Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur automatischen Klassifikation des Modulationsformats eines digital modulierten Signals mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 bzw. 1 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine auf einen Datenträger aufgezeichnete oder aus einem Kommunikationsnetz herunterladebare Software zur Durchführung des Verfahrens mit einer Datenverarbeitungseinheit, insbesondere einer Signalprozessoreinheit.

Die automatische Klassifikation der Modulationsart bzw. des Modulationsformats eines digital modulierten Signals stellt den Zwischenschritt zwischen einer Signaldetektion, beispielsweise mittels einer Signal-Monitoringvorrichtung, und der Demodulation eines detektierten Signals dar. Insbesondere dann, wenn weder die gesendeten Daten noch andere Signalparameter, wie der Frequenz-Offset, der Phasen-Offset oder eine Ti- ming-lnformation bekannt sind, handelt es sich bei der automatischen Modulationsklassifikation (Automatic Modulation Classification: AMC)um eine komplexe Aufgabe im Rahmen der Entwicklung eines Systems oder einer Systemeinheit für das Radio- Monitoring oder im Rahmen der Entwicklung von Cognitive Radio Anwendungen.

Da der Begriff der Modulationsart meist als Oberbegriff verwendet wird (beispielsweise können die Amplituden-, Frequenz- oder Phasenmodulation jeweils als Modulationsart bezeichnet werden) und innerhalb einer bestimmten Modulationsart verschiedene Varianten existieren, die insbesondere unterschiedliche Konstellationsmuster im l/Q- Diagramm aufweisen, wird im Folgenden der Begriff Modulationsformat für eine bestimmte Modulationsart mit einem bestimmten Konstellationsmuster im I/Q-Diagramm verwendet. Mit der AMC wird also einem Signal, das durch eine bestimmte Anzahl von digitalen I/Q-Datenpunkten repräsentiert ist, ein bestimmtes Modulationsformat zugeordnet.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagram eines Systemmodells 1 mit eine Sendereinheit 3, einem Übertragungskanal 5 und einer Empfängereinheit 7. Die Sen- dereinheit 3 erzeugt aus ihr zugeführten (üblicherweise binären) digitalen Sendedaten ζ _η ,τχ (η=1 , 2, 3, ... ;n e N) mittels einer Modulatoreinheit 9 ein digital moduliertes Sendesignal S _T x, welches ein vorbestimmtes Modulationsformat und eine vorbestimmte Trägerfrequenz f ₀ aufweist. Das digital modulierte Sendesignal S _T x der Sendereinheit 3 wird an deren Ausgang dem Übertragungskanal 5 zugeführt, der unter anderem durch ein bestimmtes Rauschverhalten charakterisiert ist. In Fig. 1 ist für den Übertragungskanal 5 das AWGN (additive white Gaussian noise) Kanalmodell verwendet, bei dem die Rauscheigenschaften des Kanals 5 durch die Addition eines Rauschsignals S _n mit gaußverteilter Amplitude und konstanter spektraler Rauschleistungsdichte zum Nutzsignal, d.h. dem Sendesignal S _T x, beschrieben wird. Dieses Modell wurde auch bei der Simulation des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung verwendet. Das verrauschte Ausgangssignal der Sendereinheit 3 wird zusätzlich zum Rauschen durch die linearen und nichtlinearen Übertragungseigenschaften des Übertragungskanals 5 beeinflusst (Dämpfung, Dispersion, Phasenverzerrung etc.) und als (verrauschtes) Empfangssignal S _RX dem Eingang der Empfängereinheit 7 zugeführt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, umfasst die Empfängereinheit 7 die der automatischen Modulationsklassifikation (AMC) bzw. der gezeigten AMC-Einheit 11 zugeordneten wesentlichen Aufgaben der Signalvorverarbeitung (Signalvorverarbeitungseinheit 13) und der Klassifikation der vorverarbeiteten Daten (Klassifikationseinheit 15). Die AMC- Ergebnisse bzw. ein diese beinhaltendes Signal S _A MC und vorverarbeitete l/Q- Daten x, (i=1 , 2, 3, ... ; j e ) werden dann einer Demodulatoreinheit 17 zugeführt, welche die Demodulation vornimmt und digitale Ausgangsdaten z _n ,Rx (n=1 , 2, 3, ... ;n e ) erzeugt, die im Idealfall, d.h. ohne das Auftreten von Übertragungsfehlern, mit den der Sendeeinheit 3 zugeführten digitalen Eingangsdaten z _nj x identisch sind.

Das der Empfängereinheit 7 zugeführte Empfangssignal kann entweder ein direkt empfangenes Signal sein, dessen Trägerfrequenz zumindest mit einer vorbestimmten maximal zulässigen Abweichung bekannt ist, oder ein von einer in Fig. 1 nicht dargestellten Signal-Monitoring-Einheit detektiertes Signal, wobei die Signal-Monitoring- Einheit ebenfalls ungefähre Informationen betreffend die Trägerfrequenz und die Bandbreite liefert. Die Signalvorverarbeitungseinheit 13 kann eine nicht näher dargestellte l/Q- Empfängereinheit umfassen, welche das Empfangssignal S _RX in einen Q-Zweig und einen I-Zweig splittet und das Empfangssignal S _RX in jedem der beiden Zweige mit jeweils einem von zwei 90° zueinander verschobenen (orthogonalen) sinusförmigen Signalen mit der ungefähren (d.h. mit einem Frequenzoffset Äf behafteten) Trägerfrequenz f ₀ in das Basisband bzw. (bis auf den Frequenzoffset Äf) zumindest in die Nähe des Basisbandes heruntermischt und mit einer vorbestimmten Abtastrate abtastet. Die Abtastrate sollte dabei deutlich höher sein als die Symbolrate des Empfangssignals S _RX , vorzugsweise ein Vielfaches (beispielsweise den Faktor 10) der Symbolrate betragen. Die Abtastung im Q-Zweig und I-Zweig erfolgt dabei zumindest im Wesentlichen synchron. Die so erzeugten I-Datenwerte und Q-Datenwerte werden für jeden Abtastzeitpunkt zu einem I/Q-Rohdatenpunkt Xj, _ra w zusammengefasst oder bilden einen solchen. Jeder I/Q-Rohdatenpunkt kann somit als zweidimensionaler Vektor oder als komplexe Zahl dargestellt werden.

