряжения на диоде 104, однооперационном тринисторе 105 и известной величине нагрузочного резистора 103 с помощью хорошо известного закона Ома. Если тока нет, то в кабельной паре 133 должен быть обрыв. Об этом сообщается как о неисправности, устройство 111 доступа возвращается в нормальное положение, и испытания прекращаются.

Как только будет рассчитано последовательное сопротивление кабельной пары 133, ее характеристики по переменному току можно измерить таким же способом, как это описано со ссылками на фиг. 3. Баланс кабельной пары 133, т. е. наличие какого-либо несимметричного сопротивления утечки на землю с одной или двух жил пары 133, можно измерить с помощью настройки положения движка потенциометра 130 так, чтобы показания вольтметров 131 постоянного тока и 132 были одинаковы. Степень отклонения движка потенциометра 130 от центра является показателем величины разбаланса. На этом процедура испытания заканчивается, и переключатель 111 доступа высвобождается из включенного состояния, возвращая схему к нормальной работе.

Как описано на фиг. 6, легко предугадать, что генератор 114 возбуждающего сигнала может располагаться на дальнем конце кабеля с нелинейным элементом без какого-либо изменения всей работы устройства.

Если необходимо, то вместо измерения характеристики кабельной пары изобретение можно использовать просто для обнаружения наличия чувствительного к напряжению нелинейного устройства 1 на дальнем конце кабельной пары, где оно используется в качестве "ярлыка", поскольку должно обеспечивать отражение уникальной известной частоты в ответ на контрольный сигнал, будучи возбуждено возбуждающим сигналом, предназначенным для введения его в нелинейную область его характеристики. Такую конструкцию можно использовать, например, для определения чего-то конкретного, что присоединенного к кабелю, или для определения, например, типа кабеля или его конкретного применения.

Нелинейное устройство, такое как описанная в изобретении пара диодов, может быть любым устройством, мгновенный импеданс которого является функцией приложенного к нему напряжения или тока, протекающего через него, а также и того и другого одновременно. Такие устройства могут специально изготовляться для создания новых сигналов известной частоты, возбуждаемых двумя или большим количеством конкретных сигналов.

Нелинейный элемент вводится в его нелинейную область ( то есть в точку, в которой импеданс нелинейного устройства будет меняться с изменением напряжения), когда к нему приложен возбуждающий сигнал достаточной величины. Когда возбуждающий сигнал создает на нелинейном элементе изменяющееся во времени напряжение, это заставляет импеданс нелинейного элемента изменяться таким образом, как это определяет конкретная присущая данному устройству нелинейность и изменение возбуждающего сигнала во времени. Возбуждающий сигнал заставляет импеданс нелинейного устройства изменяться во времени синхронно возбуждающему сигналу.

Подобным образом, контрольный сигнал также заставляет изменяться импеданс нелинейных элементов синхронно с их мгновенным напряжением. Возбуждающий сигнал делается гораздо большим, чем контрольный сигнал, так чтобы его влияние было основным.

Из изменений импеданса нелинейного элемента, вызываемых возбуждающим и контрольным сигналами, вытекает два различных явления. Во-первых, нелинейное протекание тока, вызванное этими сигналами, приводит к искажению формы их напряжения. Это искажение вызывает появление гармоник сигнальных частот в токе, протекающем через нелинейное устройство, поэтому ток, протекающий через нелинейное устройство, содержит не только основание частоты возбуждающего и контрольного сигналов, но также и новые гармонические частоты. Величина этих новых частот является предсказуемой и воспроизводимой функцией амплитуд возбуждающего и контрольного сигналов. Во-вторых, поскольку все компоненты вызывают изменения импеданса нелинейного устройства, каждый из компонентов модулируется по амплитуде всеми остальными. Амплитудная модуляция создает боковые полосы на смещении одного сигнала модулирующей частотой другого. Эти боковые полосы появляются как новые серии суммарных и разностных сигналов в токе, протекающем через нелинейное устройство. Частоты этих новых сигналов связаны с различными суммами и разностями между возбуждающим сигналом и контрольным сигналом и всеми создаваемыми ими гармониками. Эти сигналы генерируются на новых частотах и распространяются в кабеле как отраженные сигналы.

