DE102011122871B4

DE102011122871B4 - Verfahren zur Analyse eines über ein Übertragungsmedium übertragenen Mischsignals, Signalanalysator, Analysatorfinger-Hardwaremodul und Computerprogramm

Info

Publication number: DE102011122871B4
Application number: DE201110122871
Authority: DE
Inventors: Andrej Tissen; Andreas Wilzeck
Original assignee: wiseSense GmbH
Current assignee: WISESENSE GMBH, DE
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: DE102011122871A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse eines über ein Übertragungsmedium übertragenen Mischsignals (30), das mehrere von unterschiedlichen Signalerzeugern erzeugte Signalanteile aufweist, wobei mittels eines Signalanalysators (1) eine Erkennung des Typs des Signalerzeugers für mehrere unterschiedliche Typen von Signalerzeugern durchgeführt wird, indem geprüft wird, welche Signalanteile das Mischsignal (30) aufweist und hiermit die die Signalanteile hervorrufenden Signalerzeuger wenigstens hinsichtlich des von dem jeweiligen Signalerzeuger verwendeten Funksystem- und Signalstandards identifiziert werden und eine Ergebnisinformation (18) ausgegeben wird, die die identifizierten Signalerzeuger angibt, wobei die Identifikation von unterschiedlichen Typen von Signalerzeugern anhand gespeicherter, vordefinierter Charakteristika von bekannten Funksystem- und Signalstandards durchgeführt wird. Die Erfindung betrifft ferner einen Signalanalysator, ein Analysatorfinger-Hardwaremodul zur modularen Erweiterung eines Signalanalysators sowie ein Computerprogramm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse eines über ein Übertragungsmedium übertragenen Mischsignals gemäß dem Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner einen Signalanalysator gemäß dem Anspruch 10, ein Analysatorfinger-Hardwaremodul zur modularen Erweiterung eines Signalanalysators gemäß dem Anspruch 12 sowie ein Computerprogramm gemäß dem Anspruch 13.
Allgemein betrifft die Erfindung die Analyse von Mischsignalen, die z. T. auch als Signalgemisch bezeichnet werden. Es gibt bereits Vorschläge, solche Mischsignale zu analysieren nach bestimmten Signalarten zu klassifizieren, z. B. danach, ob es sich um einfach oder doppelt modulierte Signale, analoge oder digitale Signale oder Mehrträgermodulationssignale handelt, wie z. B. aus DE 10 2004 017 548 B4 bekannt. Dies erlaubt allerdings nur eine relativ grobe Analyse und Klassifikation der in dem Mischsignal enthaltenen Signalanteile.
Aus der US 6,690,746 B1 geht ein Signalanalysator hervor, der übliche Kommunikationssignale klassifizieren kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Analyse eines über ein Übertragungsmedium übertragenen Mischsignals, das mehrere von unterschiedlichen Signalerzeugern erzeugte Signalanteile aufweist, anzugeben, dass eine feinere Klassifikation ermöglicht und insbesondere keine trainierbaren Modelle erfordert. Ferner soll ein hierfür geeigneter Signalanalysator, ein Analysatorfinger-Hardwaremodul und ein Computerprogramm hierfür angegeben werden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Hiermit ist eine wesentlich feinere Klassifikation und Unterscheidung von Signalerzeugern möglich, da eine Erkennung des Typs des Signalerzeugers durchgeführt wird und der Typ des Signalerzeugers hinsichtlich des verwendeten Funksystem- und Signalstandards identifiziert wird. Hiermit ist eine sehr feine Unterscheidung von Typen von Signalerzeugern möglich. z. B. kann bei im 2,4 GHz-Band sendenden Signalerzeugern unterschieden werden zwischen WLAN- und Bluetooth-Signalerzeugern. Bei WLAN-Signalerzeugern kann weiter unterschieden werden zwischen dem WLAN-Standard WLAN-B und WLAN-G. Zusätzlich kann bei entsprechend gespeicherten, vordefinierten Charakteristika von bekannten Funksystem- und Signalstandards eine noch feinere Unterscheidung durchgeführt werden nach den Derivaten verwendeter Funkstandards, so dass der Typ des Signalerzeugers auch hinsichtlich des eingesetzten Funksignalstandard-Derivats identifiziert werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass keine trainierbaren Modelle für die Durchführung der Analyse erforderlich sind, sondern gespeicherte, vordefinierte Charakteristika von bekannten Funksystem- und Signalstandards herangezogen werden. Dies vermeidet den Trainingsaufwand und den damit verbundenen Zeitaufwand, wie er bei Verfahren gemäß dem Stand der Technik erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass alle beliebigen Signalarten in die Analyse einbezogen werden können und nicht, wie z. B. bei DE 10 2004 017 548 B4 , bestimmte Signalarten wie Spread-Spektrum-Signale oder Frequency-Hopping-Signale ausgeschlossen werden müssen. Bei der vorliegenden Erfindung kann vielmehr eine detektierte Information über das vorhandene Spread-Spektrum-Verfahren oder Frequency-Hopping-Verfahren im Mischsignal zur genaueren Identifizierung des Typs des Signalerzeugers oder der Signalerzeuger herangezogen werden.
Das Übertragungsmedium kann im Falle drahtloser Übertragung ein Funkkanal sein, oder bei drahtgebundener Übertragung eine Übertragungsleitung, z. B. eine elektrische (galvanische) Leitung oder eine Glasfaserleitung.
