DE3834377C2 - - Google Patents

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DE3834377C2
DE3834377C2 DE19883834377 DE3834377A DE3834377C2 DE 3834377 C2 DE3834377 C2 DE 3834377C2 DE 19883834377 DE19883834377 DE 19883834377 DE 3834377 A DE3834377 A DE 3834377A DE 3834377 C2 DE3834377 C2 DE 3834377C2
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Ferdinand Dr.-Ing. 5309 Meckenheim De Liedtke
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    • HELECTRICITY
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    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0262Arrangements for detecting the data rate of an incoming signal

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Erkennung und Klassifizierung von digital quadratur-amplituden-modulierten Signalen mit unbekannten Parametern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Für die Bezeichnung digital quadratur-amplituden-modulierte Signale wird im folgenden die Abkürzung QAM-Signale benutzt. QAM wird dabei als Oberbegriff für digitale Modulationsarten verstanden, bei denen die Quadraturkomponenten oder, bei Betrachtung in Polarkoordinaten, die Amplitude und die Phase bzw. die Frequenz moduliert werden [1, 2].The invention relates to a method for automatic detection and classification of digital quadrature amplitude modulated Signals with unknown parameters according to the preamble of claim 1. For the designation digital quadrature-amplitude-modulated signals in following the abbreviation QAM signals used. QAM is used as Generic term for digital modulation types understood in which the quadrature components or, when viewed in polar coordinates, the amplitude and the phase or the frequency modulated become [1, 2].

Zur Überwachung der Frequenzbandbelegung im Funkverkehr, z. B. durch die Post, ist es erforderlich, QAM-Signale schnell zu erkennen und deren Parameter wie Anzahlen und Positionen der vorkommenden Amplituden-, Frequenz- und Phasenzustände sowie die Schrittgeschwindigkeit zu ermitteln.To monitor the frequency band occupancy in radio traffic, e.g. B. through the post, it is necessary to get QAM signals quickly recognize and their parameters such as numbers and positions of the occurring amplitude, frequency and phase states as well to determine the walking speed.

Es ist bekannt, daß sich eine Reihe von digital amplituden- und frequenzmodulierten Signalen mit Hilfe handelsüblicher Empfänger durch geschultes Personal relativ einfach nachweisen und analysieren lassen, da hierfür keine kohärente Demodulation erforderlich ist. Dagegen können QAM-Signale i. allg. nur mit kohärent arbeitenden Verfahren demoduliert werden, wodurch der Nachweis und die Parameterbestimmung erschwert werden. Bei unbekannten Signalparametern ist hierfür der Einsatz bekannter QAM-Demodulatoren [1, 2] mit den z. T. analog arbeitenden Baugruppen aus folgenden Gründen problematisch:It is known that a number of digital amplitude and frequency-modulated signals using commercially available It is relatively easy to prove recipients by trained personnel and have it analyzed because there is no coherent demodulation is required. In contrast, QAM signals i. generally only with coherently working methods are demodulated, whereby the Proof and parameter determination can be difficult. With unknown The use of known signal parameters is known for this QAM demodulators [1, 2] with the z. T. analog working assemblies problematic for the following reasons:

Eine schnelle Anpassung eines konventionellen QAM-Demodulators an die verschiedenen möglichen Parameterkombinationen ist ohne Vorkenntnisse über die Parameter in der Regel nicht machbar. Das liegt einmal an der Vielfalt der möglichen Parameter und zum anderen an der häufig sehr kurzen Signaldauer, in der es auch einem speziell geschulten Beobachter i. allg. nicht gelingt, die richtige Geräteeinstellung zu finden. Die andere Alternative, der Einsatz vieler parallel betriebener Demodula­ toren mit festen Einstellungen für alle vorkommenden Parameterkombinationen, erfordert einen unverhältnismäßig hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand. In diesem Fall käme noch besonders erschwerend das Problem der gleichzeitigen Auswertung aller Demodulatorausgänge hinzu.A quick adaptation of a conventional QAM demodulator to the various possible parameter combinations is without Previous knowledge of the parameters is usually not feasible. This is due to the variety of possible parameters and secondly, due to the often very short signal duration in which it also a specially trained observer i. generally does not succeed to find the correct device setting. The other Alternatively, the use of many demodula operated in parallel  gates with fixed settings for all occurring parameter combinations, requires a disproportionately high technical and economic effort. In this case it would come the problem of simultaneous evaluation is particularly aggravating of all demodulator outputs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, QAM-Signale mit unbekannten Parametern automatisch und im Echtzeitbetrieb zu erkennen und zu klassifizieren.The invention has for its object QAM signals with unknown Parameters automatically and in real time recognize and classify.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The solution to this problem according to the invention is characteristic of claim 1 described. The sub-claims included advantageous refinements and developments of Invention.

