DE102010030450B4

DE102010030450B4 - Rauscherfassungsverfahren, Rauscherfassungsvorrichtung, Simulationsverfahren, Simulationsvorrichtung und Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE102010030450B4
Application number: DE102010030450.6A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Umehara; Masahiro Morikura; Toshiya Hisada; Shinichi Ishiko; Satoshi Horihata
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2014-10-23
Anticipated expiration: 2030-06-24
Also published as: DE102010030450A1; US20130343445A1; US8718124B2; US8548036B2; US20100329320A1; DE102010030450B8; JP2011135555A; JP5515032B2

Abstract

Rauscherfassungsverfahren zum Erfassen von Rauschen, das in einem Kommunikationsmedium aufgetreten ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) Messen eines Signalpegels in dem Kommunikationsmedium mit einem vorbestimmten Intervall; (b) Extrahieren eines Messergebnisses für eine vorbestimmte periodische Messeinheit als eine beobachtete Rauschfolge; (c) Berechnen einer Rauschcharakteristik aus der extrahierten beobachteten Rauschfolge unter Verwendung eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells; (d) Berechnen einer geschätzten Zustandsfolge aus der berechneten Rauschcharakteristik und der beobachteten Rauschfolge, die eine Folge ist, die angibt, ob ein Zustand ein Rauschauftrittszustands ist; und (e) individuelles Erfassen von impulshaftem Rauschen aus der geschätzten Zustandsfolge zu jedem Zeitpunkt innerhalb der periodischen Messeinheit.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem mit mehreren Kommunikationsvorrichtungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Rauscherfassungsverfahren, eine Rauscherfassungsvorrichtung, ein Simulationsverfahren, eine Simulationsvorrichtung und ein Kommunikationssystem, die in der Lage sind, automatisch ein plötzliches bzw. impulshaftes Rauschen, das plötzlich in einem Kommunikationsmedium erzeugt wird, anhand einer statistischen Eigenschaft des beobachteten Rauschens selbst zu erfassen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Vor Kurzem wurde in jedem Gebiet ein System verwendet, bei dem mehrere Kommunikationsvorrichtungen miteinander verbunden sind und Funktionen den jeweiligen Kommunikationsvorrichtungen zugewiesen sind, um gemeinsam Daten auszutauschen, wobei es den Vorrichtungen ermöglicht wird, verschiedene Prozesse in Verbindung miteinander durchzuführen. In einem Kommunikationssystem wird die Qualität der Kommunikation durch impulshaftes Rauschen, das in einem Kommunikationsmedium, durch das die Kommunikationsvorrichtungen miteinander verbunden sind, erzeugt wird, beeinflusst. Dementsprechend ist es notwendig, Maßnahmen zu ergreifen, um impulshaftes Rauschen zu verhindern oder um eine Kommunikation, die durch impulshaftes Rauschen nicht beeinflusst wird, zu realisieren.
Auf dem Gebiet eines fahrzeuginternen LAN (lokales Netz), das in einem Fahrzeug vorgesehen ist, werden ECUs (elektronische Steuereinheiten), die als Kommunikationsvorrichtungen dienen, verwendet, und es wird den ECUs ermöglicht, spezialisierte Prozesse durchzuführen, um gemeinsam Daten auszutauschen, wodurch verschiedene Funktionen als ein System realisiert werden. Eine Fahrzeugsteuerung wird von einer mechanischen Steuerung zu einer elektrischen Steuerung hin verschoben, und eine Spezialisierung von Funktionen jeweiliger ECUs und Funktionen, die von einem System realisiert werden, sind dabei, sich zu verstärken bzw. zu erhöhen. Dementsprechend erhöhen sich die Anzahl und die Arten von Kommunikationsvorrichtungen, und die Anzahl der Kommunikationsleitungen, durch die die Kommunikationsvorrichtungen miteinander verbunden sind, erhöht sich ebenfalls. Außerdem ist es bei einer Erhöhung der Datenmenge, die von einem Kommunikationssystem empfangen und übertragen wird, notwendig, eine große Datenmenge mit einer höheren Geschwindigkeit zu empfangen und zu übertragen.
Im Hinblick dessen wird ein Augenmerk auf eine PLC (Energieleitungskommunikation) zum Realisieren einer Kommunikation durch Überlagern einer Kommunikationsträgerwelle auf eine vorhandene Energieleitung gelegt, und außerdem wurde die Anwendung der PLC für ein fahrzeuginternes LAN (siehe beispielsweise Patentdokument 1) vorgeschlagen. Die Anwendung eines fahrzeuginternen PLC-Systems für ein fahrzeuginternes LAN kann eine Verringerung der Anzahl von Leitungen erzielen, womit es möglich wird, verschiedene Wirkungen einschließlich: einer Verringerung des Gewichts eines Fahrzeugs; einer Verbesserung der Kraftstoffeffizienz; und einer effektiven Verwendung eines Raums in einem Fahrzeug zu erwarten.
In einem fahrzeuginternen PLC-System müssen insbesondere aus Sicherheitsgründen Daten mit geringer Verzögerung und hoher Zuverlässigkeit empfangen und übertragen werden. Da jedoch ein Aktuator mit einer Energieleitung in einem fahrzeuginternen PLC verbunden ist, wird plötzlich ein impulshaftes Rauschen hoher Amplitude aufgrund eines Betriebs und/oder eines Beendens des Betriebs des Aktuators erzeugt. Daher ist es notwendig, automatisch das impulshafte Rauschen anhand einer statistischen Eigenschaft des beobachteten Rauschens selbst zu erfassen; detaillierte vorherige Studien eines Kominunikationsverfahrens oder Ähnlichem, das für das impulshafte Rauschen, das sich in Abhängigkeit von einem Fahrzeugtyp oder einer Option ändert, wirksam ist, durchzuführen; und geeignet ein Kommunikationsverfahren, eine Frequenz und einen Kommunikationsparameter auszuwählen.
Als ein Verfahren zum Erfassen eines impulshaften Rauschens wird herkömmlich ein Verfahren zum Erfassen, ob ein impulshaftes Rauschen vorhanden ist, auf der Grundlage einer Amplitudenschwelle und/oder einer Verteilung der Länge eines gegebenen Beobachtungsfensters (Fenstergröße) verwendet (siehe die Nicht-Patentdokumente 1, 2, 3 und 4).
[Verweis auf Stand der Technik]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2006-067 421 A

Die DE 10 2004 017 486 A1 beschreibt außerdem ein Verfahren zur Geräuschreduktion bei einem Sprach-Eingangssignal sowie weiterhin das Erfassen des Eingangssignals, das Zerlegen in periodische Zeitfenster mit einer vorgegebenen Länge und die Verwendung von Gauß-Funktionen zur Beschreibung des Eingangssignals. Als Ergebnis wird eine Geräuschreduktion des Eingangssignals erzielt.
Die DE 103 02 362 A1 beschreibt weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung einer Rauschgröße eines elektronischen Messobjektes. Es wird eine Rauschgröße eines elektronischen Messobjektes bestimmt, wobei der Pegel des Nutzsignals und der Pegel des Rauschsignals getrennt werden. Es wird ein Rauschmodell definiert und verwendet.
Schließlich beschreibt die DE 601 23 161 T2 die Verarbeitung von Signalen, die in einer verrauschten Umgebung erfasst werden, wobei dieses Rauschen variieren kann. Auch hier werden Rauschmodelle eingesetzt, z. B. Hidden Markov Models, um ein optimales Erstrauschen zu erreichen.
[Nicht-Patentdokument]

[Nicht-Patentdokument 1] M. Zimmermann und K. Dostert, „Analysis and modeling of impulsive noise in broad-band power-line communications”, IEEE Trans. Electromagn. Compat., Bd. 44, Nr. 1, S. 249–258, Februar 2002
[Nicht-Patentdokument 2] M. G. S'anchez, L. de Haro, M. C. Ram'on, A. Mansilla, C. M. Ortega und D. Oliver, „Impulsive noise measurements and characterization in a UHF digital TV channel”, IEEE Trans. Electromagn. Compat., Bd. 41, Nr. 2, S. 124–136, Mai 1999
[Nicht-Patentdokument 3] V. Degardin, M. Lienard, P. Degauque, E. Simon und P. Laly, „Impulsive noise characterization of in-vehicle power line channels”, IEEE Trans. Electromagn. Compat., Bd. 50, Nr. 4, S. 861–868, November 2008
[Nicht-Patentdokument 4] I. Mann, S. Mclaughlin, R. K. W. Henkel und T. Kessler, „Impulse generation with appropriate amplitude, length, inter-arrival, and spectral characteristics”, IEEE J. Sel. Areas Commun., Bd. 20, Nr. 5, S. 901–912, Juni 2002

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein impulshaftes Rauschen, das von einem Aktuator in einer fahrzeuginternen PLC erzeugt wird, wurde auf unzureichende Weise durch das vorherige Erfassungsverfahren erfasst. Die 38 bis 40 sind Wellenformdiagramme, die Beispiele von impulshaftem Rauschen, das in einer Energieleitung erzeugt wird, darstellen. In jeder der 38 bis 40 stellen die horizontalen Achsen die Zeit dar, während die vertikalen Achsen einen Spannungswert darstellen, und die 39 und 40 werden jeweils durch teilweise Vergrößerung der 38 erhalten.
Wie es in den 39 und 40 dargestellt ist, besteht das Rauschen, das in der Energieleitung der fahrzeuginternen PLC erzeugt wird, aus gedämpften Sinuswellen. Wenn dementsprechend ein Rauschen auf der Grundlage dessen erfasst wird, ob ein Amplitudenwert gleich oder größer als eine Schwelle bzw. ein Schwellenwert ist (Nicht-Patentdokumente 1 und 2), wird ein einzelnes impulshaftes Rauschen derart erfasst, dass dieses in eine Mehrzahl von Rauschen (1 bis 3) unterteilt wird, wie es in 40 dargestellt ist.
In Bezug darauf ist beispielsweise ein Verfahren zum Erfassen eines impulshaften Rauschens auf der Grundlage eines Verteilungswerts einer Länge eines Beobachtungsfensters bekannt (Nicht-Patentdokumente 3 und 4), aber eine subjektive Erfassungsbedingung, die durch einen Beobachter einer Wellenform eingestellt wird, ist häufig bei der Bestimmung einer Beobachtungsfensterlänge, die zur Messung verwendet wird, und eines Verteilungswertschwellenwerts enthalten. Somit besteht der Nachteil, dass ein Abschnitt eines zu erfassenden impulshaften Rauschens durch die vorhergehende Erfassungsbedingung des impulshaften Rauschens beeinflusst wird. Dementsprechend wurde sogar dann, wenn eine Rauscherfassung, bei der eine menschliche Subjektivität beseitigt ist, gewünscht ist, eine derartige Rauscherfassung niemals realisiert.
Der Zeitpunkt des Betriebs des Aktuators, der als eine Quelle der Erzeugung eines impulshaften Rauschens dient, ist ereignisgesteuert. In dem Fall eines Rauschens, das regelmäßig erzeugt wird, ist es nur notwendig, die Zuverlässigkeit eines Signals in einer regelmäßigen Periode als niedrig zu schätzen. In dem Fall einer Innenraum-PLC ist es bekannt, dass eine Periode einer Erzeugung eines impulshaften Rauschens mit derjenigen einer herkömmlichen Energieversorgung synchronisiert ist, und es kann ein impulshaftes Rauschen mit relativ hoher Genauigkeit durch Erfassen des impulshaften Rauschens auf der Grundlage dieser Periode erfasst werden. Es wird jedoch ein ereignisgesteuerter Betrieb, d. h. ein Aktuatorbetrieb wie beispielsweise ein Verriegeln/Entriegeln einer elektrischen Türverriegelung eines Fahrzeugs, als Antwort auf einen Betrieb, der dem EIN/AUS-Schalten eines Schalters durch einen Fahrer oder einen Mitfahrer entspricht, durchgeführt, und es wird ein impulshaftes Rauschen von einem Türverriegelungsaktuator oder Ähnlichem als Antwort auf das EIN/AUS-Schalten des Schalters der Türverriegelung erzeugt, womit es unmöglich wird, die vorherigen Zeiteigenschaften zu lernen.
Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände, und es ist ihre Aufgabe, ein Rauscherfassungsverfahren und eine Rauscherfassungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage sind, subjektive Erfassungsbedingungen bis zu einem möglichen Ausmaß zu entfernen und automatisch und genau ein impulshaftes Rauschen, das in einem Kommunikationsmedium erzeugt wird, anhand einer statistischen Eigenschaft des beobachteten Rauschens selbst zu erfassen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rauscherfassungsverfahren und eine Rauscherfassungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage sind, eine Energieleitung einer fahrzeuginternen PLC beispielsweise als ein Kommunikationsmedium zu berücksichtigen und genau ein impulshaftes Rauschen, das plötzlich als Antwort auf einen Betrieb eines Aktuators, der mit der Energieleitung verbunden ist, erzeugt wird, zu erfassen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Simulationsverfahren und eine Simulationsvorrichtung zu schaffen, die ein impulshaftes Rauschen mit hoher Genauigkeit auf der Grundlage eines Merkmals des impulshaften Rauschens, das derart erfasst wird, dass subjektive Erfassungsbedingungen bis zu einem möglichen Ausmaß entfernt sind, reproduzieren; und eine Kommunikationssystem zu schaffen, das in der Lage ist, auf der Grundlage des Merkmals des impulshaften Rauschens eine Frequenz zu verwenden, die den Einfluss des impulshaften Rauschens minimiert.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rauscherfassungsverfahren und eine Rauscherfassungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage sind, unter Verwendung statistischer Informationen ein impulshaftes Rauschen, das in einem Kommunikationsmedium erzeugt wird, noch genauer zu erfassen.
In der vorliegenden Erfindung werden Signalpegel (beispielsweise Spannungswerte, Stromwerte und/oder Energiewerte) in dem Kommunikationsmedium eines Kommunikationssystems unter Verwendung einer Vorrichtung zum Erfassen eines Rauschens in einem Kommunikationsmedium mit einem vorbestimmten Intervall (d. h. einem Abtastintervall) gemessen. Die Rauscherfassungsvorrichtung extrahiert eine beobachtete Rauschfolge (d. h. eine Zeitfolge von Signalpegeln n von einem Zeitpunkt 1 bis zu einem Zeitpunkt K), die eine Zeitfolge von Signalpegeln zu jeweiligen Zeitpunkten k für eine periodische Messeinheit ist. Die extrahierte beobachtete Rauschfolge ist eine Information, die mittels eines Beobachtungssystems erhalten wird, und ist kein wahrer Zustand, der angibt, ob ein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, oder keine wahre Energie in einem jeweiligen Zustand. Daher wird ein verborgenes Markow-Gauß'sches Rauschmodell (hidden Markovian-Gaussian noise model) verwendet, um anhand der beobachteten Rauschfolge Rauschcharakteristika in einer periodischen Messeinheit zu berechnen. Außerdem wird unter Verwendung der extrahierten beobachteten Rauschfolge und der berechneten Rauschcharakteristika eine Zustandsfolge, die angibt, ob ein Zustand ein Erzeugungszustand bzw. Zustand der Erzeugung eines impulshaften Rauschens ist, auf statistische und wahrscheinlichkeitsbasierte Weise geschätzt. Es wird ein impulshaftes Rauschen zu jedem bzw. einem jeweiligen Zeitpunkt aus der geschätzten Zustandsfolge erfasst.
In diesem Fall wird in dem Rauscherfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung eine geschätzte Zustandsfolge derart berechnet, dass die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit (die später beschrieben wird) eines jeweiligen Zustands zu einem jeweiligen Zeitpunkt, die anhand von Rauschcharakteristika berechenbar ist, maximiert. Somit wird ein geschätzter Zustand genau geschätzt. Außerdem wird das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Erzeugung eines impulshaften Rauschens zu jedem Zeitpunkt durch die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit jedes der Zustände (beispielsweise zwei Zustände) zu jedem Zeitpunkt bestimmt. In der vorliegenden Erfindung enthalten beispielsweise „zwei Zustände”: einen Zustand „0” (d. h. einen Zustand frei von impulshaftem Rauschen, bei dem kein impulshaftes Rauschen erzeugt wird); und einen Zustand „1” (d. h. einen Zustand, bei dem ein impulshaftes Rauschen erzeugt wird). Man beachte, dass „0” und „1” umgekehrt sein können. Ein Zustand, der zu jedem bzw. einem jeweiligen Zeitpunkt in einer periodischen Messeinheit geschätzt wird, ist als einer aus den beiden Zuständen, bei denen die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit maximiert ist, definiert.
Weiterhin wird die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit in dem Rauscherfassungsverfahren unter Verwendung einer Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit und einer Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit berechnet. In Bezug auf den Zustand zu einem jeweiligen Zeitpunkt betrifft die Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit einen Zustand zu einem vorhergehenden Zeitpunkt, und die Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit betrifft einen Zustand zu einem anschließenden Zeitpunkt. Außerdem sind in dem Rauscherfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung die Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten anhand von Rauschcharakteristika identifizierbar. In diesem Fall werden die Rauschcharakteristika zum Identifizieren der Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten anhand einer Statistik der beobachteten Rauschfolge selbst berechnet.
1 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Beziehung zwischen Zuständen von Markow-Rauschen und beobachteten Ergebnissen darstellt. In 1 stellt s einen Zustand zu einem jeweiligen Zeitpunkt dar, und n stellt einen beobachteten Wert zu einem jeweiligen Zeitpunkt dar (der in diesem Fall ein Spannungswert in einer Energieleitung ist). Ein Markow-Rauschen weist die folgende Charakteristik auf: Ein Zustand S_k+1 zu einem Zeitpunkt k + 1 hängt nur von einem Zustand s_k zu einem unmittelbar vorhergehenden Zeitpunkt k ab. Wie es in 1 dargestellt ist, ist ein beobachtetes Ergebnis n_k dem Zustand s_k zugeordnet, aber der Zustand s_k selbst kann nicht erhalten werden. Dementsprechend werden in dem Rauscherfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung Rauschcharakteristika unter Verwendung eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells auf der Grundlage einer beobachteten Rauschfolge berechnet. Außerdem werden auf der Grundlage der beobachteten Rauschfolge und der berechneten Rauschcharakteristika die Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten zu einem jeweiligen Zeitpunkt verwendet, wodurch die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit eines jeweiligen Zustands berechnet wird. Anhand der a-posteriori-Wahrscheinlichkeit eines jeweiligen Zustands wird eine geschätzte Zustandsmatrix wie oben beschrieben berechnet.
2 ist ein konzeptionelles Diagramm, das konzeptionell einen Rauscherzeugungsmechanismus eines verborgenen Markow-Rauschens darstellt. In 2 wird ein von impulshaftem Rauschen freier Zustand, bei dem kein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, durch „0” dargestellt, und ein Zustand, bei dem ein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, wird durch „1” dargestellt. In 2 stellt q_st eine Zustandsübergangswahrscheinlichkeit von einem Zustand s in einen Zustand t dar. Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten zwischen den beiden Zuständen, d. h. dem Zustand „0”, bei dem kein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, und dem Zustand „1”, bei dem ein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, beinhaltet die folgenden vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten: q₀₀, q₀₁, q₁₁ und q₁₀. Außerdem wird eine Rauschamplitude entsprechend einer Gauß'schen Verteilung zu einem jeweiligen Zeitpunkt bestimmt. σ_G ² und σ_I ² in 2 bezeichnen die Energie eines Gauß'schen Hintergrundrauschens (G: Gauß) (das unabhängig davon erzeugt wird, ob der Zustand „0” oder „1” ist) bzw. diejenige eines Impulsrauschens (I: Impuls) (das nur erzeugt wird, wenn der Zustand „1” ist). Auf diese Weise kann das verborgene Markow-Gauß'sche Rauschen durch die vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten und die Rauschenergie (Rauschcharakteristika) beschrieben werden
In der vorliegenden Erfindung wird, um ein impulshaftes Rauschen zu erfassen, eine Zustandsfolge anhand der beobachteten Rauschfolge n (k = 1 bis K) = n₁, n₂ ... n_k ... n_K unter Verwendung der vorherigen Rauschcharakteristika geschätzt. In diesem Fall wird ein Verfahren, das auf der Grundlage einer so genannten MAP-Schätzung (Maximum-A-Posteriori) durchgeführt wird, beim Schätzen der Zustandsfolge verwendet (siehe Verweis-Dokument 1: R. Durbin, S. Eddy, A. Krogh und G. Mitchison, Biological Sequence Analysis, Cambridge University Press, 1998, und Verweis-Dokument 2: L. E. Baum, „An equality and associated maximization technique in statistical estimation for probabilistic functions of markow processes”, in Inequalities-III, S. 1–8, 1972).
3 ist ein Trellis-Diagramm von verborgenem Markow-Gauß'schen Rauschen mit zwei Zuständen. In 3 bezeichnet die horizontale Achse den zeitlichen Verlauf, der einen Übergang eines jeweiligen Zustands darstellt. Beim Schätzen einer Zustandsfolge wird eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eines Rauschens in einem Zustand s in einem verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschkanal mit zwei Zuständen durch die folgende Formel 1 ausgedrückt. [Gl. 1]
(wobei
eine Gauß'sche Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion mit einem Mittelwert 0 und einer Verteilung σ² ist)
Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion des Rauschens in dem Zustand s unter Verwendung der Verteilung der Energie eines jeweiligen Zustands, die eine der Rauschcharakteristika ist, berechnet. Außerdem hängt der Zustand des derzeitigen Zeitpunkts in dem Markow-Prozess, der in 2 dargestellt ist, von dem Zustand zu einem unmittelbar vorhergehenden Zeitpunkt ab (was ebenfalls in 3 dargestellt ist). Mit anderen Worten ist der Zustand zu dem derzeitigen Zeitpunkt durch Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten von dem Zustand zu einem unmittelbar vorhergehenden Zeitpunkt in den Zustand zu dem derzeitigen Zeitpunkt, d. h. Rauschcharakteristika, identifizierbar. Dementsprechend wird die Zustandsfolgenwahrscheinlichkeit einer Zustandsfolge s (1 bis K + 1) von einem Zeitpunkt 1 bis zu einem Zeitpunkt K + 1, wie es in 3 dargestellt ist, durch die folgende Formel 2 ausgedrückt. Es sollte beachtet werden, dass P_s eine Wahrscheinlichkeit eines stabilen Zustands des Zustands s darstellt. [Gl. 2]
s K+1 / 1 : Zustandsfolge der Zustandsfolge s (1 bis K + 1) bis zu dem Zeitpunkt K + 1