Die Vorverarbeitungseinheit 13 erzeugt aus diesen digitalen Rohdaten der Klassifikationseinheit 15 zugeführte Klassifikationseingangsdaten, die hinsichtlich des Timing- Verhaltens nur noch Datenpunkte aufweisen, die jeweils einem möglichst optimalen Abtastzeitpunkt entsprechen und somit jeweils ein Modulationssymbol des Empfangssignals S _RX repräsentieren und die hinsichtlich eines möglichen Frequenz- und Pha- senoffsets korrigiert sind. Hierzu sind eine Reihe von Verfahren bekannt, so dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht näher darauf eingegangen werden muss. Insbesondere kann die Korrektur des Timings so erfolgen, dass aus den überabgetasteten I/Q-Rohdaten Xj, _ra w diejenigen Datenpunkte ausgewählt werden, die den optimalen Abtastzeitpunkten am nächsten liegen. Nach der Durchführung der Korrektur hinsichtlich des Timings und der Durchführung einer Frequenz- und Phasenkorrektur liegen korrigierte I/Q-Daten mit Datenpunkten x, vor. Zur Durchführung der Korrektur kann eine vorbestimmte Anzahl von N Datenpunkten (beispielsweise N aufeinanderfolgende Datenpunkte x, mit i=1 , 2, 3, ... N; i e N) herangezogen werden. Die Anzahl N muss so gewählt werden, dass die verwendeten Korrekturverfahren und gegebenenfalls auch das mit denselben I/Q-Datenpunkten durchgeführte Klassifikationsverfahren Ergebnisse liefern, die mit ausreichender Sicherheit bzw. einer maximal zulässigen Fehlertoleranz zutreffen. Die Weiterverarbeitung dieser I/Q-Klassifikationsdaten x, erfolgt dann durch die Klassifikationseinheit 15, welche so ausgebildet ist, dass sie mit möglichst hoher Zuverlässigkeit die Information gewinnt, welches Modulationsformat den Klassifikationsdaten x, zugrunde liegt, so dass die Demodulatoreinheit 17 unter Verwendung dieser Information eine korrekte Demodulation der I/Q-Daten zur Erzeugung korrekter digitaler Ausgangsdaten vornehmen kann.

Für die eigentliche AMC, die von der Klassifikationseinheit 15 durchgeführt wird, existieren im Wesentlichen zwei grundsätzliche Algorithmen, nämlich einerseits sogenannte wahrscheinlichkeitsbasierte (likelihood-based; LB) Verfahren und andererseits merkmalsbasierte (feature-based; FB) Verfahren. Da LB Verfahren mit dem Nachteil einer deutlich höheren Komplexität bei der rechnerischen Auswertung belastet sind, finden in praktischen Anwendungen meist FB Verfahren Verwendung. Üblicherweise verwenden FB Verfahren bestimmte charakteristische Merkmale eines Modulationsformats, die sich in den Eingangssignaldaten widerspiegeln. Die Entscheidung, ob ein bestimmtes Modulationsformat auf das Empfangssignal S _RX zutrifft, wird also durch den Vergleich der in den Klassifikationsdaten S _d,pp festgestellten charakteristischen Merkmale mit den charakteristischen Merkmalen einer Anzahl vorbestimmter, d.h. a priori bekannter Modulationsformate getroffen.

Für die Durchführung der automatischen Modulationsklassifikation ist es also erforderlich, zunächst einen Pool von Modulationsformaten zu definieren, wobei jedes Modulationsformat durch entsprechende charakteristische Eigenschaften beschrieben ist. Im Rahmen der AMC wird dann dasjenige Modulationsformat aus dem Modulationsformatepool ausgewählt, dessen Eigenschaften sich am besten mit entsprechenden, aus den Signaldaten extrahierten Eigenschaften in Übereinstimmung bringen lassen.

Ein jüngerer Trend geht dahin, Clustering-Verfahren für die AMC zu verwenden, wobei diese Varianten zu den FB Verfahren zählen. Clustering-Verfahren nutzen die im Konstellationsdiagramm von Modulationsformaten enthaltenen Informationen aus, insbesondere die Lage der Konstellationspunkte im I/Q-Diagramm, um die korrigierten l/Q- Datenpunkte jeweils bestmöglich einem Schwerpunkt zuzuordnen, der auch als Prototyp bezeichnet wird. Aus der„Qualität" der für die einzelnen Modulationsformate des Modulationsformatepools erreichten Zuordnung kann dann geschlossen werden, ob eines, und gegebenenfalls welches, der Modulationsformate auf in die korrigierten Empfangssignaldaten zutrifft.

Problematisch bei der Anwendung derartiger Clustering-Verfahren für die AMC ist jedoch die Erstellung einer Vorschrift, welche die„Qualität" der Zuordnung der in dem Modulationsformatepool enthaltenen Modulationsformate zu den korrigierten Eingangssignaldaten möglichst einfach und zuverlässig beschreibt.

In O. Azarmanesh, S.G. Bilen,„l-Q diagram utilization in a novel modulation Classification technique for cognitive radio applications", EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2013, 2013:289 wird eine Kombination des K-Means Algorithmus mit dem K-Center Algorithmus für die AMC verwendet, wobei lediglich die Standardabweichung der berechneten Prototypen für die AMC Entscheidung verwendet wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur automatischen Klassifikation des Modulationsformats eines digital modulierten Signals zu schaffen, welches einen relativ geringen Rechenaufwand erfordert und gleichzeitig eine höhere Sicherheit bei der AMC Entscheidung gewährleistet. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie eine Software zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 11 , 13 und 14.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die AMC Entscheidung auf der Basis einer Nutzenfunktion getroffen werden kann, die einen umso höheren Wert annimmt, je besser die jeweils einem Cluster-Schwerpunkt zugeordneten I/Q-Datenpunkte durch den Cluster-Schwerpunkt abgedeckt sind und je geringer die bei kritischen Abstände der ermittelten Cluster-Schwerpunkte von dem jeweils zugeordneten Konstellationspunkt sind. Dabei ist die Nutzenfunktion vorzugsweise so ausgebildet, dass sie für jeden der beiden vorgenannten Parameter bzw. für jede der beiden vorgenannten Bedingungen einen monoton steigenden Verlauf zeigt. Die Nutzenfunktion wird also so gebildet, dass deren Wert umso größer ist, je besser die jeweilige Bedingung (bei gleichzeitigem Konstanthalten der jeweils anderen Bedingung) zutrifft. Nach einer anderen Alternative kann die Nutzenfunktion so ausgebildet sein, dass sie einen umso niedrigeren Wert annimmt, je besser die jeweils einem Cluster-Schwerpunkt zugeordneten l/Q- Datenpunkte durch den Cluster-Schwerpunkt abgedeckt sind und je geringer die kritischen Abstände der ermittelten Cluster-Schwerpunkte von dem jeweils zugeordneten Konstellationspunkt sind. In diesem Fall wird die Nutzenfunktion vorzugsweise so gebildet, dass sie für jeden der beiden Parameter bzw. Bedingungen einen monoton fallenden Verlauf zeigt. Die Nutzenfunktion nimmt dann einen umso geringeren Wert an, je besser die jeweilige Bedingung (bei gleichzeitigem Konstanthalten der jeweils anderen Bedingung) zutrifft.