Gemäß der Erfindung weisen die gespeicherten, vordefinierten Charakteristika von bekannten. Funksystem- und Signalstandards eine Regelwerk-Datenbank auf, in der die von dem Signalanalysator anzuwendenden Regeln, Strategien und Methoden und/oder deren signal- und standardspezifische Ausführungsreihenfolgen und Realisierungen für die Typ-Erkennung von Signalerzeugern gespeichert sind. Dies hat den Vorteil, dass mittels der Regelwerk-Datenbank sehr detailliert die Charakteristika der bekannten Funksystem- und Signalstandards hinterlegt werden können, so dass eine sehr feine Unterscheidung mit hoher Granularität zwischen den Typen von Signalerzeugern ermöglicht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die Regelwerk-Datenbank eine oder mehrere der folgenden Basisdaten von bekannten Funksystem- und Signalstandards:

a) eine Liste mit Informationen der Funkfrequenzregulierung und die damit verknüpften zulässigen Frequenzzugangsmechanismen,
b) eine Liste der Funksystem- und Signalstandards,
c) eine Ergänzung der Liste der Funksystem- und Signalstandards um die Daten:
– genutzte Frequenzbereiche,
– genutzte Hochfrequenz-Bandbreiten,
– genutzte Frequenzzugangsmechanismen,
– Verbreitung des Funksystem- und Signalstandards, insbesondere geografische Verbreitung,
d) für jeden Funksystem- und Signalstandard in der Liste der Funksystem- und Signalstandards jeweils eine Liste mit den Daten:
– festzustellende charakteristische Merkmale des jeweiligen Funksystem- und Signalstandards,
– die jeweils zur Feststellung des charakteristischen Merkmals zugehörigen und zu prüfenden spezifischen Realisierungen von Derivaten des jeweiligen Funksystem- und Signalstandards.

Gemäß der Erfindung weisen die gespeicherten, vordefinierten Charakteristika von bekannten Funksystem- und Signalstandards ein Repositorium auf, in dem spezifische Realisierungen von Funksystem- und Signalstandards in Signalerzeugern in Form von Computerprogrammmodulen gespeichert sind. Ein solches Repositorium hat den Vorteil, dass speziell auf die verwendete Hardware-Plattform des Signalanalysators angepasste Computerprogrammmodule vorgehalten werden können, mit denen der Signalanalysator einen bestimmten, zu untersuchenden Signalanteil des Mischsignals in gleicher Weise aufwerten kann wie ein Empfänger, der nach dem korrespondierenden Funksystem- und Signalstandard arbeitet. Hierdurch können auch komplexere Signalspezifika analysiert und identifiziert werden, wie z. B. verschlüsselt codierte Signale. Die Computerprogrammmodule können z. B. in Form von Objektcode oder Firmware in dem Repositorium gespeichert sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Signalanalysator für eine parallelisiert ausführbare Analyse des Mischsignals auf unterschiedliche Typen von Signalerzeugern mittels mehrerer Analysatorfinger konfigurierbar, wobei einem Analysatorfinger dynamisch jeweils ein Analyseauftrag zugewiesen wird und der Analysatorfinger in Durchführung des Analyseauftrags das Mischsignal oder einen Teil davon jeweils auf einen Signalanteil eines bestimmten Typs von Signalerzeuger wenigstens im Hinblick auf den vom jeweiligen Signalerzeuger verwendeten Funksystem- und Signalstandard untersucht.
Das Vorsehen einer solchen parallelisiert ausführbaren Analyse mittels mehrerer Analysatorfinger hat den Vorteil, dass das Verfahren weitgehend beliebig skalierbar ist und bei entsprechend hoher Parallelisierung eine schnelle Verarbeitung mit hohem Datendurchsatz erlaubt. Die Skalierbarkeit hat den Vorteil, dass das Verfahren auf unterschiedlich ausgestatteten Hardwareplattformen mit mehr oder weniger leistungsfähiger Hardware ausgeführt werden kann, wobei bei geringerer Leistungsfähigkeit der Hardware der für die Analyse des Mischsignals notwendige Zeitraum länger ist als bei höherwertiger Hardware. Hierdurch kann ein Signalanalysator realisiert werden, der je nach durchzuführenden Signalanalyseaufgaben und vorhandenem finanziellen Budget mit mehr oder weniger aufwendiger Hardware bestückt sein kann und bei Bedarf später um weitere Hardwaremodule erweitert werden kann. Die Verwendung mehrerer Analysatorfinger, denen dynamisch jeweils ein Analyseauftrag zugewiesen wird, erlaubt eine hochgradig parallelisierte Verarbeitung, was insbesondere bei der Analyse von Mischsignalen mit einer hohen Anzahl von Signalanteilen unterschiedlicher Signalerzeuger Vorteile hinsichtlich der Dauer der Analyse ergibt. Sofern während der Analyse des Mischsignals ein Analysatorfinger seinen ihm zugewiesenen Analyseauftrag bereits abgeschlossen hat, kann ihm ein zweiter oder ggf. weiterer Analyseauftrag innerhalb desselben Analysevorgangs des Mischsignals zugewiesen werden.
