DE4243113A1 - Verfahren zur automatischen, spektralen Einweisung von Modulationsart-Klassifikatoren - Google Patents
Verfahren zur automatischen, spektralen Einweisung von Modulationsart-KlassifikatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen, spektralen
Einweisung von Modulationsart-Klassifikatoren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Mit dem Verfahren werden die in einem vorgegebe
nen Signal-Spektrum [1] enthaltenen, markanten Spektrumsanteile
entdeckt, von Spektrumsanteilen anderer Signale isoliert und
schnell so nach Mittenlage und Breite geschätzt, daß hiermit ein
automatischer Modulationsarten-Klassifikator, vgl. z. B. [2], genü
gend genau eingewiesen werden kann.
Zur Überwachung der Frequenzbandbelegung im Funkverkehr, z. B.
durch die Post, ist es wegen der hohen Signaldichte und aus Ko
stengründen erforderlich, weitestmöglich automatische Verfahren
einzusetzen. So werden u. a. Systeme zur schnellen Spektrumsbildung
und automatisch suchende, schnelle Empfänger mit Energiedetektoren
verwendet, mit denen signifikante Energieanteile mit den dazugehö
rigen geschätzten Frequenzen erkannt werden können [3]. Weiterhin
existieren Systeme zur Modulationsart-Klassifikation, die automa
tisch die Modulationsart eines unbekannten Signals identifizieren
oder klassifizieren können. Diese Systeme müssen auf die zu analy
sierenden Signale mit Mittenfrequenz und Bandbreite eingewiesen
werden. Speziell für die automatische Analyse moderner digitaler
Modulationsarten, wie z. B. Phasenumtastungen oder QAM (Quadrature
Amplitude Modulation) [4], ist zunächst eine genaue Einweisung
nach Mittenfrequenz und Bandbreite erforderlich. Die von den be
kannten Suchempfängern gelieferten Parameterwerte reichen hierfür
von der Genauigkeit und vom Umfang her nicht aus. So wird die Ab
grenzung gegen Spektrumsanteile anderer Signale, d. h. die Isolie
rung des interessierenden Spektrumsanteils einschließlich der ge
nügend genauen Schätzung von Mittenlage und Breite nicht gelei
stet. Die durchgängige Automatisierung bis hin zur Modulationsar
tenanalyse bereitet deswegen Probleme.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorgegebenes, i.
allg. wenig glattes Signal-Spektrum möglichst schnell und genau so
aufzubereiten, daß damit ein Modulationsarten-Klassifikator zuver
lässig eingewiesen werden kann. Hierzu gehören folgende Verfah
rensschritte: die Entdeckung relevanter Spektrumsbereiche, die Ab
grenzung gegen Spektrumsanteile anderer Signale, d. h. die Iso
lierung des jeweils interessierenden Anteils und die schnelle und
genaue Schätzung von Mittenlage und Breite der markanten Spek
trumsanteile.
Die erfindungsmäßige Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vor
teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Zugrunde liegen soll ein Leistungsdichtespektrum in digitalisier
ter Form. Da die Spektrumsbildner heute häufig digital arbeiten,
ist eine gesonderte Digitalisierung meistens nicht erforderlich.
In dem gegebenen Spektrum sollen sich eine Reihe von i. allg. un
terschiedlich starken und unterschiedlich breiten Spektrumsantei
len befinden. Die Spektrumsanteile verschiedener Signale dürfen
dicht beieinanderliegen, sie dürfen sich gegebenenfalls auch teil
weise überlappen. Weiterhin dürfen sie verrauscht sein und/oder
unregelmäßige Strukturen aufweisen, wie das besonders bei
Kurzzeitspektren häufig der Fall ist.