Das Verwenden einer Nutzenfunktion, welche diese beiden Bedingungen bzw. Parameter verknüpft, ermöglicht eine äußerst zuverlässige AMC Entscheidung. Zudem kann die Nutzenfunktion relativ einfach ausgebildet sein, so dass sich ein verhältnismäßig geringer Rechenaufwand für das Bestimmen des Wertes der Nutzenfunktion für jedes der einzelnen Modulationsformate ergibt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Nutzenfunktion so beschaffen, dass sie einen umso höheren Wert annimmt, je mehr Konstellationspunkte des betreffenden Modulationsformats nach der Durchführung des Clustering-Verfahrens jeweils mindestens ein I/Q-Datenpunkt zugeordnet wurde. Durch die Verwendung dieser weiteren Bedingungen bzw. dieses weiteren Parameters ergibt sich eine weiter verbesserte Sicherheit beim Treffen der AMC Entscheidung.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird als Clustering-Verfahren das K-Means- Verfahren verwendet. Dieses Verfahren ermöglicht eine verhältnismäßig einfache und schnelle Zuordnung der I/Q-Datenpunkte der Klassifikationsdaten S _d,pp zu einem bestimmten Prototyp bzw. Cluster-Schwerpunkt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, ein anderes Clustering-Verfahren einzusetzen, um die I/Q-Datenpunkte in Cluster aufzuteilen, welchen jeweils ein Cluster-Schwerpunkt zugeordnet ist. Dabei werden erfindungsgemäß die Cluster-Schwerpunkte in der Weise ermittelt, dass das Clustering- Verfahren mit den Konstellationspunkten des Modulationsformats initialisiert wird, so dass die Anzahl der Cluster-Schwerpunkte durch die Anzahl der Konstellationspunkte des betreffenden Modulationsformats festgelegt ist. Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Nutzenfunktion eine erste Teilfunktion in Form eines mulitplikativen Terms auf, welcher einen umso höheren oder niedrigeren Wert annimmt, je besser die jeweils einem Cluster-Schwerpunkt geordneten I/Q-Datenpunkte durch den Cluster-Schwerpunkt abgedeckt sind. Selbstverständlich sind die beiden vorgenannten Alternativen den beiden vorgenannten grundsätzlichen Alternativen für die Ausbildung der Nutzenfunktion zugeordnet. D.h., wenn die Nutzenfunktion so ausgebildet ist, dass sie in Bezug auf die beiden grundsätzlichen Parameter bzw. Bedingungen einen monoton steigenden (fallenden) Verlauf zeigt, so ist auch die erste Teilfunktion als monoton steigende (fallende) Funktion ausgebildet.

Als Maß für die Bewertung der Abdeckung der jeweils einem Cluster-Schwerpunkt zugeordneten I/Q-Datenpunkte durch die Cluster-Schwerpunkte können dabei die euklidischen Abstände der I/Q-Datenpunkte, insbesondere die Summe der euklidischen Abstände der I/Q-Datenpunkte, von dem jeweiligen Cluster-Schwerpunkt herangezogen werden.

Die erste Teilfunktion der Nutzenfunktion kann dabei durch folgende Beziehung gebildet sein:

Fi(CP _m ) = ₁₊ c _Pm>K ^mit KC m) = lLi li Xi - Zik - Pk ² wobei mit CP _m das jeweilige Modulationsformat bezeichnet ist (1 < m < M), welches durch eine Anzahl K von Konstellationspunkten C _k (1 < k < K) charakterisiert ist, mit x, die I/Q-Datenpunkte der Klassifikationsdaten S _d,pp , mit P _k die Cluster-Schwerpunkte nach der Durchführung des Clustering-Verfahrens, und mit z _ik ein Zugehörigkeitsfaktor, welcher den Wert 1 annimmt für den Fall, dass der betreffende Datenpunkt x, dem Cluster-Schwerpunkt P _k zugeordnet ist, und den Wert 0 für alle sonstigen Fälle. Der Term stellt also die Summe der quadrierten euklidischen Distanzen jedes l/Q- Datenpunkts von dem Cluster-Schwerpunkt P _k des Clusters dar, welchem er angehört. Mit anderen Worten, J(CP _m ) entspricht dem Wert der sogenannten Kostenfunktion des K-Means Verfahrens nach dessen Beendigung. Das K-Means-Verfahren wird dabei nach der Initialisierung mit den Konstellationspunkten des betreffenden Modulationsformats als Anfangs-Cluster-Schwerpunkte (Anfangsprototypen) so lange iterativ durchgeführt, bis sich die Zuordnung der I/Q-Datenpunkte zu den Cluster- Schwerpunkten nicht mehr ändert. Die Zugehörigkeit ergibt sich dabei aus dem minimalen Abstand eines I/Q-Datenpunkts zu allen aktuellen Cluster-Schwerpunkten (aktuellen Prototypen). Am Ende eines iterativen Schritts wird dann jeweils der neue Clus- ter-Schwerpunkt ermittelt.

Diese erste Teilfunktion ist so beschaffen, dass sie maximal den Wert 1 annimmt, wenn J(CP _m ) den Wert 0 erreicht, d.h. wenn sämtliche I/Q-Datenpunkte mit dem jeweiligen Cluster-Schwerpunkt zusammenfallen. Je größer die Summe der euklidischen Abstände der I/Q-Datenpunkte von dem jeweils zugeordneten Cluster- Schwerpunkt wird, d.h. je schlechter die Abdeckung der I/Q-Datenpunkte der Cluster durch die zugehörigen Cluster-Schwerpunkte wird, umso kleiner wird der Wert der ersten Teilfunktion und geht schließlich gegen Null. Durch die Multiplikation des Wertes der Kostenfunktion J(CP _m ) im Nenner der ersten Teilfunktion wird erreicht, dass sich mit zunehmender Anzahl K der Konstellationspunkte eines Modulationsformats CP _m ein geringerer Wert der ersten Teilfunktion und damit der Nutzenfunktion ergibt.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Nutzenfunktion eine zweite Teilfunktion in Form eines multiplikativen Terms auf, welcher einen umso höheren oder niedrigeren Wert annimmt, je geringer die euklidischen Abstände, insbesondere die Summe der euklidischen Abstände oder der mittlere euklidische Abstand, der mit dem Clustering-Verfahren ermittelten Cluster-Schwerpunkte von den jeweils zugeordneten Konstellationspunkte des betreffenden Modulationsformats sind. Auch hier gilt selbstverständlich wieder, dass die beiden vorgenannten Alternativen den beiden weiter oben erläuterten grundsätzlichen Alternativen für die Ausbildung der Nutzenfunktion zugeordnet sind. D.h., wenn die Nutzenfunktion so ausgebildet ist, dass sie in Bezug auf die beiden grundsätzlichen Parameter bzw. Bedingungen einen monoton steigenden (fallenden) Verlauf zeigt, so ist auch die zweite Teilfunktion als monoton steigende (fallende) Funktion ausgebildet.

