DE102014101793B4 - Method, apparatus and computer program for determining a modulation method with which a plurality of received symbols has been modulated - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Bestimmen eines Modulationsverfahrens, mit dem eine Mehrzahl von empfangenen Symbolen moduliert wurde, umfassend: Bestimmen (1120) eines Wahrscheinlichkeitswertes für jedes Modulationsverfahren aus einer Gruppe möglicher Modulationsverfahren unter Verwendung einer Teilmenge der Mehrzahl von empfangenen Symbolen, wobei der Wahrscheinlichkeitswert eine Wahrscheinlichkeit beziffert, dass alle zur Bestimmung des Wahrscheinlichkeitswertes verwendeten Symbole mit dem jeweiligen Modulationsverfahren moduliert wurden; Bestimmen eines Kandidaten (1140) für das verwendete Modulationsverfahren als dasjenige Modulationsverfahren aus der Gruppe, dessen Wahrscheinlichkeitswert die höchste Wahrscheinlichkeit aller Modulationsverfahren der Gruppe beziffert; unter Verwendung aller Symbole der Mehrzahl, Bestimmen (1160) eines endgültigen Wahrscheinlichkeitswertes für den Kandidaten; für zumindest eines der weiteren Modulationsverfahren aus der Gruppe, Bestimmen (1180) eines weiteren Wahrscheinlichkeitswertes unter Verwendung eines zusätzlichen empfangenen Symbols; und Entfernen (1210) eines Modulationsverfahrens aus der Gruppe möglicher Modulationsverfahren, wenn der weitere Wahrscheinlichkeitswert des Modulationsverfahrens eine geringere Wahrscheinlichkeit beziffert als der endgültige Wahrscheinlichkeitswert des Kandidaten.A method of determining a modulation method that modulates a plurality of received symbols, comprising: determining (1120) a probability value for each modulation method from a group of possible modulation methods using a subset of the plurality of received symbols, wherein the probability value is a probability that all symbols used to determine the probability value have been modulated with the respective modulation method; Determining a candidate modulation scheme candidate (1140) as the modulation scheme from the group whose probability score quantifies the highest probability of all the modulation schemes of the group; using all symbols of the plurality, determining (1160) a final probability value for the candidate; for at least one of the further modulation methods from the group, determining (1180) another probability value using an additional received symbol; and removing (1210) a modulation method from the group of possible modulation methods if the further probability value of the modulation method is less probable than the final probability value of the candidate.
Description
Technisches GebietTechnical area
Ausführungsbeispiele befassen sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bestimmen eines verwendeten Modulationsverfahrens aus einer Gruppe möglicher Modulationsverfahren, mit dem eine Mehrzahl von empfangenen Symbolen moduliert wurden.Embodiments are concerned with a method and apparatus for determining a used modulation method from a group of possible modulation methods with which a plurality of received symbols have been modulated.
Hintergrundbackground
Anwendungen, in denen die Modulationsverfahren zum Erzeugen übertragener Symbole abhängig von der momentanen Qualität eines Übertragungskanales zwischen einem Sender und einem Empfänger variiert werden, sind vielfältig. Die adaptive Modulation ist ein Verfahren, um die Kanalkapazität eines zeitlich veränderlichen Mehrwege-Übertragungskanals effizient auszunutzen, beispielsweise in einem OFDM-Übertragungssystem (Orthogonal Frequency Domain Multiplexing). Dazu werden die Modulationsverfahren an den aktuellen Zustand des Übertragungskanals angepasst. Ziel ist es, spektral effizientere Modulationsverfahren auf denjenigen Subträgern eines aus mehreren Subträgern bestehenden OFDM-Signals zu verwenden, die eine höhere Ubertragungs- bzw. Kanalqualität aufweisen, während einfachere, robustere Modulationsverfahren auf Subträgern mit schlechterer Qualität verwendet werden. Dies kann zu einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit bzw. der Effizienz des Gesamtsystems führen, die beispielsweise bei einer Bitfehlerwahrscheinlichkeit von 10–3 und gleichbleibender Datenrate eine Verringerung der Sendeleistung zwischen 5 und 15 dB verglichen mit einem System mit fester Modulation ermöglichen kann. Um dem Empfänger das korrekte Demodulieren des Signals zu ermöglichen, wird herkömmlich die Information über die verwendeten Modulationsverfahren von dem Sender zu dem Empfänger übertragen, d. h. dem Empfänger wird mitgeteilt, auf welchem Subträger bzw. für welches Symbol welches Modulationsverfahren verwendet wurde, um diesen in die Lage zu versetzen, den Inhalt des Symbols korrekt zu demodulieren. Üblicherweise wird diese Information durch Steuerungsbits bzw. Steuerungsinformationen explizit signalisiert, was zu einer teilweisen erheblichen Reduktion der Bandbreiteneffizienz, also der pro Bandbreite übertragbaren Nutzinformation führen kann. Ein Ansatz, dies zu verhindern, ist, den Empfänger in die Lage zu versetzen, das verwendete Modulationsverfahren selbst mittels einer automatischen Modulationsklassifikation selbstständig zu identifizieren.Applications in which the modulation methods for generating transmitted symbols are varied depending on the instantaneous quality of a transmission channel between a transmitter and a receiver are diverse. Adaptive modulation is a method to efficiently utilize the channel capacity of a time-varying multipath transmission channel, for example, in an Orthogonal Frequency Domain Multiplexing (OFDM) transmission system. For this purpose, the modulation methods are adapted to the current state of the transmission channel. The aim is to use more spectrally efficient modulation techniques on those subcarriers of a multiple subcarrier OFDM signal having higher channel quality, while simpler, more robust modulation schemes are used on lower quality subcarriers. This can lead to an improvement in the performance or the efficiency of the overall system, which, for example, with a bit error probability of 10 -3 and constant data rate, can allow a reduction of the transmission power between 5 and 15 dB compared to a system with fixed modulation. In order to enable the receiver to correctly demodulate the signal, the information about the modulation methods used is conventionally transmitted from the transmitter to the receiver, ie the receiver is informed on which subcarrier or for which symbol which modulation method was used in order to demodulate it Able to correctly demodulate the contents of the symbol. Usually, this information is explicitly signaled by control bits or control information, which can lead to a partial considerable reduction in the bandwidth efficiency, that is, the useful information that can be transmitted per bandwidth. One approach to prevent this is to enable the receiver to independently identify the modulation method itself by means of an automatic modulation classification.