Der Analysatorfinger kann z. B. als Hardwaremodul des Signalanalysators oder als ein Softwaremodul ausgebildet sein. In dem Signalanalysator können als Hardwaremodule und Softwaremodule ausgebildete Analysatorfinger auch kombiniert vorgesehen sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung führt ein Analysatorfinger einen Analyseauftrag unter Verwendung von Daten aus der Regelwerk-Datenbank und/oder Computerprogrammmodulen aus dem Repositorium aus, wobei der Analysatorfinger sich während der Ausführung eines Analyseauftrags zur Prüfung, ob im Mischsignal ein Signalanteil von einem bestimmten Typ von Signalerzeuger vorhanden ist, anhand von Daten aus der Regelwerk-Datenbank und/oder Computerprogrammmodulen aus dem Repositorium dynamisch rekonfiguriert. Dies erlaubt eine hochgradig flexible Anpassung der Analysatorfinger an den jeweiligen Analyseauftrag bzw. an die spezifischen Charakteristika eines zu identifizierenden Funksystem- und Signalstandards. Dies hat den Vorteil, dass für die Analysatorfinger jeweils einheitliche, gleich ausgestattete Hardwaremodule oder identische Softwaremodule verwendet werden können, was vorteilhaft ist, um den Aufwand für die Entwicklung und Herstellung des Signalanalysators zu begrenzen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Mischsignal zunächst in einer Voranalyseeinheit analysiert, in der aus der von dem Signalanalysator maximal unterscheidbaren Menge an Typen von Signalerzeugern eine Menge an Kandidatentypen von Signalerzeugern ausgewählt werden, die einer anschließenden Analyse, ob Signalanteile von solchen Kandidatentypen von Signalerzeugern tatsächlich im Mischsignal vorhanden sind, zugeführt werden. Eine solche Voranalyseeinheit hat den Vorteil, dass die näher zu untersuchende Menge an Typen von Signalerzeugern vorab eingegrenzt werden kann, so dass die Signalanalyse schneller abgeschlossen werden kann. In der Voranalyseeinheit können z. B. vorgefundene Signale von Rauschen unterschieden werden, z. B. mittels Energiedetektion. Ferner können in der Voranalyseeinheit erste initiale Parameter ermittelt werden, wie z. B. Trägerfrequenz, Bandbreite und aktiver Zeitabschnitt. Hierzu kann das Spektrogramm des Mischsignals herangezogen werden, z. B. in Form der spektralen Leistungsdichte über die Frequenz und die Zeit. Die initialen Parametersätze der Voranalyseeinheit sind dabei eine Hypothese für die möglichen Signalerzeuger und stellen eine Eingangsgröße für das weitere Verfahren der Analyse dar.
Zur Unterscheidung der Signale vom Rauschen werden in der Voranalyseeinheit z. B. eine Filterung durchgeführt, weitere Detektionsverfahren und Parameterschätzverfahren. Ausgangsgröße der Voranalyseeinheit ist damit eine Untermenge an Kandidatentypen von Signalerzeugern, die dann der weiteren, detaillierteren Analyse und Klassifikation des Typs von Signalerzeugern zugeführt wird. In der Voranalyseeinheit erfolgt insbesondere eine Vorverarbeitung hinsichtlich der Signalpositionen im Frequenzspektrum sowie auf der Zeitachse. Charakteristisch für die Signale sind Trägerfrequenz, Brandbreite und Start- und Endzeitpunkt der Aktivität, so dass in der Voranalyseeinheit das Mischsignal oder ein Teil davon auf diese Kriterien hin untersucht wird. Die Untermenge an Kandidatentypen, die von der Voranalyseeinheit an die Analysatorfinger zur weiteren Analyse abgegeben wird, kann in Form von initialen Parametersätzen zur Parametrierung des jeweiligen Analysatorfingers abgegeben werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist eine Fingerzuweisungslogik jeweils Parameterdaten von einem in der Voranalyse bestimmten Kandidatentyp eines Signalerzeugers einem Analysatorfinger zur weiteren Analyse zu, ob Signalanteile des Kandidatentyps tatsächlich im Mischsignal vor- handen sind, wobei je nach Vorhandensein und Auslastung der Analysatorfinger mehrere Analyseaufträge in dem Signalanalysator parallel ausführbar sind. Durch die Fingerzuweisungslogik wird somit vorteilhaft eine Verteilung der Arbeitslast auf die vorhandene Anzahl von Analysatorfingern vorgenommen, so dass durch entsprechende parallele Verarbeitung eine hohe Gesamtverarbeitungsgeschwindigkeit des Signalanalysators erzielt werden kann. Sofern weniger Analysatorfinger als Analyseaufträge verfügbar sind, weist die Fingerzuweisungslogik zunächst einen Teil der Analyseaufträge den Analysatorfingern zu und vergibt weitere der noch nicht bearbeiteten Analyseaufträge an Analysatorfinger, die ihren Analyseauftrag abgeschlossen haben. Auf diese Weise wird eine kombinierte parallele und serielle Abarbeitung der Analyseaufträge bei optimaler Auslastung der Analysatorfinger realisiert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gibt der Analysatorfinger als Ergebnis eines Analyseauftrags den identifizierten Typ des Signalerzeugers hinsichtlich des Funksystem- und Signalstandards sowie eine Angabe über die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Identifikation aus. Die von den Analysatorfingern ausgegebenen Ergebnisse können in einer Ergebnisliste, der sogenannten Radio-Environment-Map, gesammelt werden und während der Analyse oder nach Abschluss der gesamten Analyse über eine Schnittstelle ausgegeben werden. Ein Vorteil ist, dass neben der Angabe über einen identifizierten Typ des Signalerzeugers zusätzlich eine Angabe über die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Identifikation ausgegeben wird, was es erlaubt, die Ergebnisse der Analyse zusätzlich hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit zu bewerten. Es wird somit nicht nur eine Ja/Nein-Information ermittelt, sondern durch die Angabe über die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Identifikation eine zusätzliche Hilfestellung für die Auswertung der Analyseergebnisse gegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regelwerk-Datenbank und/oder das Repositorium über eine Datenschnittstelle von einem externen Rechner aktualisiert wird. Dies hat den Vorteil, dass der Signalanalysator regelmäßig an den jeweils neuesten Stand der Entwicklung bei den Funksystem- und Signalstandards angepasst werden kann, so dass auch zukünftige neue Standards erkannt werden können und Signalerzeuger dieses Typs identifiziert werden können. Dies ermöglicht eine große Flexibilität und langfristige Nutzbarkeit des Signalanalysators.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Signalanalysator, der wenigstens aufweist:

– einen ersten Speicher, in dem ein Computerprogramm gespeichert ist,
– einen zweiten Speicher, in dem eine Regelwerk-Datenbank gespeichert ist, und/oder einen dritten Speicher, in dem ein Repositorium gespeichert ist,
– einen Rechner, der Zugriff auf den ersten Speicher und den zweiten bzw. dritten Speicher hat, wobei der Signalanalysator eingerichtet zur Ausführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner ausgeführt wird.