Die zweite Teilfunktion F ₂ (CP _m ) der Nutzenfunktion kann vorzugsweise durch folgende Beziehung gebildet sein: wobei mit CP _m (1 < m < M) das Modulationsformat bezeichnet ist, wobei K die Anzahl der Konstellationspunkte bzw. der Cluster-Schwerpunkte des betreffenden Modulationsformats CP _m darstellt, und wobei mit C _k und P _k die Konstellationspunkte bzw. die Cluster-Schwerpunkte des betreffenden Modulationsformats bezeichnet sind.

Diese Form der zweiten Teilfunktion F ₂ (CP _m ) ist weist dabei einen monoton fallenden Verlauf in Abhängigkeit von der Summe der euklidischen Abstände der Cluster- Schwerpunkte P _k von den betreffenden zugeordneten Konstellationspunkten C _k auf. Es wird also berücksichtigt, wie weit sich der für die Initialisierung der Clustering- Verfahrens verwendete Anfangsprototyp (d.h. der betreffende Konstellationspunkt) bei Beendigung des Clustering-Verfahrens verschoben hat. Die Summe der Abstände wird zur Berechnung der zweiten Teilfunktion F ₂ (CP _m ) gemittelt, d.h. durch die Anzahl der Konstellationspunkte des betreffenden Modulationsformats dividiert.

In Bezug auf das Zutreffen des zweiten wesentlichen Kriteriums für die Bildung der Nutzenfunktion, d.h. das Vorliegen möglichst geringer Abstände der Cluster- Schwerpunkte von den betreffenden Konstellationspunkten, weist die zweite Teilfunktion F ₂ (CP _m ) einen monoton steigenden Verlauf auf und erreicht den Maximalwert 1 , wenn der mittlere Abstand den Wert 0 erreicht.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Nutzenfunktion eine dritte Teilfunktion F ₃ (CP _m ) in Form eines multiplikativen Terms aufweisen, welcher folgende Gestalt aufweist:

^3 (CP _m ) =

Die Funktion <£(P _fe ) ist dabei so definiert, dass sie den Wert 1 annimmt, falls dem betreffenden Cluster-Schwerpunkt P _k wenigstens ein Datenpunkt zugeordnet wurde, und den Wert 0 sonst. Mit CP _m ist hierbei das Modulationsformat (1 < m < M) bezeich- net ist und mit K die Anzahl der Cluster-Schwerpunkte des betreffenden Modulationsformats.

Hierdurch wird erreicht, dass die dritte Teilfunktion ebenfalls einen Maximalwert von 1 errreicht, wenn jedem Cluster-Schwerpunkt (und damit indirekt jedem Konstellationspunkt) wenigstens ein I/Q-Datenpunkt zugeordnet wurde. Ist dies nicht der Fall, beispielsweise weil das betreffende zu testende Modulationsformat mehr Konstellationspunkte aufweist als das tatsächlich in den I/Q-Daten enthaltene Modulationsformat, so sorgt die dritte Teilfunktion für eine drastische Erniedrigung des Wertes der gesamten Nutzenfunktion, so dass kaum die Gefahr besteht, dass das betreffende zu testende Modulationsformat als korrekt identifiziert wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die erste Teilfunktion der Nutzenfunktion stärker gewichtet, als die eine oder die beiden weiteren Teilfunktionen F ₂ (CP _m ) und F ₃ (CP _m ). Insbesondere kann die erste Teilfunktion quadriert sein.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung zur Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens kann als geeignete Datenverarbeitungsvorrichtung, insbesondere als Signalprozessor, ausgebildet sein. Eine derartige Datenverarbeitungsvorrichtung kann selbstverständlich auch in einer komplexeren Einheit integriert sein. Das Verfahren wird dann regelmäßig in Form einer Software realisiert sein, die in den Arbeitsspeicher der Datenverarbeitungsvorrichtung geladen werden kann oder in diesem dauerhaft gespeichert vorliegt. Der hier verwendete Begriff„Software" bezeichnet also jegliche Art von Software, Computerprogramm oder Firmware. Die Software nach der Erfindung kann selbst verständlich in einer auf einen beliebigen Datenträger aufgezeichneten Form vorliegen und von dort in den Arbeitsspeicher einer Datenverarbeitungsvorrichtung geladen oder fest in diesem gespeichert werden. Es ist selbstverständlich ebenfalls möglich, die Software aus einem Kommunikationsnetz herunterzuladen.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Systemmodells 1 mit einer Sendeeinheit, einem Übertragungskanal und einer Empfängereinheit, wobei die Empfängereinheit eine Klassifikationseinheit nach der Erfindung umfasst;

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm der Vorverarbeitungseinheit der Empfangseinheit in Fig. 1 ;

Fig. 3 schematische I/Q-Diagramme für Empfangsdaten eines 16 QAM Signals für verschiedene Verarbeitungsschritte der Vorverarbeitung (Fig. 3a: unkorrigier- te, überabgetastete I/Q-Daten; Fig. 3b: die hinsichtlich des Timings korrigierten Empfangsdaten (nach Bestimmung des optimalen Abtastzeitpunkts); Fig. 3c: die hinsichtlich eines Frequenz- und Phasen-Offsets korrigierten Daten in Fig. 3b);

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung; und

Fig. 5 ein Diagramm mit simulierten Detektionswahrscheinlichkeiten bei der Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung in Abhängigkeit vom Signalrauschverhältnis für verschiedene Modulationsformate.

Das in Fig. 1 dargestellte Systemmodell 1 wurde bereits vorstehend näher erläutert. Im Folgenden sollen daher im Wesentlichen nur noch die Funktionen der AMC-Einheit 11 näher erläutert werden, da neben der Signalvorverarbeitungseinheit 13 insbesondere die Klassifikationseinheit 15 für die Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist. Die Klassifikationseinheit 15 kann als Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere als Signalprozessoreinheit, ausgebildet sein, welche zur Durchführung des im Folgenden erläuterten Klassifikationsverfahren ausgebildet ist. Das Verfahren kann in Form von Software oder Firmware implementiert sein, welches in einem Arbeitsspeicher der Datenverarbeitungseinrichtung enthalten ist, der auch als Festspeicher ausgebildet sein kann.