Das Signal wird in bekannter Weise so abgemischt und digitalisiert, daß sich die abgetasteten Komponenten des komplexen Basisbandsignals ergeben. Diese werden dann beispielsweise wie folgt weiterverarbeitet: Sind Vorkenntnisse über die Frequenzbandbreite bzw. die Schrittgeschwindigkeit des zu analysierenden Signals bekannt, so kann nach Anpassung der Bandbreite des eingangsseitigen Tiefpaßfilters mit der im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 dargestellten einkanaligen Anordnung gearbeitet werden. Ist die Signalbandbreite bzw. die Schrittgeschwindigkeit noch unbekannt, so erfolgt eine Anpassung durch gleichzeitige Filterung mit mehreren, in der Bandbreite gleichmäßig abgestuften digitalen Kanal-Tiefpaßfiltern mit gleicher Mittenfrequenz wie im Kennzeichen des Patentanspruchs 4 angegeben. Damit ist eine Aufspaltung in mehrere Signale erfolgt, die getrennt weiterverarbeitet werden müssen. Da die Signalverarbeitung in allen Signalkanälen prinzipiell gleich ist, wird im folgenden nur die Verarbeitung in einem Kanal beschrieben. Aus den Filterausgangswerten werden Amplitude und Phase nach den Regeln für die Umwandlung von kartesischen in Polarkoordinaten bestimmt. Die für die Phasenberechnung erforderliche Arcus-Tangens-Funktion ist in Tabellenform abgespeichert. Durch Differentiation des zeitlichen Phasenverlaufs werden die Werte für die Momentanfrequenz gewonnen. The signal is mixed and digitized in a known manner, that the sampled components of the complex Baseband signal result. These are then, for example processed as follows: Are previous knowledge of the frequency bandwidth or the walking speed of the one to be analyzed Signal known, so after adjusting the bandwidth of the low-pass filter on the input side with that in the indicator of claim 1 single-channel arrangement be worked. Is the signal bandwidth or Walking speed still unknown, so an adjustment is made through simultaneous filtering with multiple, in bandwidth evenly graded digital channel low pass filters with the same center frequency as in the characterizing part of patent claim 4 specified. This is a split into several Signals are sent that have to be processed separately. Since the signal processing in all signal channels in principle is the same, in the following only the processing in one Channel described. The filter output values become amplitude and phase according to the rules for the conversion of Cartesian determined in polar coordinates. The one for the phase calculation required arctangent function is in tabular form saved. By differentiating the temporal phase profile the values for the instantaneous frequency are obtained.  

