I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.  12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 ,   p p .   399 ~ 410   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijece . v 1 2 i 1 . pp 3 9 9 - 4 1 0          399     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Ama teur  ra dio  se nsing  t echni que u sing  a co mbina tion o ene rg y   detec tion a nd wa v eform cla ss ificat io n       Na ra t hep P hruk s a hira n   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   C h u l a c h o m k l a o   R o y a l   M i l i t a r y   A c a d e my ,   N a k h o n   N a y o k ,   T h a i l a n d       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   2 9 ,   2 0 2 1   R ev is ed   Ma y   3 1 ,   2 0 2 1   Acc ep ted   J u l 1 ,   2 0 2 1       c rit ica p ro b lem   in   sp e c tru m   se n sin g   is  to   c re a te  a   d e tec ti o n   a lg o rit h m   a n d   tes sta ti stics .   Th e   e x isti n g   a p p r o a c h e e m p lo y   th e   e n e r g y   le v e l   o e a c h   c h a n n e o in tere st.  Ho we v e r,   th i fe a tu re   c a n n o a c c u ra tely   c h a ra c teriz e   th e   a c tu a a p p li c a ti o n   o p u b li c   a m a teu ra d io .   T h e   tran sm it ted   sig n a is  n o t   c o n ti n u o u a n d   m a y   c o n sist  o n l y   o a   c a rrier  fre q u e n c y   with o u i n f o rm a ti o n .   Th is  p a p e p ro p o se a   n o v e e n e rg y   d e tec ti o n   a n d   wa v e fo r m   fe a tu re   c las sifica ti o n   (EDW C)  a lg o rit h m   to   d e tec sp e e c h   sig n a ls  i n   p u b li c   fre q u e n c y   b a n d s b a se d   o n   e n e r g y   d e tec ti o n   a n d   s u p e rv ise d   m a c h in e   lea rn in g .   Th e   e n e rg y   lev e l,   d e sc rip ti v e   sta ti stics ,   a n d   sp e c tral  m e a su re m e n t o ra d io   c h a n n e ls  a re   trea ted   a fe a tu re   v e c to rs  a n d   c las sifiers   to   d e term in e   wh e th e r   th e   sig n a is  sp e e c h   o r   n o ise .   Th e   a lg o rit h m   is  v a li d a ted   u s in g   a c tu a l   fre q u e n c y   m o d u latio n   ( F M )   b r o a d c a stin g   a n d   p u b li c   a m a teu si g n a ls.  Th e   p ro p o se d   EDW a lg o rit h m ' p e rfo rm a n c e   is  e v a lu a ted   in   term s   o train i n g   d u ra ti o n ,   c las sifica ti o n   ti m e ,   a n d   re c e iv e o p e ra ti n g   c h a ra c teristic.  T h e   sim u latio n   a n d   e x p e rime n tal  o u tc o m e sh o th a t   th e   EDW C   c a n   d isti n g u ish   a n d   c las sify   wa v e fo rm   c h a ra c teristics   fo s p e c tru m   se n si n g   p u r p o se s,   p a rti c u larly   fo th e   p u b li c   a m a teu u se   c a se .   Th e   n o v e tec h n ica re su lt c a n   d e tec a n d   c las sify   p u b li c   ra d i o   fr e q u e n c y   sig n a ls  a v o ice   sig n a ls  f o sp e e c h   c o m m u n ica ti o n   o ju st  n o ise ,   wh ich   is  e ss e n ti a a n d   c a n   b e   a p p li e d   in   se c u rit y   a sp e c ts.   K ey w o r d s :   C o g n itiv r ad io   E n er g y   d etec tio n   Ma ch in lear n in g   Sp ec tr u m   s en s in g   W av ef o r m   class if icatio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Nar ath ep   Ph r u k s ah ir an   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   C h u lach o m k lao   R o y a l M ilit ar y   Aca d em y   Nak h o n   Nay o k ,   2 6 0 0 1 ,   T h aila n d   E m ail: n ar ath ep p @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h r a d io   s p ec tr u m   r em ain s   t h r ad i o   f r eq u e n cy   ( R F)  p ar o f   th e   elec tr o m a g n etic  s p ec tr u m ,   wh ic h   is   co n s id er ed   lim ited   s o u r ce .   