Eine Möglichkeit, auf die in einem Subträger für das momentan empfangene Symbol verwendete Modulation zu schließen, besteht beispielsweise darin, die Wahrscheinlichkeitsfunktion (Likelihood-Funktion) zu maximieren, dass für einen tatsächlich empfangenen Punkt im Konstellationsdiagramm ursprünglich eine bestimmte Modulation verwendet wurde. Diese Wahrscheinlichkeit basiert auf einer Summe von Exponentialfunktionen, wobei die Summe eine Anzahl von Summanden hat, die der Anzahl der Konstellationspunkte des Modulationsverfahrens entspricht. Die Exponenten weisen jeweils einen Term auf, der zu dem Abstand des empfangenen Symbols von einem der möglichen Konstellationspunkte korrespondiert. Daher sind bei diesem Ansatz für jeden Modulationstyp, abhängig von dessen Ordnung bzw. möglichen Punkten im Konstellationsdiagramm, eine Mehrzahl von teilweise komplexen Berechnungen durchzuführen. Das kann dazu führen, dass das Verfahren in Systemen, die näherungsweise in Echtzeit kommunizieren nicht anwendbar ist. Gründe dafür können sein, dass die notwendigen Berechnungen zu lange dauern bzw. dass auf dem empfangenden Gerät, beispielsweise einem Mobiltelefon bzw. einem beliebigen drahtlosen Kommunikationsgerät die zur Verfolgung dieses Ansatzes notwendige Rechenkapazität nicht zur Verfügung steht.One way to conclude the modulation used in a subcarrier for the currently received symbol, for example, is to maximize the likelihood function that a specific modulation was originally used for an actually received point in the constellation diagram. This probability is based on a sum of exponential functions, the sum having a number of summands corresponding to the number of constellation points of the modulation method. The exponents each have a term that corresponds to the distance of the received symbol from one of the possible constellation points. Therefore, in this approach, for each modulation type, depending on its order or possible points in the constellation diagram, a plurality of partially complex calculations are performed. This can cause the method to be inapplicable in systems that communicate approximately in real time. Reasons may be that the necessary calculations take too long or that on the receiving device, such as a mobile phone or any wireless communication device necessary for pursuing this approach computing capacity is not available.
Eine weitere Möglichkeit, auf die verwendete Modulation zu schließen, sind Merkmal-basierte Methoden bzw. Ansätze. Bei diesen Merkmal-basierten Methoden wird eine Gruppe von Merkmalen aus dem Signal extrahiert, die charakteristisch für die zum Erzeugen des empfangenen Signals verwendete Modulation sein können. Basierend auf den extrahierten Merkmalen erfolgt dann die Zuordnung zu der geschätzten verwendeten Modulation. Wenngleich diese Methode möglicherweise recheneffizienter implementiert werden kann als der wahrscheinlichkeitsbasierte Ansatz, ist die Zuverlässigkeit, mit der die tatsächlich verwendete Modulation bestimmt wird, aufgrund der Tatsache, dass merkmalsbasierte Methoden nur einen Teil der zur Verfügung stehenden Informationen verwenden, typischerweise geringer als bei dem wahrscheinlichkeitsbasierten Ansatz. Ferner haben merkmalsbasierende Verfahren den Nachteil, dass diese bei Modulationsverfahren der gleichen Klasse aufgrund der dann ähnlichen Merkmale nur eingeschränkt funktionieren. Beide der Methoden verwenden zur Klassifikation ausschließlich das empfangene Signal eines Subträgers, um auf dem betreffenden Subträger die Modulation zu schätzen. Dies erfordert, dass das Signal möglicherweise lange bzw. für mehrere aufeinanderfolgende Frames eines OFDM-Signals beobachtet werden muss, um trotz erheblicher Rechenkapazität eine vergleichsweise zuverlässige Aussage über das verwendete Modulationsverfahren zu erhalten. Dies wiederum verringert die Anwendbarkeit in Echtzeitanwendungen, in denen geringe Latenzen erforderlich sind. Bei OFDM-Systemen wird beispielsweise die Länge eines OFDM-Frames zusätzlich durch mögliche Synchronisationsfehler und Fehler der Kanalschätzung aufgrund der zeitlich veränderlichen Kanäle begrenzt, sodass sich eine kurze Framelänge bzw. Beobachtungszeit ergeben kann. Beispiele für solche Anwendungen sind WLAN-Netzwerke, insbesondere ein WLAN-Client, ein Laptop, ein Mobiltelefon, ein Messwertaufzeichner oder dergleichen, sowie sämtliche möglichen uni- oder bidirektionalen Kommunikationssysteme, die zu übertragende Inhalte Symbolen unterschiedlicher Modulationsstufen zuordnen können, um die Effizienz der Übertragung zu erhöhen.Another way to deduce the modulation used is feature-based methods or approaches. In these feature-based methods, a set of features is extracted from the signal that may be characteristic of the modulation used to generate the received signal. Based on the extracted features, the assignment then takes place to the estimated modulation used. While this method may possibly be implemented more computationally than the probabilistic approach, the reliability with which the modulation actually used is determined is typically less than that of the probabilistic approach due to the fact that feature-based methods use only a portion of the available information , Furthermore, feature-based methods have the disadvantage that they function only to a limited extent in modulation methods of the same class because of the then similar features. Both of the methods use only the received signal of a subcarrier for the classification in order to estimate the modulation on the relevant subcarrier. This requires that the signal possibly has to be monitored for a long time or for several consecutive frames of an OFDM signal in order to obtain a comparatively reliable statement about the modulation method used, despite considerable computing capacity. This, in turn, reduces applicability in real-time applications where there are low latencies required are. In OFDM systems, for example, the length of an OFDM frame is additionally limited by possible synchronization errors and channel estimation errors due to the time-varying channels, so that a short frame length or observation time can result. Examples of such applications are WLAN networks, in particular a WLAN client, a laptop, a mobile telephone, a measured value recorder or the like, as well as all possible unidirectional or bidirectional communication systems, which can assign contents to be transmitted to symbols of different modulation levels, the efficiency of the transmission to increase.
Spezielle Implementierungen der Likelihood-basierten Modulationsklassifikation sind beispielsweise in der chinesischen Patentanmeldung
Beispiele für Implementierungen der Merkmal-basierten Modulationsklassifikation finden sich unter anderem in der koreanischen Patentanmeldung
Für die Likelihood-basierten Verfahren wurden bereits Vereinfachungen vorgeschlagen, um die Rechenlast zu verringern und die Klassifizierung schneller durchzuführen und/oder den Energieverbrauch derart zu reduzieren, dass diese auch auf mobilen Geräten durchgeführt werden kann. Beispielsweise werden bei der sogenannten Vierpunktapproximation (Y. Chen, L. Häring, and A. Czylwik, MAP-based automatic modulation classification with reduced complexity for TDD-based adaptive OFDM systems. in Proceedings of the 16-th International OFDM-Workshop (InOWo), Hamburg, Germany, 2011), die vier am nächsten benachbarten möglichen Symbole eines empfangenen Symbols berücksichtigt, um eine Wahrscheinlichkeit abzuschätzen, ob das empfangene Symbol mit dem entsprechenden Modulationsverfahren moduliert wurde. Dieses und ähnliche Verfahren können jedoch teilweise zu einer deutlichen Verringerung der Zuverlässigkeit der Klassifizierung führen.Simplifications have already been proposed for the likelihood-based methods in order to reduce the computational burden and to perform the classification faster and / or to reduce the energy consumption so that it can also be performed on mobile devices. For example, in the so-called four-point approximation (Y. Chen, L. Häring, and A. Czylwik, MAP-based automatic modulation classification with reduced complexity for TDD-based adaptive OFDM systems in Proceedings of the 16-th International OFDM Workshop (InOWo ), Hamburg, Germany, 2011), which takes into account the four nearest possible symbols of a received symbol to estimate a probability of whether the received symbol was modulated by the corresponding modulation method. However, this and similar methods may in part lead to a significant reduction in the reliability of the classification.