Die Momentanfrequenz wird im folgenden vereinfachend mit Frequenz bezeichnet. Aus dem zeitlichen Verlauf der Amplitude, der Frequenz und der Phase lassen sich alle für die QAM-Signalerkennung notwendigen Parameter herleiten. Um die informationstragenden Signalwerte zu erhalten, müssen wegen der zuvor eingeschränkten Bandbreite aus dem Signal die Schrittaktzeitpunkte gewonnen werden. Hierzu werden die Amplitudenwerte direkt oder deren Quadrate benutzt. Durch die eingeschränkte Bandbreite ergeben sich an den Sprungstellen der Quadratur­ komponenten Einbrüche im Amplitudenverlauf bzw. im Amplitu­ denquadratverlauf. Der damit entstandene Anteil der Schritt­ taktschwingung wird mit Hilfe eines digitalen Bandpaßfilters extrahiert. Die Abstimmung dieses Filters entspricht der Schrittgeschwindigkeit, auf die das vorangeschaltete Kanal- Tiefpaßfilter angepaßt ist. Die ausgefilterte Schwingung gibt den Schrittakt an, so daß nach Ausgleich der Bandpaß­ filterlaufzeit die Schwingungsmaxima bzw. die Schwingungsminima die Schrittaktzeitpunkte markieren. Um dabei den Einfluß der zeitlichen Quantisierung zu reduzieren, kann vor der Schrittaktzeitpunktgewinnung die Abtastrate durch Werteinterpolation erhöht werden. Zu den durch die Taktschwingungsmaxima gegebenen Zeitpunkten werden die Momentanwerte für Amplitude, Frequenz und Phase abgetastet. Von den abgetasteten Amplitudenwerten werden Mittelwert und Varianz gebildet. Weiterhin werden die Amplitudenwerte in ein Amplitudenhistogramm zur Weiterverarbeitung eingetragen. Von den abgetasteten Frequenz­ werten werden Mittelwert und Varianz gebildet. Diese Werte werden hier mit m fmax und σ 2 fmax bezeichnet. Von der Phase werden die Differenzen aus jeweils zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Werten gebildet. Sofern die zeitlich zugeordneten Amplitudenwerte eine vorgegebene Amplitudenschranke überschreiten, werden die Differenzphasenwerte in ein Differenz­ phasenhistogramm zur Weiterverarbeitung eingetragen. Zu den durch die Taktschwingungsminima gegebenen Zeitpunkten werden die Frequenzwerte noch einmal abgetastet und hiervon Mittelwert und Varianz ermittelt. Diese Werte werden hier mit μ fmin und σ 2 fmin bezeichnet. Weiterhin werden die an den Takt­ schwingungsminima abgetasteten Frequenzwerte in ein Frequenz­ histogramm zur Weiterverarbeitung eingetragen. Nach Ansammlung von genügend vielen Meßpunkten erfolgt die Auswertung der Ergebnisse für Mittelwerte und Varianzen und der Histogramme. Nach Berechnung der Mittelwerte und Varianzen werden hiermit zunächst die Histogramme für Amplitude und Frequenz in der Lage und in der Breite normiert. Für die Normierung des Frequenzhistogramms werden μ fmin und σ 2 fmin verwendet. Das Differenzphasenhistogramm braucht wegen des zwischen 0 und 2 · π definierten Phasenwertbereiches nicht gesondert normiert zu werden. Anschließend werden die Histogramme mit verschiedenen modulationstypischen Referenzfunk­ tionssätzen kreuzkorreliert. Diese Verarbeitung hat Ähnlichkeit mit dem bekannten Korrelationsfilterempfang für durch Rauschen gestörte Signale [3]. Dort sind die Referenzfunktionen durch die erwarteten Signale exakt vorgegeben, wäh­ rend hier Referenzfunktionen gewählt werden, die den Einhüllenden der typischen Histogramme entsprechen, die sich für die gesuchten QAM-Signalarten ergeben. So ergibt sich z. B. für ein QAM-Signal mit zwei Amplituden- und vier Phasenzuständen ein zweigipfliges Amplituden- und i. allg. ein viergipfliges Differenzphasenhistogramm. Durch die Einspeisung von typischen Signalen aller interessierenden QAM-Signalarten können die gewünschten Histogramme gewonnen und deren Ein­ hüllenden dann direkt oder in vereinfachten Formen als Refe­ renzfunktionen für die Ermittlung der Kreuzkorrelationen bei der automatischen Erkennung und Klassifizierung verwendet werden. Ergeben sich beim automatischen Betrieb für ein unbe­ kanntes Signal mit einem bestimmten Satz von Referenzfunktio­ nen genügend gute Korrelationsergebnisse, so kann mit großer Wahrscheinlichkeit auf das Vorhandensein der diesem Referenz­ funktionssatz zugeordneten Modulationsart geschlossen werden. Zur Verbesserung der Abgrenzungsmöglichkeit gegen hier nicht gesuchte Modulationsarten, wie z. B. kontinuierliche Amplituden- oder Frequenzmodulationen werden gleichzeitig noch die Varianzen von Amplitude und Frequenz, hier σ 2 fmax , auf Einhaltung von vorzugebenen Wertebereichen abgefragt. So läßt eine große Varianz für Amplitude oder Frequenz auf die Modu­ lation der entsprechenden Größe schließen. Die für die automatische Erkennung und Klassifizierung notwendigen Entscheidungsschwellenwerte für die Kreuzkorrelationsergebnisse und für die abzufragenden Varianzen werden ebenfalls mit Hilfe von typischen Vertretern der interessierenden QAM-Signale ermittelt. Als ergänzende