W ith   th ad v an ce m en o f   c o m m u n icatio n   tech n o lo g y ,   g o v er n m en ag e n cies  m u s s u p er v is th e   m an a g e m en o f   th e   f r eq u en cy   b a n d   f o llo w in g   r u les  t o   av o id   m u tu al  in ter f er en ce .   T h er ef o r e,   m o n ito r in g   s p ec tr u m   u s ag an d   r ec o r d in g   u s ag s tatis tic s   ar ess en tial  f o r   th d ev elo p m en t,   im p r o v em e n a n d   is s u an ce   o f   r eg u latio n s   u n d er   ac tu al  u s co n d itio n s ,   p a r ticu lar ly   r eg a r d in g   th a v ailab le   f r eq u e n cies  o f   p u b lic  am ateu r   r ad io .   T h tech n o lo g y   th at  ca n   b u s ed   to   s u p p o r th is   ac tiv ity   is   co g n itiv e   r ad io   ( C R ) ,   wh ich   h as  b ee n   u s ed   ex ten s iv ely   in   s o lv in g   th e   p r o b lem   o f   f r eq u en cy   d e n s ity ,   as  d em o n s tr ated   in   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Du to   th in cr ea s in g   d e m an d   f o r   r ad io   f r eq u en cy   co m m u n i ca tio n ,   it  is   v er y   ch allen g i n g   t o   ex p lo it   th ese  lim ited   o r   u n d e r u tili ze d   s p ec tr al  r eso u r ce s   b y   u s in g   C R   tech n o lo g y ,   as  p r esen ted   b y   [ 3 ] .   O n o f   th e   ess en tial  elem en ts   o f   C R   th e o r y   is   th a b ilit y   to   m ea s u r e,   u n d er s tan d ,   d eter m in an d   b in f o r m e d   o f   th e   p ar am eter s   r elate d   to   r ad io   ch an n el  p r o p e r ties ,   as  s h o wn   b y   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   T h e   m ain   f ea tu r es  o f   C R   ar s p ec tr u m   s en s in g ,   s p ec tr u m   d ec is io n ,   a n d   s p ec tr u m   s h ar i n g   an d   s p e ctr u m   m o b ilit y ,   as  s h o wn   b y   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   Sp ec tr u m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 3 9 9 - 410   400   s en s in g   is   th r esp o n s ib ilit y   to   o b tain   k n o wled g ab o u t h s p ec tr u m   u s ag an d   p r es en ce   o f   u s er s   in   g eo g r a p h ical  ar ea .   As  d em o n s tr ated   b y   [ 8 ] ,   [ 9 ] ,   t h b asic  s p ec tr u m   s en s in g   tech n i q u es  a r en er g y   d etec tio n   ( E D) ,   m atch ed   f ilter   d etec tio n ,   cy clo s tatio n ar y   d etec tio n ,   an d   ce r tain   o th er   d e tectio n   t ec h n iq u es,  ea ch   o f   wh ich   h as  o p er atio n al  s p ec if icatio n s ,   b en ef its   an d   lim it atio n s .   E is   s u cc ess f u an d   u n c o m p licate d   tech n iq u th at  is   p a r ticu lar ly   s u ited   to   r a n d o m   s ig n al,   an d   i t w ill b co n s id er ed   in   th is   p ap er .   E is   o n o f   th s im p lest   m e th o d s   o f   d e t e c t i o n   t e c h n o l o g y   b e c a u s e   t h e   C R   r e c e i v e r   d o e s   n o t   r e q u i r e   a n y   i n f o r m a t i o n   a b o u t   t h e   s a m p l e s   r e c e i v e d   p r e v i o u s l y .   N o t a b l y ,   i t s   p u r p o s e   i s   t o   p r o c e s s   t h e   r e c e i v e d   s a m p l e s   t o   e s t i m a t e   t h e   e n e r g y   l e v e l   i n   t h e   c h a n n e l .   