Отраженные сигналы, генерируемые нелинейным устройством, имеют частоты хоть и предсказуемые, но отличающиеся от частот подаваемых сигналов, и могут для измерения отделяться фильтрами. Амплитуды этих отраженных сигналов зависят от характеристик кабельной пары, так что характеристики пары можно определять по амплитудам отраженных сигналов, делая возможной характеризацию кабельной пары.

Изобретение, в котором чувствительное к напряжению нелинейное устройство, используемое на дальнем конце кабеля, может возбуждаться с ближнего конца, чтобы вводить его в испытательных целях в нелинейную область, имеет широкий спектр применений, соответствующих сущности и объему изобретения и не выходящих за их пределы.

Предлагаются способ и устройство 3, 60, 202 и 300 для измерения динамических характеристик или характеристик по переменному току и статических характеристик или характеристик по постоянному току кабельной пары 2, 10,0, 24 и 133 с одного, местного, конца при помощи элемента 1,1, 19 и 20, обладающего известными нелинейными электрическими характеристиками, соединенного с другим, удаленным, концом, а также способы и устройства 30 и 111 для соединения нелинейного элемента 1 с удаленным концом кабельной пары 2, 10, 24 и 133 и отсоединения нелинейного элемента 1 посредством электрических напряжений, подаваемых на кабельную пару 2, 10, 24 и 133 на местном конце. В соответствующих изобретению способе и системе испытательная установка ближнего конца 3, 60, 202 и 300 электрически трансформируется на дальний конец кабельной пары 2, 10, 24 и 133, так что во всех отношениях можно считать, что она находится на дальнем конце, хотя на самом деле физически остается на ближнем конце. Нелинейный элемент 1 находится в своей нелинейной области, но будучи удобным образом возбужден двумя или большим количеством переменных сигналов различных частот 4, 12, 13, 41, 42, 133 и 114 создает дополнительные частоты, которые проходят обратно с дальнего конца на ближний конец кабельной пары 2, 10, 24 и 133 и модифицируются характеристиками кабельной пары 2, 10, 24 и 133. За счет выбора определенных возбуждающих частот и измерения характеристик дополнительных вернувшихся частот 6, 22, 52 и 200 можно получить характеристики кабельной пары 2, 10, 24, 133. 3 с. и 42 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Система для измерения характеристик линии связи, содержащая чувствительное к напряжению нелинейное средство с нелинейной областью, соединенное с дальним концом линии связи, средство генерирования сигнала возбуждения и средство для генерирования контрольного сигнала, соединенное с ближним концом линии связи, а также измерительное средство, соединенное с ближним концом линии связи, отличающаяся тем, что измерительное средство выполнено в виде измерителя на фиксированной частоте, средство генерирования сигнала возбуждения выполнено с возможностью формирования сигнала возбуждения с амплитудой, достаточной для перевода чувствительного к напряжению нелинейного средства в его нелинейную область с уровнем напряжения выше нормальных уровней напряжения, используемых для передачи сигналов связи через линию связи, средство для генерирования контрольного сигнала выполнено с возможностью формирования контрольного сигнала, не вносящее значительной нелинейности в чувствительное к напряжению нелинейное средство, причем возбуждающий и контрольный сигналы сформированы таким образом, чтобы чувствительное к напряжению нелинейное средство, генерировало гармоники сигнала возбуждения и смешивало гармоники сигнала возбуждения и контрольный сигнал для генерирования новой частоты на дальнем конце линии связи, причем новая частота является заранее заданной частотой достаточно низкой величины, не подверженной влиянию линии связи. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что средство генерирования сигнала возбуждения расположено на ближнем конце линии связи. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что средство генерирования сигнала возбуждения расположено на дальнем конце линии связи. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанная линия связи содержит пару телефонного кабеля. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что линия связи содержит пару кабеля для системы кабельного телевидения. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что линия связи содержит пару кабеля для сети передачи данных. 7. Система по п.1, отличающаяся тем, что измерительное средство содержит средство для измерения характеристик, представляющих собой произведение известных начальных характеристик указанного возбужденного, чувствительного к напряжению нелинейного средства, соответствующих известному калибровочному сигналу, и характеристик линии связи. 8. Система по п.1, отличающаяся тем, что измерительное средство содержит селективный к частоте вольтметр. 9. Система по п.7, отличающаяся тем, что измерительное средство содержит селективный к частоте вольтметр. 