Für einen Klassifizierungsversuch wird aus Gründen der Zuverlässigkeit und zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit der Fehlklassifikation eine Mehrzahl von Symbolen berücksichtigt, sodass der Rechenaufwand mit der Anzahl der berücksichtigten Symbole steigt. Für jedes der Mehrzahl der Symbole werde eine der Anzahl möglicher Modulationsverfahren entsprechende Anzahl von Wahrscheinlichkeitswerten bestimmt, die jeweils eine Information über die Wahrscheinlichkeit beinhalten, dass das empfangene Symbol mit dem jeweiligen Modulationsverfahren moduliert wurde.For a classification attempt, a plurality of symbols are taken into account for reasons of reliability and to reduce the probability of misclassification, so that the computational effort increases with the number of symbols considered. For each of the plurality of symbols, a number of probability values corresponding to the number of possible modulation methods are determined, which each contain information about the probability that the received symbol was modulated with the respective modulation method.
Die internationale Patentveröffentlichung
Es besteht somit ein Bedürfnis, die Rechenzeit bzw. die Komplexität der Berechnungen für eine Klassifizierung zu verringern.There is thus a need to reduce the computation time or the complexity of the calculations for a classification.
ZusammenfassungSummary
Ausführungsbeispiele zum Bestimmen eines Modulationsverfahrens unter Verwendung einer Mehrzahl von empfangenen Symbolen bestimmen zunächst einen Wahrscheinlichkeitswert für jedes Modulationsverfahren aus einer Gruppe möglicher Modulationsverfahren unter Verwendung einer Teilmenge der Mehrzahl von empfangenen Symbolen. Die vollständige Anzahl bzw. die Mehrzahl von empfangenen Symbolen, die aus statistischen Gründen bei der Klassifizierung berücksichtigt werden sollen, wird zunächst nicht berechnet. Für die Teilmenge der Mehrzahl der empfangenen Symbole wird für jedes Modulationsverfahren aus der Gruppe möglicher Modulationsverfahren ein Wahrscheinlichkeitswert bestimmt, welcher eine Wahrscheinlichkeit beziffert, dass alle zur Bestimmung des Wahrscheinlichkeitswerts verwendeten Symbole mit dem betreffenden bzw. dem jeweiligen Modulationsverfahren moduliert wurden. Dann wird ein vorläufiger Kandidat für das verwendete Modulationsverfahren bestimmt. Der Kandidat ist dasjenige Modulationsverfahren aus der Gruppe, dessen Wahrscheinlichkeitswert, der zunächst unter Verwendung lediglich einer Teilmenge der Mehrzahl der empfangenen Symbole bestimmt wurde, die höchste Wahrscheinlichkeit aller Modulationsverfahren der Gruppe beziffert. Für den Kandidaten wird unter Verwendung aller Symbole der Mehrzahl der Symbole ein endgültiger Wahrscheinlichkeitswert bestimmt. Der endgültige Wahrscheinlichkeitswert für den Kandidaten berücksichtigt sämtliche empfangenen Symbole der Mehrzahl.Embodiments for determining a modulation method using a plurality of received symbols first determine a likelihood value for each modulation method from a group of possible modulation methods using a subset of the plurality of received symbols. The complete number or the majority of received symbols that are to be included in the classification for statistical reasons is initially not calculated. For the subset of the plurality of received symbols, a probability value is determined for each modulation method from the group of possible modulation methods which quantifies a probability that all symbols used to determine the probability value were modulated with the relevant or the respective modulation method. Then a preliminary candidate for the modulation method used is determined. The candidate is that modulation method from the group whose probability value, which was first determined using only a subset of the plurality of received symbols, quantifies the highest probability of all the modulation methods of the group. For the candidate, a final probability value is determined using all the symbols of the plurality of symbols. The final probability score for the candidate takes into account all received symbols of the plurality.
Für zumindest eines oder für jedes der weiteren Modulationsverfahren aus der Gruppe wird ein weiterer Wahrscheinlichkeitswert unter Verwendung eines zusätzlich empfangenen Symbols bestimmt. Wenn der weitere Wahrscheinlichkeitswert eines Modulationsverfahrens bereits eine geringere Wahrscheinlichkeit beziffert als der endgültige Wahrscheinlichkeitswert des Kandidaten, wird das betreffende Modulationsverfahren aus der Gruppe möglicher Modulationsverfahren entfernt, sodass bei weiteren Iterationen für das entfernte Modulationsverfahren keine weiteren Wahrscheinlichkeitswerte mehr bestimmt werden, wodurch signifikante Rechenkapazität gespart werden kann, ohne das Ergebnis der Klassifikation zu beeinträchtigen. For at least one or each of the further modulation methods from the group, a further probability value is determined using an additionally received symbol. If the further probability value of a modulation method already numbers a lesser probability than the final probability value of the candidate, the relevant modulation method is removed from the group of possible modulation methods, so that further iterations for the remote modulation method no longer determine any further probability values, whereby significant computing capacity can be saved without affecting the result of the classification.
Verglichen mit Verfahren, bei denen zunächst für jedes der Modulationsverfahren ein Wahrscheinlichkeitswert unter Berücksichtigung sämtlicher der Mehrzahl der empfangenen Symbole berechnet wird, bevor die Entscheidung für die Klassifizierung getroffen wird, können Ausführungsbeispiele der Erfindung die Rechenlast erheblich verringern, ohne die Genauigkeit der Klassifizierung zu beeinträchtigen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen enthält die Gruppe der möglichen Modulationsverfahren beispielsweise Binary Phase Shift Keying (BPSK), 4-QAM (Quadrature Amplitude Modulation), 16-QAM und 64-QAM. Ferner werden gemäß einigen Ausführungsbeispielen Empfangssituationen berücksichtigt, bei denen zeitlich begrenzt oder unbegrenzt nicht gesendet wird. D. h., gemäß einigen Ausführungsbeispielen enthält die Gruppe der möglichen Modulationsverfahren auch ein Verfahren, das das Senden eines Symbols nicht umfasst, sodass vom Empfänger lediglich Rauschen empfangen wird bzw. sodass der Sender lediglich Rauschen erzeugt.Compared with methods in which a probability value is first calculated for each of the modulation methods taking into account all of the plurality of received symbols before the decision for the classification is made, embodiments of the invention can significantly reduce the computational load without compromising the accuracy of the classification. According to some embodiments, the group of possible modulation methods includes, for example, Binary Phase Shift Keying (BPSK), 4QAM (Quadrature Amplitude Modulation), 16QAM and 64QAM. Furthermore, according to some embodiments, reception situations are considered in which time-limited or unlimited transmission is not possible. That is, according to some embodiments, the set of possible modulation methods also includes a method that does not involve the sending of a symbol such that only noise is received by the receiver, or the transmitter merely generates noise.