Fig. 2 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm eines wesentlichen Teils der Signalvorverarbeitungseinheit 13, welchem bereits die aus dem eigentlichen Empfangssignal S _RX gewonnenen I/Q-Datenpunkte x, zugeführt sind. Diese I/Q-Datenpunkte können aus dem analogen hochfrequenten Empfangssignal S _RX mittels einer analogen, nicht näher dargestellten I/Q-Empfangsvorrichtung gewonnen werden, welche das hochfrequente Empfangssignal in einen I- und einen Q-Empfangszweig aufteilt und jeweils unter Verwendung eines von zwei orthogonalen sinusförmigen Signalen in das Basisband heruntermischt. Die sinusförmigen Signale weisen dabei eine Frequenz f ₀ auf, die zumindest ungefähr, d.h. bis auf einen Frequenzfehler oder Frequenzoffset Äf der Trägerfrequenz des Empfangssignals S _RX entspricht. Die ungefähre Frequenz f ₀ kann der Signalvorverarbeitungseinheit 13 von einer weiteren, nicht dargestellten Einheit zugeführt oder in diese gespeichert sein. Bei der weiteren Einheit kann es sich beispielsweise um eine Signal-Monitoring-Einheit handeln. Somit wird in jedem der Pfade ein niederfrequentes analoges Signal erzeugt, welches, bis auf einen Frequenz- und einen Phasenoffset, dem I-Signal und dem Q-Signal entspricht, welches jeweils im I- bzw. Q-Pfad eines I/Q-Modulators zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals S _T x der Sendeeinheit 3 hätte verwendet werden können. Abhängig vom jeweiligen Modulationsformat des Ausgangssignals S _T x können jedoch selbstverständlich auch andere Typen von Modulatoren 9 (Fig. 1) verwendet werden. Dies ändert nichts an der Möglichkeit auf der Empfangsseite einen I/Q-Demodulator bzw. eine in diesem enthaltene I/Q-Empfangseinheit einzusetzen, die in der Lage ist, I/Q-Rohdaten Xi, _ra w für Empfangssignale mit einem beliebigen digitalen Modulationsformat zu erzeugen.

Die so erzeugten niederfrequentierten analogen I- und Q-Signale können dann mit einer vorbestimmten Abtastfrequenz zeitsynchron abgetastet und in entsprechende digitale Abtastwerte gewandelt werden. Die Abtastfrequenz wird dabei so gewählt, dass sie wesentlich größer ist als die Symbolrate (auch als Schrittfrequenz bezeichnet) des hochfrequenten Empfangssignals S _RX . Die Abtastfrequenz kann beispielsweise das Zehnfache der Schrittfrequenz betragen.

Die so erzeugten I/Q-Rohdaten x, ^ werden der in Fig. 2 dargestellten Signalvorverarbeitungseinheit 13 an deren Eingang zugeführt. Die Signalvorverarbeitungseinheit 13 umfasst 3 Stufen, welche jeweils zur Korrektur eines bestimmten Fehlers, der noch in den überabgetasteten I/Q-Rohdaten enthalten ist, dienen.

Bei der ersten Stufe handelt es sich um eine Zeitsynchronisationseinheit (Timing Recovery Einheit) 19, welche ein digitales Filter 21 aufweist, das beispielsweise als Tiefpassfilter ausgebildet sein kann und zur Rauschreduzierung dient. Die Bandbreite des Filters 21 kann entweder fest auf einen Wert eingestellt sein, der größer ist als die maximale zu erwartende Bandbreite des Empfangssignals S _RX bzw. der I/Q-Rohdaten Xi raw Das gefilterte Ausgangssignal bzw. die gefilterten Ausgangsdaten des digitalen Filters 19 sind einer Einheit 23 zur Bestimmung wenigstens eines Parameters zur Zeitsynchronisation zugeführt. Die Einheit 23 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie nach einem bekannten Verfahren diejenigen Datenpunkte aus den l/Q- Rohdaten Xj. _raw auswählt, die jeweils einen der Symboldauer entsprechenden zeitlichen Abstand aufweisen und für die sich eine maximale Öffnung des Augendiagramm ergibt. Ein derartiges nicht datengestütztes (Non Data Aided: NDA) Verfahren ist beispielsweise in Oerder, M.; Meyr, H.,„Digital Filter and Square Timing Recovery", IEEE Transactions on Communications, Vol. 36, No. 5, May 1988, pp. 605- 612 beschrieben. Die Einheit 23 zur Bestimmung wenigstens eines Parameters zur Zeitsynchronisation liefert an eine Korrektureinheit 25 den von ihr bestimmten wenigstens einen Parameter, welchen die Korrektureinheit 25 zur Durchführung der Zeitsynchronisation verwendet. Beispielsweise liefert die Einheit 23 die Information, dass bestimmte ausgewählte l/Q- Rohdaten Xi, _ra w jeweils ein Modulationssymbol repräsentieren. Mit anderen Worten, die Einheit 23 liefert bestimmte Werte für den Index i der I/Q-Rohdaten Xi, _ra w, insbesondere einen bestimmten Anfangswert für den Index i und ein bestimmtes Intervall Δί, welches einem Vielfachen des Abtastintervalls entspricht.

Fig. 3a zeigt ein I/Q-Diagramm für eine Vielzahl von I/Q-Rohdatenpunkten x,, die im Rahmen einer Messung aus einem verrauschtem Empfangssignal S _RX erzeugt wurden, welches eine 16 QAM Modulation aufweist. Da noch keinerlei Korrektur durchgeführt wurde, ist keinerlei Struktur der Datenpunkte, sondern lediglich eine Punktwolke erkennbar. Durch die Durchführung der Zeitsynchronisation mittels der Korrektureinheit 25, wurden aus der in Fig. 3a dargestellten Punktwolke diejenigen I/Q-Rohdatenpunkte eliminiert, die kein Modulationssymbol repräsentieren. Die verbleibenden, jeweils ein Modulationssymbol repräsentierenden Punkte sind in Fig. 3b dargestellt. Da diese zeitkorrigierten I/Q-Datenpunkte noch mit einem Frequenz- und einem Phasenfehler behaftet sind, ist zwar eine Struktur konzentrischer Ringe erkennbar, jedoch noch keinerlei punktförmige oder punktwolkenförmige Struktur, die ein bestimmtes Modulationsformat mit einer bestimmten Anordnung von Konstellationspunkten erkennen ließe. Bei der zweiten Stufe der Signalvorverarbeitungseinheit 13 handelt es sich um eine Frequenzsynchronisationseinheit 27, welche eine Skaliereinheit 29, eine Einheit 31 zur Bestimmung wenigstens eines Parameters für die Frequenzsynchronisation und eine Korrektureinheit 33 zur Durchführung der Frequenzsynchronisation umfasst. Die Skaliereinheit 29 normiert die hinsichtlich des Timings korrigierten I/Q-Daten mit deren Varianz, welche der Signalleistung entspricht. Dies ist für die nachfolgende automatische Modulationsklassifikation erforderlich, wobei die Konstellationsdiagramme der in einem Modulationsformatepool ebenfalls in gleicher weise normiert sein müssen, d.h. ebenfalls auf die Varianz bzw. die Signalleistung. Die Einheit 31 ist zur Bestimmung des noch in den hinsichtlich des Timings korrigierten I/Q-Daten enthaltenen Frequenzfehlers bzw. Frequenz Offsets Äf ausgebildet. Auch hierfür sind entsprechende Verfahren bekannt. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren verwendet, nach dem hinsichtlich des Timings korrigierte I/Q-Daten hinsichtlich der Frequenz variiert werden. Dies erfolgt über einen voraussichtlich ausreichenden Frequenzoffset von ±Äf in einer ausreichend geringen Schrittweite. Für jede so gewählte Frequenz werden die Winkel der skalierten oder nicht-skalierten I/Q-Daten dahingehend ausgewertet, ob sich bestimmte„Häufungen" ergeben. Hierzu werden für jede Frequenz die Phasenwinkel der (skalierten oder nicht-skalierten) Hilfsprogramme h ₂ =hist(8 arg(Xi)) und