A s   d e m o n s t r a t e d   b y   [ 1 0 ] ,   t h au t h o r s   p r o p o s ed   a   m eth o d   to   u s E D   af ter   o p tim ally   co m b in in g   th s ig n al  s am p les  r ec eiv ed   in   s p a c e   a n d   t i m e   b as e d   o n   t h e   p r i n ci p l e   o f   m a x i m i zi n g   t h e   s i g n a l - to - n o i s e   r a ti o   ( S NR ) .   T h e   d e t e r m i n a t i o n   o f   t h e   th r e s h o l d   i s   t h e   c r i t i ca l   p a r a m e t e r   i n   t h e   c l ass i c a e n e r g y   d e t e c t o r .   I t   m u s t   b e   o p ti m i z e d   f o r   e a c h   d e t e c ti o n   t e c h n i q u e   t o   i m p r o v e   i t s   p e r f o r m a n c e ,   a s   d e m o n s t r a t e d   b y   [ 1 1 ] - [ 1 3 ] .   I n   a   w i d e - b a n d   s p e c t r u m   s e n s i n g   s c e n a r i o ,   a   s u b b a n d   E D   m e t h o d   c a n   p e r f o r m   e f f e c t i v e l y   u n d e r   n o i s e   u n c e r t a i n t y   a n d   f r e q u e n c y - s e l e c t i v e   c h a n n e l s   a n d   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   f i l t e r   b a n k   s p e c t r u m   s e n s i n g ,   a s   s h o w n   b y   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] ,   r e s p e c t i v e l y .   H o w e v e r ,   t h e   f u n d a m e n t a l   p r i n c i p l e   o f   E D   i s   t o   c o m p a r e   t h e   s i g n a l   e n e r g y   t o   a   s e n s i n g   t h r e s h o l d   i n   a   g i v e n   b a n d w i d t h   w i t h i n   a   s p e c i f i c   s e n s i n g   p e r i o d ,   a s   d e m o n s t r a t e d   b y   [ 1 6 ] .   Ma n y   r esear ch er s   h av f o cu s e d   o n   s im u latin g   an d   m ak in g   r ea l - tim m ea s u r em en ts   f o r   wid r an g e   o f   en v ir o n m en ts   an d   co n d itio n s .   Ko ley   et  a l.   [ 1 7 ] ,   Var m a n d   Mitr in   [ 1 8 ]   u s ed   NI - USR P,  wh ich   in ter f ac ed   with   s y s tem   th r o u g h   L ab V I E W   s o f twar to   ac as  an   R tr an s ce iv er .   wir eles s   o p en - ac ce s s   r esear ch   p latf o r m   ( W AR P)  b o ar d   was  im p lem en ted   in   r ea l - tim E D,   as  d em o n s tr ated   b y   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] .   Mo r e o v er ,   th e   R Fey s en s in g   n o d was  u s e d   to   r ec o r d   s ig n als  f o r   r ad io   s p ec tr u m   m o n ito r in g   p u r p o s es,   as  s h o wn   b y   [ 2 1 ] .   An o th er   in ter esti n g   is s u e,   as  p r esen ted   b y   [ 2 2 ] ,   is   th ca s e   in   wh ich   th t r an s m itter   s witch es  f r o m   ac tiv e   to   in ter ac tiv at  r an d o m   tim in ter v als.  T h is   p ap er   u s es  Z e d B o ar d   co m b in ed   with   th a n alo g   d e v ices  AD - FMC OM M S3   m o d u le  as  th C R   r ec eiv er   in   th ex p er i m en tal  s etu p .   T h m o d u les  ar co n tr o lled   an d   p r o ce s s ed   with   p r o g r am   d ev elo p ed   in   MA T L AB .   I is   n o wid el y   ac ce p ted   th at   ar tific ial  in tellig en ce   tech n o lo g y   p er f o r m s   ess en tial  f u n ctio n s   in   ev er y   f ield f o r   ex am p le,   th e r is   m ac h in lear n in g   ap p r o a ch   to   r an g in g   er r o r   m i g r ati o n   f o r   lo ca lizatio n   alg o r ith m s ,   as  s h o wn   b y   [ 2 3 ] .   Nu m e r o u s   m ac h in lea r n in g   tech n i q u es,  in clu d in g   b o th   s u p er v is ed   an d   u n s u p er v is ed   m ac h in e   lear n in g   alg o r ith m s ,   h a v e v en   b ee n   u s ed   a n d   a p p lied   i n   s p ec tr u m   s en s in g   ap p licatio n s ,   as  d em o n s tr ated   b y   [ 2 4 ] - [ 2 7 ] .   