: Zustandsübergangswahrscheinlichkeit von dem Zustand s_k zu dem Zeitpunkt k in den Zustand s_k+1 zu dem anschließenden Zeitpunkt k + 1)
Außerdem wird in der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten, die Zustände vor und anschließend an einen Zustand zu einem jeweiligen Zeitpunkt betreffen, wie es in den 2 und 3 dargestellt ist, die Zustandswahrscheinlichkeit zu einem jeweiligen Zeitpunkt in der Formel 2 als die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit berechnet. Außerdem wird ein Zustand, bei dem die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit maximiert ist, unter Verwendung einer MAP-Schätzung geschätzt. Der Zustand, der zu jedem Zeitpunkt in einer periodischen Messeinheit geschätzt wird, stellt einen der Zustände „0” und „1” dar, bei denen die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit maximiert ist.
Für jeden Zustand s werden eine Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Vorwärtswahrscheinlichkeit) α_k(s) und eine Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Rückwärtswahrscheinlichkeit) β_k(s) zu dem Zeitpunkt k jeweils durch die folgenden Formeln 3 und 4 ausgedrückt, wie es in 4 dargestellt ist. 4 stellt erläuternde Diagramme bereit, die konzeptionell die Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Vorwärtswahrscheinlichkeit) α_k(s) und die Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Rückwärtswahrscheinlichkeit) β_k(s) darstellen. [Gl. 3]
Wie es in den 3 und 4 dargestellt ist, kann entsprechend dem Trellis-Diagramm die Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Vorwärtswahrscheinlichkeit) α_k(s) zu jedem Zeitpunkt k aufeinanderfolgend aus dem Vorderen berechnet werden, und die Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Rückwärtswahrscheinlichkeit) β_k(s) zu jedem Zeitpunkt k kann aufeinanderfolgend aus dem Rückwärtigen bzw. Hinteren berechnet werden (Formeln 5 und 6).
Die Wahrscheinlichkeit α_k(s), dass der Zustand zu dem unmittelbar vorhergehenden Zeitpunkt k gleich s wird, wird mit einer Wahrscheinlichkeit p, dass das beobachtete Ergebnis gleich n ist, wenn der Zustand zu dem Zeitpunkt k gleich s ist und der Zustand zu dem Zeitpunkt k + 1 gleich s' ist, multipliziert, und es wird eine Summe gebildet, wodurch eine Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit α_k+1(s') berechnet wird, mit der der Zustand zu dem Zeitpunkt k + 1 gleich s' wird. Außerdem wird die Wahrscheinlichkeit p durch die Formel 1 unter Verwendung der Übergangswahrscheinlichkeit von dem Zustand s in den Zustand s' und der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, wenn das beobachtete Ergebnis zu dem Zeitpunkt k gleich n ist, identifiziert.
Andererseits wird eine Wahrscheinlichkeit β_k+1(s'), dass der Zustand zu dem unmittelbar anschließenden Zeitpunkt k + 1 gleich s' wird, mit der Wahrscheinlichkeit p, dass das beobachtete Ergebnis gleich n ist, wenn der Zustand zu dem Zeitpunkt k gleich s ist und der Zustand zu dem Zeitpunkt k + 1 gleich s' ist, multipliziert, und es wird eine Summe gebildet, wodurch die Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit β_k(s), mit der Zustand zu dem Zeitpunkt k gleich s wird, berechnet wird. [Gl. 4]
Die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit des Zustands s_k zu dem Zeitpunkt k, die aus dem Erhalten der beobachteten Rauschfolge resultiert, wird durch die folgende Formel 7 unter Verwendung der Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Vorwärtswahrscheinlichkeit) α_k(s) und der Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Rückwärtswahrscheinlichkeit β_k(s), die durch die Formeln 5 und 6 berechnet werden, berechnet. [Gl. 5]
Außerdem wird in der vorliegenden Erfindung eine Zustandsfolge s (k = 1 bis k + 1), die die maximale a-posteriori-Wahrscheinlichkeit aufweist, geschätzt. Die maximale a-posteriori-Wahrscheinlichkeit wird durch die Formel 7 ausgedrückt. Die Zustandsfolge wird durch die folgende Formel 8 geschätzt. Wenn der geschätzte Zustand gleich „1” ist, kann angenommen werden, dass ein Impulsauftreten (impulshaftes Auftreten) beobachtet wird. In der folgenden Beschreibung wird ein geschätzter Wert durch ein Symbol (Zirkumflex) in jedem mathematischen Ausdruck bezeichnet. [Gl. 6]
In diesem Fall werden Parameter wie eine Zustandsübergangswahrscheinlichkeit q_ss' und eine Rauschenergie σ_s benötigt, um eine Zustandsfolge zu schätzen. Dieses kommt daher, dass die Zustandsfolge durch die Formel 8 berechnet wird, die unter Verwendung der Formeln 1 bis 7 berechnet wird. Mit anderen Worten kann die Zustandsfolge durch Berechnen der jeweiligen Parameter geschätzt werden. Es sollte beachtet werden, dass in der folgenden Beschreibung eine Rauschverteilung in den beiden Zuständen durch die folgende Gleichung: N = [σ₀ ², σ₁ ²]^T (wobei T die Transposition einer Matrix bezeichnet) repräsentiert wird. Außerdem werden die vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten q₀₀, q₀₁, q₁₁ und q₁₀ zum Beschreiben von Markow-Rauschen durch eine Matrix Q repräsentiert, die jede der Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten als ein Element aufweist (Q = {q₀₀, q₀₁, q₁₁, q₁₀}). Außerdem erfolgt die folgende Beschreibung auf der Grundlage der Annahme, dass der Parameter θ = (Q, N) ist.
Es sollte beachtet werden, dass die Zustandsübergangswahrscheinlichkeit q_ss' und die Rauschenergie σ_s unter Verwendung einer zeitweiligen Konzentration von impulshaftem Rauschen (die im Folgenden als ein „Kanalspeicher” bezeichnet wird) γ, einer Wahrscheinlichkeit eines stabilen Impuls-Zustands (d. h. einer Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines impulshaften Rauschens in einem stabilen Zustand) P₁, eines Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses R und einer Hintergrundrauschenergie σ_G ² während einer periodischen Messeinheit ausgedrückt werden können. Das verborgene Markow-Gauß'sche Rauschen wird ebenfalls vollständig unter Verwendung dieser Parameter beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung wird die Zustandsfolge s (k = 1 bis K), die durch die Formel 8 geschätzt wird, unter Verwendung des Kanalspeichers γ, der Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines impulshaften Rauschens P₁, des Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses R und der Hintergrundrauschenergie σ_G ² während einer periodischen Messeinheit geschätzt und berechnet, so dass die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit des Zustands zu jedem Zeitpunkt maximiert wird. In der vorliegenden Erfindung werden der Kanalspeicher γ, die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung eines impulshaften Rauschens P₁, das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R und die Hintergrundrauschenergie σ_G ² aus der beobachteten Rauschfolge berechnet. Außerdem wird das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Erzeugung eines impulshaften Rauschens zu jedem Zeitpunkt in der beobachteten Rauschfolge unter Verwendung dieser Rauschcharakteristika bestimmt.
Die Parameter θ = (Q, N) sind dem Kanalspeicher γ, der Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines impulshaften Rauschens P₁, dem Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R und der Hintergrundrauschenergie σ_G ² wie folgt zugeordnet.
Wie es in 3 dargestellt ist, wird die Rauschverteilung σ₀ ², wenn der Zustand gleich „0” ist, durch die folgende Gleichung: σ₀ ² = σ_G ² repräsentiert, und die Rauschverteilung (σ₁ ², wenn der Zustand gleich „1” ist, wird durch die folgende Gleichung: σ₁ ² = σ_G ² + σ_I ² = (1 + R)σ_G ² repräsentiert. Mit anderen Worten ist das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R: R = σ_I ²/σ_G ².
Außerdem werden die Wahrscheinlichkeit des stabilen Zustands P₀ in dem Zustand „0”, d. h. in dem Zustand, bei dem kein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines impulshaften Rauschens P₁ in dem Zustand „1”, d. h. in dem Zustand, in dem ein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, jeweils als P₀ = q₁₀/(q₀₁ + q₁₀) und P₁ = q₀₁/(q₀₁ + q₁₀) ausgedrückt. In diesem Fall wird die Wahrscheinlichkeit wie folgt ausgedrückt: Matrix P = [P₀P₁]^T. Es sollte beachtet werden, dass aufgrund der Seltenheit eines impulshaften Rauschens angenommen werden kann, dass P₁ < 1/2 gilt.
Mittlere Zeitdauern T₀ und T₁ der Zustände „0” und „1” sind jeweils durch T₀ = 1/q₁₀ und T₁ = 1/q₀₁ gegeben. Der Kanalspeicher γ ist durch γ = 1/(q₀₁ + q₁₀) definiert. Mit anderen Worten ist der Kanalspeicher der reziproke Wert einer Summe von Wahrscheinlichkeiten von Übergängen zwischen den unterschiedlichen Zuständen s und t und dient als ein Indikator einer kontinuierlichen Periode desselben Zustands. Die mittleren Zeitdauern T₀ und T₁ der jeweiligen Zustände „0” und „1” sind beide größer als 1, wenn für den Kanalspeicher γ gilt: γ < 1, und der Speicher ist divergent. Der Zustand, bei dem die mittleren Zeitdauern T₀ und T₁ beide größer als 1 sind, gilt nicht für das Rauschmodell von impulshaftem Rauschen. Dementsprechend kann angenommen werden, dass der Kanalspeicher γ zum Beschreiben von impulshaftem Rauschen γ ≥ 1 ist. Wenn für den Kanalspeicher γ gilt: γ = 1, wird der Kanal speicherlos, und welcher der Zustände „0” und „1” auftreten wird, ist vollständig zufällig. Das Rauschen wird in diesem Fall als „Bernoulli-Gauß'sches Rauschen” bezeichnet.
Je näher der Wert des Kanalspeichers γ bei 1 (γ ≥ 1) liegt, umso wahrscheinlicher ist es, dass eine Periode der Erzeugung eines Zufallsrauschens ausgedrückt werden kann. Außerdem ist es wahrscheinlicher, dass eine konzentrierte Rauscherzeugung erkannt wird, umso größer der Wert des Kanalspeichers γ als 1 und umso größer der numerische Wert ist. 5 stellt Wellenformdiagramme bereit, die jeweils eine Amplitude eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschens in Bezug auf den Kanalspeicher darstellen. In jedem der Wellenformdiagramme gilt für die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ = 0,1, für das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R = 100 und für die Hintergrundrauschenergie σ_G ² = 1. Für den Kanalspeicher in dem oberen Wellenformdiagramm gilt γ = 1, für den Kanalspeicher in dem mittleren Wellenformdiagramm gilt γ = 3, und für den Kanalspeicher in dem unteren Wellenformdiagramm gilt γ = 10. Wie es in 5 dargestellt ist, kann die zeitweilige Konzentration von impulshaftem Rauschen unter Verwendung des Werts des Kanalspeichers ausgedrückt werden. Ein impulshaftes Rauschen tritt sporadisch auf, wenn für den Kanalspeicher γ = 1 gilt, aber impulshaftes Rauschen tritt konzentriert auf, wenn für den Kanalspeicher γ = 10 gilt. Ob impulshaftes Rauschen erzeugt wird, wird auf der Grundlage einer Zustandsfolge bestimmt. Da jedoch die Zustandsfolge nicht gefunden werden kann, muss die Zustandsfolge auf geeignete Weise geschätzt werden, um ein impulshaftes Rauschen zu erfassen.
Es sollte beachtet werden, dass das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Erzeugung von impulshaftem Rauschen für jede periodische Messeinheit ebenfalls anhand der Rauschcharakteristika bestimmt werden kann. Wenn beispielsweise bei den vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten die Übergangswahrscheinlichkeiten q₀₁ und q₁₀ zwischen den Zuständen, die im Mittel während einer periodischen Messeinheit unterschiedlich sind, hoch sind, das heißt, wenn der Wert des Kanalspeichers γ niedrig ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass einer der Zustände nicht konzentriert auftritt und Zufallsrauschen erzeugt wird. Wenn die Energie σ₁ ² des Zustands, bei dem impulshaftes Rauschen erzeugt wird, größer als die Energie σ₀ ² des Zustands ist, bei dem kein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, das heißt, wenn der Wert des Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses R hoch ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass impulshaftes Rauschen mit einer hohen Amplitude beobachtet wird. Wie es oben beschrieben ist, kann zusätzlich zu dem Vorhandensein oder der Abwesenheit eines impulshaften Rauschens zu einem jeweiligen Zeitpunkt das Vorhandensein oder die Abwesenheit von impulshaftem Rauschen während der gesamten periodischen Messeinheit makroskopisch bestimmt werden. Durch Einstellen der periodischen Messeinheit als eine Periode, die den Zyklus der Kommunikation zwischen Kommunikationsvorrichtungen betrifft, kann der Einfluss von impulshaftem Rauschen auf ein Kommunikationsproblem während dieser Periode berücksichtigt werden. Außerdem wird eine makroskopische Bestimmung für jede periodische Messeinheit durchgeführt; somit kann jede Zustandsfolge für nur eine Periode, während der impulshaftes Rauschen erzeugt wird, geschätzt werden, und es kann impulshaftes Rauschen zu jedem Zeitpunkt in Details erfasst werden, wodurch es möglich wird, die Verarbeitung zu vereinfachen.
Die Zuordnung zwischen dem Kanalspeicher γ, der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, dem Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R und der Hintergrundrauschenergie σ_G ² und der Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsmatrix Q und einer mittleren Rauschenergie N wird wie folgt zusammengefasst.
Kanalspeicher γ: γ = 1/(q₀₁ + q₁₀)
Wahrscheinlich für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁: P₁ = q₀₁/(q₀₁ + q₁₀)
Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R: R = σ_I ²/σ_G ² = (σ₁ ² – σ₀ ²)/σ₀ ²
Hintergrundrauschenergie σ_G ²: σ_G ² = σ₀ ²
Wie es oben beschrieben ist, kann die Zustandsfolge anhand der Formel 8 geschätzt werden. Die Formel 8 wird unter Verwendung der Formeln 1 bis 7 auf der Grundlage der Rauschcharakteristika (der Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsmatrix Q und einer mittleren Rauschenergie N, oder des Kanalspeichers γ, der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, des Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses R und der Hintergrundrauschenergie σ_G ²) berechnet. Es ist jedoch notwendig, die Zustandsfolge genau zu schätzen, um ein impulshaftes Rauschen genau zu erfassen. Zu diesem Zweck ist es außerdem notwendig, Rauschcharakteristika zu erhalten, um die Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge zu erhöhen. In der vorliegenden Erfindung werden die Rauschcharakteristika auf der Grundlage eines BW-Algorithmus, der eine Art von EM-Algorithmus (Erwartungs-Maximierungs-Algorithmus) ist, wie folgt geschätzt.
Insbesondere werden zunächst Anfangswerte von Rauschcharakteristika, d. h. Anfangswerte einer Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und einer mittleren Rauschenergie, die anhand einer beobachteten Rauschfolge berechnet werden, bestimmt. Unter Verwendung der bestimmten Anfangswerte und der vorhergehenden Formeln 1 bis 6 werden eine Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit, die eine Zwei-Zustands-Wahrscheinlichkeit angibt, auf der Grundlage eines vorhergehenden Zustands zu einem jeweiligen Zeitpunkt in der erhaltenen beobachteten Rauschfolge und eine Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit, die eine Zwei-Zustands-Wahrscheinlichkeit angibt, auf der Grundlage eines Zustands zu einem anschließenden Zeitpunkt berechnet. Dann werden außerdem unter Verwendung der Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten die Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und die Rauschenergie für die gesamte beobachtete Rauschfolge berechnet. Um ein impulshaftes Rauschen zu erfassen, werden die Berechnungen der Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten und die Berechnung der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und der Rauschenergie wiederholt. Somit werden die Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und die Rauschenergie zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der gesamten beobachteten Rauschfolge (d. h. Maximierung der erwarteten Werte bzw. Erwartungswerte der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und der Rauschenergie) berechnet. Aus der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und der Rauschenergie, die im Verlauf der Wiederholung der Erneuerung berechnet werden, werden die Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten zu jedem Zeitpunkt berechnet, und anhand dieser Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten wird die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit jedes Zustands zu jedem Zeitpunkt berechnet (Formeln 3 und 4). Somit wird eine Zustandsfolge, bei der die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit des Zustands zu jedem Zeitpunkt wahrscheinlich maximiert wird, geschätzt. Eine genaue Beschreibung erfolgt unten.
Wenn die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit von zwei Zuständen (Zustände s und s') zu den Zeitpunkten k und k + 1, d. h. eine beobachtete Rauschfolge n (k = 1 bis K) erhalten wurde, ist die Wahrscheinlichkeit des Übergangs von dem Zustand s zu dem Zeitpunkt k in den Zustand s' zu dem Zeitpunkt k + 1 durch die folgende Formel 9 gegeben. [Gl. 7]
Unter Verwendung der Formeln 7 und 9 werden geschätzte Werte der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und der Rauschenergie in der Zustandsfolge s (k = 1 bis K + 1) wie folgt jeweils durch die folgenden Formeln 10 und 11 berechnet. [Gl. 8]