Je größer die Anzahl der möglichen Modulationsverfahren, desto komplexer die Aufgabe und desto größer kann gemäß den Ausführungsbeispielen die potenzielle Einsparung an Rechenlast sein.The greater the number of possible modulation methods, the more complex the task and the greater the potential savings in computational load according to the embodiments.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird in einem iterativen Prozess sukzessive jeweils eines der empfangenen Symbole mehr berücksichtigt, um für alle noch in der Gruppe der möglichen Modulationsverfahren verbliebenen Elemente bzw. Modulationsverfahren jeweils einen aktualisierten Wahrscheinlichkeitswert zu bestimmen und zu überprüfen, ob in Kenntnis des aktualisierten Wahrscheinlichkeitswerts der Kandidat für das Modulationsverfahren noch als wahrscheinlichstes Modulationsverfahren in Betracht kommt. Sobald die Gruppe der möglichen Modulationsverfahren kein Modulationsverfahren mehr enthält, ist der momentane Kandidat für das verwendete Modulationsverfahren dasjenige Modulationsverfahren mit der höchsten Wahrscheinlichkeit und wird als das verwendete Modulationsverfahren bestimmt bzw. klassifiziert.According to some embodiments, in an iterative process, in each case one of the received symbols is taken into account in order to determine an updated probability value for all elements or modulation methods still remaining in the group of possible modulation methods, and to check whether the candidate is aware of the updated probability value is still considered as the most likely modulation method for the modulation method. As soon as the group of possible modulation methods no longer contains a modulation method, the current candidate for the modulation method used is the modulation method with the highest probability and is determined or classified as the modulation method used.
Insofern am Ende eines iterativen Prozesses, währenddessen sukzessive sämtliche der Mehrzahl der empfangenen Symbole berücksichtigt wurden, mehrere Modulationsverfahren in der Gruppe der möglichen Modulationsverfahren verbleiben, kann dasjenige Modulationsverfahren klassifiziert bzw. als das verwendete bestimmt werden, dessen Wahrscheinlichkeitswert die höchste Wahrscheinlichkeit beziffert.Insofar as at the end of an iterative process during which several of the plurality of received symbols have been successively considered, several modulation methods remain in the group of possible modulation methods, that modulation method can be classified or designated as used, whose probability value is the highest probability.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird ein ähnliches Verfahren zum Bestimmen der Quelle eines Signals aus einer Gruppe möglicher Quellen bestimmt, wobei das Verfahren auf einer Mehrzahl von empfangenen Signalen basiert. Dabei wird zunächst ein Wahrscheinlichkeitswert für jede der möglichen Quellen unter Verwendung einer Teilmenge der Mehrzahl von empfangenen Signalen bestimmt. Dann wird ein Kandidat für die tatsächliche Quelle bestimmt, der derjenigen der möglichen Quellen der Gruppe entspricht, deren Wahrscheinlichkeitswert die höchste Wahrscheinlichkeit aller Quellen der Gruppe beziffert. Unter Verwendung aller Symbole der Mehrzahl wird ein endgültiger Wahrscheinlichkeitswert für den Kandidaten bestimmt, woraufhin für jede der weiteren möglichen Quellen oder für zumindest eine der Quellen aus der Gruppe ein weiterer Wahrscheinlichkeitswert unter Verwendung eines zusätzlichen empfangenen Signals bestimmt wird. Wenn der weitere Wahrscheinlichkeitswert der Quelle eine geringere Wahrscheinlichkeit beziffert als der endgültige Wahrscheinlichkeitswert des Kandidaten, wird die entsprechende Quelle aus der Gruppe möglicher Quellen entfernt.In accordance with some embodiments, a similar method for determining the source of a signal from a group of possible sources is determined, the method being based on a plurality of received signals. At first, a probability value for each of the possible sources is determined using a subset of the plurality of received signals. Then, a candidate is determined for the actual source corresponding to that of the possible sources of the group whose probability value is the highest probability of all sources of the group. Using all symbols of the plurality, a final probability value for the candidate is determined, whereupon for each of the further possible sources or for at least one of the sources from the group, a further probability value is determined using an additional received signal. If the further probability value of the source is less probable than the final probability value of the candidate, the corresponding source is removed from the group of possible sources.
Gemäß diesen Ausführungsbeispielen können auch andere Klassifizierungen als diejenigen der Modulation bei Aufrechterhaltung der gleichen Klassifizierungsgenauigkeit beschleunigt werden bzw. deren Rechenlast kann verringert werden. Beispielsweise können unterschiedliche Signalmuster, beispielsweise optische oder akustische Signale, einer Serie von tatsächlich empfangenen Signalen mit vergleichsweise geringer Rechenlast zugeordnet werden. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden, zu identifizieren, welches einer Mehrzahl von unterschiedlichen Objekten gerade beobachtet wird, wenn beispielsweise deren akustische oder optische Emission bekannt ist.According to these embodiments, classifications other than those of the modulation can be speeded up while maintaining the same classification accuracy, or their computational load can be reduced. For example, different signal patterns, for example optical or acoustic signals, can be assigned to a series of actually received signals with comparatively low computational load. This can be used, for example, to identify which of a plurality of different objects is being observed, for example, if their acoustic or optical emission is known.
Figurenkurzbeschreibung Brief Description
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying figures. Show it:
Beschreibungdescription
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.Various embodiments will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which some embodiments are illustrated. In the figures, the thickness dimensions of lines, layers and / or regions may be exaggerated for the sake of clarity.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.In the following description of the attached figures, which show only some exemplary embodiments, like reference characters may designate the same or similar components. Further, summary reference numerals may be used for components and objects that occur multiple times in one embodiment or in a drawing but are described together in terms of one or more features. Components or objects described by like or summarizing reference numerals may be used with respect to single, multiple, or all Features, for example, their dimensions, the same, but may also be different, unless the description explicitly or implicitly results.
Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.Although embodiments may be modified and changed in various ways, exemplary embodiments are illustrated in the figures as examples and will be described in detail herein. It should be understood, however, that it is not intended to limit embodiments to the particular forms disclosed, but that embodiments are intended to cover all functional and / or structural modifications, equivalents and alternatives that are within the scope of the invention. Like reference numerals designate like or similar elements throughout the description of the figures.
Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden” oder „verkoppelt” bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden” oder „direkt verkoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z. B., „zwischen” gegenüber „direkt dazwischen”, „angrenzend” gegenüber „direkt angrenzend” usw.).Note that an element referred to as being "connected" or "coupled" to another element may be directly connected or coupled to the other element, or intervening elements may be present. Conversely, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements. Other terms used to describe the relationship between elements should be interpreted in a similar manner (eg, "between" versus "directly in between," "adjacent" versus "directly adjacent," etc.).
Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „einer,” „eine”, „eines” und „der, die, das” auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z. B. „beinhaltet”, „beinhaltend”, aufweist” und/oder „aufweisend”, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the embodiments. As used herein, the singular forms "a," "a," "an," and "the" are also meant to include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. It should also be made clear that the terms such. "Including," "including," "and / or having," as used herein, indicates the presence of said features, integers, steps, operations, elements, and / or components, but the presence or addition of one or more features, integers, steps, operations, elements, components and / or groups thereof.
Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z. B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn zu interpretieren sind, solange dies hierin nicht ausdrücklich definiert ist.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly assigned to one of ordinary skill in the art to which the embodiments pertain. Furthermore, it should be clarified that expressions, e.g. For example, those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having the meaning consistent with their meaning in the context of the relevant art and not to be interpreted in an idealized or overly formal sense, as long as this is so not expressly defined herein.
Zunächst wird in einem Initialisierungsschritt
Für den Kandidaten k wird der endgültige Wahrscheinlichkeitswert Wn(k) unter Berücksichtigung aller n Symbole in einem Schritt der Referenzwertbildung
Mit anderen Worten kann gemäß einigen Ausführungsbeispielen ein Klassifikationsaufwand reduziert werden, indem die Reihenfolge der Auswertung bzw. der Bestimmung der Wahrscheinlichkeitswerte optimiert wird. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die Wahrscheinlichkeitswerte monoton sind, wie dies beispielsweise in dem in den nachfolgenden Absätzen beschriebenen Beispiel der Fall ist, bei dem zur Klassifizierung eines verwendeten Modulationsverfahrens die logarithmische Likelihood-Funktion analytisch exakt bzw. näherungsweise verwendet wird, um für jedes Symbol eine Information über eine Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass das empfangene Symbol mit dem jeweiligen als Arbeitshypothese verwendeten Modulationsverfahren moduliert wurde. Allgemein gesprochen kann jede Abbildung der Likelihoodfunktion auf eine Wertemenge Grundlage eines weiteren Ausführungsbeispiels sein, sofern der Wert des Abbilds bei zusätzlicher Berücksichtigung eines weiteren Symbols entweder immer größer oder immer kleiner wird. Dabei können die den einzelnen Symbolen zugeordneten Funktionswerte auch auf andere Art kombiniert werden als durch Addition, beispielsweise durch Multiplikation.In other words, according to some embodiments, a classification effort can be reduced by optimizing the order of evaluation or the determination of the probability values. This may be particularly advantageous if the probability values are monotone, such as This is the case, for example, in the example described in the following paragraphs, in which the logarithmic likelihood function is analytically used exactly to classify a modulation method used in order to calculate for each symbol information about a probability that the received symbol was modulated with the respective modulation method used as a working hypothesis. Generally speaking, any mapping of the likelihood function to a set of values may be the basis of a further embodiment, provided that the value of the image either becomes larger or smaller with the additional consideration of another symbol. In this case, the function values assigned to the individual symbols can also be combined in a different way than by addition, for example by multiplication.
In diesen beschriebenen Beispielen sind die Funktionswerte der logarithmischen Likelihood-Funktion oder der verwendeten Approximationen für alle Modulationen und alle Empfangssymbole stets kleiner oder gleich 0, sodass die Funktionswerte bei additiver Kombination bzw. bei jedem Hinzufügen eines weiteren berücksichtigten empfangenen Symbols monoton abnehmen. Dies kann dazu ausgenutzt werden, dass, anders als in herkömmlichen Lösungen, die Funktionswerte nicht für alle möglichen Modulationen komplett bis zum letzten Empfangssymbol n ausgewertet werden müssen, um am Ende die Funktionswerte miteinander vergleichen zu können. Stattdessen wird gemäß den Ausführungsbeispielen zunächst nur ein Wahrscheinlichkeitswert unter Berücksichtigung der ersten s-Symbole berechnet bzw. bestimmt.In these examples described, the function values of the logarithmic likelihood function or the approximations used for all modulations and all receive symbols are always less than or equal to 0, so that the function values decrease monotonically with additive combination or with each addition of another received symbol considered. This can be exploited to the effect that, unlike in conventional solutions, the function values do not have to be evaluated completely for all possible modulations up to the last received symbol n in order to be able to compare the functional values with one another at the end. Instead, according to the exemplary embodiments, initially only one probability value is calculated or determined taking into account the first s symbols.
Dies ist zur Veranschaulichung in der Tabelle der
Bei dem in
Sollte der aufsummierte Funktionswert bzw. der Wahrscheinlichkeitswert für das zweite Modulationsverfahren 1 nach n ausgewerteten Symbolen größer als der Referenzwert sein, wird diese Modulation die aktuelle Schätzung bzw. das dazu korrespondierende Modulationsverfahren der aktuelle Kandidat und der dazugehörige aufsummierte Funktionswert bzw. der dazugehörige Wahrscheinlichkeitswert Wn(1) auch der neue Referenzwert. Auf ähnliche Art und Weise kann dasselbe iterative Verfahren auf die restlichen möglichen Modulationen angewendet werden. Alternativ dazu kann gemäß einigen Ausführungsbeispielen in jeder Iteration ein weiteres Symbol für jedes der möglichen Modulationsverfahren berücksichtigt werden, was zum selben Ergebnis bei der gleichen Einsparung von Rechenkapazität führen kann. Bei dem in
Die folgende Tabelle illustriert anhand eines konkreten Anwendungsszenarios die Einsparungen an Rechenkapazität, die durch Anwendung eines Ausführungsbeispiels erzielt werden. Die Ergebnisse der Tabelle basieren auf der Auswertung von 128 Symbolen und einer Klassifikation, die als mögliche Modulationsverfahren NoTx, BPSK, 4-QAM, 16-QAM und 64-QAM berücksichtigt. Dabei wird ein SNR-Bereich (Signal to Noise Ratio) von 7 dB bis 15 dB berücksichtigt. In der Tabelle wird der durchschnittliche erforderliche Rechenaufwand pro empfangenem Symbol angegeben, wenn ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines Modulationsverfahrens verwendet wird. Für die nachfolgend noch detaillierter beschriebenen Näherungsverfahren der 16-Punkt Approximation und der Referenzpunkt-Approximation ergibt sich die in der Tabelle dargestellte durchschnittliche Anzahl von Rechenschritten pro Symbol sowie die dort dargestellte Anzahl von Speicheraufrufen. Ohne Anwendung der Ausführungsbeispiele ergäbe sich für die herkömmliche Anwendung der 16-Punkt Approximation ein Wert von ca. 110. Multiplikationen und für die Referenzpunkt-Approximation ein Wert von ca. 80 Multiplikationen. Verglichen mit einem herkömmlichen Ansatz, bei dem die Wahrscheinlichkeitswerte zunächst für alle empfangenen Symbole und alle Modulationsverfahren berechnet werden und der Vergleich am Ende erfolgt, kann mittels den Ausführungsbeispielen eine Reduktion der Multiplikationsoperationen von etwa (110-80)/110 ~ 27% für die 16-Punktapproximation erreicht werden. Äquivalent dazu ergibt sich eine Reduktion der Multiplikationen von etwa (70-50)/70 ~ 29% für die Referenzpunkt-Approximation.
Die Vorrichtung
Der Auswähler
Der Schätzer
Die nachfolgend beschriebenen Figuren zeigen weitere Ausführungsbeispiele, die mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen kombiniert werden können.