Hierbei können der erste, der zweite und der dritte Speicher physikalisch als getrennte Speichermedien oder auch als gemeinsame Speichermedien ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Signalanalysator Einsteckplätze zum Einstecken von einem oder mehreren als modulare Erweiterung des Signalanalysators einzubauenden Analysatorfinger-Hardwaremodulen auf. Dies erlaubt eine flexible hardwaremäßige Skalierung des Signalanalysators nach einer Art Baukastenprinzip. Die Analysatorfinger-Hardwaremodule können im Betrieb flexibel konfigurierbar sein, so dass auch für die Ausführung unterschiedlicher Analyseaufträge ein einheitlicher Hardwareaufbau der Analysatorfinger-Hardwaremodule vorgesehen sein kann.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Analysatorfinger-Hardwaremodul zur modularen Erweiterung eines Signalanalysators der zuvor erläuterten Art, wobei das Analysatorfinger-Hardwaremodul wenigstens aufweist:

– einen ersten Speicher, in dem ein Computerprogramm gespeichert ist,
– eine Schnittstelle zu einer Regelwerk-Datenbank und/oder zu einem Repositorium,
– einen Rechner, der Zugriff auf den ersten Speicher und die Schnittstelle hat,

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, insbesondere gespeichert auf einem maschinenlesbaren Träger, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens der zuvor beschriebenen Art, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann insbesondere als ein Analysatorfinger-Softwaremodul ausgebildet sein, das die Funktion des zuvor erläuterten Analysatorfingers ausführt, wenn es auf einem Rechner des Signalanalysators ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Signalanalysator in schematischer Darstellung und
2 eine Ausführung von Analysatorfingern als Softwaremodule und
3 eine Ausführung an Analysatorfingern als Hardwaremodule.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Der in 1 dargestellte Signalanalysator 1 empfängt über ein Übertragungsmedium ein Mischsignal 30, wobei hier angenommen ist, dass das Mischsignal 30 über eine Antenne 2 empfangen wird. Das Mischsignal 30 wird einer Voranalyseeinheit 4 zugeführt. Die Voranalyseeinheit 4 weist eingangsseitig ein Hochfrequenzempfangsmodul auf, das das Mischsignal 30 von einem vorgegebenen Frequenzbereich mit einer vorbestimmten Bandbreite der Hochfrequenzlage auf eine Zwischenfrequenzlage oder direkt in ein Basisband transformiert. In der Voranalyseeinheit 4 wird das hierdurch erzeugte analoge Zwischenfrequenzsignal bzw. Basisbandsignal dann mit einem Tiefpass gefiltert (Anti-Aliasing-Filter), abgetastet und digitalisiert. Die abgetasteten digitalen Daten werden in einem Signalspeicher des Signalanalysators 1 für die weitere Verarbeitung zwischengespeichert. Auf diesen Signalspeicher können die Voranalyseeinheit 4 sowie die noch zu erläuternden Analysatorfinger zugreifen.
Die Voranalyseeinheit 4 führt sodann eine Unterscheidung der zu erkennenden Signale von Rauschsignalen durch. Aus den hierbei ermittelten Signalanteilen werden mittels Filterung, Detektionsverfahren und Parameterschätzverfahren die Kandidatentypen von Signalerzeugern bestimmt und in Form von jeweiligen Parameterdaten charakterisiert. Die Parameterdaten werden von der Voranalyseeinheit 4 dann einer Fingerzuweisungslogik 6 übergeben. Die Fingerzuweisungslogik 6 erzeugt aus den Parameterdaten Analyseaufträge, wobei jeder Analyseauftrag zur Identifikation eines Kandidatentypen von Signalerzeuger dient. Die Fingerzuweisungslogik 6 verteilt die Analyseaufträge dann je nach aktueller Auslastung der in dem Signalanalysator 1 vorhandenen Analysatorfingern 8, 9, 10 auf diese Analysatorfinger, wobei jeweils ein Analyseauftrag einem Analysatorfinger 8, 9, 10 zugewiesen wird. Dies ist in der 1 durch die Pfeile 7 dargestellt, wobei durch die jeweils drei Punkte zwischen den Pfeilen bzw. zwischen den Analysatorfingern 8, 9, 10 angedeutet werden soll, dass es sich um eine grundsätzlich beliebige Anzahl von Analysatorfingern handeln kann, zur Vereinfachung aber nur beispielhaft drei Analysatorfinger dargestellt sind.