q ^_ss' : geschätzter Wert der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit
σ ^ 2 / s : geschätzter Wert der Rauschenergie
In der vorliegenden Erfindung werden die Anfangswerte (θ) der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und der Rauschenergie für die extrahierte beobachtete Rauschfolge n (k = 1 bis K) bestimmt, und die Berechnungen der Formeln 5, 6, 10 und 11 werden wiederholt. Im Verlauf der Wiederholung wird, wenn eine Erhöhung einer logarithmischen Wahrscheinlichkeit kleiner als eine vorgeschriebene Schwelle wird oder wenn die Anzahl der Berechnungen eine gegebene Anzahl L überschreitet, die Berechnungen der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und der mittleren Rauschenergie, d. h. die Erneuerung, gestoppt (Formel 12). [Gl. 9]
Wie es oben beschrieben ist, wird in der vorliegenden Erfindung der Zustand zu jedem Zeitpunkt auf der Grundlage der a-posteriori-Wahrscheinlichkeit unter Verwendung des BW-Algorithmus und der MAP-Schätzung reproduziert, und die Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und die Rauschenergie, die die Rauschcharakteristika während einer periodischen Messeinheit angeben, werden genau berechnet; außerdem kann die Zustandsfolge des Zustands zu jedem Zeitpunkt unter Verwendung der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit q_ss' und der Rauschenergie σ_s ², die als die Werte berechnet werden, die die Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge maximieren, anhand der vorhergehenden Formeln 5 bis 8 geschätzt werden. Dementsprechend wird die Genauigkeit der Erfassung eines impulshaften Rauschens zu jedem Zeitpunkt verbessert bzw. erhöht.
Außerdem wird in der vorliegenden Erfindung ein Momentenverfahren beim Bestimmen der Anfangswerte in dem vorherigen BW-Algorithmus verwendet (siehe Verweis-Dokument 3: K. Fukunaga und T. E. Flick, „Estimation of the parameters of a Gaussian mixture using the method of moments”, IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell., Bd. PAMI-5, Nr. 4, S. 410–416, Juli 1983). Dieses wird verwendet, da es eine große Anzahl von lokalen Lösungen gibt, so dass die logarithmische Wahrscheinlichkeit, dass die Berechnung in der vorliegenden Erfindung gestoppt wird, stark durch die Anfangswerte beeinflusst wird. Da die Anfangswerte von der Erfassungsvorrichtung auf der Grundlage einer Statistik der beobachteten Rauschfolge selbst bestimmt werden, wird in der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit der Vermeidung einer Konvergenz auf eine fehlerhafte lokale Lösung verbessert, und die Notwendigkeit eines Schritts, der von einem Menschen ausgeführt wird, wird eliminiert, um die Automatisierung der Erfassung zu ermöglichen. Somit kann der menschliche Informationseinfluss auf das System bis zu einem möglichen Ausmaß eliminiert werden.
Insbesondere werden in einem Verfahren zum Bestimmen der Anfangswerte die Anfangswerte der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und der Rauschenergie in dem BW-Algorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung, d. h. der Anfangswert der Matrix Q und der Anfangswert von N, unter Verwendung von drei Momenten in dem Momentenverfahren anhand der erhaltenen beobachteten Rauschfolge bestimmt. In dem Rauscherfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung werden drei Momente berechnet, und die Rauschenergie und eine Schwelle für einen Amplitudenwert der beobachteten Rauschfolge werden unter Verwendung der berechneten Momente berechnet. Somit wird die berechnete Rauschenergie als der Anfangswert der Rauschenergie N bestimmt, und es wird eine geschätzte Zustandsfolge unter Verwendung der berechneten Schwelle berechnet, um den Anfangswert der Matrix der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit Q zu bestimmen. Eine detaillierte Beschreibung folgt unten.
Der geschätzte Wert N der Rauschenergie (mittlere Rauschenergie) in der Zustandsfolge s (k = 1 bis K) wird wie folgt geschätzt. Zunächst ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung der beobachteten Rauschfolge n (k = 1 bis K) eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschens mit zwei Zuständen als eine Gauß'sche Mischverteilung gegeben, wie es in der folgenden Formel 13 ausgedrückt ist. [Gl. 10]
Da die Gauß'sche Verteilung wie in der Formel 13 ausgedrückt gegeben ist, wird das Momentenverfahren verwendet, um folgendes durchzuführen: eine Maximum-Likelihood-Schätzung der Stabilzustandswahrscheinlichkeit P₀ des Zustands „0” und der Stabilzustandswahrscheinlichkeit P₁ des Zustands „1”, d. h. der Matrix P (= [P₀P₁]^T); und eine Maximum-Likelihood-Schätzung der Verteilung von Rauschen in k = 1 bis K, die eine Rauschenergie in einem jeweiligen Zustand ist, d. h. die Matrix N (= [σ₀ ², σ₁ ²)^T.
In dem Momentenverfahren werden drei Momente a, b und c der folgenden Formel 14 anhand der beobachteten Rauschfolge n (k = 1 bis K) berechnet. [Gl. 11]
E: Abtastmittelwert der Folge
Anhand der drei Momente, die durch die Formel 14 berechnet werden, können die geschätzten Werte der Standardabweichungen von Rauschen in jedem Zustand anhand der folgenden Formeln 15 und 16 berechnet werden. [Gl. 12]
Der Anfangsschätzwert der Rauschenergie der Formel 11 kann unter Verwendung der Formeln 15 und 16 bestimmt werden.
Es sollte beachtet werden, dass der geschätzte Wert von N (= [σ₀ ², σ₁ ²]^T) und das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R unter Verwendung der geschätzten Werte der Rauschstandardabweichungen, die anhand der Formeln 15 und 16 berechnet werden, identifiziert werden. Außerdem wird der geschätzte Wert der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ wie in der folgenden Formel 17 ausgedrückt berechnet. [Gl. 13]
Wenn der Wert der Stabilzustandswahrscheinlichkeit, d. h. die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ des Zustands „1”, der durch die Formel 17 berechnet wird, gleich oder kleiner als 0 oder gleich oder größer als 0,5 ist (es wird angenommen, dass P₁ < 1/2 aufgrund der Seltenheit des Auftretens von impulshaftem Rauschen gilt), kann bestimmt werden, dass weißes Gauß'sches Rauschen (Gauß'sches Hintergrundrauschen), aber kein impulshaftes Rauschen in der extrahierten beobachteten Rauschfolge enthalten ist. Dementsprechend wird in der vorliegenden Erfindung zunächst bestimmt, ob die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ innerhalb des Bereiches von 0 < P₁ < 1/2 liegt, und wenn die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ nicht innerhalb dieses Bereichs liegt, wird bestimmt, dass nur ein weißes Gauß'sches Rausches in der extrahierten beobachteten Rauschfolge enthalten ist, womit es unnötig wird, bei der Durchführung des Erfassungsvorgangs erzwungenermaßen die beobachtete Rauschfolge auf ein Modell für impulshaftes Rauschen anzuwenden.
Wenn außerdem eine Folgenlänge der beobachteten Rauschfolge groß ist, das heißt, wenn die Anzahl von Messungen von Spannungswerten als beobachtete Ergebnisse ausreichend groß ist, können die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, die durch das Momentenverfahren auf der Grundlage der Formeln 15 bis 17 hergeleitet wird, und das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R, das unter Verwendung der Rauschstandardabweichungen, die durch die Formeln 16 und 17 abgeleitet werden, berechnet wird, genau geschätzt werden.
Außerdem wird der Anfangswert der Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsmatrix Q ebenfalls durch Erhalten der geschätzten Zustandsfolge s (k = 1 bis K) unter Verwendung einer Schwelle Λ bestimmt, die auf der mittleren Rauschenergie basiert, die anhand der Rauschstandardabweichungen (Formeln 15 und 16) berechnet wird, die anhand der vorhergehenden drei Momente gegeben sind. Die Schwelle Λ ist wie in der folgenden Formel 18 ausgedrückt gegeben. Wie es in der Formel 18 ausgedrückt ist, ist in der geschätzten Zustandsfolge s der Zustand s_k gleich „0”, wenn der k-te Abtastwert (Spannungswert) n_k in der erhaltenen beobachteten Rauschfolge gleich oder kleiner als die Schwelle Λ ist, und der Zustand s_k ist gleich „1”, wenn der k-te Abtastwert (Spannungswert) n_k die Schwelle Λ überschreitet. [Gl. 14]
Anhand des geschätzten Werts der Zustandsfolge s (k = 1 bis K), der anhand der Formel 18 geschätzt wird, wird der Anfangswert der Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsmatrix Q zwischen den jeweiligen Zuständen berechnet. Insbesondere wird anhand der Anzahl A_ss' von Übergängen von dem Zustand s in den Zustand s' in der geschätzten Zustandsfolge s (k = 1 bis K) und der Anzahl A_s der Zustände s in s (k = 1 bis K – 1) in der geschätzten Zustandsfolge s (k = 1 bis K) ein Anfangswert q_ss' der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit von dem Zustand s in den Zustand s' durch die folgende Formel berechnet: q_ss' = A_ss'/A_s (19)
In der vorliegenden Erfindung werden die mittlere Rauschenergie und die Zustandsübergangswahrscheinlichkeit zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge durch den BW-Algorithmus unter Verwendung des Anfangswerts der mittleren Rauschenergie, die anhand der drei Momente hergeleitet wird, die auf dem Momentenverfahren für die beobachtete Rauschfolge basieren, und des Anfangswerts der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit wie oben beschrieben berechnet. Das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Erzeugung von impulshaftem Rauschen kann anhand der geschätzten Zustandsfolge unter Verwendung nur des Momentenverfahrens bestimmt werden. In dem Momentenverfahren wird, wie es oben erwähnt ist, die geschätzte Zustandsfolge durch alleiniges Vergleichen zwischen der Schwelle Λ, die anhand der Momente berechnet wird, und den Spannungswerten zu den jeweiligen Zeitpunkten berechnet. Wenn jedoch Bestimmungen unter Verwendung nur der Schwelle durchgeführt werden, ist die Genauigkeit unzureichend, da ein einzelnes impulshaftes Rauschen beispielsweise auf unterteilte Weise erfasst wird. Es sollte beachtet werden, dass die Genauigkeit ausreichend ist, um die Anfangswerte des BW-Algorithmus zu bestimmen, subjektive Erfassungsbedingungen wie beispielsweise ein Anfangswert, der durch den Menschen gegeben ist, und eine Schwelle, mit der ein Anfangswert bestimmt wird, eliminiert werden können, und ein Schritt der Bereitstellung eines Anfangswerts von einem Menschen nicht notwendig ist, womit eine Automatisierung ermöglicht wird. Unter Verwendung der Anfangswerte, die auf die oben beschriebene Weise berechnet werden, werden die mittlere Rauschenergie und die Zustandsübergangswahrscheinlichkeit zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge in der vorliegenden Erfindung berechnet. Somit wird außerdem die Genauigkeit der geschätzten Zustandsfolge, die anhand der Rauschcharakteristika berechnet wird, verbessert, womit eine automatische Erfassung von impulshaftem Rauschen mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
Es sollte beachtet werden, dass beim Berechnen der mittleren Rauschenergie und der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge durch den obigen BW-Algorithmus und beim Schätzen der Zustandsfolge ein impulshaftes Rauschen vorzugsweise durch Eliminieren von anderen Komponenten als das impulshafte Rauschen extrahiert wird. Wenn die Zustandsfolge aus der beobachteten Rauschfolge, in der kein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, unter der Annahme erhalten wird, dass ein impulshaftes Rauschen enthalten ist, kann ein weißes Gauß'sches Rauschen weiterhin erzwungenermaßen und fehlerhafterweise als Teil eines impulshaften Rauschens analysiert werden. Daher wird unter Verwendung eines statistischen Informationskriteriums bestimmt, ob ein impulshaftes Rauschen in der beobachteten Rauschfolge erzeugt wird, und wenn kein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, wird die Schätzung der Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und der Rauschenergie, die auf der Grundlage des obigen BW-Algorithmus und der MAP-Schätzung durchgeführt wird, übersprungen. Rauschen, das in diesem Fall in der Messperiode erzeugt wird, kann im Wesentlichen als weißes Gauß'sches Rauschen bestimmt werden. Somit wird die Genauigkeit der Erfassung von impulshaftem Rauschen weiter erhöht.
Es sollte beachtet werden, dass als das oben genannte Informationskriterium eine logarithmische Wahrscheinlichkeit, TIC (Takeuchi-Informationskriterium [siehe Verweis-Dokument 4]), AIC (Akaike-Informationskriterium [siehe Verweis-Dokument 5]) oder ein Kriterium, das sich auf einen Korrekturterm von TIC oder AIC fokussiert, d. h. der Anzahl von freien Parametern, zusätzlich zu dem Wert der obigen Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ verwendet wird. Es können mehrere dieser Kriterien in Kombination verwendet werden.
(Verweis-Dokument 4: M. Stone, „An asymptotic equivalence of choice of model by cross-validation and Akaike's criterion”, J. Roy. Statist. Soc., Bd. 39, S. 44–47, 1977)
(Verweis-Dokument 5: H. Akaike, „A new look at the statistical model identification”, IEEE Trans. Autom. Control., Bd. AC-19, Nr. 6, S. 716–723, Dezember 1974)
Insbesondere kann das Kriterium, das durch die Anzahl von freien Parametern bereitgestellt wird, die Erfassungsgenauigkeit durch Bestimmen, ob impulshaftes Rauschen enthalten ist, auf der Grundlage dessen, ob die folgende Formel 20 erfüllt ist, verbessern.
Außerdem wird erwartet, dass ein Wert nahe bei 1 als der Korrekturterm von AIC auf der linken Seite der Formel 20 abgeleitet wird, wenn die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung der beobachteten Rauschfolge eine Gauß'sche Verteilung ist, und dass ein Wert von größer als 3 als der Korrekturterm von AIC abgeleitet wird, wenn die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung der beobachteten Rauschfolge eine Gauß'sche Mischverteilung ist. Daher wird der rechtsseitige Wert der Formel 20 als ein Wert von 2 angenommen, das heißt, der Wert von z ist 1, wodurch es möglich wird, zu bestimmen, ob die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung der beobachteten Rauschfolge eine Gauß'sche Mischverteilung ist, was bedeutet, dass impulshaftes Rauschen enthalten ist. Der rechtsseitige Wert der Formel 32 sollte jedoch nicht auf den Wert 2 festgelegt werden, so dass der Wert z gegenüber von 1 fein abgestimmt wird. [Gl. 15]
σ ^² : Zwei-Zustands-Gewichtsverteilung (= P ^₀σ ^₀ ² + P ^₁σ ^₁ ²)
z: Jeder Wert erfüllt z > 0
Es sollte beachtet werden, dass in der vorliegenden Erfindung eine vorbestimmte periodische Messeinheit eine periodische Einheit ist, die das Kommunikationsverfahren zwischen Kommunikationsvorrichtungen, die mit der Energieleitung verbunden sind, betrifft. Mit anderen Worten wird ein Kommunikationsparameter einer physikalischen Schicht in der Kommunikation als eine änderbare Einheit eingestellt, wodurch es möglich wird, in günstiger Weise Auswertungen zum Bestimmen, ob der Kommunikationsparameter geändert werden muss, entsprechend einem Merkmal von impulshaftem Rauschen in jeder Periode durchzuführen. Es ist beispielsweise vorteilhaft, einen Kommunikationszyklus und/oder eine Rahmenlänge in einem Kommunikationsprotokoll als die periodische Messeinheit zu verwenden. Außerdem können, wenn TDMA (Zeitmultiplexzugriff) als ein Kommunikationsverfahren verwendet wird, ein Kommunikationszyklus, eine Rahmenlänge, eine Schlitzlänge etc. auf ähnliche Weise als die periodische Messeinheit verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise eine Kommunikation entsprechend dem FlexRay (registered trademark) durchgeführt. Dementsprechend ist die vorbestimmte periodische Messeinheit als ein Kommunikationszyklus definiert, der als die Einheit eines Medienzugriffs dient. Somit kann ein optimaler Kommunikationsparameter in dem FlexRay ausgewählt werden.
Es sollte beachtet werden, dass beim Erhalten der geschätzten Zustandsfolge, um zu erfassen, ob ein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, ein impulshaftes Rauschen nicht notwendigerweise für jedes vorbestimmte Intervall, während dessen Signalpegel abgetastet werden, erfasst wird. Wenn eines oder mehrere der vorbestimmten Intervalle einer einzelnen Bitinformation in digitalen Informationen entspricht/entsprechen, kann das Vorhandensein oder die Abwesenheit von impulshaftem Rauschen für jeden Abschnitt unter Verwendung mehrerer der vorbestimmten Intervalle als einen einzelnen Abschnitt erfasst werden. Somit kann das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Erzeugung eines impulshaften Rauschens zu einem Zeitpunkt, der einem jeweiligen Bit entspricht, bestimmt werden. Es kann geschätzt werden, dass in digitalen Informationen, die durch eine Kommunikation empfangen werden, ein Fehler in einem Bit zu einem Zeitpunkt, zu dem ein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, vorhanden sein kann.
In der vorliegenden Erfindung wird außerdem eine Simulation von impulshaftem Rauschen ermöglicht. Auf der Grundlage von beobachteten Rauschfolgen, bei denen Signalpegel in einem Kommunikationsmedium eines Kommunikationssystems bei mehreren unterschiedlichen bekannten Situationen mit einem vorbestimmten Intervall in der Zeitfolge gemessen werden, werden Rauschcharakteristika, die den jeweiligen Situationen zugeordnet sind, unter Verwendung eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells wie oben beschrieben berechnet. Entsprechend einer jeweiligen Situation wird ein impulshaftes Rauschen anhand der beobachteten Rauschfolge und der berechneten Rauschcharakteristika durch das vorhergehende Erfassungsverfahren erfasst, und es wird eine Frequenz des erfassten impulshaften Rauschens berechnet. Außerdem werden in Verbindung mit einer jeweiligen Situation die Rauschcharakteristika und die berechnete Frequenz des impulshaften Rauschens aufgezeichnet. Mehrere unterschiedliche bekannte Situationen betreffen Verbindungskonfigurationsmuster des Kommunikationssystems. Wenn sich beispielsweise das Kommunikationssystem in einem fahrzeuginternen PLC-System befindet, wird eine beobachtete Rauschfolge für jede der Situationen extrahiert, die beinhalten: den Typ eines Aktuators, der mit einer Energieleitung verbunden ist, beispielsweise, ob der Aktuator einer ist, der für eine Türverriegelung verwendet wird, oder einer ist, der für einen Spiegel verwendet wird; ob der Aktuator seinen Betrieb gestartet hat; ob der Aktuator seinen Betrieb gestoppt hat; und eine Änderung der Länge der Energieleitung beispielsweise bis zu ihrem Ende. Außerdem werden die Rauschcharakteristika und die Frequenz des impulshaften Rauschens für jede periodische Messeinheit von jeder der beobachteten Rauschfolgen berechnet. Außerdem wird eine Zustandsfolge durch das verborgene Markow-Gauß'sche Rauschmodell unter Verwendung der Rauschcharakteristika erzeugt, die einer jeweiligen Situation zugeordnet sind und die im Voraus entsprechend der Konfiguration des Kommunikationssystems, das zu simulieren ist, berechnet wurden (Formeln 5 bis 8). Wenn sich das Kommunikationssystem in einem fahrzeuginternen PLC-System befindet, wird die Zustandsfolge entsprechend der Länge der Energieleitung, der Anzahl und der Typen der verbundenen Kommunikationsvorrichtungen und Aktuatoren etc. erzeugt. Dann wird ein Pseudo-Rauschen aus der erzeugten Zustandsfolge und der Frequenz des impulshaften Rauschens erzeugt.
Die Ausführung der Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht detaillierte vorläufige Studien, die durchzuführen sind, beispielsweise hinsichtlich eines Kommunikationsverfahrens, das wirksam für die Rauschcharakteristika von impulshaftem Rauschen und die Frequenz des impulshaften Rauschens ist, die automatisch anhand statistischer Eigenschaften der beobachteten Rauschfolgen geschätzt werden. Somit kann eine effiziente Simulation realisiert werden.
Außerdem kann in der vorliegenden Erfindung die Auswahl eines optimalen Kommunikationsverfahrens und Ähnlichem aus voreingestellten Verfahren unter Verwendung eines Computers automatisiert werden. In der vorliegenden Erfindung werden auf der Grundlage von beobachteten Rauschfolgen, bei denen Spannungswerte in einer Energieleitung eines fahrzeuginternen PLC-Systems bei mehreren unterschiedlichen bekannten Situationen mit einem vorbestimmten Intervall in der Zeitfolge gemessen werden, Rauschcharakteristika, die unter Verwendung eines verborgenen Markow-Modells berechnet und einer jeweiligen Situation zugeordnet werden, und die Frequenz eines impulshaften Rauschens, die auf die oben beschriebene Weise erfasst wird, aufgezeichnet. In diesem Fall sind die Rauschcharakteristika Informationen, die automatisch auf der Grundlage der beobachteten Rauschfolge berechnet werden, um eine Situation zu vermeiden, bei der eine fehlerhafte lokale Lösung berechnet wird. Außerdem wird in dem Computer auf der Grundlage einer zu entwerfenden Schaltungskonfiguration eine geschätzte Zustandsfolge eines verborgenen Markow-Modells geschätzt und unter Verwendung der Rauschcharakteristika der jeweiligen Situationen, die im Voraus berechnet und aufgezeichnet werden, berechnet, und es wird ein Pseudo-Rauschen unter Verwendung dieser geschätzten Zustandsfolge und der Frequenz des impulshaften Rauschens erzeugt. Weiterhin werden ein Kommunikationsverfahren, eine Kommunikationsfrequenz und ein Kommunikationsparameter, die jeweils als ein Kandidat in dem auszulegenden PLC-System dienen, empfangen, und es wird eine Simulation des Auftretens eines Kommunikationsfehlers (Kommunikationssimulation) für jeden dieser Kandidaten unter Verwendung des erzeugten Pseudo-Rauschens durchgeführt, wodurch optimale Kandidaten auf der Grundlage einer Kommunikationsfehlerwahrscheinlichkeit, die aus Simulationsergebnissen hergeleitet wird, identifiziert werden.
In der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der beobachteten Rauschfolge, die durch Beobachten bei einer jeweiligen Situation hergeleitet wird, und auf der Grundlage der Rauschcharakteristika und der Frequenz von impulshaftem Rauschen, die automatisch anhand statistischer Eigenschaften der beobachteten Rauschfolge selbst geschätzt werden, ein Pseudo-Rauschen entsprechend der jeweiligen Situation erzeugt, und es wird eine Simulation unter Verwendung dieses Pseudo-Rauschens ausgeführt. Daher können detaillierte vorläufige Studien durchgeführt werden, beispielsweise hinsichtlich eines Kommunikationsverfahrens oder Ähnlichem, das für ein impulshaftes Rauschen, das in Abhängigkeit von einer breiten Vielzahl von Fahrzeugtypen oder Optionen beispielsweise auftaucht, wirksam ist.
Außerdem kann in der vorliegenden Erfindung ein Kommunikationssystem derart ausgelegt sein, dass es eine Optimierungsvorrichtung zum Optimieren eines Kommunikationsverfahrens, einer Kommunikationsfrequenz und/oder eines Parameters enthält. Die Optimierungsvorrichtung erhält eine beobachtete Rauschfolge von Signalpegeln in einem Kommunikationsmedium, erhält Rauschcharakteristika unter Verwendung eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells auf der Grundlage der erhaltenen beobachteten Rauschfolge und erhält Rauschmerkmale wie beispielsweise Frequenzen von den berechneten Rauschcharakteristika. Das Erhalten der beobachteten Rauschfolge und der Rauschmerkmale wird vorzugsweise aufeinanderfolgend durchgeführt, so dass diese kontinuierlich erneuert werden. Außerdem bestimmt die Optimierungsvorrichtung aufeinanderfolgend das optimale Kommunikationsverfahren, die Frequenz und den Parameter auf der Grundlage von Vergleichen zwischen: mehreren Kommunikationsverfahren, Kommunikationsfrequenzen und Kommunikationsparametern, die im Voraus als Kandidaten aufgezeichnet werden; und den Rauschmerkmalen.
Somit können auf der Grundlage der Merkmale von impulshaftem Rauschen, das automatisch unter Verwendung statistischer Eigenschaften von Rauschen, das tatsächlich erzeugt wird, erfasst wird, das Kommunikationsverfahren, die Frequenz und der Parameter, die den Einfluss des impulshaften Rauschens minimieren, auf geeignete Weise ausgewählt werden.
Außerdem kann in der vorliegenden Erfindung ein Übertrager bzw. eine Übertragungseinrichtung einer Kommunikationsvorrichtung in einem Kommunikationssystem eine Einrichtung zum Einstellen einer Trägerwellenfrequenz enthalten, und eine vorherige Stufe eines Begrenzers eines Empfängers kann einen Bandzurückweisungsfilter enthalten, der in der Lage ist, ein Band einzustellen, mit dem die Frequenz eines impulshaften Rauschens vermieden wird, das durch das vorhergehende Erfassungsverfahren für ein impulshaftes Rauschen erfasst wird. Das Kommunikationssystem enthält beispielsweise eine Analysevorrichtung, und die Analysevorrichtung kann Frequenzen, die im Voraus entsprechend mehrerer unterschiedlicher bekannter Situationen berechnet werden, lesen. Die Analysevorrichtung stellt die Frequenz der Trägerwelle des Übertragers und diejenige des Bandzurückweisungsfilters, das dem Empfänger vorausgeht, derart ein, dass die Frequenz von impulshaftem Rauschen entsprechend der derzeitigen Situation des Kommunikationssystems vermieden wird. Somit ist das Kommunikationssystem in der Lage, eine Kommunikation entsprechend einer jeweiligen Situation durchzuführen, ohne durch impulshaftes Rauschen beeinflusst zu werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Analysevorrichtung nicht auf eine Konfiguration beschränkt ist, bei der Einstellungen erfolgen, um Frequenzen von impulshaftem Rauschen, die im Voraus entsprechend den bekannten Situationen gespeichert sind, zu vermeiden. Außerdem kann die Analysevorrichtung derart ausgelegt sein, dass sie ein impulshaftes Rauschen in Echtzeit erfasst, dessen Frequenz erhält und die Trägerwellenfrequenz des Übertrager-Empfängers und die Frequenz des Bandzurückweisungsfilters einstellt, um die berechnete Frequenz zu vermeiden.
In dem Fall der vorliegenden Erfindung wird ein verborgenes Markow-Gauß'sches Rauschmodell entsprechend Charakteristika eines impulshaften Rauschens verwendet, das auf ereignisgesteuerte Weise in einem Kommunikationsmedium des Kommunikationssystems erzeugt wird, wodurch eine automatische und hochgenaue Erfassung von impulshaftem Rauschen, die sich in herkömmlicher Weise als schwierig erwiesen hat, ermöglicht wird.
Insbesondere besteht, wenn das Kommunikationssystem ein PLC-System ist, eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass ein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, da verschiedene Vorrichtungen mit einer Energieleitung, die als ein Kommunikationsmedium dient, verbunden sind, und daher wird eine noch günstigere Kommunikation durch hochgenaues Erfassen des impulshaften Rauschens ermöglicht.
Insbesondere wenn das PLC-System ein fahrzeuginternes PLC-System ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass empfangene und übertragene Informationen Informationen sind, die zum Aufrechterhalten der Sicherheit wichtig sind. Eine hochgenaue Erfassung von impulshaftem Rauschen, das plötzlich erzeugt wird, und eine Ausführung einer Kommunikation, bei der eine Periode der Erzeugung des impulshaften Rauschens vermieden wird, sind sehr nützlich, wenn das PLC-System ein fahrzeuginternes PLC-System ist.
Da ein impulshaftes Rauschen, das in einer jeweiligen Situation in dem Kommunikationssystem erzeugt wird, automatisch mit hoher Genauigkeit modelliert werden kann, kann eine Rauschsimulation mit hoher Genauigkeit bei einer Entwicklungsstufe des Kommunikationssystems erzielt werden, wodurch es möglich wird, ein Kommunikationssystem zu implementieren, das eine optimale Frequenz zum effektiven Vermeiden von impulshaftem Rauschen verwendet. Zusätzlich zu der Frequenz können ein Kommunikationsverfahren, eine Kommunikationsfrequenz und weitere Kommunikationsparameter ausgewählt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Beziehung zwischen Zuständen von Markow-Rauschen und beobachteten Ergebnissen darstellt.
2 ist ein konzeptionelles Diagramm, das konzeptionell einen Rauscherzeugungsmechanismus eines verborgenen Markow-Rauschens darstellt.
3 ist ein Trellis-Diagramm eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschens mit zwei Zuständen.
4 stellt erläuternde Diagramme bereit, die konzeptionell eine Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Vorwärtswahrscheinlichkeit) α_k(s) und eine Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Rückwärtswahrscheinlichkeit) β_k(s) darstellen.
5 stellt Wellenformdiagramme dar, die jeweils eine Amplitude eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschens in Bezug auf einen Kanalspeicher darstellen.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen PLC-Systems gemäß der Ausführungsform 1 darstellt.
7 ist ein Blockdiagramm, das interne Konfigurationen einer ECU und einer Rauscherfassungsvorrichtung, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 1 enthalten sind, darstellt.
8 ist ein Funktionsblockdiagramm, das Funktionen darstellt, die von der Rauscherfassungsvorrichtung, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 1 enthalten ist, implementiert werden.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Verarbeitung darstellt, die von der Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 ausgeführt wird.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung zum Berechnen von Parametern θ (Rauschcharakteristika) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit einer beobachteten Rauschfolge auf der Grundlage eines BW-Algorithmus, der ein Momentenverfahren verwendet, darstellt, die durch Funktionen eines Parameterschätzabschnitts der Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 ausgeführt wird.
11 ist eine Grafik, die eine Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit darstellt, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 bewirkt wird.
12 ist eine Grafik, die eine Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit darstellt, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 bewirkt wird.
13 ist eine Grafik, die eine Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit darstellt, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 bewirkt wird.
14 ist ein Wellenformdiagramm, das Erfassungsergebnisse von impulshaftem Rauschen, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 erhalten werden, darstellt.
15 ist ein erläuterndes Diagramm, das Beispiele von Rauschcharakteristika von impulshaftem Rauschen, das von der Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 erfasst wird, darstellt.
16 ist ein Funktionsblockdiagramm, das Funktionen darstellt, die von einer Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 implementiert werden.
17 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Verarbeitung darstellt, die von der Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 ausgeführt wird.
18 ist ein Flussdiagramm, das Details einer Verarbeitung zum Berechnen von Anfangswerten einer Rauschenergie und einer Stabilzustandswahrscheinlichkeit unter Verwendung eines Momentenverfahrens durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 darstellt.
19 ist ein Flussdiagramm, das Details einer Verarbeitung zum Berechnen von vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 darstellt.
20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung zum Berechnen von Parametern θ (Rauschcharakteristika) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit einer beobachteten Rauschfolge auf der Grundlage eines BW-Algorithmus durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 darstellt.
21 ist eine Grafik, die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeiten darstellt, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 bewirkt werden.
22 ist eine Grafik, die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeiten darstellt, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 bewirkt werden.
23 ist eine Grafik, die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeiten darstellt, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 bewirkt werden.
24 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Simulationsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 darstellt.
25 ist ein erläuterndes Diagramm, das beispielhafte Details einer Rauschaufzeichnung darstellt, die in einem Speicherabschnitt der Simulationsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 gespeichert ist.
26 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung darstellt, die von der Simulationsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 ausgeführt wird.
27 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Entwurfsvorrichtung für ein fahrzeuginternes PLC gemäß der Ausführungsform 4 darstellt.
28 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung darstellt, die von der Entwurfsvorrichtung für ein fahrzeuginternes PLC gemäß der Ausführungsform 4 ausgeführt wird.
29 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen PLC-Systems gemäß der Ausführungsform 5 darstellt.
30 ist ein Blockdiagramm, das eine interne Konfiguration einer Optimierungsvorrichtung, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 5 enthalten ist, darstellt.
31 ist ein Funktionsblockdiagramm, das Funktionen darstellt, die von der Optimierungsvorrichtung, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 5 enthalten ist, implementiert werden.
32 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung darstellt, die von der Optimierungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 ausgeführt wird.
33 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen PLC-Systems gemäß der Ausführungsform 6 darstellt.
34 ist ein Blockdiagramm, das eine interne Konfiguration eines Filterabschnitts, der in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 6 enthalten ist, darstellt.
35 ist ein Blockdiagramm, das eine interne Konfiguration einer Analysevorrichtung, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 6 enthalten ist, darstellt.
36 ist ein Funktionsblockdiagramm, das Funktionen, die von der Analysevorrichtung implementiert werden, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 6 enthalten ist, darstellt.
37 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung darstellt, die von der Analysevorrichtung gemäß der Ausführungsform 6 ausgeführt wird.
38 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von impulshaftem Rauschen darstellt, das in einer Energieleitung erzeugt wird.
39 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von impulshaftem Rauschen darstellt, das in einer Energieleitung erzeugt wird.
40 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von impulshaftem Rauschen darstellt, das in einer Energieleitung erzeugt wird.
Bezugszeichenliste

1: ECU (Kommunikationsvorrichtung)
2: Aktuator (Vorrichtung)
3: Energieleitung
6: Rauscherfassungsvorrichtung
601: Parameterschätzabschnitt
602: Anfangswertbestimmungsabschnitt
603: BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitt
604: Parameterausgabeabschnitt
605: Abschnitt zum Erfassen von impulshaftem Rauschen
64: Messabschnitt
7: Simulationsvorrichtung
70: Steuerabschnitt
71: Speicherabschnitt
73: Rauschaufzeichnung
75: Bedingungseingabeabschnitt
76: Pseudo-Rauscherzeugungsabschnitt
8: Entwurfsvorrichtung für eine fahrzeuginterne PLC
80: Steuerabschnitt
81: Speicherabschnitt
83: Rauschaufzeichnung
84: Kommunikationsbedingungskandidatengruppe
86: Eingangs-/Ausgangsabschnitt
87: Pseudo-Rauscherzeugungsabschnitt
88: Kommunikationssimulationsausführungsabschnitt
9: Optimierungsvorrichtung
94: Messabschnitt
95: Merkmal von impulshaftem Rauschen
96: Kommunikationsbedingungskandidatengruppe
901: Parameterschätzabschnitt
905: Abschnitt zur Erfassung von impulshaftem Rauschen
906: Abschnitt zur Berechnung eines Merkmals von impulshaftem Rauschen
907: Abschnitt zur Bestimmung eines optimalen Kandidaten
100: Analysevorrichtung
101: Steuerabschnitt
105: Messabschnitt
106: Einstellabschnitt
107: Frequenzinformationen von impulshaftem Rauschen
1001: Parameterschätzabschnitt
1005: Abschnitt zur Erfassung von impulshaftem Rauschen
1006: Abschnitt zur Frequenzberechnung von impulshaftem Rauschen
21: Bandzurückweisungsfilter