10. Система по п.1, отличающаяся тем, что нелинейное средство содержит пару диодов, соединенных параллельно, в противоположных направлениях, причем эта пара диодов соединена параллельно разистивному импедансу. 11. Система по п.9, отличающаяся тем, что нелинейное средство содержит пару диодов, соединенных параллельно, в противоположных направлениях, причем эта пара диодов соединена параллельно разистивному импедансу. 12. Система по п.1, отличающаяся тем, что нелинейное средство содержит диод, соединенный с указанной линией связи. 13. Система по п.4, отличающаяся тем, что амплитуда возбуждающего сигнала недостаточна для того, чтобы вызвать звонок соединения телефона с линией. 14. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит источник постоянного тока, расположенный на ближнем конце линии связи для выработки постоянного контурного тока в ней, и средство измерения тока, расположенное на указанном ближнем конце для измерения контурного тока, протекающего по линии связи для определения ее характеристик по постоянному току. 15. Система по п.10, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство предотвращения протекания постоянного тока, подключенное последовательно указанным параллельным диодам, для предотвращения протекания постоянного тока в них, источник постоянного тока, расположенный на ближнем конце линии связи для выработки в ней постоянного контурного тока, протекающего через указанное сопротивление, и средство измерения тока, расположенное на ближнем конце линии связи для измерения контурного тока, протекающего по ней, для определения ее характеристик по постоянному току. 16. Система по п.11, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство предотвращения протекания постоянного тока, подключенное последовательно указанным параллельным диодам, для предотвращения протекания постоянного тока через них, источник постоянного тока, расположенный на указанном ближнем конце линии связи для выработки постоянного контурного тока в ней, протекающего через указанное сопротивление, и средство измерения тока, расположенное на указанном ближнем конце линии связи для измерения контурного тока, протекающего по ней, для определения ее характеристик по постоянному току. 17. Система по п.14, отличающаяся тем, что указанное средство предотвращения протекания постоянного тока содержит емкость. 18. Система по п.15, отличающаяся тем, что указанное средство предотвращения протекания постоянного тока содержит емкость. 19. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит первое переключающее средство, расположенное на дальнем конце линии связи для переключения нелинейного средства из изолированного состояния, в котором оно электрически изолировано от линии связи, в неизолированное состояние, в котором оно электрически соединено с линией связи, причем указанное первое переключающее средство соединяет нелинейное средство с линией связи в ответ на возбуждающий сигнал с уровнем, соответствующим уровню переключения указанного первого переключающего средства, и электрически изолирует указанное нелинейное средство от линии связи, когда сигнал в ней меньше указанного уровня переключения. 20. Система по п.13, отличающаяся тем, что дополнительно содержит первое переключающее средство, расположенное на дальнем конце линии связи для переключения нелинейного средства из изолированного состояния, в котором оно электрически изолировано от указанной линии связи, в неизолированное состояние, в котором оно электрически соединено с линией связи, причем указанное первое переключающее средство соединяет нелинейное средство с линией связи в ответ на возбуждающий сигнал с уровнем, соответствующим уровню переключения указанного первого переключающего средства, и электрически изолирует нелинейное средство от линии связи, когда сигнал в ней меньше указанного уровня переключения. 21. Система по п.14, отличающаяся тем, что дополнительно содержит первое переключающее средство, расположенное на дальнем конце линии связи для переключения нелинейного средства из изолированного состояния, в котором оно электрически изолировано от линии связи, в неизолированное состояние, в котором оно электрически соединено с линией связи, причем указанное первое переключающее средство соединяет указанное нелинейное средство с линией связи в ответ на возбуждающий сигнал с уровнем, соответствующим уровню переключения указанного первого переключающего средства, и электрически изолирует нелинейное средство от линии связи, когда сигнал в ней меньше указанного уровня переключения. 22. Система по п.20, отличающаяся тем, что указанное первое переключающее средство содержит стабилитрон. 23. Система по п.18, отличающаяся тем, что содержит средство переключения постоянного тока, расположенное на дальнем конце линии для включения и выключения постоянного тока в ответ на соответствующее переключение указанного первого переключающего средства. 24. Система по п.19, отличающаяся тем, что содержит средство переключения постоянного тока, расположенное на дальнем конце линии для включения и выключения указанного постоянного тока в ответ на соответствующее переключение указанного первого переключающего средства. 