I n   ad d itio n ,   d etec tio n   an d   class if icatio n   b ased   o n   wav ef o r m   ch ar ac ter is tics   h av b ee n   in v e s tig ated   in   n u m e r o u s   ar ea s ,   s u ch   as  s eismic   s ig n als,  elec tr o ca r d io g r am   s ig n als   an d   m u ltip lex in g   s ig n als,  as  s h o wn   b y   [ 2 8 ] - [3 0 ] .   T h c o m b in atio n   o f   m ac h in lea r n i n g   p er f o r m a n ce   an d   wav ch ar ac ter   an al y s is   ca n   b u s ed   t o   d esig n   n o v el   m o d el s   th at  ca n   o p e r ate  m o r e f f ici en tly   f o r   s p ec tr u m   s en s in g   p u r p o s es.   I n   ac tu al  u s e,   a   p ar ticu lar   f r eq u en cy   s p ec tr u m   h as  d iv er s ch ar ac ter is tics   a n d   ap p licatio n s .   T h e   Of f ice  o f   Natio n al  B r o a d ca s tin g   an d   T elec o m m u n icatio n s   C o m m is s io n ,   T h ailan d ,   h as  d e ter m in ed   th c o n tr o o f   th e   f r e q u en c y   b an d   in   th e   Natio n al  T ab le   o f   Fre q u e n cy   Allo ca tio n ,   as   s h o wn   b y   [ 3 1 ] ,   b y   s p ec if y in g   th e   u s e   o f   th f r eq u e n cy   r an g e   134 - 1 7 4   MH f o r   am ateu r   p u b li r ad io .   T h n u m b er   o f   am a teu r   r ad io   u s er s   in   T h ailan d   is   co n tin u o u s ly   in c r ea s in g .   Ho wev er ,   th e r is   s till   lack   o f   s tatis tic s   o n   u s ag e,   in clu d in g   th d is tu r b an ce   o f   th f r eq u e n cy   s p ec tr u m   in   th a m ateu r   r a d i o   b an d ,   wh ich   is   v er y   im p o r t an f o r   th e   ag en cies  r esp o n s ib le  f o r   g o v er n in g   th allo ca tio n   o f   s p ec tr u m   r eso u r c es.   Mo tiv ated   b y   th ab o v c h allen g es,  th is   p ap er   p r o p o s es  an   en er g y   d etec tio n   an d   wav ef o r m   f ea tu r e   class if icatio n   ( E DW C )   alg o r ith m   f o r   am ateu r   p u b lic  r a d io   b ased   o n   E tec h n iq u es  an d   wav e f o r m   ch ar ac ter is tics   th at  u s m ac h i n lear n i n g   alg o r ith m s .   T h e   o n ly   p r io r   in f o r m atio n   r e q u ir ed   is   th e   b an d wid th   o f   ea ch   ch an n el  $ B $ .   T h p r o p o s ed   E DW C   alg o r ith m   co n s is ts   o f   two   p r o ce s s es:  E an d   wav ef o r m   class if icatio n .   T h wav ef o r m   class if icatio n   p r o ce s s   in clu d es  two   s tep s i)   th tr ain i n g   p h ase  an d   ii)   th e   id en tific atio n   o f   clu s ter s   as  s o u n d   o r   n o is s ig n als.  T o   th b est  o f   th e   au th o r ' s   k n o wled g e,   d etec tio n   an d   m ac h in lear n in g   tech n iq u es  h av n o t   b ee n   a d o p te d   f o r   s p ec tr u m   s en s in g   in   th e   am ateu r   f r eq u en cy   b an d   in   th ex is tin g   liter atu r e.   T h m a in   co n tr ib u tio n s   o f   t h is   p ap er   a r s u m m ar ized   b elo w.     I n   co n tr ast  to   th ex is tin g   m eth o d s ,   th is   p ap er   in tr o d u c es  d ev elo p ed   d etec tio n   an d   class if icatio n   f r am ewo r k ,   wh ich   co m b in es  th p er f o r m a n ce   o f   E D   an d   d em o d u lated   wav ef o r m   class if icatio n   f o r   test   s tatis t ic  d esig n   an d   u tili ze s   th r esh o ld   an d   wav ef o r m   f ea tu r e - b ased   m ec h a n is m   f o r   r ea l - tim d etec tio n .     