Die Verarbeitung in dem Verfahren beginnt mit einer Glättung des
vorliegenden Spektrum-Werteverlaufs durch eine gleitende Mittel
wertbildung mit einer Fensterlänge entsprechend der angestrebten
Frequenzauflösung. Aus dem geglätteten Spektrums-Werteverlauf wird
eine vorzugebende Anzahl der kleinsten Werte extrahiert und aufge
mittelt. Der mit einem Faktor versehene Mittelwert bildet den Ent
scheidungsschwellenwert für die Bereichsdetektion. Überall dort,
wo der Entscheidungsschwellenwert von den Spektrumswerten über
schritten wird und sich hierbei zusammenhängende Bereiche ergeben,
wird genauer nach markanten Spektrumsanteilen gesucht. Hierbei
dürfen sich auch mehrere separierbare Spektrumsanteile in einem
detektierten Bereich befinden. Zunächst wird der zu bearbeitende
Bereich für den ersten markanten Spektrumsanteil weiter einge
grenzt: Nach Feststellung des als Obergrenze benutzten maximalen
Ordinatenwertes wird hieraus mit Hilfe eines situationsangepaßten
Faktors <1, z. B. 0.1, die untere Grenze des zu bearbeitenden Ordi
natenbereichs festgelegt. Die Abszissengrenzwerte des einzugren
zenden Bereiches ergeben sich aus den äußeren Schnittpunkten des
markanten Spektrumsanteils mit der bereits festgelegten unteren
Ordinatenbereichsgrenze. Die sich in dem so isolierten Bereich be
findlichen Spektrums-Werte werden mit einer oder nacheinander mit
mehreren verschiedenen Referenzfunktionen nach der Methode der
kleinsten quadratischen Abweichung, approximiert. Die vorzugeben
den Referenzfunktionen richten sich nach der gesuchten Modulati
onsartklasse. So ist z. B. bei modernen digitalen Modulationsarten
wie Phasenumtastungen für die markanten Anteile des nichtlogarith
mierten Spektrums als Referenzfunktion ein Polynom 2. Ordnung ge
eignet. Werden mehrere Referenzfunktionen benutzt, so wird dieje
nige weiterverwendet, für die sich die kleinste mittlere quadrati
sche Abweichung zu den vorgegebenen Spektrumswerten ergeben hat.
Die gewünschten Abszissenwerte für die Lage von Maximum und Breite
des jeweils isolierten Spektrumsanteils lassen sich einfach aus
den Parametern der entsprechenden Referenzfunktion ermitteln.
Um die dargestellten Verfahrensschritte in einfacher Weise auch
auf die weiteren markanten Spektrumsanteile in dem gegebenen
Werteverlauf anwenden zu können, wird der bereits bearbeitete
Spektrumsanteil aus dem Werteverlauf eliminiert. Hierfür werden zu
beiden Seiten des bearbeiteten Anteils die lokalen minimalen Ordi
natenwerte gesucht. Im Eliminationsschritt werden die so gefun
denen Randwerte linear miteinander verbunden, d. h. die ursprüngli
chen Werte werden ersetzt durch die der Verbindungsgeraden ent
sprechenden Werte. Auf den so entstandenen neuen Werteverlauf
werden die oben beschriebenen Verfahrensschritte erneut
angewendet. Das gilt sowohl für weitere markante Spektrumsanteile
in dem bereits detektierten Abszissenwertebereich als auch für
Anteile innerhalb anderer Bereiche, die nicht mit dem bereits
bearbeiteten zusammenhängen. Die Verfahrensschritte werden so lange
wiederholt, bis alle markanten Spektrumsanteile innerhalb der
detektierten Abszissenwertebereiche abgearbeitet, d. h. isoliert
und nach Mittenlage und Breite geschätzt sind. Die Ergebnisse
werden zur Einweisung nachfolgender Modulationsart-Klassifikatoren
ausgegeben.
Um neben dem gewünschten automatischen Verfahrensablauf auch eine
optische Funktionskontrolle durch einen menschlichen Beobachter zu
ermöglichen, können neben dem ursprünglichen Spektrums-Wertever
lauf die isolierten und durch Referenzfunktionen approximierten
Spektrumsanteile mit den daraus gewonnenen Schätzwerten für Mit
tenlage und Breite direkt auf einem Sichtschirm dargestellt wer
den.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß es bei der Automatisierung der Funküberwachung möglich
wird, ein vorgegebenes Signal-Spektrum schnell so aufzuarbeiten,
daß Modulationsart-Klassifikatoren gezielt und genau auf bestimmte
Signale nach Mittenlage und Breite eingewiesen werden können.
Hiermit wird eine bisher bestehende Lücke im automatischen Analy
seablauf geschlossen. Der technische Aufwand kann durch digitale
Realisierung gering gehalten werden, da die auszuführenden Verfah
rensschritte einfach sind, wenn sie an der Leistungsfähigkeit mo
derner käuflicher Signalprozessoren gemessen werden. Vorteilhaft
ist weiter die Möglichkeit der übergeordneten Steuerung und/oder
einer weiteren Datenauswertung durch einen Digitalrechner ohne da
für notwendige D/A- oder A/D-Wandlung, da das erfindungsmäßige
Verfahren bereits auf digitaler Signalverarbeitung beruht.
Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung hinter einem Fourier-
Spektrumsbildner ist in Abb. 1 dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben. Das hinter dem Spektrumsbildner 1 anliegende
Signal-Spektrum wird mit dem Spektrumsglätter 2 geglättet und in
den Wertespeicher 3 eingeschrieben. Aus dem geglätteten Spektrum
wird mit der Schwellenwertrecheneinheit 4 die Bereichsdetektions
schwelle ermittelt und dem Bereichsdetektor 5 zugeführt. Der Wer
tespeicher 3 und die nachfolgend beschriebenen Baugruppen werden
für jeden isolierten Spektrumsanteil durchlaufen, wobei die Be
reichsdetektionsschwelle für jedes Spektrum nur einmal in der
Schwellenwertrecheneinheit 4 ermittelt wird. Dieser Sachverhalt
wird in Abb. 1 dadurch verdeutlicht, daß der Schalter 6 nach Er
mittlung der Bereichsdetektionsschwelle von Position a nach Posi
tion b wechselt. Der Bereichsdetektor 5 detektiert aus dem im Wer
tespeicher 3 stehenden geglätteten Spektrum die Abszissengrenz
werte für den ersten relevanten Spektrumsbereich und übergibt die
dazugehörigen Ordinatenwerte an den Wertespeicher 7. Der Maximums
detektor 8 ermittelt daraus den maximalen Ordinatenwert und über
gibt diesen an den Bereichseingrenzer 9. Dieser benutzt den maxi
malen Ordinatenwert als Obergrenze und einen kleineren, aus dem
Maximalwert abgeleiteten Ordinatenwert als Untergrenze für den zu
isolierenden Spektrumsanteil. Weiterhin ermittelt der Bereichsein
grenzer die Abszissengrenzwerte hierfür aus den äußeren Schnitt
punkten des markanten Spektrumsanteils mit der Ordinatenunter
grenze. Der in dem so festgelegten Fenster enthaltene, i. allg. we
nig glatte Spektrumsanteil wird in der Kurvenanpaßeinheit 10
durch eine oder nacheinander durch mehrere Referenzfunktionen ap
proximiert. Die am besten passende Referenzfunktion wird herausge
sucht und deren Parameter an die Recheneinheit 11 weitergegeben.
Diese ermittelt aus den Referenzfunktionsparametern die Abszissen
werte für die Mittenlage und die Breite und übergibt die Ergeb
nisse an den Ergebnis-Wertespeicher 12. Von dort aus werden die
Ergebnisse zur Ausgabe-/Anzeige-Einheit 13 weitergeleitet. Aus dem
Spektrum, wie es im Wertespeicher 3 steht, wird der gerade analy
sierte Spektrumsanteil im Eliminator 14 eliminiert und das so mo
difizierte Spektrum zur Bearbeitung des nächsten markanten Spek
trumsanteils wieder in den Wertespeicher 3 eingeschrieben. Wenn
alle isolierten Spektrumsanteile bearbeitet und eliminiert sind,
wird im Bereichsdetektor 5 kein neuer relevanter Bereich mehr ent
deckt und die Bearbeitung eines Signal-Spektrums ist beendet. Im
fortlaufenden Betrieb wird nach Wechsel des Schalters 6 von Posi
tion b nach Position a das nächste, bereits geglättete Spektrum
aus dem Spektrumsglätter 2 in den Wertespeicher 3 geschrieben. Zu
diesem Zeitpunkt ist die neue Bereichsdetektionsschwelle in der
Schwellenwertrecheneinheit 4 bereits ermittelt worden, so daß der
Bereichsdetektor 5 mit der Detektion des ersten relevanten Berei
ches im neuen Signal-Spektrum beginnen kann.
[1] R. Unbehauen: Systemtheorie, Grundlagen für Ingenieure, 5.
Auflage, R. Oldenburg-Verlag, 1990, S. 194.
[2] Produktinformation der Fa. Alcatel/SEL: PSK Indica tor/Demodulator, Pforzheim 1992.
[3] Produktinformation der Fa. Rohde & Schwarz: Automatik-Empfän ger ESP, Datenblatt N6-303 D-1, München 1985.
[4] J. G. Proakis: Digital Communications, Second Edition, McGraw- Hill, New York 1989, Kap. 3.3, S. 163 ff.
[2] Produktinformation der Fa. Alcatel/SEL: PSK Indica tor/Demodulator, Pforzheim 1992.
[3] Produktinformation der Fa. Rohde & Schwarz: Automatik-Empfän ger ESP, Datenblatt N6-303 D-1, München 1985.