25. Система по п.20, отличающаяся тем, что содержит средство переключения постоянного тока, расположенное на дальнем конце линии для включения и выключения указанного постоянного тока в ответ на соответствующее переключение указанного первого переключающего средства. 26. Система по п.22, отличающаяся тем, что средство переключения постоянного тока содержит однооперационный тринистор. 27. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит изолирующую схему, соединенную с линией связи и расположенную со стороны ее дальнего конца для электрической изоляции устройства, соединенного с линией связи на ее дальнем конце в присутствии указанного возбуждающего сигнала. 28. Система по п.13, отличающаяся тем, что содержит изолирующую схему, соединенную с линией связи со стороны ее дальнего конца для электрической изоляции устройства, соединенного с линией связи на ее дальнем конце в присутствии указанного возбуждающего сигнала, причем указанная изолирующая схема изолирует указанное устройство от указанного возбуждающего сигнала, указанного контрольного сигнала и указанного постоянного тока, когда измерительная система находится в состоянии испытания, и пропускает сигнал вызова в линию связи, когда измерительная система находится в нормальное состоянии. 29. Система по п.18, отличающаяся тем, что содержит изолирующую схему, соединенную с линией связи со стороны ее дальнего конца для электрической изоляции устройства, соединенного с линией связи на ее дальнем конце в присутствии указанного возбуждающего сигнала, причем указанная изолирующая схема изолирует указанное устройство от указанного возбуждающего сигнала, указанного контрольного сигнала и указанного постоянного тока, когда измерительная система находится в состоянии испытания, и пропускает сигнал вызова в линию связи, когда измерительная система находится в нормальном состоянии. 30. Система по п.22, отличающаяся тем, что содержит изолирующую схему, соединенную с линией связи со стороны ее дальнего конца для электрической изоляции устройства, соединенного с линией связи на ее дальнем конце в присутствии указанного возбуждающего сигнала, причем указанная изолирующая схема изолирует указанное устройство от указанного возбуждающего сигнала, указанного контрольного сигнала и указанного постоянного тока, когда измерительная система находится в состоянии испытания, и пропускает сигнал вызова в линию связи, когда измерительная система находится в нормальном состоянии. 31. Способ измерения характеристик линии связи, включающий в себя нагружение дальнего конца линии связи чувствительным к напряжению нелинейным средством, имеющим линейную и нелинейную области, возбуждение чувствительного к напряжению нелинейного средства возбуждающим сигналом, подачу по крайней мере одного контрольного сигнала низкого уровня на линию связи на соответствующей измерительной частоте и измерении измерительного сигнала, отличающийся тем, что уровень возбуждающего сигнала является достаточным для введения нелинейного средства в его нелинейную область и генерирования гармоник возбуждающего сигнала и превышает нормальные уровни напряжения, используемые для передачи сигналов связи по линии связи, контрольный сигнал формируют во время нахождения чувствительного к напряжению нелинейного средства в нелинейной области без внесения существенного вклада в нелинейность чувствительного к напряжению нелинейного средства, при этом контрольный сигнал смешивают в чувствительном к напряжению нелинейном средстве с гармониками возбуждающего сигнала, что вызывает генерирование новой частоты на дальнем конце линии связи, содержащей измерительный сигнал заранее заданной достаточно низкой частоты, не подтвержденной влиянию линии связи, при этом измерительный сигнал передается от дальнего конца на ближний конец линии связи, с последующим сравнением известного калибровочного сигнала с генерируемой на заранее заданной новой частоте для определения на основания этого характеристик линии связи. 32. Способ по п.31, отличающийся тем, что этап возбуждения включает в себя этап возбуждения указанного чувствительного к напряжению нелинейного средства с ближнего конца линии связи. 33. Способ по п.31, отличающийся тем, что этап возбуждения включает в себя этап возбуждения указанного чувствительного к напряжению нелинейного средства с дальнего конца линии связи. 34. Способ по п.31, отличающийся тем, что линия связи содержит пару телефонного кабеля, этап возбуждения включает в себя этап возбуждения указанного чувствительного к напряжению нелинейного средства возбуждающим сигналом, имеющим уровень напряжения, превышающий указанные нормальные уровни напряжения, используемые для передачи телефонных сигналов по указанной телефонной кабельной паре, а указанный возбуждающий сигнал имеет напряжение, достаточное для того, чтобы заставить звонить телефон, соединенный с указанным телефонным кабелем. 