Zunächst wird in einem Teilschritt
In einem zweiten Teilschritt
In einem Kombinationsschritt
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird die erste Näherung mittels der anhand von
Eine geringe Modifikation der Vier-Punkt-Approximation kann unter Ausnutzung der Symmetrieeigenschaften der Koordinaten der möglichen Symbole im Konstellationsdiagramm dazu führen, dass die Likelihood-Funktion durch die Ausführungsbeispiele unter Berücksichtigung sämtlicher der sechzehn in
Durch Ausnutzung der paarweisen Symmetrien können bei der, vom konkret empfangenen bzw. dekodierten Symbol
Vor einer weiteren Diskussion des in
Die Likelihood-Funktion für das Modulationsverfahren Mi lässt sich angeben durchThe likelihood function for the modulation method Mi can be specified by
Hierin ist ρ2 das Signal to Noise Ratio (SNR), das zu Beginn jedes Empfangsprozesses gemessen werden kann. Li ist die Anzahl von Symbolen, also der möglichen Konstellationspunkte des Modulationsverfahrens Mi; und |rk – ai,l|2 ist die Distanz zwischen dem Empfangssymbol rk und dem l-ten Konstellationspunkt ai,l des Modulationsverfahrens Mi.Here ρ 2 is the signal to noise ratio (SNR) that can be measured at the beginning of each reception process. L i is the number of symbols, ie the possible constellation points of the modulation method M i ; and | r k - a i, l | 2 is the distance between the reception symbol r k and the l-th constellation point a i, l of the modulation method M i .
Um die Likelihood-Funktion auszurechnen, wäre je möglichem Modulationsverfahren Mi eine Auswertung vonexponentiellen Funktionen erforderlich, wobei bi die Modulationsstufe oder Anzahl von bits pro Symbol ist. Für 16-QAM wären somit 24 = 16 exponentielle Funktionen auszuwerten, bei 64-QAM sogar 64. Um die Berechnung von exponentiellen Funktionen zu vermeiden, wird eine erste Approximation eingeführt. Das Prinzip wird nachfolgend und in
Bilden des Logarithmus der Likelihood-Funktion. Dies ist möglich, weil die logarithmische Funktion eine monoton steigende Funktion ist. Ferner werden nur die vier Punkte berücksichtigt, die das Empfangssymbol als nächste Nachbarn einschließen. In
Form the logarithm of the likelihood function. This is possible because the logarithmic function is a monotone increasing function. Furthermore, only the four points that include the receive symbol as nearest neighbors are considered. In
Die vier Symbole ai,l mit l = 1, 2, 3, 4 sind in dem in
Mit Hilfe dieser Symmetrien kann die logarithmische Likelihood-Funktion wie folgt genähert werden:
Die aufwändige Berechnung des ln(cosh(x)) kann durch folgende Approximation umgangen werden: The complex calculation of ln (cosh (x)) can be circumvented by the following approximation:
Die Vier-Punkt-Approximation kann gemäß dem in
Insbesondere gilt, dass sich die Näherungen der Vier-Punkt–Approximation Λ(x, y) jeweils getrennt für die x-Komponenten Λx(x) der Abstände und die y-Komponenten Λy(y) der Abstände berechnen lassen, da Λ(x, y) = Λx(x) + Λy(y). Beispielsweise gilt für die Näherung Λ1(x, y) der ersten Gruppe 204 im Quadranten
Ferner gilt aufgrund der Symmetrie der Symbole des Modulationsverfahrens für die dritte Näherung Λ2(x, y) der dritten Gruppe
Es kann gemäß einiger Ausführungsbeispiele also eine dritte Näherung für eine dritte Gruppe (
Mit anderen Worten ist in
Deshalb werden die Funktionswerte der 4-Punkt-Approximation erst exponiert, bevor sie addiert werden können.Therefore, the function values of the 4-point approximation are first exposed before they can be added together.
Durch Bereitstellen jeweils eines Näherungswertes für eine Exponentialfunktion der ersten, zweiten, dritten und vierten Näherung und Kombinieren der Näherungswerte für die Exponentialfunktion der ersten, zweiten, dritten und vierten Näherung kann ein Summenwert erhalten werden, der die Information über die Wahrscheinlichkeit enthält. Vorliegend wäre dies bei der in
Durch Logarithmieren des so gebildeten Summenwertes kann die Information über die Wahrscheinlichkeit so bereitgestellt werden, dass sie mit anderen getesteten Modulationsverfahren verglichen werden kann, wenn deren Wahrscheinlichkeiten ebenfalls in logarithmischer Form abgeschätzt werden.By logarithmizing the sum value thus formed, the information about the probability can be provided so that it can be compared with other modulation methods tested, if their probabilities are also estimated in logarithmic form.
Die Auswertung einer Exponentialfunktion (e-Funktion) ist deutlich komplexer als Multiplikations- oder Additionsoperation. Um diesen Aufwand zu vermeiden, kann in einigen Ausführungsbeispielen eine weitere Approximation verwendet werden.The evaluation of an exponential function (e-function) is much more complex than a multiplication or addition operation. To avoid this expense, a further approximation may be used in some embodiments.
Dafür kann der Wertebereich, in dem Funktionswerte berücksichtigt werden, eingeschränkt werden. Eine natürliche Grenze ist nach oben gegeben. Die Wahrscheinlichkeit, dass das gesendete Symbol (Sendesymbol) zu einem der vier untersuchten Konstellationspunkte bzw. möglichen Symbole korrespondiert, ist maximal 1. Somit ist der größte sinnvolle Wert für den Logarithmus einer Wahrscheinlichkeit 0 (ln(1) = 0). Nach unten gibt es keine eindeutige Grenze. Simulationen zeigen, dass für einige Ausführungsbeispiele ein Minimalwert von –20 für den Logarithmus der Wahrscheinlichkeit ausreichen kann. Alle kleineren Elemente können auf diesen Wert aufgerundet werden. Der Funktionswert von –20 entspricht einer Wahrscheinlichkeit von 10–9. Dieser Wert ist auch der Maximale Fehler, der durch die Einschränkung des Wertebereiches, entsteht. Der mögliche Wertebereich ist zu groß um die e-Funktion mit einem Taylorpolynom anzunähern.For this, the range of values in which function values are taken into account can be restricted. A natural limit is given up. The probability that the transmitted symbol (transmission symbol) corresponds to one of the four constellation points or possible symbols examined is a maximum of 1. Thus, the largest meaningful value for the logarithm of a probability is 0 (ln (1) = 0). Down there is no clear limit. Simulations show that for some embodiments, a minimum value of -20 may be sufficient for the logarithm of probability. All smaller elements can be rounded up to this value. The function value of -20 corresponds to a probability of 10 -9 . This value is also the maximum error caused by the restriction of the value range. The possible value range is too large to approximate the e-function with a Taylor polynomial.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann dieses Problem mit Hilfe einer Tabelle gelöst werden:
Die Tabelle enthält im Intervall [–20, 0] im Abstand von 0,1 Argumente und Funktionswerte der e-Funktion. Die Werte werden als Entwicklungspunkt für ein Taylorpolynom genutzt. Da die e-Funktion und alle ihre Ableitungen klein sind im untersuchten Intervall genügt bei einigen Ausführungsbeispielen ein lineares Polynom. Nach der Transformation von logarithmischer Form in die exponentielle Form können die vier Funktionswerte addiert werden. Anschließen könnte die Summe logarithmiert werden, um sie mit den Ergebnissen der Likelihood-Funktion von BPSK, 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM und ”No Transmission” und oder anderen Modulationsverfahren vergleichen zu können, sollten diese nur in logarithmischer Form vorliegen. Dabei kann dieselbe Tabelle genutzt werden wie beim exponieren.The table contains in the interval [-20, 0] at a distance of 0.1 arguments and function values of the e-function. The values are used as a development point for a Taylor polynomial. Since the e-function and all its derivatives are small in the interval under investigation, in some embodiments a linear polynomial suffices. After the transformation from logarithmic form to exponential form, the four function values can be added. Subsequently, the sum could be logarithmized to compare with the results of the likelihood function of BPSK, 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM, and "No Transmission" and other modulation schemes, should these be in logarithmic form only , The same table can be used as when exposed.