Bei der Fingerzuweisungslogik 6 handelt es sich um eine Kontrollinstanz, die entweder in Form einer Warteschlange, nach Priorität oder manueller Vorgabe Analyseaufträge den Analysatorfingern 8, 9, 10 zuweist. Hierzu wird die vermutete Trägerfrequenz, die Signalbandbreite und der Zeitabschnitt der Aktivität an den Analysatorfinger 8, 9, 10 übergeben. Der Analysatorfinger analysiert dann den hierdurch definierten Zeit- und Frequenzabschnitt der in dem Speicher gespeicherten digitalen Daten des Mischsignals 30.
Ein Analysatorfinger 8, 9, 10 weist jeweils ein Vorverarbeitungsmodul 14, ein Eigenschaftsdetektionsmodul 15, ein Parameterschätzungsmodul 16 sowie ein Signalklassifikationsmodul 17 auf. Die genannten Module 14, 15, 16, 17 sind dynamisch anhand von Daten aus einer Regelwerk-Datenbank 12 und einem Repositorium 23 rekonfigurierbar.
Hierzu weist der Signalanalysator 1 einen zweiten Speicher 11 auf, in dem die Regelwerk-Datenbank 12 gespeichert ist. Die Regelwerk-Datenbank 12 enthält Expertenwissen über bekannte Funksystem- und Signalstandards, die zu einer eindeutigen Identifikation des Funksystem- oder Signalstandards führen, z. B. in der Art:

1. Eine Liste A mit Informationen der Funkfrequenzregulierung (z. B. dem an der Örtlichkeit geltenden (z. B. nationalen) Frequenzzuweisungsplan) und die damit verknüpften zulässigen Frequenzzugangsmechanismen.
2. Eine Liste B der Funk- und Signalstandards ergänzt um die spezifischen Informationen
a. genutzte Frequenzbereiche
b. genutzte HF Brandbreiten
c. genutzte Frequenzzugangsmechanismen
d. Verbreitung des Funksystem- bzw. Signalstandards (ggf. als anwendungs- bzw. branchen-spezifische Voreinstellung)
3. Eine Liste C die je Funksystem- und Signalstandard
a. die festzustellenden charakteristischen Merkmale sowie
b. die jeweils zur Feststellung des Merkmals zugehörigen und der Reihe nach auszuführenden spezifischen Realisierungen von Funktionen bzw. Verfahren.

Ein festzustellendes charakteristisches Merkmal der Liste C kann hierbei ein messbarer bzw. durch statistische Verfahren abschätzbarer Parameter (z. B. Trägerfrequenz, Bandbreite, Crest-Faktor, Periodizität von Korrelationen, Unterträgerabstand, Framelänge, Symboldauer, Periode, Duty Cycle) sein oder auch eine Eigenschaft (z. B. Verhalten über Zeit und Frequenz, Ein- oder Mehrträgermodulation, eingebettete Strukturen, Modulationsart, Symbolalphapet, mögliche Kanalmittenfrequenzen usw.).
Merkmale auf Basis von messbaren oder abschätzbaren Parametern werden als Wert oder Wertebereich oder als Mittelwert und Standardabweichung charakterisiert. Für die zur Messung oder Schätzung heranzuziehende Realisierung wird eine Bewertung hinsichtlich ihrer grundsätzlichen Zuverlässigkeit für die Aufgabe hinterlegt.
Merkmale auf Basis einer Eigenschaft werden abstrakt als „vorhanden” oder „nicht vorhanden” o. ä. behandelt und zusätzlich die typischen Wahrscheinlichkeiten für Detektion und Fehlalarm spezifisch für die zu nutzenden Realisierung angegeben.
Neben etablierten Funksystem- und Signalstandards umfasst die Regelwerk-Datenbank 12 proprietäre Funklösungen sowie Derivate, die sich durch anwendungsspezifische oder herstellerspezifische Modifikationen von in den Standards festgelegten Varianten unterscheiden können, z. B. durch andere Frequenzsprungweiten, Frequenzzugangsmechanismen, Framelängen, Duty Cycle.
Ferner weist der Signalanalysator 1 ein in einem dritten Speicher 22 gespeichertes Repositorium 23 auf. Das Repositorium 23 enthält Computerprogrammmodule, mit denen spezifische Realisierungen von Funksystem- und Signalstandards in Signalerzeugern nachgebildet werden können. Die Computerprogrammmodule können als Objektcode oder Firmware in einer von einem Analysatorfinger ausführbaren Form gespeichert sein.