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung genauer mit Bezug auf die Zeichnungen, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, beschrieben.
Es sollte beachtet werden, dass die folgenden Ausführungsformen auf der Grundlage eines Beispiels beschrieben werden, bei dem die vorliegende Erfindung für ein fahrzeuginternes PLC-System verwendet wird, das über eine PLC eine Kommunikation zwischen ECUs, die in einem Fahrzeug installiert sind, realisiert.
(Ausführungsform 1)
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen PLC-Systems gemäß der Ausführungsform 1 darstellt. Das fahrzeuginterne PLC-System enthält: mehrere ECUs 1, 1, ...; Aktuatoren 2, 2, ..., die als Antwort auf Steuerdaten, die von den ECUs 1, 1, ... übertragen werden, betrieben werden; Energieleitungen 3, 3, ..., durch die elektrische Energie jeder der ECUs 1, 1, ... und jedem der Aktuatoren 2, 2, ... zugeführt wird; eine Batterie 4 zum Zuführen von elektrischer Energie zu jeweiligen Vorrichtungen durch die Energieleitungen 3, 3, ...; eine Verbindungsbox 5 zum Verzweigen und Verbinden der Energieleitungen 3, 3, ...; und eine Rauscherfassungsvorrichtung 6 zum Erfassen eines Rauschens in jeder Energieleitung 3.
Wie es in 6 dargestellt ist, erstellen in der Ausführungsform 1 die ECUs 1, 1, ... und die Aktuatoren 2, 2, ... Busverbindungen mit der Energieleitung 3. Eine Verbindungstopologie kann eine Sternverbindung oder eine Kombination sein, bei der eine Busverbindung und eine Sternverbindung kombiniert sind.
Die Batterie 4 wird mit Elektrizität durch einen nicht dargestellten Wechselstromgenerator geladen, der elektrische Energie von einem Verbrennungsmotor erzeugt. Die Batterie 4 ist an ihrem einen Ende (negativer Anschluss) mit Masse und mit ihrem anderen Ende (positiver Anschluss) mit der Verbindungsbox 5 über die Energieleitung 3 verbunden. Die Batterie 4 führt beispielsweise eine Antriebsspannung von 12 V jeder Vorrichtung zu.
Die Verbindungsbox 5 enthält eine Verzweigungs- und Verbindungsschaltung für die Energieleitung 3. Mehrere der Energieleitungen 3, 3, ... sind mit der Verbindungsbox 5 verbunden und zweigen von dieser ab. Die Energieleitungen 3, 3, ... sind mit den zugeordneten ECUs 1, 1, ... und Aktuatoren 2, 2, ... verbunden. Die Verbindungsbox 5 verteilt elektrische Energie, die von der Batterie 4 zugeführt wird, an die ECUs 1, 1, ..., die Aktuatoren 2, 2, ... und die Rauscherfassungsvorrichtung 6, die in einem Fahrzeug angeordnet sind.
Eine der Energieleitungen 3, 3, ..., die von der Verbindungsbox 5 abzweigt, ist mit einer zugeordneten der ECUs 1, 1, ... verbunden. Somit kann die ECU 1 elektrische Energie von der Batterie 4 empfangen. Die Energieleitung 3 ist ebenfalls mit dem anderen Ende der ECUs 1, 1, ... verbunden und führt dieser ECU 1 elektrische Energie zu. Die Energieleitung 3, durch die die ECUs 1, 1 miteinander verbunden sind, weist einen Zweig auf, der mit dem Aktuator 2 über einen Schalter verbunden ist. Wenn der Schalter eingeschaltet bzw. EIN ist, wird dem Aktuator 2 elektrische Energie von der Batterie 4 zugeführt, wodurch der Aktuator 2 betrieben wird.
Es sollte beachtet werden, dass jede der ECUs 1, 1, ... und jeder der Aktuatoren 2, 2, ... intern so aufgebaut ist, dass die verbundene Energieleitung 3 über ein jeweiliges Bestandteil und eine Last, die darin enthalten ist, mit einer Karosseriemasse verbunden ist.
Außerdem sind in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 1 die jeweiligen ECUs 1, 1, ... nicht nur in der Lage, als Antwort auf die Zufuhr von elektrischer Energie von der Batterie 4 über die zugeordneten Energieleitungen 3, 3, ... betrieben zu werden, sondern sind ebenfalls in der Lage, durch Überlagern von Kommunikationsträgerwellen auf die Energieleitungen 3, 3, ..., durch die die ECUs 1, 1, ... miteinander verbunden sind, Daten zu empfangen und zu übertragen. Somit muss in dem fahrzeuginternen PLC-System keine Kommunikationssignalleitung zum Empfangen/Übertragen von Daten, die zur Fahrtsteuerung verwendet werden, Videodaten oder Ähnlichem zusätzlich zwischen den ECUs 1, 1, ... bereitgestellt werden. Als Ergebnis kann die Anzahl von Drähten und das Gewicht für einen Kabelbaum, der in dem Fahrzeug vorgesehen ist, verringert werden.
7 ist ein Blockdiagramm, das interne Konfigurationen der ECU 1 und der Rauscherfassungsvorrichtung 6, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 1 enthalten sind, darstellt. Die ECU 1 enthält einen Steuerabschnitt 10, eine Energieversorgungsschaltung 11, einen Kommunikationssteuerabschnitt 12, einen Energieleitungskommunikationsabschnitt 13 und einen Kommunikationssignaltrenn-/-kopplungsabschnitt 14.
Unter Verwendung eines Mikrocomputers empfängt der Steuerabschnitt 10 über die Energieversorgungsschaltung 11 elektrische Energie und steuert den Empfang und die Übertragung von Daten, was durch den Kommunikationssteuerabschnitt 12 durchgeführt wird, oder Betriebe anderer nicht dargestellter Bestandteile. Die Energieversorgungsschaltung 11 ist mit dem Steuerabschnitt 10, dem Kommunikationssteuerabschnitt 12, dem Energieleitungskommunikationsabschnitt 13 und weiteren nicht dargestellten Bestandteilen verbunden und führt jedem dieser Bestandteile elektrische Energie zu. Die Energieversorgungsschaltung 11 stellt beispielsweise näherungsweise eine Antriebsspannung von 12 V, die von der Batterie 4 über die Energieleitung 3 empfangen wird, auf eine Spannung ein, die für die jeweiligen Bestandteile notwendig ist, und führt diesen dann die resultierende Spannung zu.
Unter Verwendung einer Netzwerksteuerung realisiert der Kommunikationssteuerabschnitt 12 den Empfang und die Übertragung verschiedener Datenteile einschließlich Steuerdaten von und zu den anderen ECUs 1, 1, ... und Aktuatoren 2, 2, ... Der Datenempfang und die Datenübertragung von und zu den anderen Vorrichtungen durch den Kommunikationssteuerabschnitt 12 der ECU 1 gemäß der Ausführungsform 1 werden konform mit einem FlexRay-Protokoll (registered trademark) durchgeführt. Es sollte beachtet werden, dass das Kommunikationsprotokoll nicht auf FlexRay beschränkt ist, sondern CAN (Steuernetz), LIN (Ortsverbindungsnetz) etc. sein kann.
Der Energieleitungskommunikationsabschnitt 13 ist eine Schaltung zum Implementieren der Funktionen zum Modulieren einer Trägerwelle durch ein Signal zu dem Zeitpunkt der Übertragung und zum Dekodieren eines Signals von einer Trägerwelle zu dem Zeitpunkt des Empfangs. Der Kommunikationssignaltrenn-/-kopplungsabschnitt 14 ist eine Schaltung zum Implementieren der Funktionen zum Koppeln einer Trägerwelle auf die Energieleitung 3 zu dem Zeitpunkt der Übertragung und zum Trennen einer Trägerwelle von der Energieleitung 3 zu dem Zeitpunkt des Empfangs. Die Hinzufügung einer Energieleitungskommunikationsfunktion wird durch Entfernen eines vorhandenen Kommunikationsabschnitts von dem vorhandenen Kommunikationssteuerabschnitt 12, der eine Kommunikation konform mit dem FlexRay durchführt, und durch Hinzufügen des Energieleitungskommunikationsabschnitts 13 und des Kommunikationssignaltrenn-/-kopplungsabschnitts 14 anstelle des vorhandenen Kommunikationsabschnitts ermöglicht.
Die Rauscherfassungsvorrichtung 6 enthält einen Steuerabschnitt 60, einen Speicherabschnitt 61, einen zeitweiligen Speicherabschnitt 63 und einen Messabschnitt 64. Unter Verwendung einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) führt der Steuerabschnitt 60 eine Rauscherfassungsverarbeitung auf der Grundlage eines Rauscherfassungsprogramms 62, das in dem Speicherabschnitt 61 gespeichert ist, durch. Unter Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers wie beispielsweise einer Festplatte, eines EEPROM (elektrisch löschbarer und programmierbarer Nur-Lese-Speicher) oder eines Flash-Speichers speichert der Speicherabschnitt 61 das Rauscherfassungsprogramm 62 und außerdem Daten von erfasstem Rauschen. Unter Verwendung eines Speichers wie beispielsweise eines DRAM (dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff) oder eines SRAM (statischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff) speichert der zeitweilige Speicherabschnitt 63 zeitweilig Daten, die durch eine Verarbeitung erzeugt werden, die durch den Steuerabschnitt 60 durchgeführt wird.
Der Messabschnitt 64 misst Spannungswerte in der Energieleitung 3 mit einem vorbestimmten Intervall (d. h. einem Abtastintervall) und speichert die Messergebnisse in dem Speicherabschnitt 61 oder dem zeitweiligen Speicherabschnitt 63. Der Messabschnitt 64 kann mehrere Anschlüsse aufweisen, so dass er in der Lage ist, Spannungswerte an mehreren Messpunkten in den Energieleitungen 3 zu messen. Das vorbestimmte Intervall der Messung beträgt beispielsweise 0,01 μs (das heißt, die Abtastfrequenz beträgt 100 MHz).
Es sollte beachtet werden, dass für die Rauscherfassungsvorrichtung 6 ein Personalcomputer verwendet werden kann, oder es kann ein FPGA, ein DSP, ein ASIC etc., der Komponenten zum Durchführen von Funktionen der jeweiligen Bestandteile der Vorrichtung enthält, mit dem Ziel verwendet werden, die Vorrichtung ausschließlich zur Rauscherfassung bereitzustellen.
Auf der Grundlage des Rauscherfassungsprogramms 62 führt der Steuerabschnitt 60 der Rauscherfassungsvorrichtung 6 Funktionen, die in 8 dargestellt sind, durch und führt eine Verarbeitung zum Erfassen von impulshaftem Rauschen aus Spannungswerten (beobachtete Rauschfolge), die für jedes vorbestimmte Intervall durch den Messabschnitt 64 gemessen und erhalten werden, aus. 8 ist ein Funktionsblockdiagramm, das Funktionen darstellt, die von der Rauscherfassungsvorrichtung 6, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 1 enthalten ist, implementiert werden.
Auf der Grundlage des Rauscherfassungsprogramms 62 dient der Steuerabschnitt 60 als ein Parameterschätzabschnitt 601 und ein Abschnitt zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605. Die Funktionen des Parameterschätzabschnitts 601 beinhalten eine Funktion eines Anfangswertsbestimmungsabschnitts 602 zum Bestimmen eines Anfangswerts eines Parameters, eine Funktionen eines BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603 zum Berechnen einer Rauschcharakteristik zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge unter Verwendung eines BW-Algorithmus und einen Funktionen eines Parameterausgabeabschnitts 604.
Aus der beobachteten Rauschfolge, die von dem Messabschnitt 64 erhalten wird, extrahiert der Steuerabschnitt 60 Spannungswertdaten für eine vorbestimmte Periode (periodische Messeinheit). Für die extrahierten Spannungswertdaten schätzt der Steuerabschnitt 60 einen Parameter, der eine Rauschcharakteristik angibt, und gibt diesen aus, und schätzt eine Zustandsfolge aus dem Parameter durch die Funktionen des Parameterschätzabschnitts 601 und gibt diese aus. Unter Verwendung der geschätzten Zustandsfolge bestimmt der Steuerabschnitt 60, ob ein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, für jeden Abschnitt (in Einheiten des vorbestimmten Intervalls = 0,01 μs, das einen oder mehrere der vorbestimmten Intervalle enthalten kann) in der Periode durch die Funktion des Abschnitts zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605.
Unter Verwendung der Funktionen des Parameterschätzabschnitts 601 erhält der Steuerabschnitt 60 Parameter θ = (Q, N) einschließlich vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten q₀₀, q₀₁, q₁₁ und q₁₀ (= Q) und N = [σ₀ ², σ₁ ²]^T und erhält außerdem aus den Parametern θ die folgenden Parameter:
Kanalspeicher γ: γ = 1/(q₀₁ + q₁₀)
Wahrscheinlichkeit für das Auftretens von impulshaftem Rauschen P₁: P₁ = q₀₁/q₀₁ + q₁₀
Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R: R = σ_I ²/σ_G ² = (σ₁ ² – σ₀ ²)/σ₀ ²
Hintergrundrauschenergie σ_G ²: σ_G ² = σ₀ ²
Um die obigen Parameter zu erhalten, erhält der Steuerabschnitt 60 zunächst Anfangswerte der Parameter θ, d. h. Anfangswerte einer Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsmatrix Q (= q_ss', s, s' = 0,1) und einer mittleren Rauschenergie N (= [σ₀ ², σ₁ ²]^T durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602. In diesem Fall bestimmt der Steuerabschnitt 60 die Anfangswerte auf der Grundlage der vorherigen Formeln 14 bis 16. Der Steuerabschnitt 60 berechnet die Parameter θ (Zustandsübergangswahrscheinlichkeit und Zustandsrauschenergie) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge durch die Funktion des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603. Die Berechnung der Parameter θ zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge wird auf der Grundlage der vorhergehenden Formeln 10 bis 12 durchgeführt. Auf der Grundlage von geschätzten Werten der Parameter θ zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge, die durch die Funktion des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603 berechnet werden, erhält der Steuerabschnitt 60 die vorhergehenden Parameter (d. h. den Kanalspeicher γ, die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R und die Hintergrundrauschenergie σ_G ²) und speichert diese Parameter in dem Speicherabschnitt 61 durch den Parameterausgabeabschnitt 604. Außerdem erhält der Steuerabschnitt 60 eine geschätzte Zustandsfolge und gibt die geschätzte Zustandsfolge an den Abschnitt zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605 durch den Parameterausgabeabschnitt 604 aus.
Der Prozess der Verarbeitung zur Erfassung von impulshaftem Rauschen, der von dem Steuerabschnitt 60 durchgeführt wird, wird genauer mit Bezug auf ein Flussdiagramm beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Verarbeitung darstellt, die von der Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 ausgeführt wird.
Der Steuerabschnitt 60 erhält Messdaten (beobachtete Rauschfolge) durch den Messabschnitt 64 (Schritt S1). Dann extrahiert der Steuerabschnitt 60 Daten für eine vorbestimmte Periode, die in den erhaltenen Messdaten enthalten sind, und gibt die extrahierten Daten an den Parameterschätzabschnitt 601 (Schritt S2). In diesem Fall ist die Periode in Einheiten von Kommunikationszyklen des FlexRay als Beispiel vorgesehen und beträgt 1 ms in der Ausführungsform 1. Wie es oben erwähnt ist, beträgt das Intervall der Messung von Spannungswerten durch den Messabschnitt 64 0,01 μs, und daher sind die extrahierten Daten eine Folge von Spannungswerten für 100000 Abtastungen (K = 100000).
Auf der Grundlage der extrahierten Daten, die für eine 1 ms extrahiert werden (K = 100000 Abtastungen von Spannungswerten in der Zeitfolge), berechnet der Steuerabschnitt 60 die Parameter θ (Rauschcharakteristika) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge unter Verwendung eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells durch die Funktionen des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602 und des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603 des Parameterschätzabschnitts 601 (Schritt S3). Die Berechnung der jeweiligen Parameter, die die Rauschcharakteristika angeben, wird später genauer mit Bezug auf ein Flussdiagramm der 10 beschrieben.
Auf der Grundlage der Parameter θ, die in Schritt S3 berechnet werden, schätzt und berechnet der Steuerabschnitt 60 eine geschätzte Zustandsfolge durch die Funktion des Parameterausgabeabschnitts 604 des Parameterschätzabschnitts 601 (Schritt S4) und erhält außerdem die Parameter (d. h. den Kanalspeicher γ, die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R und die Hintergrundrauschenergie σ_G ²), die die Rauschcharakteristika angeben (Schritt S5).
Auf der Grundlage der Rauschcharakteristika, die in Schritt S5 berechnet werden, bestimmt der Steuerabschnitt 60 für jede Periode von 1 ms, ob ein impulshaftes Rauschen in dieser Periode erzeugt wird, durch die Funktion des Abschnitts zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605 (Schritt S6). Es sollte beachtet werden, dass die Bestimmungen auf der Grundlage der Parameter (γ, P₁, R und σ_G ²) wie folgt durchgeführt werden. Die Bestimmung wird beispielsweise auf der Grundlage dessen durchgeführt, ob der Kanalspeicher γ größer als ein vorbestimmter Wert (beispielsweise 10) ist. Wenn außerdem die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen Pi gleich oder größer als 0,5 ist, kann der Steuerabschnitt 60 durch die Funktion des Abschnitts zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605 bestimmen, dass die erhaltene beobachtete Rauschfolge weißes Gauß'sches Rauschen, aber kein impulshaftes Rauschen aufweist.
Wenn bestimmt wird, dass kein impulshaftes Rauschen erzeugt wird (S6: NEIN), beendet der Steuerabschnitt 60 die Erfassungsverarbeitung ohne weiteren Schritt. Es sollte beachtet werden, dass die Schritte S5 und S6 nicht absolut notwendig sind. Mit anderen Worten müssen die Parameter (d. h. der Kanalspeicher γ, die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R und die Hintergrundrauschenergie σ_G ²) nicht notwendigerweise berechnet werden, und das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Erzeugung von impulshaftem Rauschen muss nicht notwendigerweise für jede Periode bestimmt werden.
Wenn durch die Funktion des Abschnitts zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605 bestimmt wird, dass impulshaftes Rauschen erzeugt wird (S6: JA), erfasst der Steuerabschnitt 60 auf der Grundlage der geschätzten Zustandsfolge das impulshafte Rauschen zu jedem vorbestimmten Intervall während der Periode, die in den extrahierten Daten enthalten ist (Schritt S7), und speichert Rauschdaten einschließlich des erfassten Ergebnisses in dem Speicherabschnitt 61 (Schritt S8), womit die Verarbeitung beendet ist. In Schritt S7 wird impulshaftes Rauschen für jedes vorbestimmte Intervall (das 0,01 μs in der Ausführungsform 1 beträgt) erfasst. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern es kann ein impulshaftes Rauschen auf einer Bit-zu-Bit-Basis durch Behandeln von zwei oder mehr Abtastungen als einzelnes Bit erfasst werden.
Die Rauschdaten, die in Schritt S8 gespeichert werden, können die Rauschcharakteristika (θ oder γ, P₁, R und σ_G ²), die in Schritt S3 oder Schritt S5 berechnet werden, sein, oder sie können die extrahierten Daten (beobachtete Rauschfolge) enthalten. Außerdem können die Rauschdaten die Zustandsfolge, die in Schritt S4 geschätzt wird, enthalten. Somit ist es beispielsweise nützlich, die Rauschdaten beim Reproduzieren von impulshaftem Rauschen zu verwenden.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung zum Berechnen der Parameter θ (Rauschcharakteristika) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit einer beobachteten Rauschfolge auf der Grundlage eines BW-Algorithmus unter Verwendung eines Momentenverfahrens darstellt, die durch die Funktionen des Parameterschätzabschnitts 601 der Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 ausgeführt wird. Die Verarbeitungsprozedur, die in 10 dargestellt ist, ist den Details des Schritts S3 in dem Flussdiagramm der 9 zugeordnet.
Aus den gegebenen extrahierten Daten, d. h. aus den Spannungswerten für K = 100000 Abtastungen, berechnet der Steuerabschnitt 60 drei Momente a, b und c durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602 unter Verwendung der vorherigen Formel 14 auf der Grundlage des Momentenverfahrens (Schritt S301).
Dann erhält der Steuerabschnitt 60 einen Anfangswert der Rauschenergie N (= [σ₀ ², σ₁ ²]^T, dessen Symbol des geschätzten Werts abgekürzt ist) durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602. Daher berechnet der Steuerabschnitt 60 Standardabweichungen σ₀ und σ₁ der Verteilung von Rauschen in den jeweiligen Zuständen durch die Formeln 15 und 16 auf der Grundlage der drei Momente a, b und c, die in Schritt S301 berechnet werden (Schritt S302). Aus den Standardabweichungen σ₀ und σ₁ der Verteilung von Rauschen in den jeweiligen Zuständen berechnet der Steuerabschnitt 60 einen geschätzten Anfangswert der Rauschenergie N der extrahierten Daten durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602 (Schritt S303).
Anschließend erhält der Steuerabschnitt 60 einen Anfangswert der Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsmatrix Q durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602. Daher berechnet der Steuerabschnitt 60 aus den geschätzten Werten der Standardabweichungen σ₀ und σ₁ der Verteilung von Rauschen in den jeweiligen Zuständen, die in Schritt 302 durch die Formeln 15 und 16 berechnet werden, eine Schwelle Λ für jeden Spannungswert von 100000 Abtastungen der extrahierten Daten (beobachtete Rauschfolge) unter Verwendung der Formel 18 (Schritt S304). Dann berechnet der Steuerabschnitt 60 unter Verwendung der Formel 18 eine geschätzte Zustandsmatrix s (k = 1 bis K) durch Erstellen eines Vergleichs zwischen jedem Spannungswert von 100000 Abtastungen der extrahierten Daten und der berechneten Schwelle Λ (Schritt S305). Außerdem berechnet der Steuerabschnitt 60 aus der berechneten geschätzten Zustandsmatrix s (k = 1 bis K) einen geschätzten Anfangswert der Matrix Q der vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten (Schritt S306). Insbesondere erhält der Steuerabschnitt 60 aus der geschätzten Zustandsmatrix s (k = 1 bis K) jede der vier Anzahlen A_ss' von Zustandsübergängen von dem Zustand s (= 0 oder 1) in den Zustand s' (= 0 oder 1) und erhält die Anzahl A_s jedes Zustands s (= 0 oder 1), womit der Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsanfangswert q_ss' (q_ss' = A_ss'/A_s) erhalten wird.
Unter Verwendung der Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602 bestimmt der Steuerabschnitt 60 als den geschätzten Anfangswert der Parameter θ die geschätzten Anfangswerte von Q und N, die in den Schritten S303 und S306 berechnet werden (Schritt S307).
Anschließend berechnet der Steuerabschnitt 60 unter Verwendung der Anfangswerte, die in Schritt S307 bestimmt werden, die Parameter θ (Rauschcharakteristika) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge durch die Funktion des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603 unter Verwendung des BW-Algorithmus und der MAP-Schätzung. Mit anderen Worten sind die zu berechnenden Parameter θ Werte zum Erhöhen der Wahrscheinlichkeit der erhaltenen beobachteten Rauschfolge für die gegebenen Anfangswerte. Genauer gesagt weist der Steuerabschnitt 60 zunächst 0 der Anzahl von Berechnungen I zu (Schritt S308), addiert 1 dazu (Schritt S309) und berechnet eine Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Vorwärtswahrscheinlichkeit) α_k(s) und eine Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Rückwärtswahrscheinlichkeit) β_k(s) auf der Grundlage der vorhergehenden Formeln 1 bis 6 (Schritt S310).
Unter Verwendung der Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit α_k(s) und der Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit β_k(s), die in Schritt S310 berechnet werden, berechnet der Steuerabschnitt 60 die Parameter θ (geschätzte Werte der Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsmatrix Q und der Rauschenergie N) durch die vorhergehenden Formeln 10 und 11 (Schritt S311).
Für die geschätzten Werte der Parameter θ, die in Schritt S311 hergeleitet werden, bestimmt der Steuerabschnitt 60 unter Verwendung der Funktion des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603, ob eine logarithmische Wahrscheinlichkeit größer als eine Schwelle Δ ist oder ob die Anzahl von Berechnungen I gleich oder größer als ein oberer Grenzwert L ist (Schritt S312). Wenn die logarithmische Wahrscheinlichkeit gleich oder kleiner als die Schwelle Δ ist und die Anzahl der Berechnungen I unterhalb des oberen Grenzwerts L liegt (S312: NEIN), kehrt der Steuerabschnitt 60 zu der Verarbeitung in Schritt S309 zurück und wiederholt die Verarbeitung, um einen höheren Wahrscheinlichkeitswert zu erhalten.
Wenn durch die Funktion des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603 bestimmt wird, dass für die geschätzten Werte der Parameter θ, die in Schritt S311 hergeleitet werden, die logarithmische Wahrscheinlichkeit größer als die Schwelle Δ ist oder die Anzahl der Berechnungen I gleich oder größer als der obere Grenzwert L ist (S312: JA), beendet der Steuerabschnitt 60 die Verarbeitung zum Erhalten der Parameter θ zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge und kehrt zu der Verarbeitung in Schritt S4 in dem Flussdiagramm der 9 zurück.
Wie es oben beschrieben ist, werden die Parameter θ (= (Q, N)) des verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells, die durch den Parameterschätzabschnitt 601 des Steuerabschnitts 60 berechnet werden, derart berechnet, dass subjektive Anfangswerte, Schwellen oder Ähnliches, die durch den Menschen als Erfassungsbedingungen vorgegeben werden, bis zu einem möglichen Ausmaß beseitigt werden. Unter Verwendung der geschätzten Zustandsfolge, die in Schritt S4 des Flussdiagramms der 9 (durch die Formeln 5 bis 8) geschätzt wird, kann ein impulshaftes Rauschen mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Die Genauigkeit der Erfassung von impulshaftem Rauschen durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 wurde durch Erhalten einer Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit ausgewertet. Die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit wurde unter Verwendung eines bekannten verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschens mit zwei Zuständen gemessen. Zunächst waren der Kanalspeicher γ, die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ und das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R gegeben, und es wurden eine Zustandsfolge s (k = 1 bis K) (= 20000)) und eine Rauschfolge erzeugt. Unter Verwendung der erzeugten Zustandsfolge s als eine wahre Zustandsfolge wurde eine Erfassung von impulshaftem Rauschen der erzeugten Rauschfolge durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 durchgeführt. Insbesondere wurde die Erfassung von impulshaftem Rauschen durch das folgende Verfahren durchgeführt. Zu Vergleichszwecken wurde die Schwelle Λ, die durch die vorhergehenden Formeln 14 bis 18 berechnet wird, verwendet, und die Erfassung wurde nur auf der Grundlage dessen durchgeführt, ob jeder Spannungswert der Rauschfolge größer als die Schwelle Λ war, womit ein impulshaftes Rauschen erfasst wurde, wenn der Wert größer als die Schwelle Λ war (dieses Verfahren wird als ein „Momenten-ML-Verfahren” bezeichnet). In dem Momenten-ML-Verfahren werden die Schritte S307 bis S312 nicht durchgeführt.
Die 11 und 13 sind Grafiken, die jeweils eine Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit darstellen, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 bewirkt wird.
In 11 stellt die horizontale Achse eine Änderung des Kanalspeichers γ dar, und die vertikale Achse stellt dessen Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit dar. Feste Werte sind für die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ und das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R gegeben, so dass P₁ = 0,01 und R = 100 gilt. 11 stellt die Fehlerwahrscheinlichkeit des Kanalspeichers γ dar, die für Rauschfolgen berechnet wird, die mit dem Kanalspeicher γ, der von 1 bis 100 geändert wird, erzeugt werden. Die zwei Linien in 11 geben jeweils die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit, die durch das Momenten-ML-Verfahren bewirkt wird, und die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 bewirkt wird (die durch „BW-MAP” in den 11 bis 13 repräsentiert wird), an.
In 12 stellt die horizontale Achse eine Änderung der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ dar, und die vertikale Achse stellt deren Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit dar. Feste Werte sind für den Kanalspeicher γ und das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R gegeben, so dass γ = 10 und R = 100 gilt. 12 stellt die Fehlerwahrscheinlichkeit der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ dar, die für Rauschfolgen berechnet wird, die mit der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, die von 0,001 bis 0,1 geändert wird, erzeugt werden. Die zwei Linien in 12 geben jeweils die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit, die durch das Momenten-ML-Verfahren bewirkt wird, und die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 bewirkt wird, an.
In 13 stellt die horizontale Achse eine Änderung des Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses R dar, und die vertikale Achse stellt dessen Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit dar. Feste Werte sind für den Kanalspeicher γ und die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ gegeben, so dass γ = 10 und P₁ = 0,01 gilt. 13 stellt die Fehlerwahrscheinlichkeit des Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses R dar, die für Rauschfolgen berechnet wird, die mit dem Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R, das von 10 bis 1000 geändert wird, erzeugt werden. Die zwei Linien in 13 geben jeweils die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit, die durch das Momenten-ML-Verfahren bewirkt wird, und die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 bewirkt wird, an.
Wie es in den Grafiken der 11 bis 13 dargestellt ist, zeigt das Verfahren zur Erfassung von impulshaftem Rauschen, das durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 unter Verwendung des BW-Algorithmus und der MAP-Schätzung durchgeführt wird, eine deutliche Überlegenheit. Es sollte beachtet werden, dass sich, wie es in 13 dargestellt ist, die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit monoton mit einer Erhöhung des Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses R verringert. Dieses bedeutet, dass sich die Rauschenergie σ_I ² von impulshaftem Rauschen in Bezug auf die Hintergrundrauschenergie σ_G ² erhöht, womit die Genauigkeit der Unterscheidung zwischen einer Periode, während der ein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, und einer Periode, während der kein impulshaftes Rauschen erzeugt wird, erhöht wird. Andererseits sind, wie es in den 11 und 12 dargestellt ist, in dem Verfahren zur Erfassung von impulshaftem Rauschen, das durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 durchgeführt wird, minimale Werte der Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeiten für die Änderungen des Kanalspeichers γ und der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ vorhanden, und daher ist zu erkennen, dass ein Kanalspeicher γ und eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ vorhanden sind, die eine genaue Erfassung der Erzeugung von impulshaftem Rauschen ermöglichen. Da die Genauigkeit der Schätzung für den Kanalspeicher γ und die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ von einer Menge an extrahierten Daten (K) in der beobachteten Rauschfolge abhängt, muss in diesem Fall die Analyse unter Berücksichtigung von K durchgeführt werden.
14 ist ein Wellenformdiagramm, das Ergebnisse der Erfassung von impulshaftem Rauschen durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 darstellt. 14 entspricht einem Wellenformdiagramm von Rauschen in dem fahrzeuginternen PLC-System, das in den 38 bis 40 dargestellt ist. Abschnitte, die durch Pfeile in 14 angegeben sind, werden als Abschnitte erfasst, bei denen die Erzeugung von impulshaftem Rauschen durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 erfasst wird. Die Genauigkeit der Erfassung eines „Zustands, bei dem impulshaftes Rauschen erzeugt wird” wird im Vergleich zu einem Fall erhöht, bei dem beispielsweise ein herkömmliches Verfahren durchgeführt wird, bei dem nur ein Vergleich zwischen einem Amplitudenwert und einer Schwelle durchgeführt wird.
Wenn ein Vergleich zwischen dem Verfahren zum Erfassen von impulshaftem Rauschen aus beobachteten Spannungswerten auf der Grundlage einer Schwelle durch das Momenten-ML-Verfahren und dem Erfassungsverfahren, das durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 durchgeführt wird, durchgeführt wird, ist zu sehen, dass eine genaue Schätzung und Erfassung von impulshaftem Rauschen durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 ermöglicht werden, wie es in 15 dargestellt ist. 15 ist ein erläuterndes Diagramm, das Beispiele von Rauschcharakteristika von impulshaftem Rauschen, das von der Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 erfasst wird, darstellt. Zu Vergleichszwecken sind beispielhafte Details der jeweiligen Parameter, die durch das obige Momenten-ML-Verfahren geschätzt werden, ebenfalls in 15 dargestellt.
Die Rauschcharakteristikparameter, die für ein impulshaftes Rauschen geschätzt und berechnet werden, das von der Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 erfasst wird, werden vorzugsweise in dem Speicherabschnitt 61 gespeichert. Diese Informationsteile sind nützlich als Informationen für impulshaftes Rauschen, die automatisch anhand statistischer Eigenschaften der beobachteten Rauschfolge erhalten werden.
(Ausführungsform 2)
In der Ausführungsform 2 erfolgt eine Bestimmung unter Verwendung statistischer Informationen in dem Prozess der Verarbeitung zur Erfassung von impulshaftem Rauschen, die von der Rauscherfassungsvorrichtung 6 der Ausführungsform 1 durchgeführt wird. Mit anderen Worten werden keine Messdaten, die nur Gauß'sches Rauschen enthalten, einem Schätzprozess unterzogen, der einen BW-Algorithmus und eine MAP-Schätzung verwendet. Somit kann die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden.
Konfigurationen eines fahrzeuginternen PLC-Systems und einer Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 2 ähneln denjenigen des fahrzeuginternen PLC-Systems und der Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1, und die Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 nur hinsichtlich Details der Verarbeitung, die von der Rauscherfassungsvorrichtung 6 ausgeführt wird. Dementsprechend werden in der folgenden Beschreibung gemeinsame Bestandteile mit denjenigen der Ausführungsform 1 durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und deren genauere Beschreibung wird weggelassen.
16 ist ein Funktionsblockdiagramm, das Funktionen darstellt, die von der Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 2 implementiert werden. Auf der Grundlage des Rauscherfassungsprogramms 62 dient der Steuerabschnitt 60 als der Parameterschätzabschnitt 601 und der Abschnitt zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605, und dient weiterhin als ein Informationskriteriumbestimmungsabschnitt 606. Unter Verwendung von statistischen Informationen, die auf Parametern basieren, die anhand von Spannungswertdaten, die aus einer beobachteten Rauschfolge extrahiert werden, berechnet werden, bestimmt der Steuerabschnitt 60 das Vorhandensein oder die Abwesenheit von impulshaftem Rauschen durch die Funktion des Informationskriteriumbestimmungsabschnitts 606 vor einem Prozess, der auf der Grundlage eines BW-Algorithmus durchgeführt wird. Wenn durch die Funktion des Informationskriteriumbestimmungsabschnitts 606 bestimmt wird, dass kein impulshaftes Rauschen vorhanden ist, überspringt der Steuerabschnitt 60 den Prozess, der durch den BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitt 603 durchgeführt wird. In diesem Fall erhält der Steuerabschnitt 60 eine geschätzte Zustandsfolge und eine Rauschenergie auf der Grundlage der Annahme, dass nur weißes Gauß'sches Rauschen enthalten ist, und gibt die geschätzte Zustandsfolge und die Rauschenergie an den Abschnitt zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605 durch die Funktion des Parameterausgabeabschnitts 604 aus.
17 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Verarbeitung darstellt, die von der Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 2 ausgeführt wird. Es sollte beachtet werden, dass von den folgenden Verarbeitungsschritten die Verarbeitungsschritte, die denjenigen, die in dem Flussdiagramm der 9 gemäß der Ausführungsform 1 dargestellt sind, entsprechen, durch dieselben Schrittnummern bezeichnet werden und deren genauere Beschreibung weggelassen wird.
Auf der Grundlage von extrahierten Daten für 1 ms, die in Schritt S2 extrahiert werden, erhält der Steuerabschnitt 60 einen geschätzten Anfangswert einer Rauschenergiematrix N (= [σ₀ ², σ₂ ²]^T und einen geschätzten Anfangswert einer Stabilzustandswahrscheinlichkeitsmatrix P (= [P₀P₁]^T jedes Zustands durch den Anfangswertbestimmungsabschnitts 602 des Parameterschätzabschnitts 601 unter Verwendung eines Momentenverfahrens (Schritt S51). Es sollte beachtet werden, dass in der Ausführungsform 2 eine Abtastfrequenz auf 200 MHz eingestellt ist und daher die extrahierten Daten Spannungswerte sind, die in der Zeitfolge für K = 200000 Abtastungen erhalten werden.
Aus den Anfangswerten, die in Schritt S51 berechnet werden, berechnet der Steuerabschnitt 60 unter Verwendung der Funktion des Informationskriteriumbestimmungsabschnitts 606 Informationen, die ein Kriterium zum makroskopischen Bestimmen, ob impulshaftes Rauschen in den extrahierten Daten enthalten ist, betreffen (Schritt S52). Die Details des Schritts S52 werden später beschrieben.
Auf der Grundlage der Informationen, die in Schritt S52 berechnet werden, bestimmt der Steuerabschnitt 60, ob impulshaftes Rauschen in den extrahierten Daten enthalten ist, durch die Funktion des Informationskriteriumbestimmungsabschnitts 606 (Schritt S53). Insbesondere wird in Schritt S53 bestimmt, ob ein später erwähntes fünftes Kriterium erfüllt ist, das heißt, ob der geschätzte Anfangswert P₁ der Stabilzustandswahrscheinlichkeit des vorhergehenden impulserzeugten Zustands innerhalb des Bereichs von 0 ≤ P₁ < 0,5 (erstes Kriterium) liegt oder ob eine später genannte Formel 32 (fünftes Kriterium) erfüllt ist.
Wenn in Schritt S53 bestimmt wird, dass kein impulshaftes Rauschen in den extrahierten Daten enthalten ist (S53: NEIN), schätzt und berechnet der Steuerabschnitt 60 eine geschätzte Zustandsfolge und berechnet eine Rauschverteilung σ auf der Grundlage der Annahme, dass Rauschen, das in den extrahierten Daten enthalten ist, weißes Gauß'sches Rauschen ist (Schritt S54), womit die Verarbeitung beendet ist. Es sollte beachtet werden, dass der Steuerabschnitt 60 die geschätzte Zustandsfolge und die Rauschverteilung σ, die auf der Grundlage der Annahme geschätzt und berechnet werden, dass das Rauschen weißes Gauß'sches Rauschen ist, in dem Speicherabschnitt 61 speichern kann.
Wenn andererseits in Schritt S53 bestimmt wird, dass impulshaftes Rauschen in den extrahierten Daten enthalten ist (S53: JA), erhält der Steuerabschnitt 60 einen geschätzten Anfangswert einer Matrix Q von vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten auf der Grundlage eines ML-Verfahrens (Maximum-Likelihood-Verfahren) aus dem geschätzten Anfangswert der Rauschenergie N, der in Schritt S51 berechnet wird (Schritt S55).
Anschließend bestimmt der Steuerabschnitt 60 aus den Anfangswerten, die in den Schritten S51 und S55 durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602 berechnet werden, die geschätzten Anfangswerte von Q und N als geschätzte Anfangswerte der Parameter θ (Schritt S56).
Unter Verwendung der Anfangswerte, die in Schritt S56 bestimmt werden, berechnet der Steuerabschnitt 60 die Parameter θ (Rauschcharakteristika) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge auf der Grundlage des BW-Algorithmus (Schritt S57). Anschließend schätzt und berechnet der Steuerabschnitt 60 auf der Grundlage der Parameter θ = (Q, N), die in Schritt S57 berechnet werden, eine geschätzte Zustandsfolge (Schritt S58).
Dann erfasst der Steuerabschnitt 60 auf der Grundlage der geschätzten und berechneten Zustandsfolge ein impulshaftes Rauschen zu jedem Zeitpunkt (Schritt S7) und speichert das impulshafte Rauschen in dem Speicherabschnitt 61 (Schritt S8), womit die Verarbeitung beendet ist.
Es sollte beachtet werden, dass die Berechnung der Informationen in Schritt S52 und der Schritt des Bestimmens in Schritt S53, ob impulshaftes Rauschen in den extrahierten Daten enthalten ist, in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden können. Wenn beispielsweise nicht nur die oben genannten Kriterien verwendet werden, sondern ebenfalls der Anfangswert der Matrix Q verwendet wird, wird der Berechnungsschritt in Schritt S52 nach dem Schritt S55 oder dem Schritt S56 durchgeführt.
In Bezug auf Schritt S52 beinhalten Beispiele für Kriterien zum Bestimmen, ob impulshaftes Rauschen in den extrahierten Daten enthalten ist, die ersten bis fünften Kriterien. Es sollte beachtet werden, dass in der Ausführungsform 2 sowohl das erste als auch das fünfte Kriterium wie oben genannt übernommen werden. In dieser Ausführungsform sind die ersten bis fünften Kriterien die folgenden.
Erstes Kriterium: Seltenheit von impulshaftem Rauschen