Auswertung kann mit Hilfe des Fre­ quenzmittelwertes μ fmax die Genauigkeit der Empfängerabstimmung abgeschätzt und gegebenenfalls automatisch oder nach vorheriger Anzeige manuell verbessert werden.In the following, the instantaneous frequency is referred to simply as frequency. All parameters necessary for QAM signal detection can be derived from the temporal course of the amplitude, the frequency and the phase. In order to obtain the information-carrying signal values, the step timing instants must be obtained from the signal due to the previously restricted bandwidth. The amplitude values or their squares are used for this. Due to the restricted bandwidth, there are dips in the amplitude curve or in the amplitude square curve at the jump points of the quadrature components. The resulting part of the step cycle oscillation is extracted with the help of a digital bandpass filter. The tuning of this filter corresponds to the step speed to which the upstream channel low-pass filter is adapted. The filtered out vibration indicates the step cycle, so that after compensation of the bandpass filter running time, the oscillation maxima or the oscillation minima mark the step cycle times. In order to reduce the influence of the temporal quantization, the sampling rate can be increased by value interpolation before the step timing acquisition. The instantaneous values for amplitude, frequency and phase are sampled at the times given by the clock oscillation maxima. The mean and variance are formed from the sampled amplitude values. Furthermore, the amplitude values are entered in an amplitude histogram for further processing. The mean and variance are formed from the sampled frequency values. These values are referred to as m fmax and σ 2 fmax . From the phase, the differences are made up of two successive values. If the time-assigned amplitude values exceed a predetermined amplitude limit, the difference phase values are entered in a difference phase histogram for further processing. At the times given by the clock oscillation minima, the frequency values are sampled again and the mean value and variance are determined therefrom. These values are referred to as μ fmin and σ 2 fmin . Furthermore, the frequency values sampled at the minimum vibration frequency are entered in a frequency histogram for further processing. After collecting enough measuring points, the results for mean values and variances and the histograms are evaluated. After calculating the mean values and variances, the histograms for amplitude and frequency are first standardized in terms of position and width. Μ fmin and σ 2 fmin are used to normalize the frequency histogram . The difference phase histogram does not need to be standardized separately because of the phase value range defined between 0 and 2 · π . The histograms are then cross-correlated with different modulation-typical reference function sets. This processing is similar to the known correlation filter reception for signals disturbed by noise [3]. There, the reference functions are exactly specified by the expected signals, while reference functions are selected here that correspond to the envelopes of the typical histograms that result for the QAM signal types sought. So there is z. B. for a QAM signal with two amplitude and four phase states, a two-peak amplitude and i. generally a four-peak differential phase histogram. By feeding in typical signals of all QAM signal types of interest, the desired histograms can be obtained and their envelopes can then be used directly or in simplified forms as reference functions for determining the cross-correlations in the automatic detection and classification. If there are sufficiently good correlation results for an unknown signal with a specific set of reference functions during automatic operation, it can be concluded with a high degree of probability that the type of modulation assigned to this reference function set is present. To improve the possibility of differentiation from modulation types not sought here, such as. B. continuous amplitude or frequency modulations, at the same time the variances of amplitude and frequency, here σ 2 fmax , are queried to ensure compliance with specified value ranges. A large variance for amplitude or frequency suggests the modulation of the corresponding size. The decision threshold values for the cross-correlation results and for the variances to be queried, which are necessary for the automatic detection and classification, are also determined with the help of typical representatives of the QAM signals of interest. As a supplementary evaluation, the frequency mean value μ fmax can be used to estimate the accuracy of the receiver tuning and, if necessary, can be improved automatically or manually after prior display.