Ein Analysatorfinger 8, 9, 10 führt einen zugewiesenen Analyseauftrag wie folgt aus. Gemäß dem von der Fingerzuweisungslogik 6 zugewiesenen Parameterdatensatz wird der Analysatorfinger entsprechend den Vorgaben aus der Regelwerk-Datenbank 12 rekonfiguriert, d. h. spezifisch an die zu bewältigende Aufgabe angepasst. Dies ist in der 1 durch die Pfeile 13 dargestellt. Diese Anpassung kann durch Anpassung von Softwarefunktionen oder in Form von rekonfigurierbaren Hardwarebausteinen des Analysatorfingers, z. B. Array-Prozessoren, durchgeführt werden. Zudem werden in den Analysatorfinger die notwendigen Realisierungen der Methoden bzw. Funktionen der zu identifizierenden Typen von Signalerzeugern durch Einladen von einem oder mehreren Computerprogrammmodulen aus dem Repositorium 23 übertragen. Dies ist in der 1 durch die Pfeile 20 dargestellt. Zunächst wird eine Rekonfiguration des Vorverarbeitungsmoduls 14 des Analysatorfingers durchgeführt. Hierdurch wird das Vorverarbeitungsmodul 14 auf die durch das Vorverarbeitungsmodul 14 durchzuführende digitale Bandpassfilterung konfiguriert, auf die Änderung der Abtastrate, der Skalierung des Wertebereichs und der Frequenzlage des zu identifizierenden Signalanteils des Kandidatentyps. Die hierzu benötigten Parameter und Vorgaben hinsichtlich der anzuwendenden Methoden und zu verwendenden Realisierungen erhält der Analysatorfinger aus der zuvor genannten Liste C der Regelwerk-Datenbank 12.
Als zweiter Schritt wird eine Rekonfiguration der Analyse-Funktionen des Analysatorfingers durchgeführt. Hierzu werden das Eigenschaftsdetektionsmodul 15, das Parameterschätzungsmodul 16 und das Signalklassifikationsmodul 17 entsprechend rekonfiguriert. Diese Analyse-Funktionen dienen der Feststellung von spezifischen Merkmalen von Signalanteilen des Kandidatentyps. Sie umfassen Methoden zur Messung bzw. Schätzung von Parametern und die Extraktion von Signaleigenschaften. Die anzuwendenden Methoden, deren Reihenfolge und die Nutzung einer parallelen Ausführung verschiedener Methoden sowie die jeweils zu nutzende Realisierung werden entsprechend den Vorgaben aus der Liste C der Regelwerk-Datenbank 12 entnommen.
In einem dritten Schritt erfolgt eine Klassifikation bzw. Identifikation eines Funksystem- und Signalstandards. Dies wird anhand von bereits festgestellten Merkmalen durch erneuten Abgleich mit Daten aus der Regelwerk-Datenbank 12 (Listen A, B und C) nach einem iterativen Prinzip durchgeführt. Die Identifikation erfolgt direkt oder über alle möglichen Kandidatentypen nach dem Ausschlussprinzip, wobei auch zuvor ausgeschlossene Kandidatentypen aufgrund einer Null-Bewertung der erkannten Merkmale in Folge der iterativen Ausführung wieder hinzutreten können. Zusätzlich wird hierbei ermittelt, wie sicher die Identifikation ist und welche Wahrscheinlichkeiten für das Zutreffen der ermittelten Identifikation des Typs des Signalerzeugers gelten.
Wenn der Analysatorfinger seinen Analyseauftrag abgeschlossen hat, übergibt dieser als Ergebnis den identifizierten Typ des Signalerzeugers hinsichtlich des Funksystem- und Signalstandards sowie eine Angabe über die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Identifikation an einen Ergebnisspeicher 18, die sog. Radio Environment Map, aus. Diese repräsentiert den Zustand des Übertragungsmediums und verzeichnet dessen Ursachen, z. B. Signalquellen wie z. B. Radar-Funksysteme und Störquellen, sowie die zugrunde liegenden Funksystem- und Signalstandards. Die Radio Environment Map steht fortlaufend aktualisiert externen Anwendungen über eine externe Schnittstelle 5 zur Verfügung. Über die externe Schnittstelle 5 können die Inhalte der Radio Environment Map ausgelesen werden, bzw. aktiv von dem Signalanalysator 1 ausgegeben werden. Die externe Schnittstelle 5 kann z. B. mit einem Computermonitor oder einem Computer zur weiteren Auswertung der Daten verbunden werden. Über die externe Schnittstelle 5 können auch von der Voranalyseeinheit 4 ermittelte Daten ausgegeben werden.
An die externe Schnittstelle 5 können ferner rekonfigurierbare Network Sniffer, Radio Resource Manager, Netzwerkmanager und Reportgeneratoren angeschlossen werden.
Die vorgenannten Schritte werden iterativ durchlaufen, bis eine eindeutige bzw. hinreichend sichere Identifikation oder eine hinreichend gute Klassifikation erreicht wurde oder zumindest eine vorgegebene Anzahl von Iterationsschritten durchgeführt wurde. Hierfür verwendete Schwellwerte für die Anzahl der Iterationsschritte oder die Genauigkeit der Identifikation oder Klassifikation können dabei an dem Signalanalysator 1 von einem Benutzer eingestellt werden.
Ferner ist eine externe Schnittstelle 3 vorgesehen, über die Einstellungen an der Vorananalyseeinheit 4 oder der Regelwerk-Datenbank 12 vorgenommen werden können.
Des Weiteren ist eine Aktualisierungsschnittstelle 21 vorgesehen, über die Aktualisierungen der Regelwerk-Datenbank 12 und des Repositoriums 23 durchgeführt werden können. Hierfür kann ein Rechner an die Aktualisierungsschnittstelle 21 angeschlossen werden und entsprechend aktualisierte Daten in den zweiten Speicher 11 oder den dritten Speicher 22 einschreiben. Die aktualisierten Daten können einem Benutzer beispielsweise über das Internet zur Verfügung gestellt werden.