[4] J. G. Proakis: Digital Communications, Second Edition, McGraw- Hill, New York 1989, Kap. 3.3, S. 163 ff.
Claims (4)
1. Verfahren zur automatischen, spektralen Einweisung von Modula
tionsart-Klassifikatoren bei vorgegebenem Signal-Spektrum, gekenn
zeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
- a) Der zugrunde liegende Spektrums-Werteverlauf wird mit Hilfe ei nes Glättungsfilters einstellbarer Filterlänge geglättet,
- b) aus einer vorzugebenden Anzahl der kleinsten Ordinatenwerte wird durch gewichtete Mittelung eine Bereichs-Detektionsschwelle gebildet,
- c) mit der Bereichs-Detektionsschwelle wird ein relevanter Spek trumsbereich durch Abfrage nach Schwellenüberschreitung detek tiert,
- d) für den detektierten Bereich wird der maximale Ordinatenwert gesucht und damit die obere Grenze für den ersten einzugrenzenden Spektrumsanteil gebildet,
- e) die untere Grenze des Eingrenzungsbereichs wird durch einen vorzugebenden Faktor <1 aus dem Ordinatenwert der oberen Grenze ermittelt; die Grenzen links und rechts werden aus den äußeren Schnittpunkten des markanten Spektrumsanteils mit der unteren Grenze ermittelt,
- f) an die in dem isolierten Bereich befindlichen Spektrumswerte wird eine oder werden nacheinander mehrere vorzugebende Referenz funktionen approximiert,
- g) die Referenzfunktion mit der geringsten Abweichung zum vorgege benen Verlauf der isolierten Spektrumswerte wird ausgewählt,
- h) aus der ausgewählten Referenzfunktion werden Mittenlage und Breite ermittelt und als Schätzwerte für die entsprechenden Größen des isolierten Spektrumsbereiches ausgegeben,
- i) der bearbeitete Spektrumsbereich wird aus dem Spektrums-Werte verlauf eliminiert und die Verfahrensschritte c bis h werden für alle weiteren markanten Spektrumsanteile wiederholt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be
reichsgrenzen für die Isolation des markanten Spektrumsanteils
sich von den unter 1d und 1e beschriebenen nur durch bestimmte
Faktoren und/oder Summanden unterscheiden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß auf den geglätteten Spektrums-Werteverlauf vor der weiteren
Verarbeitung weitere lineare oder nichtlineare Transformationen
angewendet werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ergebnisse in Form der durch Referenzfunktionen approxi
mierten markanten Spektrumsanteile, zusammen mit den geschätzten
Werten für Mittenlagen und Breiten, auf einem Sichtschirm ange
zeigt werden.
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DE19924243113 DE4243113C2 (de) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Verfahren zur automatischen, spektralen Einweisung von Modulationsart-Klassifikatoren |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0948172A2 (de) * | 1998-04-02 | 1999-10-06 | Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG | Verfahren zur automatischen taktfreien Erkennung von Signal-Modulationsarten |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
DE102012012626B4 (de) | 2012-06-25 | 2022-05-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Hervorhebung und Detektion wiederholter Nutzsignalkomponenten innerhalb eines Quellsignals |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4102412A1 (de) * | 1991-01-28 | 1992-07-30 | Telefunken Systemtechnik | Verfahren zur modulationsartenerkennung und anordnung zum ausfuehren des verfahrens |
-
1992
- 1992-12-21 DE DE19924243113 patent/DE4243113C2/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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Non-Patent Citations (4)
Title |
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J.G. Proakis: Digital Communications, Second Edition, McGraw-Hill, New York 1989, Kap. 3.3, S. 163 ff * |
Produktinformation der Fa. Alcatel/SEL: PSK Indicator/Demodulator, Pforzheim 1992 * |
Produktinformation der Fa. Rohde & Schwarz: Automatik-Empfänger ESP, Datenblatt N6-303 D-1, München 1985 * |
R. Unbehauen: Systemtheorie, Grundlagen für Ingenieure, 5. Aufl., R. Oldenburg-Verlag, 1990, S. 194 * |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0948172A2 (de) * | 1998-04-02 | 1999-10-06 | Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG | Verfahren zur automatischen taktfreien Erkennung von Signal-Modulationsarten |
EP0948172A3 (de) * | 1998-04-02 | 2002-01-09 | Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG | Verfahren zur automatischen taktfreien Erkennung von Signal-Modulationsarten |
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