h ₃ =hist(16 arg(Xi)) erstellt und hinsichtlich der Varianz ausgewertet. Dabei zeigt eine hohe Varianz, dass in dem Histogramm schärfere Peaks vorhanden sind als bei einer geringeren Varianz. Die Histogramme h ₂ bzw. h ₃ sind dabei insbesondere für 8 PSK und 16 PSK Modulationsformate optimiert. Die Werte der Varianz für die Histogramme hi , h ₂ und h ₃ werden im Frequenzbereich ±Äf hinsichtlich ihrer Dynamik ausgewertet. Hierzu kann beispielsweise das Verhältnis aus dem maximalen Wert der Varianz im gesamten Frequenzbereich und dem Mittelwert der Varianz (ebenfalls über den gesamten Frequenzbereich) berechnet werden. Der für die Frequenzkorrektur verwendete Frequenzwert bzw. Frequenz-Offset kann dann unter Heranziehen derjenigen Histogramme hi , h ₂ oder h ₃ ermittelt werden, d.h. aus dem betreffenden Diagramm bzw. dem Datensatz der zugehörigen frequenzabhängigen Varianzwerte entnommen werden, welcher den höchsten Wert für die Dynamik der Varianz liefert. Dieser Frequenzwert kann dann für die Korrektur durch die Korrektureinheit 33 verwendet werden.

Da in bestimmten Fällen diese Vorgehensweise nur zu unsicheren Ergebnissen führen würde, weil die Werte für die Dynamik der frequenzabhängigen Varianzen unter Ver- wendung der Histogramme hi , h ₂ und h ₃ zu gering sind, wird erfindungsgemäß zusätzlich eine statistische Analyse mit einer Auswertung des Moments vierter Ordnung μ ₄ =Ε((χ _Γ μ) ⁴ ) und des Moments 16. Ordnung μ ₁₆ =Ε((χ _Γ μ) ¹⁶ ) durchgeführt wird. Die Momente μ ₄ und μ ₁₆ werden ebenfalls für jede Frequenz innerhalb des Frequenzbereichs ±Äf hinsichtlich der Dynamik ausgewertet. Im Rahmen einer Gesamtauswertung kann dann der Frequenzwert für die Frequenzkorrektur aus demjenigen Parameter ermittelt werden, für den sich die maximale Dynamik ergibt, d.h. entweder aus einer der frequenzabhängigen Varianzen, die basierend auf den Histogrammen hi , h ₂ und h ₃ ermittelt wurden oder aus einem der frequenzabhängigen Momente μ ₄ und μ ₁₆ .

Nach Durchführung der Frequenzkorrektur durch die Frequenzsynchronisationseinheit 27 zeigen sich im Konstellationsdiagramm (bei einem Signal-Rausch-Verhältnis, welches noch eine im Wesentlichen fehlerfreie Demodulation zulässt) bereits deutliche Punkthaufen, die jedoch noch um einen Phasenfehler gegenüber den Konstellationspunkten des tatsächlich zutreffenden Modulationsformats um den Ursprung des l/Q- Diagramms gedreht sein können.

Diese letzte erforderliche Korrektur wird in der dritten Stufe der Signalvorverarbei- tungseinheit 13, durch eine Phasensynchronisationseinheit 35 vorgenommen. Hierzu existieren ebenfalls bekannte Verfahren. Beispielsweise kann die Phase der nunmehr frequenzkorrigierten und skalierten I/Q-Daten in einem vorgegebenen Winkelbereich in ausreichend kleinen Schritten variiert werden. Der Winkelbereich wird vorzugsweise abhängig von den a priori festgelegten Modulationsarten vorgegeben. Beispielsweise ist ein Winkelbereich von 180° für BPSK als kleinstes angenommenes Symbolalphabet notwendig. Wrd ein minimales Symbolalphabet für QPSK vorgegeben, reicht ein maximaler Winkelbereich von 90° aus. Für die Bestimmung des Korrekturphasenwertes kann dann wieder das bereits für die Frequenzsynchronisation verwendete Histogramm hi und die betreffende Varianz herangezogen werden. Aus der phasenabhängigen Varianz kann der Wnkelwert für einen Peak bestimmt und mit Wnkelwerten verglichen werden, die für die Modulationsformate des Modulationsformatepools bestimmt wurden. Durch die Auswahl eines dem in der vorstehenden Weise ermittelten Winkel am nächsten kommenden Wnkels eines Konstellationspunkts der vordefinierten Modulationsformate kann dann aus der bestehenden Winkelabweichung ein Pha- senkorrekturwert ermittelt werden. Dieses Verfahren kann in einer Einheit 37 zur Be- Stimmung wenigstens eines Parameters für die Phasensynchronisation ausgeführt werden. Die Einheit 37 liefert den Phasenkorrekturwert an eine Korrektureinheit 39 zur Durchführung der Phasensynchronisation, die am Ausgang der Signalvorverarbei- tungseinheit 13 die hinsichtlich des Timings, eines Frequenzoffsets und eines Phasen- offsets korrigierten I/Q-Daten abgibt.

Fig. 3c zeigt ein Konstellationsdiagramm für die vollständig korrigierten I/Q-Daten für das simulierte Empfangssignal SRX, welches eine 16 QAM Modulation aufweist. Hier sind deutlich die 16 Punktehaufen erkennbar, die den entsprechenden 16 Konstellationspunkten dieses Modulationsformats zugeordnet sind.

Die für die Korrektur erforderlichen Parameter müssen von der Signalvorverarbei- tungseinheit 13 selbstverständlich nicht kontinuierlich für alle Eingangsdaten, d.h. für alle I/Q-Rohdatenpunkte Xi, _ra w bestimmt werden. Vielmehr ist es ausreichend, die Korrekturdaten einmalig oder in vorbestimmten Abständen oder abhängig von einem oder mehreren weiteren Parametern, beispielsweise der Fehlerrate bei der Demodulation, zu bestimmen und dann auf den Strom der Eingangsdaten anzuwenden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird der korrigierte Strom von Empfangsdaten, also in der Strom der korrigierten I/Q-Datenpunkte x,, der Demodulatoreinheit 17 an ihrem Eingangsportal zugeführt. Die zur Demodulation erforderlichen Parameter, insbesondere die Information betreffend das Modulationsformat, erhält die Demodulatoreinheit 17 von der Klassifikationseinheit 15.