Die Radio Environment Map 18 enthält Informationen über die Funkumgebung an der Örtlichkeit der durchgeführten Analyse. In Multisensor-Anwendungen kann diese auch mehrere verschiedene Örtlichkeiten wiedergeben. Die Radio Environment Map enthält hierneben Informationen über das Vorhandensein von Signalanteilen bestimmter Stärke auch Informationen zu den Signaleigenschaften sowie zu den möglichen Signalerzeugern und den von denen verwendeten Funksystem- und Signalstandards.
Bei der Abarbeitung des Analyseauftrags in dem Analysatorfinger können vielfältige Signalvorverarbeitungen, Parameterschätzungen und Eigenschaftsdetektionen zur Anwendung kommen. Diese Analyseschritte können ggf. auch parallelisiert innerhalb eines Analysatorfingers durchgeführt werden. In einem solchen Fall weist dann ein Analysatorfinger ggf. mehrere Vorverarbeitungsmodule, Eigenschaftsdetektionsmodule und Parameterschätzungsmodule auf. Auch der Einsatz von spezialisierten Hardware-Beschleunigungsmodulen kann vorteilhaft vorgesehen werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass in jedem Schritt, den ein Analysatorfinger durchführt, eine Tabelle in der Radio Environment Map generiert oder aktualisiert wird, die die bisher erkannten Eigenschaften sowie die noch möglichen Signalklassen unter Angabe ihrer Wahrscheinlichkeit oder Zuverlässigkeit enthält.
Die 2 zeigt als Ausschnitt des Blockschaltbilds der 1 mehrere als Softwaremodule realisierte Analysatorfinger 8, 9, 10 sowie einen Rechner 26 des Signalanalysators 1, der mit einem ersten Speicher 24 des Signalanalysators 1 in Verbindung steht. In dem ersten Speicher 24 ist ein Computerprogramm gespeichert. Der Rechner 26 führt das Computerprogramm aus, wobei das Computerprogramm ggf. auch mehrfach parallel ausgeführt werden kann. Hierdurch werden softwaremäßige Analysatorfinger 8, 9, 10 realisiert, die auf dem Rechner 26 ausgeführt werden, wie durch die Pfeile 25 in 2 dargestellt, wobei das ausgeführte Computerprogramm dann das erwähnte Vorverarbeitungsmodul 14, das Eigenschaftsdetektionsmodul 15, das Parameterschätzungsmodul 16 und das Signalklassifikationsmodul 17 enthält. Der Rechner 26 kann z. B. einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller aufweisen, oder auch mehrere Mikroprozessoren oder Mikrocontroller. Ebenso kann der erste Speicher 24 aus einem oder mehreren Speichermodulen bestehen.
Die 3 zeigt eine Ausführungsform des Signalanalysators, bei dem die Analysatorfinger 8, 9, 10 als Hardwaremodule ausgebildet sind. Die Analysatorfinger-Hardwaremodule 8, 9, 10 sind in Einsteckplätze 27, 28, 29 des Signalanalysators 1 eingesteckt. Jedes Analysatorfinger-Hardwaremodul 8, 9, 10 weist einen eigenen Rechner 26 und einen eigenen ersten Speicher 24 auf. Auf dem ersten Rechner 26 wird ein in dem ersten Speicher 24 gespeichertes Computerprogramm ausgeführt, das zur Durchführung eines Analyseauftrags dient. Der Rechner 26 ist über eine Schnittstelle 31 mit der Regelwerk-Datenbank 12 und/oder dem Repositorium 23 verbunden.

Claims

Verfahren zur Analyse eines über ein Übertragungsmedium übertragenen Mischsignals (30), das mehrere von unterschiedlichen Signalerzeugern erzeugte Signalanteile aufweist, wobei mittels eines Signalanalysators (1) eine Erkennung des Typs des Signalerzeugers für mehrere unterschiedliche Typen von Signalerzeugern durchgeführt wird, indem geprüft wird, welche Signalanteile das Mischsignal (30) aufweist und hiermit die die Signalanteile hervorrufenden Signalerzeuger wenigstens hinsichtlich des von dem jeweiligen Signalerzeuger verwendeten Funksystem- und Signal-standards identifiziert werden und eine Ergebnisinformation (18) ausge-geben wird, die die identifizierten Signalerzeuger angibt, wobei die Identi-fikation von unterschiedlichen Typen von Signalerzeugern anhand gespei-cherter, vordefinierter Charakteristika von bekannten Funksystem- und Signalstandards durchgeführt wird, wobei die gespeicherten, vordefinier-ten Charakteristika von bekannten Funksystem- und Signalstandards ein Repositorium (23) aufweisen, in dem spezifische Realisierungen von Funksystem- und Signalstandards in Signalerzeugern in Form von Com-puterprogrammmodulen gespeichert sind, wobei in einen einen Analyseauftrag ausführenden Analysatorfinger des Signalanalysators bei Bedarf ein oder mehrere Computerprogrammmodule aus den Repositorium (23) eingeladen und auf einem Rechner des Analysatorfingers ausgeführt werden, so dass der Signalanalysator einen bestimmten zu untersuchenden Signalanteil des Mischsignals in gleicher Weise auswerten kann wie ein Empfänger, der nach dem korrespondierenden Funksystem- und Signalstandard arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherten, vordefinierten Charakteristika von bekannten Funksystem- und Signalstandards eine Regelwerk-Datenbank (12) aufweisen, in der die von dem Signalanalysator (1) anzuwendenden Regeln, Strategien und Methoden und/oder deren signal- und standard-spezifische Ausführungsreihenfolgen und Realisierungen zur Typ-Erkennung von Signalerzeugern gespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelwerk-Datenbank (12) eine oder mehrere der folgenden Basisdaten von bekannten