Un d er   th E DW C   f r am ewo r k ,   th is   p ap er   p r o p o s es  s u p er v is ed   lear n in g   ap p r o ac h e s   s u ch   as  th class if icatio n   tr ee   ( C T R ) ,   d is cr im in an an aly s is   ( DC A) ,   n aiv b a y es  class if ier   ( NB C ) ,   $ k $ - n ea r est  n eig h b o u r s   ( KNN) ,   an d   s u p p o r t v ec to r   m ac h in ( SVM)   alg o r ith m s .     T h is   p ap er   co n d u cts  ex ten s iv e   ex p er im en ts   u s in g   r ea ca p tu r ed   s am p les.  T h r esu lts   v er if y   th ef f ici en cy   o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m   in   t er m s   o f   its   d etec tio n   p er f o r m a n ce   an d   s ca lab ilit y .   T h p er f o r m an ce   o f   ea ch   class if icatio n   tech n iq u e   is   ev a lu ated   in   ter m s   o f   t h tr ai n in g   tim an d   t h r ec eiv er   o p er atin g   c h ar ac ter is tic  ( R OC )   cu r v e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       A ma teu r   r a d io   s en s in g   tech n i q u u s in g   a   co mb i n a tio n   o f e n erg y     ( N a r a th ep   P h r u ksa h ir a n )   401   T h r est  o f   th is   p a p er   is   o r g an ized   as  f o llo ws:   th e   s y s tem   m o d el  is   p r esen ted   in   s ec t io n   2 .   T h e   E DW C   alg o r ith m   f r am ewo r k   is   p r o p o s ed   in   s ec tio n   3 .   T h e   ex p er im en tal  r esu lts   an d   d is cu s s io n   ar p r esen ted   in   s ec tio n   4 .   Fin ally ,   c o n clu s io n s   ar d r awn   i n   s ec tio n   5 .       2.   SYST E M   M O D E L   T h p r o b lem   o f   s p ec tr u m   s en s in g   is   to   d eter m in wh eth er   p ar ticu lar   p ar o f   th s p ec tr u m   is   ac ce s s ib le  o r   n o t.  T h er ef o r e,   we  ca n   ex p r ess   th s p ec tr u m   s en s in g   p r o b lem   as  b in ar y   h y p o th esis   test in g   p r o b lem   at  t h d is cr ete - tim in s tan :     0   ( ) = ( )   ( 1 )     1   ( ) = ( ) + ( ) ,   ( 2 )     wh er h y p o th eses   0   an d   1   in d icate   th ab s en ce   an d   p r esen c o f   th p r im ar y   s ig n al,   r esp ec tiv ely ,   ( )   r ef er s   to   th s ig n al  r ec eiv ed   at   th lo ca tio n   o f   th e   C R   s y s te m ,   ( )   is   ad d itiv co m p lex   w h ite  Gau s s ian   n o is with   ze r o   m ea n   a n d   ( )   r ep r esen t s   s ig n al  tr an s m itted   b y   th p r im ar y   n o d e.     2 . 1 .     E nerg y   det ec t io n   T h en er g y   d etec to r   co n tr ib u t es  to   en er g y   e v alu atio n s   co r r e s p o n d in g   t o   th ab o v b i n ar y   h y p o th esis .   L et  ( )   b th - th   (   1 ,   2 ,   )   s am p le  o f   ( ) .   All  th s am p les  ar p l a c e d   i n t o   t h e   v e c t o r     = [ ( 1 ) , ( 2 ) , , ( ) ] T y p i c a l l y ,   t h e   d e c i s i o n   s t a ti s ti c   ( y )   b a s e d   o n     r e c e i v e d   s a m p l es   ca n   b e   g iv en   by   ( 3 ) :     ( ) =   | | 2   0 1 = 1   ,   ( 3 )     wh er   is   p r ed ef in e d   d ec is i o n   th r esh o ld .   T h r eliab ilit y   co r r elate d   with   th d ec is io n   r u le  in   ( 3 )   ca n   b e   ch ar ac ter ized   b y   th e   p r o b ab il ity   o f   d etec tio n     an d   th e   p r o b ab ilit y   o f   f alse  alar m   .   T h e   f o r m e r   is   th p r o b a b ilit y   o f   e x p o s u r o f   th e   p r im ar y   s ig n al  wh en   it  is   p r e s en in   th f r eq u e n cy   b a n d   a n d   ca n   b f o r m u lated   m ath em atica lly   as   ( 4 ) .     = Pr ( ( y ) > | 1 ) .   ( 4 )     T h f alse - alar m   p r o b a b ilit y   r e p r esen ts   th in co r r ec d ec is io n   th at  ( )   is   p r esen in   th f r eq u e n cy   b an d   wh en   it is   ac tu ally   n o t,  an d   it  m ay   b wr itten   as   ( 5 ) .     = Pr ( ( y ) > | 0 ) .   ( 5 )     T h d ec is io n   t h r esh o ld   is   th e   cr u cial  p a r am eter   in   ( 3 )   an d   m u s b o p tim ized   f o r   ea c h   d etec tio n   tech n iq u e   to   en h a n ce   its   p e r f o r m an ce .   I n   g en e r al,   t h d ec is io n   th r esh o ld   is   ch o s en   to   m ak   as  lar g e   an d     as sm all  as p o s s ib le.   T h th r esh o ld   is   co m m o n ly   s et  b ased   o n   co n s tan t f alse - alar m   p r o b a b ilit y   as   ( 6 ) :     = Pr ( ( y ) > | 0 ) .   ( 6 )     wh er   is   th s tan d ar d   Gau s s i an   co m p lem en ta r y   cu m u lativ e   d is tr ib u tio n   f u n ctio n ,   n o ti n g   th at  th d ec is io n   th r esh o ld   m u s t b ad ju s ted   b as ed   o n   t h v ar ian ce   o f   t h ad d it iv n o is e.     2 . 2 .     M a chine le a rni ng   Ma ch in lear n in g   alg o r ith m s   lear n   a   tar g et   f u n ctio n   f   th at  b est  m ap s   in p u v a r iab les  X   to   a n   o u tp u t   v ar iab le  Y .   T h is   o b jectiv is   ex p r ess ed   f o r   m ac h in lear n i n g   alg o r ith m   as   ( 7 ) .     Y = f ( X ) ,     ( 7 )     W ith   X = [ 11 12 21 22 1 2 1 2  ]   ( 8 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 3 9 9 - 410   402   Y = [ 1 2 ] ,   ( 9 )     W h er   is   th s am p le  s ize  an d     is   th n u m b er   o f   f ea tu r es  f o r   ea ch   o b s er v atio n .   E ac h   p air   o f   m atr ix   ( X Y )   is   ca lled   tr ain i n g   s am p le  b e ca u s it  is   u s ed   to   g u id e   th e   lear n in g   alg o r ith m   h o to   o b t ain   th e   p r ed icto r   f T h er ar two   class ical  d ata  m o d els  th at  d ep en d   o n   th e   p r ed ictio n   ty p e.   I f   th o u t c o m e   v ar iab le  Y   is   q u an titativ e,   t h lear n in g   p r o b lem   s ig n if ies  a   r eg r ess io n   p r o b lem if   th o u tp u v a r iab le  Y   is   d ef in ite  v alu e,   it is   class if icatio n   p r o b lem .   class if icatio n   p r o b lem   is   k in d   o f   s u p e r v is ed   m ac h i n le ar n in g   task   in   wh ich   an   alg o r ith m   lear n s   to   class if y   n ew  o b s er v atio n s   f r o m   ex a m p les  o f   an   o u tp u t   v ar iab le.   T h e   class if icatio n   ef f i cien cy   o f   m ac h in e   lear n in g   m o d els  d ep en d s   g r ea t ly   o n   th s elec tio n   o f   th d ataset  r ep r esen tatio n   o r   f ea tu r es  u s ed   f o r   tr a in in g .   I n   th is   p ap er ,   we  u s th C T R ,   DC A,   NB C ,   KNN,   an d   SVM  alg o r ith m s   f o r   tr ain in g   an d   class if y in g   d atasets .       2 . 3 .     Dem o du la t ed  wa v ef o r m   cha ra ct er is t ics   I n   th is   p ap er ,   we  f o cu s   o n   th s ig n als  o f   am ateu r   r ad io   co m m u n icatio n ,   wh ich   ar b ased   o n   f r eq u e n cy   m o d u latio n   ( FM) .   T h r ec eiv er ' s   d em o d u lated   s ig n al  is   s ig n al  in   th a u d i b l e   f r e q u e n c y   b a n d   o r   v o i c e   s i g n a l .   T h e   d e m o d u l a t e d   w a v e   c h a r a c t e r i s t i c s   w i l l   v a r y   d e p e n d i n g   o n   t h e   n a t u r e   o f   t h e   s p e e c h   o r   v o i c e .   