Die Schrittgeschwindigkeit eines automatisch erkannten und klassifizierten Signals ergibt sich näherungsweise aus der Bandbreite desjenigen Kanal-Tiefpaßfilters, hinter dem die Korrelationsergebnisse der Histogrammauswertungen am deutlichsten auf eines der interessierenden QAM-Signale hinweisen. Genauer kann die Schrittgeschwindigkeit durch Mittelung der Abstände zwischen den Schrittaktzeitpunkten bestimmt werden.The walking speed of an automatically recognized and classified signal results approximately from the Bandwidth of the channel low-pass filter behind which the Correlation results of the histogram evaluations most clearly indicate one of the QAM signals of interest. More precisely, the walking speed can be averaged Intervals between the step cycle times can be determined.

Um neben der automatischen auch eine optische Signalüberwachung durch einen menschlichen Beobachter zu ermöglichen, können die Histogramme für Amplitude, Frequenz und Differenzphase sowie die ermittelten Ergebnisse für Mittelwerte, Varianzen und Schrittgeschwindigkeiten direkt auf einem Sichtschirm dargestellt werden.In addition to automatic and optical signal monitoring through a human observer to enable can use the histograms for amplitude, frequency and differential phase as well as the determined results for mean values, variances and walking speeds directly on a screen being represented.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Erkennung und Klassifizierung von QAM-Signalen automatisch und in Echtzeit erfolgen kann, wodurch eine einfache Bedienung und eine zeitlich lückenlose Überwachung möglich werden. Der technische Aufwand kann durch die digitale Realisierung gering gehalten werden, da viele Baugruppen im Zeitmultiplexbetrieb mehrfach ausgenutzt werden können. Außerdem sind die Parameterwerte einer so realisierten Anordnung durch Änderung von Speicherinhalten leicht modifizierbar. Vorteilhaft ist weiter die Möglichkeit einer übergeordneten Steuerung und/oder einer weiteren Datenauswertung ohne D/A- oder A/D-Wandlung durch einen Digitalrechner, da das erfindungsgemäße Verfahren bereits auf einer digitalen Signalverarbeitung beruht.The advantages that can be achieved with the invention are in particular in that the detection and classification of QAM signals can be done automatically and in real time, making a simple operation and continuous monitoring become possible. The technical effort can be achieved through digital Realization can be kept low, since many modules in the Time multiplex operation can be used several times. Furthermore are the parameter values of such an arrangement easily modifiable by changing memory contents. The possibility of a higher level is also advantageous Control and / or further data evaluation without D / A or A / D conversion by a digital computer, because that  inventive method already on a digital Signal processing is based.

Ein Ausführungsbeispiel für die mehrkanalige Anordnung ist in Abb. 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Das am ZF-Ausgang des Empfängers 1 anliegende Signal wird dem komplexen Demodulator 2 zugeführt und das sich ergebende komplexe Basisbandsignal wird durch A/D-Wandlung 3 digitalisiert und mit den digitalen Kanal-Tiefpaßfiltern 4 verarbeitet. Dabei werden im Zeitmultiplex verschiedene Filter­ koeffizientensätze benutzt, so daß an den Filterausgängen die mit gleicher Mittenfrequenz und mit verschiedenen Frequenz­ bandbreiten gefilterten Signalkomponenten im Zeitmultiplex anliegen und so weiterverarbeitet werden können. Mit dem Betragsrechenwerk 5 und der aus Dividierer und Arcus-Tangens- Tabelle bestehenden Einheit 6 werden fortlaufend für jeden Kanal die Werte der Amplitude und der Phase berechnet. Das digitale Differenzierglied 7 ermittelt aus den Phasenwerten die Frequenzwerte. Das digitale Bandpaßfilter 8 extrahiert die in den Amplitudenwerten enthaltene Schrittaktschwingung. Die Laufzeitausgleichsglieder 9 gleichen die unterschiedlichen Laufzeiten der Datenströme aus. Der Maximumdetektor 10 legt die Schrittaktzeitpunkte für Amplitude, Frequenz und Phase fest, während