Mit anderen Worten wird bei einigen Ausführungsbeispielen zunächst die Exponentialfunktion der Näherungen gebildet und diese dann zu einem Summenwert summiert. Sofern zum Vergleich mit anderen Modulationsverfahren von Vorteil, wird gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Summenwert anschließend logarithmiert.In other words, in some embodiments, the exponential function of the approximations is first formed and then summed to a sum value. If advantageous for comparison with other modulation methods, the sum value is subsequently logarithmized in accordance with some embodiments.
Durch die Verwendung der zweiten Gruppe von Symbolen, die gemäß dem in
Die Erhöhung der dafür erforderlichen Rechenkapazität ist, insbesondere anhand von
Bei dem in
Dies kann auf vorteilhafte Weise dahingehend ausgenutzt werden, da sich die Abstände zwischen der zu dem empfangenen Symbol
Mit anderen Worten zeigt
Im Approximationsschritt
Um eine gute Approximation des Logarithmus des Cosinus Hyperbolicus ln(coshx) für kleine Argumente zu erhalten, kann prinzipiell eine Taylorreihenentwicklung um 0 genutzt werden. Diese hat die folgende Gestalt: In order to obtain a good approximation of the logarithm of the hyperbolic cosine ln (coshx) for small arguments, a Taylor series development around 0 can in principle be used. This has the following form:
Die Taylorreihenentwicklung um null hat den Vorteil, dass sie gerade ist. Deshalb ist zu deren Berechnung nur eine Multiplikation mehr nötig als bei einem Polynom 2-ten Grades, da gilt:
Trotzdem hat der Fehler die Ordnung O(x5) und ist daher sehr gering für kleinere x. Folglich erreicht man eine hohe Genauigkeit mit geringem Aufwand.Nevertheless, the error has the order O (x 5 ) and is therefore very small for smaller x. Consequently, one achieves high accuracy with little effort.
Sowohl das Taylor Polynom als auch die in der 4-Punkt Approximation für größere Argumente genutzte lineare Funktion (|x| – ln(2)) sind für alle realen Zahlen kleiner als die Zielfunktion. Daher ist die betragsmäßig größere Funktion immer die bessere Approximation des ln(cosh(x)). Der Schnittpunkt des Taylor Polynomsmit der Gerade x – ln(2) im positiven Definitionsbereich ist bei einem Funktionswert von 0,82. Für alle Funktionswerte, die größer als 0.82 sind, kann die lineare Funktion verwendet werden. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird also unterhalb eines Schwellwertes x für das Argument des ln(cosh(x)) eine erste Approximationsfunktion verwendetund oberhalb eine zweite (x – ln(2)), wobei der Schwellwert im Intervall [1,4; 1,6] liegen kann. Both the Taylor polynomial and the linear function (| x | - ln (2)) used in the 4-point approximation for larger arguments are smaller than the objective function for all real numbers. Therefore, the magnitude larger function is always the better approximation of ln (cosh (x)). The intersection of the Taylor polynomial with the straight line x - ln (2) in the positive domain is at a function value of 0.82. For all function values greater than 0.82, the linear function can be used. Thus, according to some embodiments, below a threshold x for the argument of ln (cosh (x)), a first approximation function is used and above a second one (x-ln (2)), wherein the threshold value in the interval [1,4; 1.6] can lie.
Mit der Kombination aus Taylorpolynom und ursprünglicher Approximation kann der Approximationsfehler stark verringert werden.With the combination of Taylor polynomial and original approximation, the approximation error can be greatly reduced.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Übersicht auch tabellarisch zusammengefasst.
Im niedrigen SNR-Bereich bei einer Fehlklassifikationsrate von etwa 10–1 ist der Approximationsverlust durch die 16-Punkt-Approximation
Die referenzpunkt-basierte Approximation
Die folgende Tabelle gibt den Aufwand der Berechnung der Klassifikationsmetrik pro Empfangssymbol unter Berücksichtigung von No-Tx, BPSK, 4-QAM, 16-QAM und 64-QAM als mögliche Modulationsverfahren an. Die Berechnung etwaiger Look-up Tabellen ist nicht enthalten, da diese offline erfolgen und dann abgespeichert werden kann.
Die Eingangsschnittstelle dient zum Empfangen eines empfangenen Symbols, beispielsweise mittels einer drahtlosen Übertragung oder ein Symbol, das über eine Draht gebundene Übertragung, beispielsweise ein DSL- oder ähnliches Modem übertragen wurde. Die erste Schaltung
Die zweite Schaltung
Der Kombinierer ist ausgebildet, um die erste Näherung und die zweiten Näherung zu empfangen und die zumindest zwei Näherungen zu kombinieren, um die Information über die Wahrscheinlichkeit zu erhalten, dass das über die Eingangsschnittstelle empfangene Symbol mit einem getesteten, als Arbeitshypothese verwendeten Modulationsverfahren moduliert wurde.The combiner is configured to receive the first approximation and the second approximation and to combine the at least two approximations to obtain the information about the probability that the symbol received via the input interface has been modulated with a tested modulation method used as a working hypothesis.
Als ein empfangenes Symbol ist hier ein nach einer Demodulation möglicher weiterer Signalverarbeitungsschritten empfangenes Symbol, also ein Punkt im Konstellationsdiagramm zu verstehen, das mittels eines Empfängers über eine drahtlose oder drahtgebundene Signalübertragung empfangen wurde. Aufgabe eines intelligenten Empfängers (Cognitive Radio) ist es dann ohne zusätzliche Signalisierung zu bestimmen, wie ein einzelnes Symbol bzw. eine Serie von Symbolen senderseitig moduliert wurden, wenn eine Mehrzahl von möglichen Modulationsverfahren zur Verfügung steht. Dies kann den zur Signalisierung des verwendeten Modulationsverfahrens verursachten Overhead reduzieren.A received symbol here is a symbol received after a demodulation of possible further signal processing steps, ie a point in the constellation diagram that was received by means of a receiver via a wireless or wired signal transmission. It is then the task of an intelligent receiver (cognitive radio) to determine, without additional signaling, how a single symbol or a series of symbols has been modulated on the transmitter side if a plurality of possible modulation methods are available. This can reduce the overhead caused by the signaling of the modulation method used.