35. Способ по п.31, отличающийся тем, что линия связи содержит пару телевизионного кабеля, а указанный этап возбуждения включает в себя этап возбуждения указанного чувствительного к напряжению нелинейного средства возбуждающим сигналом, имеющим уровень напряжения, превышающий указанные нормальные уровни напряжения, используемые для передачи сигналов кабельного телевидения по указанной телевизионной кабельной паре. 36. Способ по п.31, отличающийся тем, что линия связи содержит пару кабеля сети передачи данных, а указанный этап возбуждения включает в себя этап возбуждения указанного чувствительного к напряжению нелинейного средства возбуждающим сигналом, имеющим уровень напряжения, превышающий указанные нормальные уровни напряжения, используемые для передачи информационных сигналов по указанной телефонной паре кабеля сети передачи данных. 37. Способ измерения по п. 31, отличающийся тем, что дополнительно включает следующие этапы: подачу в линию связи постоянного тока, соответствующего ее контурному току; измерение тока, протекающего по линии связи и определение ее характеристик по постоянному току. 38. Способ по п. 37, отличающийся тем, что содержит этап переключения указанного чувствительного к напряжению нелинейного средства из изолированного состояния, в котором оно электрически изолировано от линии связи, в неизолированное состояние, в котором оно электрически соединено с линией связи, причем указанный этап переключения охватывет соединение чувствительного к напряжению нелинейного средства с линией связи в ответ на возбуждающий сигнал с уровнем, соответствующим уровню переключения указанного первого переключающего средства, и электрическую изоляцию указанного чувствительного к напряжению нелинейного средства от линии связи, когда сигнал в ней меньше указанного уровня переключения. 39. Способ по п.31, отличающийся тем, что содержит этап переключения указанного чувствительного к напряжению нелинейного средства из изолированного состояния, в котором оно электрически изолировано от линии связи, в неизолированное состояние, в котором оно электрически соединено с линией связи, причем указанный этап переключения охватывает соединение указанного чувствительного к напряжению нелинейного средства с указанной линией связи в ответ на возбуждающий сигнал с уровнем, соответствующим уровню переключения указанного первого переключающего средства, и электрическую изоляцию указанного чувствительного к напряжению нелинейного средства от линии связи, когда сигнал в ней меньше указанного уровня переключения. 40. Способ по п.37, отличающийся тем, что содержит этап включения и выключения указанного постоянного тока в ответ на соответствующее переключение указанного первого переключающего средства. 41. Способ по п.31, отличающийся тем, что содержит этап изоляции устройства, соединенного с линией связи на ее дальнем конце, в присутствии указанного возбуждающего сигнала. 42. Способ по п.39, отличающийся тем, что содержит этап изоляции устройства, соединенного с линией связи на ее дальнем конце, в присутствии указанного возбуждающего сигнала. 43. Способ по п.40, отличающийся тем, что содержит этап изоляции устройства, соединенного с линией связи на ее дальнем конце, в присутствии указанного возбуждающего сигнала. 44. Система для обнаружения нелинейного устройства в линии связи, содержащая чувствительное к напряжению нелинейное средство с нелинейной областью, соединенное с дальним концом линии связи, средство генерирования сигнала возбуждения и средство для генерирования контрольного сигнала, соединенное с ближним концом линии связи, а также измерительное средство соединенное с ближним концом линии связи, отличающаяся тем, что измерительное средство выполнено в виде измерителя на фиксированной частоте, средство генерирования сигнала возбуждения выполнено с возможностью формирования сигнала возбуждения с амплитудой, достаточной для перевода чувствительного к напряжению нелинейного средства в его нелинейную область с уровнем напряжения выше нормальных уровней напряжения, используемых для передачи сигналов связи через линию связи, средство для генерирования контрольного сигнала выполнено с возможностью формирования контрольного сигнала, не вносящее значительной нелинейности в чувствительное к напряжению нелинейное средство, причем возбуждающий и контрольный сигналы сформированы таким образом, чтобы чувствительное к напряжению нелинейное средство генерировало гармоники сигнала возбуждения и смешивало гармоники сигнала возбуждения и контрольный сигнал для генерирования новой частоты на дальнем конце линии связи, причем новая частота является заранее заданной частотой достаточно низкой величины, не подверженной влиянию линии связи. 45. Система по п.44, отличающаяся тем, что указанное чувствительное к напряжению нелинейное средство содержит пару диодов, соединенных параллельно, в противоположных направлениях, причем указанная пара диодов соединена параллельно с резистивным импедансом.