Hierzu führt die Signalvorverarbeitungseinheit 13 der Klassifikationseinheit 11 eine vorbestimmte Menge bzw. einen Block von korrigierten I/Q-Datenpunkten x, zu, beispielsweise einen Block von N=512 Datenpunkten. Dies kann insbesondere auch derselbe Block von I/Q-Datenpunkten sein, der in den Synchronisationseinheiten 19, 27 und 35 für die Bestimmung der einzelnen Parameter zur Durchführung der Zeit-, Fre- quenz-und Phasensynchronisation verwendet wird.

Im Folgenden wird die Klassifikationseinheit 15 näher erläutert, welche das in Fig. 4 als Ablaufdiagramm schematisch dargestellte Klassifikationsverfahren durchführt. Dabei werden nach dem Start des Klassifikationsverfahrens zunächst die hierfür heranzuzie- henden korrigierten I/Q-Datenpunkte ausgewählt, beispielsweise die N von der Signal- vorverarbeitungseinheit 13 übergebenen Datenpunkte.

In einem zweiten Schritt wählt die Klassifikationseinheit 15 ein erstes zu testendes Modulationsformat CPi aus einem Pool von M digitalen Modulationsformaten CP _m (1 <m<M) aus. Der Pool von Modulationsformaten kann beispielsweise die für die Klassifikation erforderlichen Informationen für die 4 QAM/PSK, 16 QAM, 32 QAM, 64 QAM, BPSK, 8 PSK und 16 PSK Modulationsformate umfassen. Der Pool von Modulationsformaten bzw. die Informationen für jedes der Modulationsformate des Pools können in der Klassifikationseinheit 15 gespeichert sein. Es ist ebenfalls möglich, die betreffenden Informationen der Klassifikationseinheit 15 von einer externen Einheit (nicht dargestellt) zuzuführen. Die gespeicherten Informationen umfassen für jedes Modulationsformat das jeweilige Konstellationsdiagramm, also die I- und die Q-Werte für jeden Konstellationspunkt des betreffenden Modulationsformats. Die I- und Q-Werte werden in derselben Weise normiert, wie dies für die korrigierten I/Q-Datenpunkte erfolgt ist. Wie vorstehend erläutert, kann die Normierung auf die mittlere Leistung erfolgen, die in einem Modulationssignal enthalten ist, welches das betreffende Modulationsformat verwendet.

In einem weiteren Schritt führt die Klassifikationseinheit 15 ein Clustering-Verfahren durch, welches mit den Konstellationspunkten des ausgewählten Modulationsformats initialisiert wird. Als Clustering-Verfahren eignet sich insbesondere das K-Means- Verfahren, dessen Kostenfunktion in Gleichung (1) wiedergegeben ist.

J(CP _m ) = \\ Xi - z _ik - P _k \\ ² (1 )

In Gleichung (1) sind mit CP _m (1 <m<M) eines der M Modulationsformate des Modulationsformatepools, mit Xi die I/Q-Datenpunkte des Blocks von N Datenpunkten, mit P _k (1 <k<K) die K Prototypen des K-Means Verfahrens, welches mit den Konstellationspunkten des betreffenden Modulationsformats initialisiert wurde, und mit z _{i k} ein Zugehörigkeitsfaktor bezeichnet, der gleich 1 ist, wenn der jeweilige I/Q-Datenpunkt x, durch das K-Means Verfahren dem Protoypen P _k zugeordnet wurde und gleich 0 sonst. Die Kostenfunktion des K-Means Verfahrens ist somit durch die Summe der Quadrate der euklidischen Abstände der I/Q-Datenpunkte von dem jeweils zugeordneten Prototypen definiert. Im Idealfall eines nicht-verrauschten Signals liegen die I/Q-Datenpunkte genau auf den Konstellationspunkten des Modulationsformats des Signals, so dass die Kostenfunktion in diesem Idealfall den Wert Null annimmt.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird in einem weiteren Schritt eine Nutzenfunktion F(CP _m ) berechnet, welche bewertet, wie gut das zu testende Modulationsformat CP _m mit dem Modulationsformat des Empfangssignals SRX übereinstimmt, aus welchem die korrigierten I/Q-Datenpunkte extrahiert wurden.

Bei der Durchführung des Klassifikationsverfahrens gemäß Fig. 4 werden die Schritte des Auswählens des zu testenden Modulationsformats, der Durchführung des K- Means-Verfahrens und der Berechnung des Wertes für die Nutzenfunktion für das jeweils zu testende Modulationsformat in einer Schleife für sämtliche Modulationsformate des Modulationsformatepools durchgeführt.

Schließlich wird in einem letzten Schritt jeweils der maximale bzw. minimale Wert argmax F(CP _m ) bzw. argmin F(CP _m ) ermittelt, je nachdem ob die Nutzenfunktion F(CP _m ) so beschaffen ist, dass ein optimales Zutreffen des zu testenden Modulationsformats CP _m zu einem optimal hohen bzw. optimal niedrigen Funktionswert führt. Das Modulationsformat CP _m , für welches sich der höchste bzw. niedrigste Wert der Nutzenfunktion ergibt, wird als das zutreffende Modulationsformat klassifiziert.

Hieraus ergibt sich, dass die Nutzenfunktion im interessierenden Wertebereich und für sämtliche Modulationsformate des Modulationsformatepools einen monoton steigenden oder einen monoton fallenden Verlauf aufweisen muss.

Für die Nutzenfunktion F (CP _m ) hat sich folgende Fassung als vorteilhaft herausgestellt:

F(CP _m ) = F (CP _m ) ^■ F ₂ (CP _m ) ^■ F ₂ (CP _m ) (2) mit 1

Fi(CP _m )

l+J(CP _m )-K (3)

1

(4) i+ l% ₌₁ \\c _k - ^p _k \\ ( _. CP _m ) (5)

K

Dabei sind mit C _k die Konstellationspunkte des jeweils zu testenden Modulationsformats CP _m (1 <k<K) und mit J(CP _m ) der Wert der Kostenfunktion des K-Means Verfahrens nach Gleichung (1) nach Beendigung des Verfahrens bezeichnet. Φ(Ρκ) bezeichnet eine Funktion, deren Wert gleich 1 ist, wenn dem Prototypen P _k mit dem Clus- tering-Verfahren wenigstens ein I/Q-Datenpunkt in der I/Q-Ebene zugeordnet wurde und gleich 0 sonst.

Damit charakterisiert die erste Teilfunktion die im Wesentlichen durch den Wert der Kostenfunktion bestimmt ist, wie gut die mittels des Clustering-Verfahrens gebildeten Cluster von korrigierten I/Q-Datenpunkten durch den jeweils ermittelten Prototypen, die den Clustern zugeordnet wurden, abgedeckt sind. Die Prototypen P _k eines Modulationsformats gehen dabei aus den jeweiligen Konstellationspunkten C _k des zu testenden Modulationsformat CP _m hervor, mit welchen das Clustering- Verfahren initialisiert wurde.