der Minimumdetektor 11 weitere Schrittaktzeitpunkte für die Frequenz bestimmt. Das Differenzglied 12 ermittelt fortlaufend die Differenz aus je zwei aufeinanderfolgenden Phasenwerten. Diese werden nur dann zur Weiterverarbeitung durchgeschaltet, wenn die zeitlich dazugehörigen Amplitudenwerte eine durch gleitende Mittelwertbildung bestimmte Amplitudenschranke überschreiten. Die Mittelwertbildung und die Schwellenwertabfrage werden in der Baugruppe 13 mit digitalem Tiefpaßfilter und Schwellenwertschaltung durchgeführt. Die Werte für Amplitude, Frequenz und Differenzphase werden für jeden Kanal getrennt im Datenspeicher 14 abgelegt. Die Ermittlung von Mittelwerten und Varianzen für Amplitude und Frequenz sowie die Bildung und Auswertung der Histogramme der Amplitude, der Frequenz und der Differenzphase erfolgen per Programm in der Auswerteeinheit 15 gemäß des vorn dargestellten Funktionsprinzips. Weiterhin wird in der Auswerteeinheit die Frequenzbandbreite herausgesucht, für die die in jedem Einzelkanal gewonnenen Ergebnisse am deutlichsten auf eine der gesuchten QAM-Signalarten hinweisen. Neben der Entscheidung über die aktuell vorliegende QAM-Signalart kann damit eine Schätzung der Schrittgeschwindigkeit erfolgen. Die Auswerteeinheit kann vorteilhaft mit Hilfe von im Handel erhältlichen digitalen Spezialprozessoren aufgebaut werden. Die Ergebnisse werden mit Hilfe der Anzeigeeinheit 16 darge­ stellt. Für die Anzeige kann vorteilhaft ein Plasma-Sichtschirm verwendet werden.An embodiment of the multi-channel arrangement is shown in Fig. 1 and is described in more detail below. The signal present at the IF output of the receiver 1 is fed to the complex demodulator 2 and the resulting complex baseband signal is digitized by A / D conversion 3 and processed with the digital channel low-pass filters 4 . In this case, different filter coefficient sets are used in the time multiplex, so that the signal components filtered with the same center frequency and with different frequency bandwidths are present in the time multiplex at the filter outputs and can be processed further. The magnitude calculator 5 and the unit 6 consisting of divider and arc tangent table are used to continuously calculate the values of the amplitude and phase for each channel. The digital differentiator 7 determines the frequency values from the phase values. The digital bandpass filter 8 extracts the step clock oscillation contained in the amplitude values. The runtime compensation elements 9 compensate for the different runtimes of the data streams. The maximum detector 10 determines the step clock instants for amplitude, frequency and phase, while the minimum detector 11 determines further step clock instants for the frequency. The difference element 12 continuously determines the difference from two successive phase values. These are only switched through for further processing if the temporally associated amplitude values exceed an amplitude barrier determined by moving averaging. The averaging and the threshold value query are carried out in the module 13 with a digital low-pass filter and threshold value circuit. The values for amplitude, frequency and differential phase are stored separately in the data memory 14 for each channel. The determination of mean values and variances for amplitude and frequency as well as the formation and evaluation of the histograms of the amplitude, the frequency and the difference phase are carried out by the program in the evaluation unit 15 in accordance with the functional principle shown above. Furthermore, the frequency range for which the results obtained in each individual channel most clearly indicate one of the QAM signal types sought is searched for in the evaluation unit. In addition to the decision about the currently available QAM signal type, this can also be used to estimate the walking speed. The evaluation unit can advantageously be constructed with the help of commercially available digital special processors. The results are presented using the display unit 16 . A plasma screen can advantageously be used for the display.