Funksystem- und Signalstandards enthält: a) eine Liste mit Informationen der Funkfrequenzregulierung und die damit verknüpften zulässigen Frequenzzugangsmechanismen, b) eine Liste der Funksystem- und Signalstandards, c) eine Ergänzung der Liste der Funksystem- und Signalstandards um die Daten: – genutzte Frequenzbereiche, – genutzte Hochfrequenz-Bandbreiten, – genutzte Frequenzzugangsmechanismen, – Verbreitung des Funksystem- und Signalstandards, d) für jeden Funksystem- und Signalstandard in der Liste der Funksystem- und Signalstandards jeweils eine Liste mit den Daten: – festzustellende charakteristische Merkmale des jeweiligen Funksystem- und Signalstandards, – die jeweils zur Feststellung des charakteristischen Merkmals zugehörigen und zu prüfenden spezifischen Realisierungen von Derivaten des jeweiligen Funksystem- und Signalstandards.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalanalysator (1) für eine parallelisiert ausführbare Analyse des Mischsignals (30) auf unterschiedliche Typen von Signalerzeugern mittels mehrerer Analysatorfinger (8, 9, 10) konfigurierbar ist, wobei einem Analysatorfinger (8, 9, 10) dynamisch jeweils ein Analyseauftrag zugewiesen wird und der Analysatorfinger (8, 9, 10) in Durchführung des Analyseauftrags das Mischsignal (30) oder einen Teil davon jeweils auf einen Signalanteil eines bestimmten Typs von Signalerzeuger wenigstens im Hinblick auf den vom jeweiligen Signalerzeuger verwendeten Funksystem- und Signalstandard untersucht.
Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Analysatorfinger (8, 9, 10) einen Analyseauftrag unter Verwendung von Daten aus der Regelwerk-Datenbank (12) und/oder Computerprogrammmodulen aus dem Repositorium (23) ausführt, wobei der Analysatorfinger (8, 9, 10) sich während der Ausführung eines Analyseauftrags zur Prüfung, ob im Mischsignal (30) ein Signalanteil von einem bestimmten Typ von Signalerzeuger vorhanden ist, anhand von Daten aus der Regelwerk-Datenbank (12) und/oder Computerprogrammmodulen aus dem Repositorium (23) dynamisch rekonfiguriert.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischsignal zunächst in einer Voranalyseeinheit (4) analysiert wird, in der aus der von dem Signalanalysator (1) maximal unterscheidbaren Menge an Typen von Signalerzeugern eine Untermenge an Kandidatentypen von Signalerzeugern ausgewählt werden, die einer anschließenden Analyse, ob Signalanteile von solchen Kandidatentypen von Signalerzeugern tatsächlich im Mischsignal vorhanden sind, zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fingerzuweisungslogik (6) jeweils Parameterdaten von einem in der Voranalyseeinheit (4) bestimmten Kandidatentyp eines Signalerzeugers einem Analysatorfinger (8, 9, 10) zur weiteren Analyse, ob Signalanteile des Kandidatentyps tatsächlich im Mischsignal (30) vorhanden sind, zuweist, wobei je nach Vorhandensein und Auslastung der Analysatorfinger (8, 9, 10) mehrere Analyseaufträge in dem Signalanalysator (1) parallel ausführbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Analysatorfinger (8, 9, 10) als Ergebnis eines Analyseauftrags den identifizierten Typ des Signalerzeugers hinsichtlich des Funksystemund Signalstandards sowie eine Angabe über die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Identifikation ausgibt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelwerk-Datenbank (12) und/oder das Repositorium (23) über eine Datenschnittstelle (21) von einem externen Rechner aktualisiert wird.
Signalanalysator (1), der wenigstens aufweist: – einen ersten Speicher (24), in dem ein Computerprogramm gespeichert ist, – einen zweiten (11) Speicher, in dem eine Regelwerk-Datenbank (12) gespeichert ist, und/oder einen dritten Speicher (22), in dem ein Repositorium (23) gespeichert ist, – einen Rechner (26), der Zugriff auf den ersten Speicher (24) und den zweiten bzw. dritten Speicher (11, 22) hat, wobei der Signalanalysator (1) eingerichtet zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner (26) ausgeführt wird.
Signalanalysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalanalysator (1) Einsteckplätze (27, 28, 29) zum Einstecken von einem oder mehreren als modulare Erweiterung des Signalanalysators (1) einzubauenden Analysatorfinger-Hardwaremodulen (8, 9, 10) aufweist.
Analysatorfinger-Hardwaremodul (8, 9, 10) zur modularen Erweiterung eines Signalanalysators (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Analysatorfinger-Hardwaremodul (8, 9, 10) wenigstens aufweist: – einen ersten Speicher (24), in dem ein Computerprogramm gespeichert ist, – eine Schnittstelle (31) zu einer Regelwerk-Datenbank (12) und/oder zu einem Repositorium (23), – einen Rechner (26), der Zugriff auf den ersten Speicher (24) und die Schnittstelle (31) hat, wobei das Analysatorfinger-Hardwaremodul (8, 9, 10) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist, wenn das Analysatorfinger-Hardwaremodul (8, 9, 10) in einem Signalanalysator (1) eingebaut ist und ein Computerprogramm auf dem Rechner (26) ausgeführt wird.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner (26) ausgeführt wird.
Computerprogramm nach Anspruch 13, gespeichert auf einem maschinenlesbaren Träger.