0 ≤ P₁ < 0,5

Das erste Kriterium wird auf der Grundlage der Annahme bereitgestellt, dass die Stabilzustandswahrscheinlichkeit kleiner als 1/2 der Seltenheit von impulshaftem Rauschen ist, da impulshaftes Rauschen nicht häufig, sondern zufällig erzeugt wird.
Zweites Kriterium: Logarithmische Wahrscheinlichkeit
Für das zweite Kriterium werden zusätzlich zu dem ersten Kriterium logarithmische Wahrscheinlichkeiten von Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilungen von beobachteten Rauschfolgen verwendet. Eine logarithmische Wahrscheinlichkeit ist gegeben, wenn die beobachtete Rauschfolge, d. h. die extrahierten Daten, eine Folge ist, die nur weißes Gauß'sches Rauschen enthält, und die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung eine Gauß'sche Verteilung ist. Eine andere logarithmische Wahrscheinlichkeit ist gegeben, wenn die extrahierten Daten eine Folge sind, die auch impulshaftes Rauschen enthält, und die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung eine Gauß'sche Mischverteilung ist. Ein Vergleich wird zwischen der ersteren logarithmischen Wahrscheinlichkeit und der letzteren logarithmischen Wahrscheinlichkeit durchgeführt, um zu bestimmen, welche logarithmische Wahrscheinlichkeit höher ist. Wenn die letztere logarithmische Wahrscheinlichkeit, d. h. die logarithmische Wahrscheinlichkeit der Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung, die eine Gauß'sche Mischverteilung ist, größer als die erstere logarithmische Wahrscheinlichkeit, d. h. die logarithmische Wahrscheinlichkeit der Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung, die eine Gauß'sche Verteilung ist, ist, wird das Kriterium zum Bestimmen, dass die extrahierten Daten ein impulshaftes Rauschen enthalten, bereitgestellt.
In diesem Fall kann die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung der beobachteten Rauschfolge n (k = 1 bis K) durch die folgende Formel 21 ausgedrückt werden, und deren logarithmische Wahrscheinlichkeit ist durch die folgende Formel 22 definiert.
[Gl. 16]

p(n_k|θ ^) (21)
I(θ ^) = E_k[Inp(n_k|θ ^)] (22)

Die logarithmische Wahrscheinlichkeit einer Gauß'schen Mischverteilung und diejenige einer Gauß'schen Verteilung werden jeweils durch die folgende Formel 23 ausgedrückt. Es sollte beachtet werden, dass die logarithmische Wahrscheinlichkeit einer Gauß'schen Verteilung wie in der folgenden Formel 24 angegeben repräsentiert wird.
[Gl. 17]

I_GM(θ ^_GM) = E_K[Inp_GM(n_k|θ ^_GM)] I_G(σ ^²) = E_K[Inp_G(n_k|σ ^²)] (23)
I_G(σ ^²) = – 1 / 2(1 + In(2πσ ^²)) (24)

Wenn die letztere logarithmische Wahrscheinlichkeit, d. h. die logarithmische Wahrscheinlichkeit der Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung, die eine Gauß'sche Mischverteilung ist, größer als die erstere logarithmische Wahrscheinlichkeit, d. h. die logarithmische Wahrscheinlichkeit der Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung, die eine Gauß'sche Verteilung ist, ist, wird bestimmt, dass die extrahierten Daten impulshaftes Rauschen enthalten. Daher kann die Erfüllung der folgenden Formel 25 durch die Gauß'sche Mischverteilung als das zweite Kriterium definiert werden.
[Gl. 18]

I_GM(θ ^_GM) > I_G(σ ^²) ∴ I_GM(θ ^_GM) > – 1 / 2(1 + In(2πσ ^²)) (25)

Drittes Kriterium: Takeuchi-Informationskriterium (TIC)
Für das dritte Kriterium wird zusätzlich zu dem ersten Kriterium TIC, das als ein Index zum Auswerten der Wahrscheinlichkeit eines Modells bekannt ist, verwendet. Die geschätzten Anfangswerte der Parameter θ, die unter Verwendung eines ML-Verfahrens (Maximum-Likelihood-Verfahrens) (d. h. eines Momenten-ML-Verfahrens) geschätzt und berechnet werden, das ein Momentenverfahren verwendet, sind keine geschätzten Werte, die auf einer wahren Verteilung basieren. TIC ist als ein Informationskriterium bekannt, zu dem ein Korrekturterm für eine Abweichung von der wahren Verteilung hinzugefügt ist.
Der Korrekturterm von TIC, wenn die Parameter θ, die durch das ML-Verfahren geschätzt werden, und die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung der beobachteten Rauschfolge n (k = 1 bis K) gegeben sind, ist durch die folgende Formel 26 definiert. Es sollte beachtet werden, dass Tr in der Formel 26 eine Spur einer Matrix repräsentiert, und I(θ) und J(θ) p × p-Fisher-Informationsmatrizen sind, die jeweils durch die folgenden Formeln 27 und 28 definiert sind. Es sollte beachtet werden, dass p in den p × p-Fisher-Informationsmatrizen die Anzahl von freien Parametern repräsentiert, die in den Parametern θ des Modells enthalten sind. [Gl. 19]
In dem dritten Kriterium, das TIC verwendet, ist der Wert von TIC_g gegeben, wenn die extrahierten Daten eine Folge nur mit weißem Gauß'schen Rauschen sind und die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung eine Gauß'sche Verteilung ist, der Wert von TIC_gm ist gegeben, wenn die extrahierten Daten impulshaftes Rauschen enthalten und die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung eine Gauß'sche Mischverteilung ist, und es wird ein Vergleich zwischen den Werten von TIC_g und TIC_gm durchgeführt, um zu bestimmen, welcher Wert größer ist. Wenn TIC_g > TIC_gm gilt, wird das Kriterium zum Bestimmen, dass kein impulshaftes Rauschen in den extrahierten Daten enthalten ist, bereitgestellt, aber wenn TIC_g < TIC_gm gilt, wird das Kriterium zum Bestimmen, dass impulshaftes Rauschen in den extrahierten Daten enthalten ist, bereitgestellt.
Dementsprechend kann genauer gesagt die Erfüllung der folgenden Formel 29 durch die logarithmische Wahrscheinlichkeit einer Gauß'schen Mischverteilung und der Wert, der aus einer Addition von deren Korrekturterm resultiert, als das dritte Kriterium definiert werden. [Gl. 20]
c_GM(θ ^_GM) : Korrekturterm von TIC für Gauß'sche Mischverteilung
Viertes Kriterium: Akaike-Informationskriterium (AIC)
Für das vierte Kriterium wird AIC zusätzlich zu dem ersten Kriterium verwendet. Für den Korrekturterm von TIC des dritten Kriteriums wird ein Prozess für einen Abtastmittelwert E_k, der auf einer empirischen Verteilung basiert, hinsichtlich der Fisher-Informationsmatrizen durchgeführt. Daher wird eine Instabilität aufgrund einer numerischen Berechnung des Abtastmittelwertprozesses bewirkt. Ein Akaike-Informationskriterium (AIC), das eine derartige Instabilität, die aus einer numerischen Berechnung resultiert, entfernt, ist bekannt. Wenn modellierte Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen p(n_k|θ) eine wahre Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion enthalten, erfüllen die Fisher-Informationsmatrizen I(θ₀) = J(θ₀), wobei θ₀ einen geschätzten ML-Wert der wahren Verteilung repräsentiert. Somit wird bei AIC ein Korrekturterm c(θ) für die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung der beobachteten Rauschfolge n (k = 1 bis K) als p eingestellt (Formel 30).
[Gl. 21]

c(θ ^) = p (30)