Wenngleich in den vorhergehenden Absätzen überwiegend für ein OFDM Übertragungssystem motiviert, können weitere Ausführungsbeispiele auch in anderen Anwendungsszenarien verwendet werden. Die
Geht man davon aus, dass alle fünf Fälle mit der gleichen Wahrscheinlichkeit auftreten, wäre in diesem Szenario eine Maximum-Likelihood-Methode ein Ansatz für die Modulationsklassifikation und in Bezug auf die Fehlklassifikationsrate vorteilhaft. Folgend werden die o. g. fünf Fälle durch die Modulationsverfahren gekennzeichnet: {NoTx
Wenngleich in den vorhergehenden Abschnitten überwiegend für die digitale Modulation motiviert, die bei einigen Mobilfunkverfahren üblich ist, können weitere Ausführungsbeispiele auch in anderen technischen Gebieten bzw. mit anderen schnurlosen bzw. drahtgebundenen Übertragungsstandards verwendet werden, in denen Modulationsverfahren verwendet werden. Although the previous sections are predominantly motivated by the digital modulation that is common in some mobile radio methods, other embodiments may be used in other technical fields or with other wireless transmission standards using modulation techniques.
Weitere mögliche Anwendungen sind Long-Term Evolution (LTE), LTE-Advanced (LTE-A), High Speed Packet Access (HSPA), Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) oder UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN), evolved-UTRAN (e-UTRAN), Global System for Mobile communication (GSM) oder Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE) Netzwerke, GSM/EDGE Radio Access Network (GERAN), oder Kommunikationsnetze nach anderen Standards, zum Beispiel Worldwide Inter-operability for Microwave Access (WIMAX) IEEE 802.16 oder Wireless Local Area Network (WLAN) IEEE 802.11, allgemein gesprochen Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Netzwerke, Time Division Multiple Access (TDMA) Netzwerke, Code Division Multiple Access (CDMA) Netzwerke, Wideband-CDMA (WCDMA) Netzwerke, Frequency Division Multiple Access (FDMA) Netzwerke, Spatial Division Multiple Access (SDMA) Netzwerke, etc.Other possible applications include Long-Term Evolution (LTE), LTE-Advanced (LTE-A), High Speed Packet Access (HSPA), Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) or UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN), evolved-UTRAN (UMTS). e-UTRAN), Global System for Mobile Communication (GSM) or Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE) networks, GSM / EDGE Radio Access Network (GERAN), or other standard communications networks, such as Worldwide Inter-operability for Microwave Access (WIMAX) IEEE 802.16 or Wireless Local Area Network (WLAN) IEEE 802.11, Generally Spoken Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Networks, Time Division Multiple Access (TDMA) Networks, Code Division Multiple Access (CDMA) Networks, Wideband CDMA ( WCDMA) networks, Frequency Division Multiple Access (FDMA) networks, Spatial Division Multiple Access (SDMA) networks, etc.
Weitere Anwendungsgebiete sind Single-Systeme mit adaptiver Modulation, aber auch Anwendungsfälle wie intelligente Systeme, wo mehrere Sender und Empfänger existieren und jeder Sender zunächst mithilfe einer Signalklassifikation und/oder auch Modulationsdetektion vakante Frequenzbänder feststellt und für Übertragung seiner Information an bestimmten Empfänger nutzt. Alle Empfänger wiederum die Frequenzbänder scannen und ggf. eine Signalklassifikation und Modulationsdetektion durchführen um den an sie selbst bestimmten übertragende Inhalte zu demodulieren. Auch in militärischen Anwendungen kann blinde Modulationsdetektion eine große Rolle spielen. z. B. bei electronic warfare and surveillance systems um fremde Signale zu unterdrücken oder gezielt zu detektieren für Spionagezwecke oder Maßnahmen zu ergreifen, um eigene Signal besser vor fremde Signale oder Interferenz zu schützen. Auch in Kontext von Cognitive Radio (CR), wo ein lizenzierter sogenannter Primary User sein Spectrumresourcen mit einem oder gar mehreren Secondary Users teilt. Die Secondary Users nutzt sogenannte Spectrum holes (Vakante Timeslots oder Frequenzbänder) zur Signalüertragung. Dabei kann die Secondary Users auch Modulationsklassifikation einsetzen um vakante Timeslots oder Frequenzbänder zu identifizieren. Auf der Empfängerseite kann man dann wiederum blinde Modulationsdetektion verwenden um die an ihn bestimmte Signale zu empfangen.Further fields of application are single systems with adaptive modulation, but also applications such as intelligent systems, where multiple transmitters and receivers exist and each transmitter first uses signal classification and / or modulation detection to detect vacant frequency bands and to transmit their information to specific receivers. All receivers, in turn, scan the frequency bands and, if necessary, perform signal classification and modulation detection to demodulate the transmitted content intended for them. Blind modulation detection can also play a major role in military applications. z. For example, in electronic warfare and surveillance systems to suppress or selectively detect foreign signals for espionage purposes or to take measures to protect their own signal better against foreign signals or interference. Also in the context of Cognitive Radio (CR), where a licensed so-called primary user shares his spectrum resources with one or more secondary users. The secondary users use so-called spectrum holes (vacant timeslots or frequency bands) for signal transmission. The secondary users can also use modulation classification to identify vacant timeslots or frequency bands. On the receiver side, you can then use blind modulation detection again to receive the signals intended for it.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.The features disclosed in the foregoing description, the appended claims and the appended figures may be taken to be and effect both individually and in any combination for the realization of an embodiment in its various forms.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-Ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory are stored on the electronically readable control signals, which can cooperate with a programmable hardware component or cooperate such that the respective method is performed.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System an Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.A programmable hardware component may be integrated by a processor, a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), a computer, a computer system, an application-specific integrated circuit (ASIC) Circuit (IC), a system on chip (SOC), a programmable logic element or a field programmable gate array with a microprocessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) may be formed.
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.The digital storage medium may therefore be machine or computer readable. Thus, some embodiments include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system or programmable hardware component such that one of the methods described herein is performed. One embodiment is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer readable medium) on which the program is recorded for performing any of the methods described herein.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.In general, embodiments of the present invention may be implemented as a program, firmware, computer program, or computer program product having program code or data, the program code or data operative to perform one of the methods when the program resides on a processor or a computer programmable hardware component expires. The program code or the data can also be stored, for example, on a machine-readable carrier or data carrier. The program code or the data may be present, inter alia, as source code, machine code or bytecode as well as other intermediate code.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.Another embodiment is further a data stream, a signal sequence, or a sequence of signals that represents the program for performing any of the methods described herein. The data stream, the signal sequence or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet or another network. Embodiments are also data representing signal sequences that are suitable for transmission over a network or a data communication connection, the data representing the program.
Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch ein Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.For example, a program according to one embodiment may implement one of the methods during its execution by, for example, reading or writing one or more data into memory locations, optionally switching operations or other operations in transistor structures, amplifier structures, or other electrical, optical, magnetic or caused by another operating principle working components. Accordingly, by reading a memory location, data, values, sensor values or other information can be detected, determined or measured by a program. A program can therefore acquire, determine or measure quantities, values, measured variables and other information by reading from one or more storage locations, as well as effect, initiate or execute an action by writing to one or more storage locations and control other devices, machines and components ,
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.
Claims (11)
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