Literaturliterature

[1] M. Schwartz: Information, Transmission, Modulation, and Noise, Mc Graw-Hill, Kogakusha 1981, S. 224-235
[2] J. G. Proakis: Digital Communications, Mc Graw-Hill, Tokio 1983, S. 183-190
[3] wie [1] S. 354-363
[1] M. Schwartz: Information, Transmission, Modulation, and Noise, Mc Graw-Hill, Kogakusha 1981, pp. 224-235
[2] JG Proakis: Digital Communications, Mc Graw-Hill, Tokyo 1983, pp. 183-190
[3] like [1] pp. 354-363

Claims (5)

1. Verfahren zur automatischen Erkennung und Klassifizierung von digital quadratur-amplituden-modulierten Signalen mit unbekannten Parametern, bei dem das empfangene Signal nach Digitalisierung und komplexer Demodulation in Form komplexer digitaler Abtastwerte im Basisband vorliegt, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
  • a) Das Basisbandsignal wird einer digitalen Tiefpaßfilterung mit manuell oder automatisch einstellbarer Frequenzbandbreite unterzogen,
  • b) aus den komplexen Abtastwerten wird fortlaufend jeweils ein Momentanwert für Amplitude, Frequenz und Phase gewonnen,
  • c) aus den aufeinanderfolgenden Amplitudenwerten wird direkt oder nach Quadrierung mit Hilfe eines digitalen Bandpaßfilters die Schrittaktschwingung ausgefiltert,
  • d) aus der ausgefilterten Schrittaktschwingung werden Schrittaktzeitpunkte abgeleitet, zu denen die Momentanwerte von Amplitude, Frequenz und Phase abgetastet werden,
  • e) aus den Amplituden-Abtastwerten werden Mittelwert und Varianz ermittelt und ein Amplitudenhistogramm gebildet und abgespeichert,
  • f) aus den Frequenz-Abtastwerten werden Mittelwert und Varianzen und ein Frequenzhistogramm gebildet und abgespeichert,
  • g) aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Phasen-Abtastwerten werden Differenzphasenwerte gebildet,
  • h) von denjenigen Differenzphasenwerten, deren zeitlich zugeordnete Amplitudenwerte eine vorgegebene Amplituden­ schranke überschreiten, wird ein Differenzphasenhisto­ gramm gebildet und abgespeichert,
  • i) die Mittelwerte und Varianzen der Amplituden- und Frequenzwerte sowie die Histogramme der Amplitudenwerte, der Frequenzwerte und der Differenzphasenwerte werden zur Erkennung und Klassifizierung einer digitalen Quadratur- Amplituden-Modulation des empfangenen Signals herangezogen.
1. A method for the automatic detection and classification of digital quadrature-amplitude-modulated signals with unknown parameters, in which the received signal after digitization and complex demodulation is in the form of complex digital samples in the baseband, characterized by the following method steps:
  • a) The baseband signal is subjected to digital low-pass filtering with manually or automatically adjustable frequency bandwidth,
  • b) an instantaneous value for amplitude, frequency and phase is continuously obtained from the complex samples,
  • c) the step-cycle oscillation is filtered out of the successive amplitude values directly or after squaring with the aid of a digital bandpass filter,
  • d) step timing instants are derived from the filtered step cycle oscillation, at which the instantaneous values of amplitude, frequency and phase are sampled,
  • e) the mean value and variance are determined from the amplitude samples and an amplitude histogram is formed and stored,
  • f) the mean and variances and a frequency histogram are formed and stored from the frequency samples,
  • g) differential phase values are formed from two successive phase samples,
  • h) a difference phase histogram is formed and stored from those difference phase values whose temporally assigned amplitude values exceed a predetermined amplitude barrier,
  • i) the mean values and variances of the amplitude and frequency values as well as the histograms of the amplitude values, the frequency values and the difference phase values are used for the detection and classification of a digital quadrature amplitude modulation of the received signal.