Somit kann genauer gesagt die Erfüllung der folgenden Formel 31 als das vierte Kriterium in AIC definiert werden. [Gl. 22]
Fünftes Kriterium: Kriterium, das durch die Anzahl freier Parameter definiert wird
Für das fünfte Kriterium wird zusätzlich zu dem ersten Kriterium die Anzahl von freien Parametern berücksichtigt, die als ein Korrekturterm von AIC dient, und es wird ein Kriterium unter Verwendung der Anzahl von freien Parametern definiert. Wenn eine Gauß'sche Mischverteilung eine wahre Verteilung enthält, wird ein Korrekturterm von AIC wie folgt hergeleitet: c_GM(θ_GM) = 3. Wenn andererseits eine Gauß'sche Verteilung eine wahre Verteilung enthält, wird ein Korrekturterm von AIC wie folgt hergeleitet c_G(σ²) = 1. Daher wird erwartet, dass ein Wert nahe bei 1 als der Korrekturterm von AIC hergeleitet wird, wenn die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung der beobachteten Rauschfolge eine Gauß'sche Verteilung ist, und dass ein Wert von größer als 3 als der Korrekturterm von AIC hergeleitet wird, wenn die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung der beobachteten Rauschfolge eine Gauß'sche Mischverteilung ist. Somit ist die Erfüllung der folgenden Formel 32 unter Verwendung des Werts des Korrekturterms als das fünfte Kriterium zum Bestimmen, dass die extrahierten Daten impulshaftes Rauschen enthalten, definiert.
Wenn die Amplitudenwahrscheinlichkeitsverteilung der beobachteten Rauschfolge eine Gauß'sche Mischverteilung ist, das heißt, wenn die beobachtete Rauschfolge impulshaftes Rauschen enthält, wird ein Wert von größer als 3 als der Korrekturterm von AIC hergeleitet. Daher wird der Wert auf der rechten Seite der Formel 32 als ein Wert von 2 angenommen, das heißt, der Wert von z ist gleich 1. Der Wert auf der rechten Seite der Formel 32 sollte jedoch nicht auf einen Wert von 2 festgelegt sein, so dass ein Wert von z gegenüber 1 fein abgestimmt wird. [Gl. 23]
In Schritt S53 wird unter Verwendung der Kriterien, die wie oben beschrieben berechnet werden, im Voraus bestimmt, ob die beobachtete Rauschfolge eine ist, die impulshaftes Rauschen enthält. Im Folgenden werden Details einer Verarbeitungsprozedur, die in dem Flussdiagramm der 17 dargestellt ist, beschrieben.
18 ist ein Flussdiagramm, das Details einer Verarbeitung zum Berechnen von Anfangswerten einer Rauschenergie und einer Stabilzustandswahrscheinlichkeit unter Verwendung eines Momentenverfahrens durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 2 darstellt. 18 entspricht den Details des Schritts S51 in der Verarbeitungsprozedur, die in dem Flussdiagramm der 17 dargestellt ist.
Aus den gegebenen extrahierten Daten, d. h. aus den Spannungswerten für K = 200000 Abtastungen, berechnet der Steuerabschnitt 60 drei Momente a, b und c durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602 unter Verwendung der vorhergehenden Formel 14 auf der Grundlage des Momentenverfahrens (Schritt S61).
Dann erhält der Steuerabschnitt 60 einen Rauschenergieanfangswert N (= [σ₀ ², σ₁ ²]^T, dessen Symbol des geschätzten Werts abgekürzt ist) durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602. Daher berechnet der Steuerabschnitt 60 Standardabweichungen σ₀ und σ₁ der Verteilung von Rauschen in den jeweiligen Zuständen durch die Formeln 15 und 16 auf der Grundlage der drei Momente a, b und c, die in Schritt S61 berechnet werden (Schritt S62). Aus den Standardabweichungen σ₀ und σ₁ der Verteilung von Rauschen in den jeweiligen Zuständen berechnet der Steuerabschnitt 60 einen geschätzten Anfangswert der Rauschenergie N der extrahierten Daten durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602 (Schritt S63).
Außerdem berechnet der Steuerabschnitt 60 aus den Momenten, die in Schritt S61 berechnet werden, einen Anfangswert der Stabilzustandswahrscheinlichkeit jedes Zustands auf der Grundlage der Formel 17 durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602 (Schritt S64) und kehrt zu der Verarbeitung in Schritt S52 in der Verarbeitungsprozedur, die in dem Flussdiagramm der 17 dargestellt ist, zurück.
19 ist ein Flussdiagramm, das Details einer Verarbeitung zum Berechnen von vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten durch die Rauscherfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 darstellt. 19 entspricht den Details des Schritts S55 in der Verarbeitungsprozedur, die in dem Flussdiagramm der 17 dargestellt ist.
Der Steuerabschnitt 60 erhält einen Anfangswert der Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsmatrix Q durch die Funktion des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602. Daher berechnet der Steuerabschnitt 60 aus den geschätzten Werten der Standardabweichungen σ₀ und σ₁ der Verteilung von Rauschen in den jeweiligen Zuständen, die durch die Formeln 15 und 16 in Schritt S62 berechnet werden, der in dem Flussdiagramm der 18 dargestellt ist, eine Schwelle Λ für jeden Spannungswert von 200000 Abtastungen der extrahierten Daten (beobachtete Rauschfolge) unter Verwendung der Formel 18 (Schritt S71). Dann berechnet der Steuerabschnitt 60 unter Verwendung der Formel 18 eine geschätzte Zustandsmatrix s (k = 1 bis K) durch Durchführen eines Vergleichs zwischen jedem Spannungswert von 200000 Abtastungen der extrahierten Daten und der berechneten Schwelle Λ (Schritt S72). Außerdem berechnet der Steuerabschnitt 60 aus der berechneten geschätzten Zustandsmatrix s (k = 1 bis K) einen geschätzten Anfangswert der Matrix Q der vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten (Schritt S73). Insbesondere erhält der Steuerabschnitt 60 aus der geschätzten Zustandsmatrix s (k = 1 bis K) jede der vier Anzahlen A_ss' von Zustandsübergängen von dem Zustand s (= 0 oder 1) in den Zustand s' (= 0 oder 1) und die Anzahl A_s jedes Zustands s (= 0 oder 1), womit der Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsanfangswert q_ss' (q_ss' = A_ss'/A_s) erhalten wird.
Nach der Berechnung des geschätzten Werts der Matrix Q kehrt der Steuerabschnitt 60 zu der Verarbeitung in Schritt S56 in der Verarbeitungsprozedur, die in dem Flussdiagramm der 17 dargestellt ist, zurück.
20 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung zum Berechnen von Parametern θ (Rauschcharakteristika) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit einer beobachteten Rauschfolge auf der Grundlage eines BW-Algorithmus durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 2 darstellt. Es sollte beachtet werden, dass die Verarbeitungsprozedur, die in dem Flussdiagramm der 20 dargestellt ist, den Details des Schritts S57 in der Verarbeitungsprozedur, die in dem Flussdiagramm der 17 dargestellt ist, entspricht.
Wenn die geschätzten Anfangswerte der Parameter θ, die in Schritt S56 bestimmt werden, gegeben sind, berechnet der Steuerabschnitt 60 unter Verwendung des BW-Algorithmus und der MAP-Schätzung die Parameter θ (Rauschcharakteristika) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge durch die Funktion des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603 (die Maximierungserwartungswerte zum Erhöhen der Wahrscheinlichkeit der erhaltenen beobachteten Rauschfolge für die gegebenen Anfangswerte sind).
Genauer gesagt weist der Steuerabschnitt 60 zunächst 0 der Anzahl von Berechnungen I zu (Schritt S81), addiert 1 hinzu (Schritt S82) und berechnet eine Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Vorwärtswahrscheinlichkeit) α_k(s) und eine Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit (Rückwärtswahrscheinlichkeit) β_k(s) auf der Grundlage der vorhergehenden Formeln 1 bis 6 (Schritt S83). Unter Verwendung der Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit α_k(s) und der Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit β_k(s), die in Schritt S83 berechnet werden, berechnet der Steuerabschnitt 60 die Parameter θ (Rauschcharakteristika: geschätzte Werte der Zustandsübergangswahrscheinlichkeitsmatrix Q und der Rauschenergie N) durch die vorhergehenden Formeln 10 und 11 (Schritt S84).
Für die geschätzten Werte der Parameter θ, die in Schritt S84 hergeleitet werden, bestimmt der Steuerabschnitt 60 unter Verwendung der Funktion des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603, ob eine logarithmische Wahrscheinlichkeit größer als eine Schwelle Δ ist oder ob die Anzahl von Berechnungen I gleich oder größer als ein oberer Grenzwert L ist (Schritt S85). Wenn die logarithmische Wahrscheinlichkeit gleich oder kleiner als die Schwelle Δ ist und die Anzahl der Berechnungen I unterhalb des oberen Grenzwerts L liegt (S85: NEIN), kehrt der Steuerabschnitt 60 zu der Verarbeitung in Schritt S82 zurück und wiederholt die Verarbeitung, um einen höheren Wahrscheinlichkeitswert zu erhalten.
Wenn durch die Funktion des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603 bestimmt wird, dass für die geschätzten Werte der Parameter θ, die in Schritt S84 hergeleitet werden, die logarithmische Wahrscheinlichkeit größer als die Schwelle Δ ist oder die Anzahl der Berechnungen I gleich oder größer als der obere Grenzwert L ist (S85: JA), beendet der Steuerabschnitt 60 die Verarbeitung zum Erhalten der Parameter θ (Rauschcharakteristika) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge und kehrt zu der Verarbeitung in Schritt S58 in dem Flussdiagramm der 17 zurück.
Auswertungen wurden hinsichtlich der Genauigkeit der Erfassung von impulshaftem Rauschen, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 2 durchgeführt wurde, durchgeführt. Ein Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeitsmessverfahren der Ausführungsform 2 ähnelt demjenigen der Ausführungsform 1. Es sollte beachtet werden, dass hinsichtlich das Kriterium betreffende Informationen und der Kriterien zum Bestimmen, ob impulshaftes Rauschen enthalten ist, die in den Schritten S52 und S53 dargestellt sind, die Bestimmungskriterien auf der Grundlage der ersten bis fünften Kriterien geändert und die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeiten, die den jeweiligen Kriterien zugeordnet sind, berechnet wurden.
Die 21 bis 23 sind Grafiken, die jeweils Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeiten darstellen, die durch die Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 2 bewirkt werden.
In 21 stellt die horizontale Achse eine Änderung des Kanalspeichers γ dar, und die vertikale Achse stellt dessen Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeiten dar. Feste Werte sind für die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ und das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R gegeben, so dass P₁ = 0,001 und R = 100 gilt. 21 stellt die Fehlerwahrscheinlichkeiten des Kanalspeichers γ dar, die für Rauschfolgen berechnet wurden, die mit dem Kanalspeicher γ erzeugt wurden, der von 10 bis 1000 geändert wurde. Die gepunktete Linie und die nicht ausgefüllten Rhomben in 21 geben die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit an, wenn das erste Kriterium verwendet wird, und die Doppelpunkt-Strich-Linie und die nicht ausgefüllten umgekehrten Dreiecke in 21 geben die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit an, wenn das zweite Kriterium verwendet wird. Außerdem geben die gestrichelte Linie und die Sternchen in 21 die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit an, wenn das dritte Kriterium verwendet wird, die unterbrochene Linie und die Kreuze in 21 geben die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit an, wenn das vierte Kriterium verwendet wird, und die durchgezogene Linie und die X-Marken in 21 geben die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit an, wenn das fünfte Kriterium verwendet wird.
In 22 stellt die horizontale Achse eine Änderung der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ dar, und die vertikale Achse stellt deren Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeiten dar. Feste Werte sind für den Kanalspeicher γ und das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R gegeben, so dass γ = 100 und R = 100 gilt. 22 die Fehlerwahrscheinlichkeiten der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ dar, die für Rauschfolgen berechnet wurden, die mit der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen erzeugt wurden, die von 0,0001 bis 0,01 geändert wurde. Beispielhafte Legenden der 22 für die jeweiligen Kriterien gleichen denjenigen der 21.
In 23 stellt die horizontale Achse eine Änderung des Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses R dar, und die vertikale Achse stellt dessen Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeiten dar. Feste Werte sind für den Kanalspeicher γ und die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁ gegeben, so dass γ = 100 und P₁ = 0,001 gilt. 23 stellt die Fehlerwahrscheinlichkeiten des Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses R dar, die für Rauschfolgen berechnet wurden, die mit dem Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R erzeugt wurden, das von 10 bis 1000 geändert wurde. Beispielhafte Legenden der 23 für die jeweiligen Kriterien gleichen denjenigen der 21.
Im Vergleich zu den Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeiten, die in den 11 bis 13 gemäß der Ausführungsform 1 dargestellt sind, ist zu sehen, dass die Erfassungsgenauigkeit durch Durchführen der Bestimmungsprozesse unter Verwendung der Kriterien in den Schritten S52 und S53, die in dem Flussdiagramm der 17 dargestellt sind, erhöht wird. Es sollte beachtet werden, dass sogar dann, wenn die zweiten bis vierten Kriterien verwendet werden, die Genauigkeit im Vergleich zu dem Fall, bei dem nur das erste Kriterium verwendet wird, erhöht ist, und die Genauigkeit insbesondere unter Verwendung des fünften Kriteriums weiter erhöht wird. Insbesondere kann sogar dann, wenn die Zustandsübergangswahrscheinlichkeit q₀₁ von dem vom Gauß'schen Rauschen erzeugten Zustand „0” in den vom impulshaften Rauschen erzeugten Zustand „1” extrem niedrig ist, die Erfassungsfehlerwahrscheinlichkeit verringert werden.
Wie es oben beschrieben ist, werden unter Verwendung der statistischen Informationen die extrahierten Daten, die kein impulshaftes Rauschen enthalten, von Objekten, für die der BW-Algorithmus und die MAP-Schätzung angewendet werden, ausgeschlossen, womit es möglich wird, zu verhindern, dass weißes Gauß'sches Rauschen erzwungenermaßen als impulshaftes Rauschen erfasst wird, und außerdem die Genauigkeit der Erfassung von impulshaftem Rauschen zu erhöhen.
(Ausführungsform 3)
In der Ausführungsform 3 werden beobachtete Rauschfolgen bei bekannten Situationen erhalten, Ergebnisse der Berechnung von Zustandsfolgen und Rauschcharakteristika, die von der Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 oder 2 durchgeführt werden, werden erhalten, Frequenzen von impulshaftem Rauschen, das unter Verwendung der Berechnungsergebnisse erfasst wird, werden berechnet, die Berechnungsergebnisse und Frequenzen des impulshaften Rauschens werden in Verbindung mit den jeweiligen Situationen gespeichert, und dann wird eine Simulation unter Verwendung der Rauschcharakteristika und der Frequenzen des impulshaften Rauschens durchgeführt.
24 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Simulationsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 darstellt. Unter Verwendung eines Personalcomputers enthält die Simulationsvorrichtung 7 einen Steuerabschnitt 70, einen Speicherabschnitt 71, einen zeitweiligen Speicherabschnitt 74, einen Bedingungseingabeabschnitt 75 und einen Pseudo-Rauscherzeugungsabschnitt 76. Unter Verwendung einer CPU führt der Steuerabschnitt 70 eine Simulation auf der Grundlage eines Simulationsprogramms 72, das in dem Speicherabschnitt 71 gespeichert ist, aus. Unter Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers wie beispielsweise einer Festplatte, eines EEPROM oder eines Flash-Speichers speichert der Speicherabschnitt 71 das Simulationsprogramm 72 und außerdem eine Rauschaufzeichnung 73, die Messdaten enthält, die bei den jeweiligen bekannten Situationen erhalten werden. Unter Verwendung eines Speichers wie beispielsweise eines DRAM oder eines SRAM speichert der zeitweilige Speicherabschnitt 74 zeitweilig Daten, die durch eine Verarbeitung erzeugt werden, die durch den Steuerabschnitt 70 durchgeführt wird.
Der Bedingungseingabeabschnitt 75 ist eine Nutzerschnittstelle, die eine Maus, eine Tastatur, eine Anzeige etc. enthält, und es wird einem Nutzer ermöglicht, über den Bedingungseingabeabschnitt 75 Simulationsbedingungen für ein fahrzeuginternes PLC-System, das zu simulieren ist, einzugeben. Beispiele der Simulationsbedingungen beinhalten eine Energieleitungslänge, die Anzahl von ECUs, die mit einer Energieleitung verbunden sind, deren Positionen (beispielsweise Längen von Energieleitungen von einem Bezugspunkt), die Anzahl und Positionen von Aktuatoren, eine Zeitbreite eines zu simulierenden Objekts und einen Zeitpunkt, zu dem der Aktuator während der Zeitbreite betrieben wird.
Der Pseudo-Rauscherzeugungsabschnitt 76 erzeugt ein Pseudo-Rauschen auf der Grundlage einer Zustandsfolge in einer Zeitbreite eines zu simulierenden Objekts und Rauschcharakteristika und Frequenzen von impulshaftem Rauschen in der Zustandsfolge. Insbesondere wird eine Folge von Spannungswerten in der Zeitbreite aus einer Zustandsfolge, die eine Folge von Binärwerten ist, die angeben, ob der Zustand ein von impulshaftem Rauschen erzeugter Zustand ist, und aus einer Rauschenergie des impulshaften Rauschens erzeugt, wenn das plötzliche Rauschen erzeugt wird.
Der Steuerabschnitt 70 erhält Rauschcharakteristika in den jeweiligen Situationen von der gespeicherten Rauschaufzeichnung 73. Genauer gesagt ist der Steuerabschnitt 70 auf der Grundlage des Simulationsprogramms 72 in der Lage, Funktionen ähnlichen denjenigen des Parameterschätzabschnitts 601 des Steuerabschnitts 60 gemäß der Ausführungsform 1 oder 2 durchzuführen, und ist somit in der Lage, jeweilige Parameter (d. h. einen Kanalspeicher γ, eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, ein Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R und eine Hintergrundrauschenergie σ_G ²) als die Rauschcharakteristika zu erhalten.
Außerdem erhält der Steuerabschnitt 70 die Frequenzen des impulshaften Rauschens in den jeweiligen Situationen aus den Rauschcharakteristika, die für die Messdaten bei den jeweiligen Situationen berechnet werden, und aus der gespeicherten Rauschaufzeichnung 73. Genauer gesagt ist der Steuerabschnitt 70 in der Lage, zusätzlich zu den Funktionen, die denjenigen des Abschnitts zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605 des Steuerabschnitts 60 gemäß der Ausführungsform 1 oder 2 ähneln, auf der Grundlage des Simulationsprogramms 72 nicht nur eine Erfassung von impulshaftem Rauschen, sondern ebenfalls eine Fourier-Transformationsfunktion durchzuführen, und ist somit in der Lage, die Frequenzen des erfassten impulshaften Rauschens zu erhalten. Der Steuerabschnitt 70 fügt die berechneten Frequenzen des impulshaften Rauschens der Rauschaufzeichnung 73 hinzu.
Unter Verwendung des Pseudo-Rauscherzeugungsabschnitts 76 erzeugt der Steuerabschnitt 70 eine Zustandsfolge als Antwort auf einen Betrieb eines Aktuators in einer Zeitbreite eines Simulationsobjekts auf der Grundlage der Rauschcharakteristika, die für Messdaten bei den jeweiligen Situationen berechnet werden, und der Simulationsbedingungen, die durch den Bedingungseingabeabschnitt 75 eingegeben werden, und erzeugt ein Pseudo-Rauschen auf der Grundlage der erzeugten Zustandsfolge und der Zustandsrauschenergie und der Frequenz des impulshaften Rauschens jedes Zustands.
25 ist ein erläuterndes Diagramm, das beispielhafte Details der Rauschaufzeichnung 73 darstellt, die in dem Speicherabschnitt 71 der Simulationsvorrichtung 7 gemäß der Ausführungsform 3 gespeichert ist.
Wie es in 25 dargestellt ist, enthält die Rauschaufzeichnung 73 Situationsdetails und Messdaten. Die Rauschaufzeichnung 73 enthält außerdem Parameter (d. h. den Kanalspeicher γ, die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R und die Hintergrundrauschenergie σ_G ²), die Rauschcharakteristika angeben, die durch eine später beschriebene Verarbeitung berechnet werden, und Frequenzen von impulshaftem Rauschen Die Rauschaufzeichnung 73 kann erzeugte Zustandsfolgen im Voraus enthalten. 25 stellt Messdaten in der Periode (periodische Messeinheit) von 0 bis 1 ms von einer Betätigung einer Türverriegelung, die als einer der Aktuatoren dient, und beispielhafte Details der Parameter, die die Rauschcharakteristika angeben, dar. Auf diese Weise werden Rauschdaten für jede Periode in der bekannten Situation als die Rauschaufzeichnung 73 gespeichert, womit eine Simulation, die später auszuführen ist, möglich wird.
26 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung darstellt, die von der Simulationsvorrichtung 7 gemäß der Ausführungsform 3 ausgeführt wird. Es sollte beachtet werden, dass von den folgenden Verarbeitungsschritten, die in dem Flussdiagramm der 26 dargestellt sind, diejenigen Schritte, die denjenigen in dem Flussdiagramm der 9 gemäß der Ausführungsform 1 entsprechen, durch dieselben Bezugszeichen identifiziert werden und deren genaue Beschreibung weggelassen wird.
Der Steuerabschnitt 70 erhält Messdaten (beobachtete Rauschfolge) bei jeder bekannten Situation, die in dem Speicherabschnitt 71 gespeichert ist (Schritt S21), und extrahiert Daten für einen Kommunikationszyklus aus den Messdaten (Schritt S2). Es sollte beachtet werden, dass, wenn die Messdaten, die bereits durch eine Kommunikationszykluslänge extrahiert wurden, wie in den beispielhaften Details der 25 dargestellt, gespeichert sind, der Schritt S2 übersprungen werden kann.
Der Steuerabschnitt 70 führt Funktionen ähnlich denjenigen des Parameterschätzabschnitts 601 des Steuerabschnitts 60 gemäß der Ausführungsform 1 oder 2 durch, wodurch Parameter θ (Rauschcharakteristika) zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der Daten (beobachtete Rauschfolge), die in Schritt S2 extrahiert werden, berechnet werden (Schritt S3). Die Berechnungsdetails ähneln denjenigen, die mit Bezug auf das Flussdiagramm der 10 gemäß der Ausführungsform 1 (oder die Flussdiagramme der 17 bis 20 gemäß der Ausführungsform 2) beschrieben wurden.
Außerdem führt der Steuerabschnitt 70 ähnliche Funktionen wie diejenigen des Parameterausgabeabschnitts 604 des Steuerabschnitts 60 gemäß der Ausführungsform 1 oder 2 durch, wodurch eine geschätzte Zustandsmatrix geschätzt und berechnet wird (Schritt S4). Außerdem führt der Steuerabschnitt 70 ähnliche Funktionen wie diejenigen des Abschnitts zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605 des Steuerabschnitts 60 gemäß der Ausführungsform 1 durch, wodurch impulshaftes Rauschen in den Daten, die in Schritt S2 extrahiert werden, erfasst wird (Schritt S7). Dann berechnet der Steuerabschnitt 70 unter Verwendung der Funktion der schnellen Fourier-Transformation die Frequenz des erfassten impulshaften Rauschens (Schritt S22).
Der Steuerabschnitt 70 speichert die Rauschcharakteristika und die Frequenz des impulshaften Rauschens, die für die Messdaten, die bei jeder Situation erhalten werden, berechnet werden, so dass die Rauschcharakteristika und die Frequenz des impulshaften Rauschens als Rauschdaten in der Rauschaufzeichnung 73 enthalten sind (Schritt S23), und der Steuerabschnitt 70 bestimmt, ob Rauschcharakteristika und Frequenzen von impulshaftem Rauschen für die Messdaten, die bei sämtlichen bekannten Situationen erhalten werden, berechnet sind (Schritt S24). Wenn bestimmt wird, dass keine Rauschcharakteristika für die Messdaten, die bei sämtlichen bekannten Situationen erhalten werden, berechnet sind (S24: NEIN), kehrt der Steuerabschnitt 70 zu der Verarbeitung in Schritt S21 zurück und setzt die Verarbeitung zum Berechnen von Rauschcharakteristika und Frequenzen des impulshaften Rauschens für die Messdaten bei den anderen Situationen fort.
Wenn bestimmt wird, dass Rauschcharakteristika und Frequenzen von impulshaftem Rauschen für die Messdaten, die bei sämtlichen bekannten Situationen erhalten werden, berechnet sind (S24: JA), gibt der Steuerabschnitt 70 Simulationsbedingungen durch den Bedingungseingabeabschnitt 75 ein (Schritt S25). Es sollte beachtet werden, dass, wenn die Berechnungen für die Messdaten, die bei sämtlichen Situationen erhalten werden, in Schritt S24 beendet sind (S24: JA), der Steuerabschnitt 70 es ermöglichen kann, dass eine nicht dargestellte Anzeige einen Bildschirm zum Empfehlen der Eingabe von Simulationsbedingungen beispielsweise bereitstellen kann. Der Steuerabschnitt 70 erzeugt ein Pseudo-Rauschen aus den Rauschcharakteristika und der Frequenz des impulshaften Rauschens, die einer jeweiligen Situation zugeordnet sind und im Voraus entsprechend den eingegebenen Simulationsbedingungen einschließlich beispielsweise einer Schaltungskonfiguration für eine Energieleitung, d. h. einer Länge der Energieleitung und der Anzahl und Typen von Kommunikationsvorrichtungen und Aktuatoren, die damit verbunden sind, berechnet wurden (Schritt S26). Somit beendet der Steuerabschnitt 70 die Simulation.
Genauer gesagt identifiziert der Steuerabschnitt 70 in Schritt S26 die Situation entsprechend den Simulationsbedingungen und liest aus der Rauschaufzeichnung, die in dem Speicherabschnitt 71 gespeichert ist, die Rauschcharakteristika (d. h. den Kanalspeicher γ, die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, das Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R und die Hintergrundrauschenergie σ_G ²) und die Frequenz des impulshaften Rauschens, die aus den Messdaten, die der identifizierten Situation zugeordnet sind, berechnet werden, aus. Unter Verwendung der Parameter, die die gelesenen Rauschcharakteristika angeben, erzeugt der Steuerabschnitt 70 eine Zustandsfolge als Antwort auf einen Aktuatorbetrieb in einer Zeitbreite eines zu simulierenden Objekts. Die Rauschenergie (σ₁ ², σ₀ ²) und die Frequenz des impulshaften Rauschens, die in den Rauschcharakteristika enthalten sind, werden in der erzeugten Zustandsfolge reflektiert, wodurch ein Pseudo-Rauschen erzeugt wird. Es sollte beachtet werden, dass die Zeitbreite des zu simulierenden Objekts beispielsweise auf 5 ms eingestellt ist. Außerdem erzeugt der Steuerabschnitt 70 ein Pseudo-Rauschen für die gesamte Zeitdauer von 5 ms aus der Zustandsfolge, der Zustandsrauschenergie und der Frequenz des impulshaften Rauschens, wenn einer der Aktuatoren zu einem Zeitpunkt 0 ms in der Zeitbreite betrieben wird, und der Zustandsfolge, der Zustandsrauschenergie und der Frequenz des impulshaften Rauschens, wenn der andere Aktuator zu einem Zeitpunkt 2 ms in der Zeitbreite betrieben wird.
Wie es oben beschrieben ist, kann für eine physikalische Konfiguration einer fahrzeuginternen PLC, die sich von einem Fahrzeug zu einem anderen unterscheidet, beispielsweise das Pseudo-Rauschen eines Rauschens, das in einer jeweiligen Energieleitung erzeugt wird, mit hoher Genauigkeit erzeugt werden. Somit kann eine verlässliche Modellierung hinsichtlich statistischer Eigenschaften von impulshaftem Rauschen, das in den jeweiligen Situationen erzeugt wird, durchgeführt werden, womit es möglich wird, eine effiziente Simulation in der Stufe des Entwurfs eines fahrzeuginternen PLC-Systems zu realisieren und die fahrzeuginterne PLC zu implementieren, die eine optimale Frequenz, ein optimales Kommunikationsverfahren etc. zum effektiven Vermeiden von impulshaftem Rauschen verwendet.
(Ausführungsform 4)
Bei der Ausführungsform 4 erfolgt die Beschreibung eines Beispiels einer Vorrichtung zum Berechnen und Aufzeichnen von Rauschcharakteristika und Frequenzen von impulshaftem Rauschen bei bekannten Situationen, wie es in den Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben ist, und zum Bestimmen eines optimalen Kommunikationsverfahrens für eine physikalische Konfiguration eines fahrzeuginternen PLC-Systems, das in Abhängigkeit von dem Fahrzeugtyp, einer Option etc. unterschiedlich ist, unter Verwendung eines Pseudo-Rauschens, das durch die Simulationsvorrichtung 7 gemäß der Ausführungsform 3 erzeugt wird, wodurch der Entwurf einer fahrzeuginternen PLC ermöglicht wird.
27 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Entwurfsvorrichtung für eine fahrzeuginterne PLC 8 gemäß der Ausführungsform 4 darstellt. Die Entwurfsvorrichtung für eine fahrzeuginterne PLC 8 enthält einen Steuerabschnitt 80, einen Speicherabschnitt 81, einen zeitweiligen Speicherabschnitt 85, einen Eingangs-/Ausgangsabschnitt 86, einen Pseudo-Rauscherzeugungsabschnitt 87 und einen Kommunikationssimulationsausführungsabschnitt 88. Unter Verwendung einer CPU implementiert der Steuerabschnitt 80 jede der im Folgenden genannten Funktionen auf der Grundlage eines Entwurfsprogramms für eine fahrzeuginterne PLC 82, das in dem Speicherabschnitt 81 gespeichert ist. Unter Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers wie beispielsweise einer Festplatte, eines EEPROM oder eines Flash-Speichers speichert der Speicherabschnitt 81 das Entwurfsprogramm für eine fahrzeuginterne PLC 82 und außerdem eine Rauschaufzeichnung 83 einschließlich Rauschcharakteristika und der Frequenz von impulshaftem Rauschen, die aus Messdaten berechnet werden, die bei jeder bekannten Situation bestimmt werden. Der Speicherabschnitt 81 speichert außerdem Kandidaten für Kommunikationsbedingungen (Kommunikationsbedingungskandidatengruppe 84) wie beispielsweise Kommunikationsverfahren, Kommunikationsfrequenzen oder Kommunikationsparameter, die für ein zu entwerfendes fahrzeuginternes PLC-System gemäß der Ausführungsform 4 geeignet sind. Unter Verwendung eines Speichers wie beispielsweise eines DRAM oder eines SRAM speichert der zeitweilige Speicherabschnitt 85 zeitweilig Daten, die durch eine Verarbeitung erzeugt werden, die von dem Steuerabschnitt 80 durchgeführt wird.
Der Eingangs-/Ausgangsabschnitt 86 ist eine Schnittstelle, die eine Betriebseingabe eines Entwicklers empfängt und Informationen an den Entwickler ausgibt. Der Eingangs-/Ausgangsabschnitt 86 ist mit einer Tastatur 861, einer Maus 862 und einer Anzeige 863 verbunden. Der Eingangs-/Ausgangsabschnitt 86 erhält Informationen, die über die Tastatur 861 oder die Maus 862 eingegeben werden, meldet dem Steuerabschnitt 80 die eingegebenen Informationen und gibt Zeicheninformationen oder Bildinformationen auf der Grundlage einer Anweisung, die von dem Steuerabschnitt 80 bereitgestellt wird, an die Anzeige 863 aus. Insbesondere ist der Steuerabschnitt 80 in der Lage, über den Eingangs-/Ausgangsabschnitt 86 eine Schaltungskonfiguration des zu entwerfenden fahrzeuginternen PLC-Systems zu empfangen. Mit anderen Worten empfängt der Steuerabschnitt 80 über den Eingangs-/Ausgangsabschnitt 86 Informationen über eine Energieleitungslänge, die Anzahl und die Typen verbundener Kommunikationsvorrichtungen und Aktuatoren etc. des zu entwerfenden fahrzeuginternen PLC-Systems, die durch einen Betrieb, der bezüglich der Tastatur 861 oder der Maus 862 von dem Entwickler durchgeführt wird, eingegeben werden. Außerdem gibt der Steuerabschnitt 80 über den Eingangs-/Ausgangsabschnitt 86 Informationen über Kandidaten für Kommunikationsverfahren, Kommunikationsfrequenzen oder Kommunikationsparameter für jeden Kandidaten, der in der Kommunikationsbedingungskandidatengruppe 84, die in dem Speicherabschnitt 81 gespeichert ist, enthalten ist, an die Anzeige 863 aus und ermöglicht es, dass die Kandidaten wahlweise auf der Anzeige 863 angezeigt werden. Unter den Kandidaten, die auf der Anzeige 863 angezeigt werden, wählt der Entwickler einen der Kandidaten unter Verwendung der Tastatur 861 oder der Maus 862 aus. In diesem Fall kann der Kandidat, der durch die Tastatur 861 oder die Maus 862 ausgewählt wird, von dem Steuerabschnitt 80 identifiziert werden.
Der Pseudo-Rauscherzeugungsabschnitt 87 erzeugt ein Pseudo-Rauschen auf der Grundlage einer Zustandsfolge in einer Zeitbreite eines zu simulierenden Objekts und einer Zustandsrauschenergie und einer Frequenz des impulshaften Rauschens der Zustandsfolge. Insbesondere wird eine Folge von Spannungswerten in der Zeitbreite auf der Grundlage einer Zustandsfolge, die eine Folge von Binärwerten ist, die angeben, ob der Zustand ein von impulshaftem Rauschen erzeugter Zustand ist, der Rauschenergie (σ₁ ², σ₀ ²) in jedem Zustand, die angibt, ob der Zustand ein von impulshaftem Rauschen erzeugter Zustand ist, und einer Frequenz des impulshaften Rauschens erzeugt.
Auf der Grundlage des ausgewählten Kommunikationsverfahrens, der Kommunikationsfrequenz und des Kommunikationsparameters, die in der Kommunikationsbedingungskandidatengruppe 84 enthalten sind, führt der Kommunikationssimulationsausführungsabschnitt 88 eine Kommunikationssimulation auf der Grundlage des gegebenen Pseudo-Rauschens aus und gibt das Simulationsergebnis aus. Das Ergebnis kann in dem zeitweiligen Speicherabschnitt 85 oder dem Speicherabschnitt 81 gespeichert werden. Für jeden Kandidaten, der in der Kommunikationsbedingungskandidatengruppe 84 enthalten ist, gibt der Steuerabschnitt 80 das Pseudo-Rauschen, das von dem Pseudo-Rauscherzeugungsabschnitt 87 erzeugt wird, an den Kommunikationssimulationsausführungsabschnitt 88 weiter, um eine Kommunikationssimulation auszuführen.
Aus den Ergebnissen der Kommunikationssimulationen, die für die jeweiligen Kandidaten der Kommunikationsbedingungen ausgeführt werden, erhält der Steuerabschnitt 80 Kommunikationsfehlerraten auf der Grundlage des Entwurfsprogramms für eine fahrzeuginterne PLC 82. Dann führt der Steuerabschnitt 80 Vergleiche zwischen den Kommunikationsfehlerraten, die für die jeweiligen Kandidaten berechnet wurden, durch und identifiziert denjenigen Kandidaten, der die niedrigste Fehlerrate aufweist, als den optimalen Kandidaten.