Wie aus Gleichung (3) ersichtlich, wird der Wert der Kostenfunktion J (CP _m ) noch mit der Anzahl K der Konstellationspunkte gewichtet. Die Teilfunktion ist ersichtlich so ausgebildet, dass sie für eine optimale Abdeckung der I/Q-Datenpunkte durch die Cluster-Prototypen den Wert 1 erreicht. Für sehr schlechte Abdeckungen, d.h. für den Fall, dass die Kostenfunktion sehr hohe Werte annimmt, geht die erste Teilfunktion nach 0.

Die zweite Teilfunktion F ₂ (CP _m ) hängt im Wesentlichen von der Summe der euklidischen Abstände bzw. dem mittleren Abstand der Prototypen P _k von den zugehörigen Konstellationspunkten C _k des Modulationsformats CP _m ab, mit welchen das Clustering- Verfahren initialisiert wurde. Je größer diese Abstände bzw. der mittlere Abstand sind, umso mehr geht der Wert der zweiten Teilfunktion F ₂ (CP _m ) nach 0. Je geringer die Abstände bzw. der mittlere Abstand sind, umso mehr nähert sich der Wert der zweiten Teilfunktion F ₂ (CP _m ) den Wert 1 an.

Die dritte Teilfunktion berücksichtigt, dass es vorkommen kann, dass ein zu testendes Modulationsformat CP _m mehr Konstellationspunkte hat und wenigstens einer der Punkte so weit von den I/Q-Datenpunkten entfernt liegt, dass ihm mit dem Clustering- Verfahren kein einziger Datenpunkt zugeordnet wird.

Damit ergibt sich durch die Verwendung der Nutzenfunktion gemäß den Gleichungen (1) bis (5) eine relativ einfache, eindeutige und zutreffende Bewertung der Fragenstellung, wie gut ein zu testendes Modulationsformat auf die (korrigierten) I/Q-Datenpunkte und damit auf das Modulationsformat des Empfangssignals (welches durch die l/Q- Datenpunkte charakterisiert wird), zutrifft. Grundsätzlich wird das nach der Nutzenfunktion am besten zutreffende Modulationsformat (welches im Modulationsformatepool enthalten ist) als das tatsächlich zutreffende Modulationsformat gewählt. Es ist jedoch selbstverständlich möglich, einen Schwellenwert zu definieren, der überschritten sein muss, um eine Zuordnung mit ausreichender Sicherheit zu gewährleisten. Beispielsweise können das Empfangssignal und damit auch die hieraus extrahierten und korrigierten I/Q-Daten so verrauscht sein, dass keine ausreichend sichere Zuordnung mehr gewährleistet werden kann. Darüber hinaus kann es auch sein, dass das Modulationsformat des Empfangssignals nicht im Modulationsformatepool enthalten ist. Die vorstehende Nutzenfunktion ist so beschaffen, dass in all diesen Fällen eine ausreichend sichere Aussage getroffen werden kann, ob, und falls ja, welches Modulationsformat des Modulationsformatepools auf das Empfangssignal zutrifft.

Grundsätzlich kann die Nutzenfunktion selbstverständlich auch, unter Verwendung derselben Auswertemechanismen oder -Informationen, anders ausgebildet sein. Als Auswertemechanismen werden dabei insbesondere die Kostenfunktion nach Gleichung (1), und der Summenterm im Nenner von Gleichung (4), welcher den euklidischen Abstand der Prototypen nach Abschluss des Clustering-Verfahrens von den dieses initialisierenden Konstellationspunkten darstellt, und der Mechanismus gemäß Gleichung (5) oder ein hierzu analoger Mechanismus angesehen, welcher bewertet, ob allen Prototypen wenigstens ein Datenpunkt zugeordnet wurde.

Wie bereits erwähnt, kann die Nutzenfunktion auch so gebildet sein, dass sie für das am besten zutreffende Modulationsformat einen minimalen Wert annimmt. Das gilt selbstverständlich auch für entsprechend gewählte bzw. ausgebildete Teilfunktionen.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm, in welchem die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Zuordnung des Modulationsformats zu dem im verrauschten Empfangssignal S _RX enthaltenen Modulationsformat abhängig vom Signalrauschverhältnis (SNR) dargestellt ist. Die Daten wurden durch Simulation unter Zugrundelegung des Modells in Fig. 1 und der Nutzenfunktion nach den Gleichungen (1) bis (5) ermittelt. Für das Korrigieren der l/Q- Daten aus dem Empfangssignal wurden 5000 Pakete mit jeweils 5120 l/Q- Rohdatenpunkten verwendet, die aus dem Empfangssignal extrahiert wurden. Dies entspricht einer Überabtastung mit dem zehnfachen Wert der Symbolrate bzw. der Schrittgeschwindigkeit.

Bezugszeichenliste

CP _m Modulationsformat (m=1 , 2, 3, ... M; m e i)

c _k Konstellationspunkt eines Modulationsformats

F(CP _m ) Nutzenfunktion

K Anzahl der Konstellationspunkte eines Modulationsformats

M Anzahl der Modulationsformate im Modulationsformatepool

N Anzahl der I/Q-Datenpunkte in einem Block

P _k Clusterschwerpunkt (Prototyp des Clustering-Verfahrens)

STX digital moduliertes Sendesignal

S _n Rauschsignal

SRX digital moduliertes, verrauschtes Empfangssignal

SAMC AMC Signal (mit AMC Ergebnissen)

fo Trägerfrequenz

f'o Trägerfrequenz mit Frequenzoffset

Δί Frequenzoffset

Xj.raw I/Q-Rohdatenpunkte (j=1 , 2, 3, ... ; j e N)

Xi (korrigierte) I/Q-Datenpunkte (i=1 , 2, 3, ... ; i e N)

Ζη,ΤΧ (binäre) digitale Sendedaten (n=1 , 2, 3, ... ;n ε N)

1 System modell

3 Sendereinheit

5 Übertragungskanal

7 Empfängereinheit

9 Modulatoreinheit

1 1 AMC (automatic modulation Classification) Einheit

13 Signalvorverarbeitungseinheit

15 Klassifikationseinheit

17 Demodulatoreinheit

19 Zeitsynchronisationseinheit

21 digitales Filter Einheit zur Bestimmung wenigstens eines Parameters zur Zeitsynchronisation

Korrektureinheit zur Durchführung der Zeitsynchronisation

Frequenzsynchronisationseinheit

Skaliereinheit

Einheit zur Bestimmung wenigstens eines Parameters für die Frequenzsynchronisation

Korrektureinheit zur Durchführung der Frequenzsynchronisation

Phasensynchronisationseinheit

Einheit zur Bestimmung wenigstens eines Parameters für die Phasensynchronisation

Korrektureinheit zur Durchführung der Phasensynchronisation