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Histogramme für Amplitude und Frequenz mit den vorher ermittelten Mittelwerten und Varianzen in der Lage und in der Breite normiert werden, daß die Histogramme für Amplitude, Frequenz und Differenzphase mit verschiedenen modulationstypischen Referenzfunktionssätzen kreuzkorreliert werden, daß die maximalen Korrelationsergebnisse mit vorgegebenen Schwellenwerten verglichen und bei Schwellenüberschreitungen dann auf das Vorliegen der dem am besten passenden Referenz­ funktionssatz entsprechenden quadratur-amplituden-modulierten Signalart klassifiziert wird, wenn gleichzeitig die Mittelwert- und Varianzergebnisse für Amplitude und Frequenz innerhalb vorgegebener Wertebereiche liegen.2. The method according to claim 1, characterized in that the Histograms for amplitude and frequency with the previously determined Means and variances in the situation and in the Be standardized that the histograms for amplitude, Frequency and differential phase with different modulation typical Reference function sets are cross-correlated, that the maximum correlation results with given Threshold values compared and when thresholds are exceeded then on the availability of the most appropriate reference function set corresponding quadrature-amplitude-modulated Signal type is classified if the mean value and variance results for amplitude and frequency within specified ranges of values. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Histogramme für Amplitude, Frequenz und Differenzphase sowie die Mittelwerte und Varianzen für Amplitude und Frequenz auf einem Bildschirm angezeigt werden.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that that the stored histograms for amplitude, Frequency and difference phase as well as the mean values and variances for amplitude and frequency displayed on a screen will. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die komplexen digitalen Abtastwerte des Basisbandsignals zur automatischen Anpassung an die noch unbekannte Signalbandbreite in mehreren parallelen Kanälen mit gleicher Mittenfrequenz aber verschiedenen, in der Größe gleichmäßig abgestuften Frequenzbandbreiten jeweils mit Tiefpaßfilterung, Ausfilterung einer Schrittaktschwingung durch Bandpaßfilterung, Abtastung der Momentanwerte für Amplitude, Frequenz und Phase, Bildung von Mittelwerten und Varianzen für Amplitude und Frequenz, Differenzphasenwertbildung, Ermittlung von Histogrammen für Amplitude, Frequenz und Differenzphase, Normierung der Histogramme für Amplitude und Frequenz mit den zuvor ermittelten Mittelwerten und Varianzen, Kreuzkorrelation der Histogramme mit modulationstypischen Referenzfunktionssätzen, Ermittlung der maximalen Korrelationsergebnisse unter Berücksichtigung aller Referenzfunktionssätze und aller parallel verarbeiteten Kanäle bei gleichzeitiger Prüfung der dazugehörigen Mittelwerte und Varianzen von Amplitude und Frequenz auf Einhaltung vorgegebener Wertebereiche verarbeitet werden, daß die Referenzfunktionssätze, die zu den maximalen Korrelationsergebnissen führen, die vorliegende quadratur-amplituden-modulierte Signalart bestimmen und daß mit Hilfe der Frequenzbandbreite desjenigen Kanal-Tiefpaßfilters, hinter dem die größten Korrelationsergebnisse auftreten, ein Schätzwert für die Schrittgeschwindigkeit des klassifizierten Signals abgeleitet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the complex digital samples of the baseband signal for automatic adaptation to the still unknown Signal bandwidth in several parallel channels with the same Center frequency but different, even in size graded frequency bandwidths each with low-pass filtering, Filtering of a step oscillation by Bandpass filtering, sampling of instantaneous values for amplitude, Frequency and phase, averaging and variances  for amplitude and frequency, difference phase value formation, determination histograms for amplitude, frequency and differential phase, Standardization of the histograms for amplitude and frequency with the previously determined mean values and variances, Cross-correlation of the histograms with modulation-typical Reference function sets, determination of the maximum correlation results taking into account all reference function sets and all channels processed in parallel simultaneous examination of the corresponding mean values and Variations of amplitude and frequency on compliance with given Value ranges are processed so that the reference function sets, to the maximum correlation results perform the present quadrature-amplitude-modulated Determine the type of signal and that using the frequency bandwidth of the channel low-pass filter, behind which the greatest correlation results occur an estimate of the Step speed of the classified signal derived becomes. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zu bearbeitenden Kanäle im Zeitmultiplex durch wenige schnelle Baugruppen bearbeitet werden.5. The method according to claim 4, characterized in that the channels to be processed in parallel in time multiplex few fast assemblies can be processed.
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