Im Folgenden wird eine Verarbeitung, die von dem Steuerabschnitt 80 der Entwurfsvorrichtung für eine fahrzeuginterne PLC 8, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, ausgeführt wird, mit Bezug auf ein Flussdiagramm beschrieben. 28 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur der Verarbeitung darstellt, die von der Entwurfsvorrichtung für eine fahrzeuginterne PLC 8 gemäß der Ausführungsform 4 ausgeführt wird.
Der Steuerabschnitt 80 empfängt über den Eingangs-/Ausgangsabschnitt 86 Informationen über eine zu entwerfende Systemschaltungskonfiguration (Schritt S31) und liest aus der Rauschaufzeichnung 83, die in dem Speicherabschnitt 81 gespeichert ist, Rauschdaten (einschließlich Rauschcharakteristika und Frequenz des impulshaften Rauschens), die bei jeder Situation berechnet wurden, entsprechend der empfangenen Schaltungskonfiguration aus (Schritt S32). Aus den Rauschcharakteristika und der Frequenz des impulshaften Rauschens der Rauschdaten, die in Schritt S32 gelesen wurden, erzeugt der Steuerabschnitt 80 ein Pseudo-Rauschen durch den Pseudo-Rauscherzeugungsabschnitt 87 (Schritt S33).
Über den Eingangs-/Ausgangsabschnitt 86 empfängt der Steuerabschnitt 80 die Eingabe von Kandidaten für Kommunikationsbedingungen einschließlich Kommunikationsverfahren, Kommunikationsfrequenzen oder Kommunikationsparametern von jedem Kandidaten, der in der Kommunikationsbedingungskandidatengruppe 84 enthalten ist (Schritt S34). Insbesondere ermöglicht es der Steuerabschnitt 80, dass die Anzeige 863 einen Bildschirm zum Empfangen von Eingaben der Kandidaten bereitstellt, und empfängt eine Eingabe, die über die Tastatur 861 oder die Maus 862 erfolgt.
Unter Verwendung des erzeugten Pseudo-Rauschens gibt der Steuerabschnitt 80 die eingegebenen Kommunikationsbedingungskandidaten an den Kommunikationssimulationsausführungsabschnitt 88 aus und ermöglicht es dem Kommunikationssimulationsausführungsabschnitt 88, eine Kommunikationssimulation auszuführen (Schritt S35).
Aus den Ergebnissen der Kommunikationssimulation, die in Schritt S35 ausgeführt wird, berechnet der Steuerabschnitt 80 eine Kommunikationsfehlerrate (Schritt S36). Der Steuerabschnitt 80 berechnet die Kommunikationsfehlerrate für jeden der eingegebenen Kandidaten und führt Vergleiche zwischen den jeweiligen Kommunikationsfehlerraten durch, wodurch ein optimaler Kommunikationsbedingungskandidat identifiziert wird (Schritt S37). Der Steuerabschnitt 80 gibt Informationen über den Kommunikationsbedingungskandidaten, der in Schritt S37 identifiziert wird, an die Anzeige 863 über den Eingangs-/Ausgangsabschnitt 86 aus, um die Informationen auf der Anzeige 863 anzuzeigen (Schritt S38), womit die Verarbeitung beendet ist.
Als Ergebnis der oben beschriebenen Verarbeitung wird auf der Grundlage einer beobachteten Rauschfolge, die aus einer Beobachtung bei einer jeweiligen Situation erhalten wird, ein Pseudo-Rauschen zum Reproduzieren von impulshaftem Rauschen, das den statistischen Eigenschaften des impulshaften Rauschens treu ist, auf der Grundlage der Rauschcharakteristika und der Frequenz des impulshaften Rauschens, die automatisch unter Verwendung der statistischen Eigenschaften der beobachteten Rauschfolge selbst geschätzt werden, erzeugt. Da Kommunikationssimulationen von der Entwurfsvorrichtung für eine fahrzeuginterne PLC 8 gemäß der Ausführungsform 4 unter Verwendung des erzeugten Pseudo-Rauschens und der Kommunikationsbedingungen (beispielsweise Kommunikationsverfahren, Kommunikationsfrequenzen und Kommunikationsparameter), die als Kandidaten dienen, ausgeführt werden, können detaillierte vorläufige Studien hinsichtlich eines effektiven Kommunikationsverfahrens und Ähnlichem, das den Einfluss von impulshaftem Rauschen, das beispielsweise in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Fahrzeugtyp oder einer Option unterschiedlich sind, minimiert, durchgeführt werden.
(Ausführungsform 5)
Bei der Ausführungsform 5 erfolgt die Beschreibung eines Beispiels eines fahrzeuginternen PLC-Systems, das eine Optimierungsvorrichtung zum Identifizieren eines optimalen Kommunikationsverfahrens, einer Kommunikationsfrequenz und eines Kommunikationsparameters enthält. Die Optimierungsvorrichtung erfasst ein impulshaftes Rauschen in dem fahrzeuginternen PLC-System, das die Optimierungsvorrichtung selbst enthält, lernt Charakteristika des Rauschens und bestimmt ein optimales Kommunikationsverfahren, eine Kommunikationsfrequenz und einen Kommunikationsparameter. In dem fahrzeuginternen PLC-System werden Einstellungen beispielsweise am Ende eines Tests und/oder zu dem Zeitpunkt der Inspektion eines Fahrzeugs nach dem Zusammenbau eines Fahrzeugs durchgeführt, so dass eine Kommunikation entsprechend Kommunikationsbedingungen, die durch die Optimierungsvorrichtung identifiziert werden, durchgeführt wird.
29 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen PLC-Systems gemäß der Ausführungsform 5 darstellt. Es sollte beachtet werden, dass Bestandteile des fahrzeuginternen PLC-Systems gemäß der Ausführungsform 5 mit der Ausnahme einer Optimierungsvorrichtung 9 denjenigen des fahrzeuginternen PLC-Systems gemäß der Ausführungsform 1 entsprechen. Die entsprechenden Bestandteile werden mit denselben Bezugszeichen wie in der Ausführungsform 1 bezeichnet, und deren genauere Beschreibung wird weggelassen.
Das fahrzeuginterne PLC-System gemäß der Ausführungsform 5 ist derart aufgebaut, dass es enthält: ECUs 1, 1, ...; Aktuatoren 2, 2, ..., die als Antwort auf Steuerdaten, die von den ECUs 1, 1, ... übertragen werden, betrieben werden; Energieleitungen 3, 3, ..., durch die elektrische Energie jeder der ECUs 1, 1, ... und jedem der Aktuatoren 2, 2, ... zugeführt wird; eine Batterie zum Zuführen von elektrischer Energie zu jeweiligen Vorrichtungen durch die Energieleitungen 3, 3, ...; eine Verbindungsbox 5 zum Verzweigen und Verbinden der Energieleitungen 3, 3, ...; und die Optimierungsvorrichtung 9 zum Optimieren einer Kommunikation, die in dem fahrzeuginternen PLC-System durchgeführt wird. Außerdem führen die ECUs 1, 1, ... in der Ausführungsform 5 eine Kommunikation entsprechend einem FlexRay-Protokoll über die Energieleitungen 3, 3, ... durch.
Wie es in 29 dargestellt ist, ist die Optimierungsvorrichtung 9 gemäß der Ausführungsform 5 mit jeder der Energieleitungen 3, 3, ... über gegebene Punkte verbunden. Die Optimierungsvorrichtung 9 erhält ein Merkmal von impulshaftem Rauschen auf der Grundlage von Messergebnissen von Spannungswerten (Signalpegeln), die mit einem vorbestimmten Intervall in jeder Energieleitung 3 erhalten werden, und führt die Funktion des Bestimmens eines optimalen Kommunikationsverfahrens, einer Kommunikationsfrequenz und weiterer Parameter für die jeweiligen Energieleitungen 3, 3, ... aus dem berechneten Merkmal durch.
30 ist ein Blockdiagramm, das eine interne Konfiguration der Optimierungsvorrichtung 9, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 5 enthalten ist, darstellt. Die Optimierungsvorrichtung 9 enthält einen Steuerabschnitt 90, einen Speicherabschnitt 91, einen zeitweiligen Speicherabschnitt 93 und einen Messabschnitt 94. Unter Verwendung einer CPU führt der Steuerabschnitt 90 einen Optimierungsprozess auf der Grundlage eines Optimierungsprogramms 92, das in dem Speicherabschnitt 91 gespeichert ist, aus. Unter Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers wie beispielsweise einer Festplatte, eines EEPROM oder eines Flash-Speichers speichert der Speicherabschnitt 91 das Optimierungsprogramm 92 und außerdem ein Merkmal von impulshaftem Rauschen 95, das für ein erfasstes Rauschen berechnet wurde. Der Speicherabschnitt 91 speichert außerdem Kandidaten für Kommunikationsbedingungen (Kommunikationsbedingungskandidatengruppe 96) wie beispielsweise Kommunikationsverfahren, Kommunikationsfrequenzen und Kommunikationsparameter, die für das fahrzeuginterne PLC-System gemäß der Ausführungsform 5 geeignet sind. Unter Verwendung eines Speichers wie beispielsweise eines DRAM oder eines SRAM speichert der zeitweilige Speicherabschnitt 93 zeitweilig Daten, die durch eine Verarbeitung erzeugt werden, die von dem Steuerabschnitt 90 durchgeführt wird.
Der Messabschnitt 94 misst Spannungswerte in den Energieleitungen 3, 3, ... mit einem vorbestimmten Intervall und speichert Messergebnisse in dem Speicherabschnitt 91 oder dem zeitweiligen Speicherabschnitt 93. Der Messabschnitt 94 kann mehrere Anschlüsse aufweisen, so dass er in der Lage ist, Spannungswerte an mehreren Messpunkten in den Energieleitungen 3 zu messen. Das vorbestimmte Intervall (Abtastintervall) in der Messung beträgt beispielsweise 0,01 μs (100 MHz).
Es sollte beachtet werden, dass für die Optimierungsvorrichtung 9 ein Personalcomputer verwendet werden kann, oder es kann ein FPGA, ein DSP, ein ASIC etc., der Komponenten zum Durchführen von Funktionen der jeweiligen Bestandteile der Vorrichtung enthält, mit dem Ziel verwendet werden, die Vorrichtung ausschließlich für die Rauscherfassung und Optimierung bereitzustellen.
Auf der Grundlage des Optimierungsprogramms 92 führt der Steuerabschnitt 90 der Optimierungsvorrichtung 9 die jeweiligen Funktionen, die in 30 dargestellt sind, durch, führt eine Verarbeitung zum Erfassen von impulshaftem Rauschen anhand von Spannungswerten (beobachtete Rauschfolge), die zu jedem vorbestimmten Intervall von dem Messabschnitt 94 gemessen und erhalten werden, aus, erhält ein Merkmal des impulshaften Rauschens, wenn das plötzliche Rauschen erfasst wird, und führt eine Verarbeitung zum Identifizieren optimaler Kommunikationsbedingungen anhand dieses Merkmals aus. 31 ist ein Funktionsblockdiagramm, das Funktionen darstellt, die von der Optimierungsvorrichtung 9, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 5 enthalten ist, implementiert werden.
Auf der Grundlage des Optimierungsprogramms 92 dient der Steuerabschnitt 90 als ein Parameterschätzabschnitt 901 zum Schätzen eines Parameters, der einer Rauschcharakteristik der beobachteten Rauschfolge zugeordnet ist, und dient ebenfalls als ein Abschnitt zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 905 zum Bestimmen und Erfassen des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Erzeugung von impulshaftem Rauschen auf der Grundlage des geschätzten Parameters. Funktionen des Parameterschätzabschnitts 901 enthalten eine Funktion eines Anfangswertbestimmungsabschnitts 902 zum Bestimmen eines Anfangswerts eines Parameters, eine Funktion des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 903 zum Berechnen einer Rauschcharakteristik zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge aus dem Anfangswert unter Verwendung eines BW-Algorithmus und eine Funktion eines Parameterausgabeabschnitts 904.
Es sollte beachtet werden, dass die Funktionen des Parameterschätzabschnitts 901 der Optimierungsvorrichtung 9 und die Funktionen des Anfangswertbestimmungsabschnitts 902, des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 903 und des Parameterausgabeabschnitts 904, die den jeweiligen Funktionen des Parameterschätzabschnitts 901 zugeordnet sind, identisch mit denjenigen des Parameterschätzabschnitts 601 des Steuerabschnitts 60 der Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 und denjenigen des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602, des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603 und des Parameterausgabeabschnitts 604, die den detaillierten Funktionen des Parameterschätzabschnitts 601 zugeordnet sind, sind. Außerdem sind die Funktionen des Abschnitts zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 905 identisch mit denjenigen des Abschnitts zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605. Dementsprechend wird eine detaillierte Beschreibung dieser Funktionen weggelassen.
Außerdem dient der Steuerabschnitt 90 auf der Grundlage des Optimierungsprogramms 92 als ein Abschnitt zur Berechnung eines Merkmals von impulshaftem Rauschen 906 zum Berechnen eines Merkmals eines erfassten impulshaften Rauschens und als ein Abschnitt zur Bestimmung eines optimalen Kandidaten 907 zum Bestimmen einer optimalen Kommunikationsbedingung auf der Grundlage des Merkmals des impulshaften Rauschens. Es sollte beachtet werden, dass die Zuordnung zwischen dem Merkmal des impulshaften Rauschens und dem optimalen Kandidaten im Voraus in dem Speicherabschnitt 91 gespeichert sein kann, und der Steuerabschnitt 90 durch die Funktion des Abschnitts zur Bestimmung eines optimalen Kandidaten 907 kann Bezug auf die Zuordnung nehmen.
32 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung darstellt, die von der Optimierungsvorrichtung 9 gemäß der Ausführungsform 5 ausgeführt wird. Es sollte beachtet werden, dass von den folgenden Verarbeitungsschritten, die in dem Flussdiagramm der 32 dargestellt sind, die Verarbeitungsschritte von den Schritten S1 bis S8 identisch mit denjenigen der Schritte S1 bis S8, die in dem Flussdiagramm der 9 gemäß der Ausführungsform 1 dargestellt sind, sind. Alternativ können die Verarbeitungsschritte des Flussdiagramms der 32 von den Schritten S1 bis S8 identisch mit denjenigen der Schritte S1, S2, S51 bis S58, S7 und S8, die in dem Flussdiagramm der 17 gemäß der Ausführungsform 2 dargestellt sind, sein. Dementsprechend sind die Verarbeitungsschritte der Schritte S1 bis S8 in 32 auf verkürzte Weise dargestellt, und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
Es sollte beachtet werden, dass die folgenden Verarbeitungsschritte nach Bedarf während eines Tests zu dem Zeitpunkt des Zusammenbaus eines Fahrzeugs oder nach der Versendung durchgeführt werden.
Der Steuerabschnitt 90 erhält Messdaten (beobachtete Rauschfolge) durch den Messabschnitt 94 (Schritt S1) und extrahiert Daten in Einheiten von Kommunikationszyklen des FlexRay aus den Messdaten (Schritt S2). Außerdem beträgt in der Ausführungsform 5 die Periode (periodische Messeinheit) der extrahierten Daten 1 ms. Die extrahierten Daten sind eine Folge von Spannungswerten für 100000 Abtastungen (K = 100000).
Wenn impulshaftes Rauschen in den extrahierten Daten, die für 1 ms extrahiert werden, erzeugt wird (K = 100000 Abtastungen von Spannungswerten, die in der Zeitfolge erhalten werden) (S6: JA oder S53: JA), berechnet der Steuerabschnitt 90 Rauschcharakteristika, die auf einem verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodell basieren (Schritt S3 oder S57), berechnet eine geschätzte Zustandsfolge (Schritt S4 oder S58), erfasst impulshaftes Rauschen zu jedem Zeitpunkt (Schritt 7) und speichert dann Rauschdaten in dem Speicherabschnitt 91 (Schritt 8). In diesem Fall enthalten die Rauschdaten Parameter (d. h. einen Kanalspeicher γ, eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen P₁, ein Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnis R und eine Hintergrundrauschenergie σ_G ²), die die Rauschcharakteristika, die in Schritt S3 berechnet werden, angeben. Es sollte beachtet werden, dass die Rauschdaten die extrahierten Daten oder die geschätzte Zustandsfolge enthalten können.
Anschließend berechnet der Steuerabschnitt 90 aus den Parametern θ (Rauschcharakteristika), die in Schritt S3 berechnet werden, ein Rauschmerkmal (Schritt S41). Das Rauschmerkmal kann unter Verwendung von Daten von impulshaftem Rauschen, die in den Daten, die in der Periode extrahiert werden, enthalten sind, oder unter Verwendung der geschätzten Zustandsfolge berechnet werden. Beispiele für das Rauschmerkmal beinhalten eine Frequenz von impulshaftem Rauschen und einen Intervallzyklus der Erzeugung von impulshaftem Rauschen.
Der Steuerabschnitt 90 speichert das Rauschmerkmal, das in Schritt S41 berechnet wird, in dem Speicherabschnitt 91 und fügt das Rauschmerkmal zu dem Merkmal des impulshaften Rauschens 95 hinzu (Schritt S42). Somit wird das Merkmal des impulshaften Rauschens 95 in dem Speicherabschnitt 91 erneuert. Der Steuerabschnitt 90 kann ein altes Merkmal der Vergangenheit löschen.
Auf der Grundlage des erneuerten Merkmals des impulshaften Rauschens 95 in dem Speicherabschnitt 91 identifiziert der Steuerabschnitt 90 einen optimalen Kandidaten aus der Kommunikationsbedingungskandidatengruppe 96 (Schritt S43) und speichert den identifizierten Kandidaten im Speicherabschnitt 91 (Schritt S44), womit die Verarbeitung beendet ist.
Als Ergebnis der Verarbeitung, die in dem Flussdiagramm der 32 dargestellt ist und von der Optimierungsvorrichtung 9 durchgeführt wird, werden Daten von impulshaftem Rauschen, das tatsächlich in dem fahrzeuginternen PLC-System eines Fahrzeugs nach dem Zusammenbau oder nach der Versendung erzeugt wird, angesammelt. Dann werden auf der Grundlage der angesammelten Daten das optimale Kommunikationsverfahren, die Kommunikationsfrequenz oder andere Kommunikationsparameter zum günstigen Durchführen einer Kommunikation durch Vermeiden von impulshaftem Rauschen, das in dem Fahrzeug erzeugt wird, durch die Verarbeitung identifiziert, die von der Optimierungsvorrichtung 9 durchgeführt wird. Da das identifizierte Kommunikationsverfahren, die Kommunikationsfrequenz oder die Kommunikationsparameter in dem Speicherabschnitt 91 gespeichert ist/sind, erfolgen Einstellungen beispielsweise nach dem Zusammenbau oder zu dem Zeitpunkt der Inspektion eines Fahrzeugs, womit es möglich wird, ein fahrzeuginternes PLC bereitzustellen, das die optimale Frequenz, das Kommunikationsverfahren etc. zum wirksamen Vermeiden von anschließendem impulshaftem Rauschen verwendet. Dementsprechend können das Kommunikationsverfahren, die Frequenz und die Parameter, die den Einfluss von impulshaftem Rauschen minimieren, auf geeignete Weise entsprechend einer Situation, die sich im Verlauf der Zeit ändert, ausgewählt werden.
(Ausführungsform 6)
In der Ausführungsform 6 wird ein Beispiel eines fahrzeuginternen PLC-Systems zum Durchführen einer Kommunikation, während die Frequenz eines erzeugten impulshaften Rauschens vermieden wird, beschrieben.
33 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines fahrzeuginternen PLC-Systems gemäß der Ausführungsform 6 darstellt. Es sollte beachtet werden, dass Bestandteile des fahrzeuginternen PLC-Systems gemäß der Ausführungsform 6 mit Ausnahme einer Analysevorrichtung 100, Filterabschnitten 20 und Details jeweiliger ECUs denjenigen des fahrzeuginternen PLC-Systems gemäß der Ausführungsform 1 entsprechen. Die entsprechenden Bestandteile werden mit denselben Bezugszeichen wie in der Ausführungsform 1 bezeichnet, und deren genauere Beschreibung wird weggelassen.
Das fahrzeuginterne PLC-System gemäß der Ausführungsform 6 ist derart aufgebaut, dass es enthält: ECUs 1, 1, ..., Aktuatoren 2, 2, ..., die als Antwort auf Steuerdaten, die von den ECUs 1, 1, ... übertragen werden, betrieben werden, Energieleitungen 3, 3, ..., durch die elektrische Energie jeder der ECUs 1, 1, ... und jedem der Aktuatoren 2, 2, ... zugeführt wird, eine Batterie 4 zum Zuführen von elektrischer Energie zu jeweiligen Vorrichtungen durch die Energieleitungen 3, 3, ..., eine Verbindungsbox 5 zum Verzweigen und Verbinden der Energieleitungen 3, 3, ..., die Analysevorrichtung 100 zum Analysieren von impulshaftem Rauschen in dem fahrzeuginternen PLC-System und mehrere der Filterabschnitte 20, 20, ..., die mit den jeweiligen Energieleitungen 3, 3, ... verbunden sind. Außerdem führen die ECUs 1, 1, ... in der Ausführungsform 6 eine Kommunikation entsprechend einem FlexRay-Protokoll über die Energieleitungen 3, 3, ... durch.
Wie es in 33 dargestellt ist, ist die Analysevorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 6 mit jeder der Energieleitungen 3, 3, ... über gegebene Punkte verbunden. Die Analysevorrichtung 100 erhält eine Frequenz eines impulshaften Rauschens auf der Grundlage von Messergebnissen von Signalpegeln (Spannungswerten), die mit einem vorbestimmten Intervall in jeder Energieleitung 3 erhalten werden. Auf der Grundlage der berechneten Frequenz stellt die Analysevorrichtung 100 die Frequenz einer Trägerwelle zur Kommunikation zwischen den ECUs 1, 1, ... ein und steuert adaptiv ein Bandzurückweisungsfilter, das in jedem Filterabschnitt 20 enthalten ist.
34 ist ein Blockdiagramm, das eine interne Konfiguration des Filterabschnitts 20 darstellt, der in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 6 enthalten ist. Der Filterabschnitt 20 enthält ein Bandzurückweisungsfilter (BRF) 21, einen AGC-Verstärker (automatische Verstärkungssteuerung) 22 und einen A/D-Wandler 23.
Auf der Grundlage einer Anweisung, die von einem Steuerabschnitt der Analysevorrichtung 100 bereitgestellt wird, ist das Bandzurückweisungsfilter 21 in der Lage, eine zu begrenzende Frequenz einzustellen. Der AGC-Verstärker 22 stellt eine Verstärkung sogar dann automatisch an, wenn eine Frequenz einer Trägerwelle geändert wird.
35 ist ein Blockdiagramm, das eine interne Konfiguration der Analysevorrichtung 100 darstellt, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 6 enthalten ist. Die Analysevorrichtung 100 enthält einen Steuerabschnitt 101, einen Speicherabschnitt 102, einen zeitweiligen Speicherabschnitt 104, einen Messabschnitt 105 und einen Einstellabschnitt 106. Unter Verwendung einer CPU führt der Steuerabschnitt 101 auf der Grundlage eines Analyseprogramms 103, das in dem Speicherabschnitt 102 gespeichert ist, eine Verarbeitung wie beispielsweise einen Prozess zum Erfassen von impulshaftem Rauschen, das in der Energieleitung 3 erzeugt wird, oder einen Prozess zum Schätzen der Frequenz eines erzeugten impulshaften Rauschens aus, um die Frequenz einer Trägerwelle zu ändern. Unter Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers wie beispielsweise einer Festplatte, eines EEPROM oder eines Flash-Speichers speichert der Speicherabschnitt 102 das Analyseprogramm 103. Der Speicherabschnitt 102 speichert außerdem Informationen hinsichtlich einer Frequenz des impulshaften Rauschens 107. Die Informationen hinsichtlich der Frequenz des impulshaften Rauschens 107 enthalten Informationen zum Definieren mehrerer unterschiedlicher bekannter Situationen und Frequenzen von impulshaftem Rauschen, die diesen Informationen zugeordnet sind. Unter Verwendung eines Speichers wie beispielsweise eines DRAM oder eines SRAM speichert der zeitweilige Speicherabschnitt 104 zeitweilig Daten, die durch eine Verarbeitung erzeugt werden, die von dem Steuerabschnitt 101 durchgeführt wird.
Der Messabschnitt 105 misst Signalpegel (Spannungswerte) in den Energieleitungen 3, 3, ... mit einem vorbestimmten Intervall und speichert die Messergebnisse in dem Speicherabschnitt 102 oder dem zeitweiligen Speicherabschnitt 104. Der Messabschnitt 105 kann mehrere Anschlüsse aufweisen, so dass er in der Lage ist, Signalpegel an mehreren Messpunkten in den Energieleitungen 3 zu messen. Das vorbestimmte Intervall (Abtastintervall) in der Messung beträgt beispielsweise 0,01 μs (100 MHz).
Der Einstellabschnitt 106 ist mit jeder der ECUs 1, 1, ... und dem Bandzurückweisungsfilter 21 jedes Filterabschnitts 20 verbunden. Als Antwort auf eine Steuerung von dem Steuerabschnitt 101 benachrichtigt der Einstellabschnitt 106 jede ECU 1 hinsichtlich der Frequenz des impulshaften Rauschens, um Frequenzen von lokalen Oszillatoren eines Modulators und eines Demodulators, die in einem Übertrager-Empfänger eines Energieleitungskommunikationsabschnitts 13 enthalten sind, einzustellen. Außerdem steuert der Steuerabschnitt 106 als Antwort auf die Steuerung von dem Steuerabschnitt 101 adaptiv die Bandzurückweisungsfilter 21 mit dem Ziel, die Frequenz des impulshaften Rauschens zu begrenzen.
Für die Analysevorrichtung 100 kann ein Personalcomputer verwendet werden, oder es kann ein FPGA, ein DSP, ein ASIC etc., der Komponenten zum Durchführen von Funktionen der jeweiligen Bestandteile der Vorrichtung enthält, mit dem Ziel verwendet werden, die Vorrichtung ausschließlich zur Rauscherfassung und Frequenzeinstellung bereitzustellen.
Auf der Grundlage des Analyseprogramms 103 führt der Steuerabschnitt 101 der Analysevorrichtung 100 jede Funktion, die in 36 dargestellt ist, durch, und führt einen Prozess zum Erfassen von impulshaftem Rauschen anhand der Signalpegel (beobachtete Rauschfolge), die zu jedem vorbestimmten Intervall durch den Messabschnitt 105 gemessen und erhalten werden, aus. Der Steuerabschnitt 101 erfasst impulshaftes Rauschen im Voraus während eines Tests zu dem Zeitpunkt des Zusammenbaus des Fahrzeugs, und erhält und speichert die Frequenz des erfassten impulshaften Rauschens. Alternativ kann der Steuerabschnitt 101 ein impulshaftes Rauschen erfassen und dessen Frequenz nach Bedarf während einer Kommunikation nach der Versendung des Fahrzeugs erhalten.
Außerdem stellt der Steuerabschnitt 101 unter Verwendung des Einstellabschnitts 106 eine Trägerwellenfrequenz auf der Grundlage der berechneten und gespeicherten Frequenz des impulshaften Rauschens ein und führt einen Prozess zum adaptiven Steuern der Bandzurückweisungsfilter 21 aus. Der Steuerabschnitt 101 führt den Einstellprozess im Voraus zu dem Zeitpunkt des Zusammenbaus durch. Alternativ kann der Steuerabschnitt 101 ein impulshaftes Rauschen, das zu einem beliebigen Zeitpunkt erzeugt wird, erfassen und die Frequenz des erfassten impulshaften Rauschens in Echtzeit erhalten und dann den Einstellprozess durchführen. Optional kann der Steuerabschnitt 101 aus dem Speicherabschnitt 102 Frequenzinformationen des impulshaften Rauschens 107, die für ein impulshaftes Rauschen, das im Voraus erfasst wird, gespeichert sind, lesen und eine Einstellung entsprechend der Situation durchführen.
36 ist ein Funktionsblockdiagramm, das Funktionen, die von der Analysevorrichtung 100, die in dem fahrzeuginternen PLC-System gemäß der Ausführungsform 6 enthalten ist, durchgeführt werden, darstellt. Auf der Grundlage des Analyseprogramms 103 dient der Steuerabschnitt 101 als ein Parameterschätzabschnitt 1001 zum Schätzen eines Parameters, der einer Rauschcharakteristik der beobachteten Rauschfolge zugeordnet ist, und dient ebenfalls als ein Abschnitt zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 1005 zum Bestimmen und Erfassen des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Erzeugung eines impulshaften Rauschens auf der Grundlage des geschätzten Parameters. Funktionen des Parameterschätzabschnitts 1001 enthalten eine Funktion eines Anfangswertbestimmungsabschnitts 1002 zum Bestimmen eines Anfangswerts eines Parameters, eine Funktion eines BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 1003 zum Berechnen einer Rauschcharakteristik zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge aus dem Anfangswert unter Verwendung eines BW-Algorithmus und eine Funktion eines Parameterausgabeabschnitts 1004.
Die Funktionen des Parameterschätzabschnitts 1001 der Analysevorrichtung 100 und die Funktionen des Anfangswerterfassungsabschnitts 1002, des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 1003 und des Parameterausgabeabschnitts 1004, die den detaillierten Funktionen des Parameterschätzabschnitts 1001 zugeordnet sind, sind identisch mit denjenigen des Parameterschätzabschnitts 601 des Steuerabschnitts 60 der Rauscherfassungsvorrichtung 6 gemäß der Ausführungsform 1 und denjenigen des Anfangswertbestimmungsabschnitts 602, des BW-Algorithmus-Berechnungsabschnitts 603 und des Parameterausgabeabschnitts 604, die den detaillierten Funktionen des Parameterschätzabschnitts 601 zugeordnet sind. Außerdem sind die Funktionen des Abschnitts zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 1005 identisch mit denjenigen des Abschnitts zur Erfassung von impulshaftem Rauschen 605. Dementsprechend wird eine detaillierte Beschreibung dieser Funktionen weggelassen.
Außerdem dient der Steuerabschnitt 101 auf der Grundlage des Analyseprogramms 103 auch als ein Frequenzberechnungsabschnitt 1006 zum Berechnen einer Frequenz eines erfassten impulshaften Rauschens. Die Frequenz des impulshaften Rauschens, die durch die Funktion des Frequenzberechnungsabschnitts 1006 berechnet wird, wird durch den Steuerabschnitt 101 als die Frequenzinformationen des impulshaften Rauschens 107 in dem Speicherabschnitt 102 gespeichert.
37 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur einer Verarbeitung darstellt, die von der Analysevorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 6 ausgeführt wird. Es sollte beachtet werden, dass von den folgenden Verarbeitungsschritten, die in dem Flussdiagramm der 37 dargestellt sind, die Verarbeitungsschritte der Schritte S1 bis S7 identisch mit denjenigen der Schritte S1 bis S7, die in dem Flussdiagramm der 9 gemäß der Ausführungsform 1 dargestellt sind, sind. Alternativ können die Verarbeitungsschritte der Schritte S1 bis S7 des Flussdiagramms der 37 identisch mit denjenigen der Schritte S1, S2, S51 bis S58 und S7, die in dem Flussdiagramm der 17 gemäß der Ausführungsform 2 dargestellt sind, sein. Dementsprechend sind die Verarbeitungsschritte der Schritte S1 bis S7 in 37 auf abgekürzte Weise dargestellt, und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
Der Steuerabschnitt 101 erhält Messdaten (beobachtete Rauschfolge) durch den Messabschnitt 105 (Schritt S1) und extrahiert Daten aus den Messdaten in Einheiten von Kommunikationszyklen des FlexRay (Schritt S2). Außerdem beträgt in der Ausführungsform 6 die Periode der extrahierten Daten 1 ms. Die extrahierten Daten sind eine Folge von Spannungswerten für 100000 Abtastungen (K = 100000).
Wenn impulshaftes Rauschen in den extrahierten Daten, die für 1 ms (K = 100000 Abtastungen von Spannungswerten, die in der Zeitfolge erhalten werden) extrahiert werden, erzeugt wird (S6: JA oder S53: JA), berechnet der Steuerabschnitt 101 Rauschcharakteristika, die auf einem verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodell basieren (Schritt S3 oder S57), berechnet eine geschätzte Zustandsfolge (Schritt S4 oder S58) und erfasst ein impulshaftes Rauschen zu jedem Zeitpunkt (Schritt S7).
Aus den Parametern θ (Rauschcharakteristika), die in Schritt S3 berechnet werden, berechnet der Steuerabschnitt 101 eine Rauschfrequenz (Schritt S91). Wenn eine Situation bekannt ist, wird die berechnete Frequenz als die Frequenzinformationen des impulshaften Rauschens 107 in dem Speicherabschnitt 102 in Verbindung mit einer Definition, die die Situation repräsentiert, gespeichert (Schritt S92).
Der Steuerabschnitt 101 liest die gespeicherte Frequenz aus und verwendet den Einstellabschnitt 106, um einem Übertrager-Empfänger in jeder ECU 1 von dieser Frequenz zu berichten, um Frequenzen von lokalen Oszillatoren eines Modulators und eines Demodulators, die in dem Übertrager-Empfänger enthalten sind, einzustellen (Schritt S93). Mit dem Ziel, die Frequenz des impulshaften Rauschens zu begrenzen, steuert der Steuerabschnitt 101 adaptiv die Bandzurückweisungsfilter 21 unter Verwendung des Einstellabschnitts 106 (Schritt S94), womit die Verarbeitung beendet ist.
Von den Verarbeitungsschritten, die in dem Flussdiagramm der 37 dargestellt sind, kann der Steuerabschnitt 101 die Schritte S91 und S92 im Voraus zu dem Zeitpunkt des Zusammenbaus des Fahrzeugs durchführen und dann separat die Verarbeitung der Schritte S93 und S94 entsprechend der Situation des fahrzeuginternen PLC-Systems durchführen.
Als Ergebnis der Verarbeitung, die in dem Flussdiagramm der 37 dargestellt ist und von der Analysevorrichtung 100 durchgeführt wird, werden die Frequenzen von impulshaftem Rauschen, das tatsächlich in dem fahrzeuginternen PLC-System eines Fahrzeugs nach dem Zusammenbau oder der Versendung erzeugt wird, als die Frequenzinformationen des impulshaften Rauschens 107 angesammelt. Dann wird die Verarbeitung auf der Grundlage der angesammelten Frequenzen von dem Steuerabschnitt 101 der Analysevorrichtung 100 durchgeführt, wodurch eine günstige Kommunikation durch Vermeiden von impulshaftem Rauschen, das in dem Fahrzeug erzeugt wird, ermöglicht wird.
In den Ausführungsformen 1 bis 6 werden die Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten, die in 4 und den Formeln 3 bis 7 bereitgestellt werden, für ein Verfahren zum Berechnen einer a-posteriori-Wahrscheinlichkeit verwendet. Als ein Verfahren zum Berechnen von Parametern zur Maximierung der a-posteriori-Wahrscheinlichkeit kann ein anderes Verfahren auf der Grundlage eines EM-Verfahrens verwendet werden.
Außerdem wurde in den Ausführungsformen 1 bis 6 die Erfassung von impulshaftem Rauschen, das in einer Energieleitung (Kommunikationsmedium) erzeugt wird, unter Verwendung eines Beispiels eines fahrzeuginternen PLC-Systems beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ebenfalls für die Erfassung von impulshaftem Rauschen, das bei einer Kommunikation erzeugt wird, die über eine andere Kommunikationsleitung als eine Energieleitung durchgeführt wird, anwendbar ist. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht nur für die Erfassung von Rauschen, das bei einer Kommunikation erzeugt wird, sondern ebenfalls für die Erfassung von impulshaftem Rauschen, das in einer Signalleitung erzeugt wird, anwendbar.
Man beachte, dass die beschriebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht als nur beispielhaft und nicht einschränkend betrachtet werden sollten. Der Bereich der vorliegenden Erfindung wird durch die zugehörigen Ansprüche anstatt durch die vorhergehende Beschreibung definiert, und sämtliche Änderungen, die innerhalb der Bedeutung des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche liegen, sind daher von dem Bereich umfasst.

Claims

Rauscherfassungsverfahren zum Erfassen von Rauschen, das in einem Kommunikationsmedium aufgetreten ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) Messen eines Signalpegels in dem Kommunikationsmedium mit einem vorbestimmten Intervall; (b) Extrahieren eines Messergebnisses für eine vorbestimmte periodische Messeinheit als eine beobachtete Rauschfolge; (c) Berechnen einer Rauschcharakteristik aus der extrahierten beobachteten Rauschfolge unter Verwendung eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells; (d) Berechnen einer geschätzten Zustandsfolge aus der berechneten Rauschcharakteristik und der beobachteten Rauschfolge, die eine Folge ist, die angibt, ob ein Zustand ein Rauschauftrittszustands ist; und (e) individuelles Erfassen von impulshaftem Rauschen aus der geschätzten Zustandsfolge zu jedem Zeitpunkt innerhalb der periodischen Messeinheit.
Rauscherfassungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (d) die folgenden Schritte aufweist: (d1) Berechnen einer a-posteriori-Wahrscheinlichkeit eines Zustands zu jedem Zeitpunkt unter Verwendung der extrahierten beobachteten Rauschfolge und der Rauschcharakteristik, die für jede periodische Messeinheit berechnet wird; und (d2) Schätzen einer Zustandsfolge, die die berechnete a-posteriori-Wahrscheinlichkeit des Zustands maximiert.
Rauscherfassungsverfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt (d1) die folgenden Schritte aufweist: (d1-1) Berechnen einer Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit, die einen Zustand betrifft, der dem Zustand zu einem jeweiligen Zeitpunkt vorhergeht, und einer Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit, die einen Zustand betrifft, der an einen Zustand zu einem jeweiligen Zeitpunkt anschließt; und (d1-2) Berechnen einer a-posteriori-Wahrscheinlichkeit des Zustands zu jedem Zeitpunkt unter Verwendung der berechneten Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten.
Rauscherfassungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei in dem Schritt (d) die geschätzte Zustandsfolge unter Verwendung der beobachteten Rauschfolge und einer zeitlichen Konzentration von impulshaftem Rauschen, einer Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen, eines Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses und einer Hintergrundrauschenergie in der periodischen Messeinheit geschätzt wird, so dass die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit des Zustands zu jedem Zeitpunkt maximiert wird.
Rauscherfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren außerdem aufweist: den Schritt (f) zum Bestimmen des Vorhandenseins oder der Abwesenheit des Auftretens von impulshaftem Rauschen für die periodische Messeinheit auf der Grundlage der berechneten Rauschcharakteristik.
Rauscherfassungsverfahren nach Anspruch 5, wobei in dem Schritt (f) die Bestimmung auf der Grundlage mindestens einer zeitlichen Konzentration von impulshaftem Rauschen, einer Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen, eines Impuls-zu-Hintergrundrauschverhältnisses und einer Hintergrundrauschenergie in der periodischen Messeinheit durchgeführt wird.
Rauscherfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Messergebnis für eine periodische Kommunikationseinheit, die auf einem Kommunikationsverfahren für das Kommunikationsmedium basiert, als die beobachtete Rauschfolge extrahiert wird.
Rauscherfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die geschätzte Zustandsfolge für jeden Abschnitt, der einem oder mehreren der Intervalle entspricht, als eine Folge berechnet wird, die einen Zustand, bei dem impulshaftes Rauschen aufgetreten ist, oder einen Zustand, bei dem kein impulshaftes Rauschen aufgetreten ist, enthält.
Rauscherfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Schritt (c) die folgenden Schritte aufweist: (c1) Bestimmen eines Anfangswerts einer Zustandsrauschenergie jedes von zwei Zuständen, d. h. einem Zustand, bei dem ein impulshaftes Rauschen aufgetreten ist, und einem Zustand, bei dem kein impulshaftes Rauschen aufgetreten ist, auf der Grundlage des verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells; (c2) Bestimmen eines Anfangswerts jeder von vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten zwischen den beiden Zuständen; (c3) Berechnen von Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten unter Verwendung der beobachteten Rauschfolge und der bestimmten Anfangswerte der Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten und der Zustandsrauschenergie; (c4) Bestimmen der vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten in der periodischen Messeinheit und der Zustandsrauschenergie jedes der beiden Zustände aus der berechneten Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten; (c5) Wiederholen des Schritts (c3) und des Schritts (c4); (c6) Berechnen der Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten und der Zustandsrauschenergie zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge im Verlauf des Schritts (c5); und (c7) Identifizieren der Rauschcharakteristik durch die berechneten Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten und die Zustandsrauschenergie.
Rauscherfassungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt (c1) die folgenden Schritte aufweist: (c1-1) Berechnen von gegebenen drei Momenten eines Momentenverfahrens aus der beobachteten Rauschfolge in der periodischen Messung; und (c1-2) Berechnen des Anfangswerts der Zustandsrauschenergie jedes der beiden Zustände aus den berechneten drei Momenten.
Rauscherfassungsverfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Schritt (c2) die folgenden Schritte aufweist: (c2-1) Berechnen einer Schwelle für einen Signalpegelwert der beobachteten Rauschfolge aus dem berechneten Anfangswert der Zustandsrauschenergie jedes von zwei Zuständen; (c2-2) Erstellen eines Vergleichs zwischen der berechneten Schwelle und jedem Signalpegelwert der beobachteten Rauschfolge; (c2-3) Berechnen eines Ergebnisses des Vergleichs der jeweiligen Signalpegelwerte als eine geschätzte Zustandsfolge, wobei das Ergebnis angibt, welcher Signalpegelwert größer oder niedriger ist; und (c2-4) Berechnen der Anfangswerte der vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten aus der berechneten geschätzten Zustandsfolge.
Rauscherfassungsverfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren außerdem die folgenden Schritte aufweist: (g) Bestimmen, ob die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen in der gegebenen Messperiode innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt; (h) wenn die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von impulshaftem Rauschen innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, Berechnen eines vorbestimmten statistischen Informationskriteriums unter Verwendung des bestimmten Anfangswerts jeder der vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten und/oder des Anfangswerts der Zustandsrauschenergie jedes von zwei Zuständen; (i) Bestimmen, ob impulshaftes Rauschen enthalten ist, auf der Grundlage des berechneten statistischen Informationskriteriums; und (j) Überspringen des Schritts (c6), wenn bestimmt wird, dass kein impulshaftes Rauschen enthalten ist.
Rauscherfassungsverfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt (h) aufweist: den Schritt (h1) zum Bestimmen eines oder mehrerer aus: einer logarithmischen Wahrscheinlichkeit; eines Takeuchi-Informationskriteriums, eines Akaike-Informationskriteriums; und eines Kriteriums, das auf der Anzahl von freien Parametern in dem Takeuchi-Informationskriterium oder Akaike-Informationskriterium basiert, als das statistische Informationskriterium.
Rauscherfassungsverfahren nach Anspruch 13, wobei das Kriterium, das auf der Anzahl freier Parameter basiert, angibt, ob die folgende Gleichung erfüllt ist: [Gl. 1]
K: Informationslänge der beobachteten Rauschfolge E_K: Abtastmittelwert der Folge mit K Abtastungen n_k: Signalpegelwert zum Zeitpunkt k in der beobachteten Rauschfolge σ ^² : gewichtete Verteilung von zwei Zuständen (= P ^₀σ ^₀ ² + P ^₁σ ^₁ ²) (wobei σ ^₀, σ ^₁ : geschätzte Werte von Rauschstandardabweichungen von zwei Zuständen P ^₀, P ^₁ : geschätzte Werte von Wahrscheinlichkeiten von zwei Zuständen), und z: jeder Wert erfüllt z > 0
Rauscherfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Kommunikationsmedium eine elektrische Energieleitung ist, die in einem Fahrzeug angeordnet ist.
Rauscherfassungsvorrichtung (6) zum Erfassen eines Rauschens, das in einem Kommunikationsmedium aufgetreten ist, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Messeinrichtung (64) zum Messen eines Signalpegels in dem Kommunikationsmedium mit einem vorbestimmten Intervall; eine Extrahierungseinrichtung (60) zum Extrahieren eines Messergebnisses für eine vorbestimmte periodische Messeinheit als eine beobachtete Rauschfolge; eine Berechnungseinrichtung (601) zum Berechnen einer Rauschcharakteristik unter Verwendung eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells aus der extrahierten beobachteten Rauschfolge; eine Schätzeinrichtung (601) zum Berechnen einer geschätzten Zustandsfolge, die eine Folge ist, die angibt, ob ein Zustand ein Rauschauftrittszustand ist, aus der berechneten Rauschcharakteristik und der beobachteten Rauschfolge; und eine Erfassungseinrichtung (605) zum individuellen Erfassen jedes impulshaften Rauschens aus der geschätzten Zustandsfolge zu jedem Zeitpunkt innerhalb der periodischen Messeinheit.
Rauscherfassungsvorrichtung (6) nach Anspruch 16, wobei die Schätzeinrichtung (601) unter Verwendung der extrahierten beobachteten Rauschfolge und der Rauschcharakteristik, die für die periodische Messeinheit berechnet wird, eine Vorwärts-Zustandswahrscheinlichkeit, die einen Zustand betrifft, der einem Zustand zu einem jeweiligen Zeitpunkt vorangeht, und eine Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeit, die einen Zustand betrifft, der an einen Zustand zu einem jeweiligen Zeitpunkt anschließt, berechnet, wobei die Schätzeinrichtung (601) eine a-posteriori-Wahrscheinlichkeit des Zustands zu jedem Zeitpunkt unter Verwendung der berechneten Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten berechnet, wobei die Schätzeinrichtung (601) die Berechnung der Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten wiederholt, um die berechnete a-posteriori-Wahrscheinlichkeit zu maximieren, und wobei die Schätzeinrichtung (601) als die geschätzte Zustandsfolge eine Folge von Zuständen zu jedem Zeitpunkt, zu dem die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit maximiert ist, berechnet.
Rauscherfassungsvorrichtung (6) nach Anspruch 16, wobei die Berechnungseinrichtung (601, 602) einen Anfangswert einer Zustandsrauschenergie von jedem aus zwei Zuständen, d. h. einem Zustand, bei dem impulshaftes Rauschen aufgetreten ist, und einem Zustand, bei dem kein impulshaftes Rauschen aufgetreten ist, auf der Grundlage des verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells bestimmt, wobei die Berechnungseinrichtung (601, 602) einen Anfangswert von jeder aus vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten zwischen den beiden Zuständen bestimmt, wobei die Berechnungseinrichtung (601, 603) die Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten unter Verwendung der beobachteten Rauschfolge und der bestimmten Anfangswerte der Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten und der Zustandsrauschenergie berechnet, wobei die Berechnungseinrichtung (601, 603) aus den berechneten Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten die vier Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten in der periodischen Messeinheit und die Zustandsrauschenergie jedes der zwei Zustände bestimmt, wobei die Berechnungseinrichtung (601, 603) wiederholt: die Berechnung der Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten unter Verwendung der bestimmten Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten und der Zustandsrauschenergie; und die Bestimmung der Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten und der Zustandsrauschenergie aus den berechneten Vorwärts- und Rückwärts-Zustandswahrscheinlichkeiten, wobei die Berechnungseinrichtung (601, 603) mit der Wiederholung die Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten und die Zustandsrauschenergie zur Maximierung der Wahrscheinlichkeit der beobachteten Rauschfolge berechnet, und wobei die Berechnungseinrichtung (601) die Rauschcharakteristik durch die berechneten Zustandsübergangswahrscheinlichkeiten und die Zustandsrauschenergie identifiziert.
Rauscherfassungsvorrichtung (6) nach Anspruch 16, wobei das Kommunikationsmedium eine elektronische Energieleitung (3) ist, die in einem Fahrzeug angeordnet ist.
Simulationsverfahren zum Durchführen einer Simulation von Rauschen, das in einem Kommunikationsmedium aufgetreten ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Messen eines Signalpegels in dem Kommunikationsmedium bei mehreren unterschiedlichen bekannten Situationen mit einem vorbestimmten Intervall; Extrahieren eines Messergebnisses für eine vorbestimmte periodische Messeinheit als eine beobachtete Rauschfolge; Berechnen einer Rauschcharakteristik aus der extrahierten beobachteten Rauschfolge unter Verwendung eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells; Berechnen einer geschätzten Zustandsfolge, die eine Folge ist, die angibt, ob ein Zustand ein Rauschauftrittszustand ist, aus der berechneten Rauschcharakteristik und der beobachteten Rauschfolge; individuelles Erfassen jedes impulshaften Rauschens innerhalb der periodischen Messeinheit aus der geschätzten Zustandsfolge; Berechnen einer Frequenz des erfassten impulshaften Rauschens; Aufzeichnen der Rauschcharakteristik, die für jede periodische Messeinheit berechnet wird, und der berechneten Frequenz des impulshaften Rauschens in Verbindung mit der entsprechenden bekannten Situation; Erzeugen einer Zustandsfolge, die auf einem verborgenen Markow-Modell basiert, wobei die Zustandsfolge auf der Grundlage einer Charakteristik des Kommunikationsmediums, das einer Simulation zu unterziehen ist, und unter Verwendung der Rauschcharakteristik, die der Situation, die der Charakteristik des Kommunikationsmediums entspricht, zugeordnet ist, erzeugt wird; und Erzeugen eines Pseudo-Rauschens aus der erzeugten Zustandsfolge und der Frequenz des impulshaften Rauschens.
Simulationsvorrichtung (7) zum Durchführen einer Simulation von Rauschen, das in einem Kommunikationsmedium aufgetreten ist, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Messeinrichtung zum Messen eines Signalpegels in dem Kommunikationsmedium bei mehreren unterschiedlichen bekannten Situationen mit einem vorbestimmten Intervall; eine Extrahierungseinrichtung (70) zum Extrahieren eines Messergebnisses für eine vorbestimmte periodische Messeinheit als eine beobachtete Rauschfolge; eine Berechnungseinrichtung (70) zum Berechnen einer Rauschcharakteristik aus der extrahierten beobachteten Rauschfolge unter Verwendung eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells; eine Schätzeinrichtung (70) zum Berechnen einer geschätzten Zustandsfolge, die eine Folge ist, die angibt, ob ein Zustand ein Rauschauftrittszustand ist, aus der berechneten Richtcharakteristik und der beobachteten Rauschfolge; eine Erfassungseinrichtung (70) zum individuellen Erfassen jedes impulshaften Rauschens innerhalb der periodischen Messeinheit aus der geschätzten Zustandsfolge; eine Frequenzberechnungseinrichtung (70) zum Berechnen einer Frequenz des erfassten impulshaften Rauschens; eine Aufzeichnungseinrichtung (71) zum Aufzeichnen der Rauschcharakteristik, die für jede gegebene periodische Messeinheit berechnet wird, und der berechneten Frequenz des impulshaften Rauschens in Verbindung mit der entsprechenden bekannten Situation; eine Erzeugungseinrichtung (70) zum Erzeugen einer Zustandsfolge, die auf einem verborgenen Markow-Modell basiert, wobei die Zustandsfolge auf der Grundlage einer Konfiguration eines Kommunikationssystems, das einer Simulation zu unterziehen ist, und unter Verwendung der Rauschcharakteristik, die der Situation, die der Konfiguration entspricht, zugeordnet ist, erzeugt wird; und eine Pseudo-Rauscherzeugungseinrichtung (76) zum Erzeugen eines Pseudo-Rauschens aus der erzeugten Zustandsfolge und der Frequenz des impulshaften Rauschens.
Kommunikationssystem, das aufweist: mehrere Kommunikationsvorrichtungen (1); ein Kommunikationsmedium; eine Analysevorrichtung (100); und ein Bandzurückweisungsfilter (21), wobei jede Kommunikationsvorrichtung (1) eine Datenkommunikationseinrichtung zum Empfangen und Übertragen von Daten über das Kommunikationsmedium aufweist, wobei die Analysevorrichtung (100) aufweist: eine Speichereinrichtung (102), in der eine Frequenz eines impulshaften Rauschens und mehrere unterschiedliche bekannte Situationen einander zugeordnet sind; eine Leseeinrichtung (101) zum Lesen einer Rauschcharakteristik und der Frequenz des impulshaften Rauschens aus der Speichereinrichtung; eine Frequenzeinstelleinrichtung (106) zum Einstellen einer Trägerwellenfrequenz derart, dass die Trägerwellenfrequenz innerhalb eines Frequenzbands liegt, das sich von demjenigen des impulshaften Rauschens unterscheidet; und eine Filtereinstelleinrichtung (106) zum Einstellen des Bandzurückweisungsfilters, um das impulshafte Rauschen zu unterdrücken, und wobei die Frequenz des impulshaften Rauschens (107), die in der Speichereinrichtung gespeichert wird, berechnet wird durch: Messen eines Signalpegels in dem Kommunikationsmedium bei jeder bekannten Situation mit einem vorbestimmten Intervall in der Zeitfolge; Extrahieren eines Messergebnisses für eine vorbestimmte periodische Messeinheit als eine beobachtete Rauschfolge; Berechnen einer Rauschcharakteristik für jede periodische Messeinheit auf der Grundlage der extrahierten beobachteten Rauschfolge unter Verwendung eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells und Berechnen einer geschätzten Zustandsfolge aus der Rauschcharakteristik und der beobachteten Rauschfolge; und Berechnen der Frequenz des impulshaften Rauschens aus einem impulshaften Rauschen, das aus der geschätzten Zustandsfolge erfasst wird.
Kommunikationssystem nach Anspruch 22, wobei das Kommunikationsmedium eine elektronische Energieleitung (3) ist, die in einem Fahrzeug angeordnet ist.
Kommunikationssystem, das aufweist: mehrere Kommunikationsvorrichtungen (1); ein Kommunikationsmedium; ein Bandzurückweisungsfilter (21); und eine Steuervorrichtung (100) für das Bandzurückweisungsfilter, wobei jede Kommunikationsvorrichtung (1) eine Datenkommunikationseinrichtung zum Empfangen und Übertragen von Daten über das Kommunikationsmedium aufweist, und wobei die Steuervorrichtung (100) aufweist: eine Messeinrichtung (105) zum Messen eines Signalpegels in dem Kommunikationsmedium mit einem vorbestimmten Intervall; eine Extrahierungseinrichtung (101) zum Extrahieren eines Messergebnisses für eine vorbestimmte periodische Messeinheit als eine beobachtete Rauschfolge; eine Berechnungseinrichtung (1001) zum Berechnen einer Rauschcharakteristik für jede periodische Messeinheit aus der extrahierten beobachteten Rauschfolge auf der Grundlage eines verborgenen Markow-Gauß'schen Rauschmodells; eine Erfassungseinrichtung (1005) zum individuellen Erfassen jedes impulshaften Rauschens aus einer geschätzten Zustandsfolge, die aus der berechneten Rauschcharakteristik und der beobachteten Rauschfolge geschätzt wird; und eine Einstelleinrichtung (106) zum Einstellen und Steuern einer Trägerwellenfrequenz jeder Kommunikationsvorrichtung und des Bandzurückweisungsfilters auf der Grundlage einer Frequenz des erfassten impulshaften Rauschens.
Kommunikationssystem nach Anspruch 24, wobei das Kommunikationsmedium eine elektronische Energieleitung (3) ist, die in einem Fahrzeug angeordnet ist.