T h e   k e y   v a r i a b l e s   u s e d   t o   e x p r e s s   t h e   v a l u e s   o f   t h e   c r i t i c a l   s i g n a l s   a r e   d e s c r i p t i v e   s t a t i s t i c s   a n d   s p e c t r a l   m ea s u r em en ts .       2 . 3 . 1.   Descript iv s t a t is t ics   Descr ip tiv s tatis tic s   ar u s ed   to   r e p r esen th e   b asic  f ea tu r es  o f   s ig n al.   T h e y   p r o v id e   s u m m ar y   ch ar ac ter is tics   f o r   th s ig n al   s am p le  an d   th e   m ea s u r es ,   e . g . ,   th m ax im u m   elem en ts   o f   an   a r r ay   ( m ax ) ,   m in im u m   elem en ts   o f   an   ar r a y   ( m in ) ,   av e r ag o r   m ea n   v al u o f   an   ar r a y   ( m ea n ) ,   m ed ia n   v alu o f   an   a r r ay   ( m ed ) ,   m a x im u m - to - m in im u m   d if f er en ce   ( p 2 p ) ,   r o o t - m ea n - s q u ar ( R MS)   lev el  ( r m s ) ,   p ea k - m ag n itu d e - to - R MS  r at io   ( p 2 r m s ) ,   r o o t - s u m - of - s q u ar es lev el  ( r s s q ) ,   s tan d ar d   d ev iatio n   ( s td ) ,   an d   v a r ian ce   ( v ar ) .       2 . 3 . 2.   Sp ec t ra l m ea s urem ent s   Sp ec tr al  m ea s u r em en ts   ca n   r ep r esen an   elec tr ical  p r o p e r ties   ac co r d in g   to   its   f r eq u e n cy .   E ac h   f r eq u e n cy   elem en t   in cl u d ed   i n   th in p u t   s ig n al  is   d is p lay ed   as  s ig n al  lev el  co r r esp o n d in g   to   th at  f r eq u e n c y   b an d   o f   in ter est,  e. g . ,   t h m ea n   f r eq u en cy   ( m ea f )   a n d   m ed ian   f r eq u en cy   ( m ed f ) .   T h i s   p ap er   u s es  b o th   d escr ip tiv s tatis tics   an d   s p ec tr al  m ea s u r em en t   p ar am eter s   a s   th class if icatio n   d ata   f ea tu r es.  I n   th e   ad d itio n al   co n ten co n ce r n in g   th m o d el   tr ain in g ,   we  d em o n s tr ate  th f ea s ib ilit y   an d   co n tr ib u tio n   o f   th class if icatio n   d ata  f ea tu r es to   th wa v ef o r m   ch ar ac ter is tic  class if icatio n .         3.   P RO P O SE E D WC  A L G O RIT H M   T h p r o ce s s in g   p ip elin o f   th e   p r o p o s ed   E DW C   alg o r ith m   f r am ewo r k   is   s h o wn   in   F i g u r e   1 .   T h e   p i p e l i n e   c o n s i s t s   o f   d a t a   a c q u i s i t i o n ,   d a t a   p r e p r o c e s s i n g ,   m o d e l   d e v e l o p m e n t ,   a n d   c l a s s i f i c a t i o n   a n d   d e c i s i o n   s tep s .             Fig u r 1 .   Pro ce s s in g   p ip elin o f   th en e r g y   d etec tio n   a n d   w av ef o r m   f ea tu r class if icatio n   ( E DW C )   alg o r ith m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       A ma teu r   r a d io   s en s in g   tech n i q u u s in g   a   co mb i n a tio n   o f e n erg y     ( N a r a th ep   P h r u ksa h ir a n )   403   3 . 1   Da t a   a cquis it io n   I n   th p r esen wo r k ,   th e   p e r f o r m a n ce   o f   t h p r o p o s ed   E DW C   alg o r ith m   is   v alid ated   u s in g   co m b in atio n   o f   Av n et  Z ed B o ar d   with   th an alo g   d ev ices   AD - FMC O MM S3 - E B Z   FM C   m o d u le.   T ab le  1   p r ese n ts   h ar d wa r s p ec if icatio n s   in   a   d e f in ed   r an g o f   R s p ec tr a.   T h e   p r o p o s ed   alg o r ith m s   ar im p lem e n ted   with   MA T L AB   R 2 0 1 9   in   6 4 - b it c o m p u ter   with   co r i5   p r o ce s s o r   an d   4   GB   R AM .       T ab le  1 .   Har d war s p ec if icatio n s   P a r a me t e r   V a l u e   R F   t r a n s c e i v e r   2 × T x   a n d   2 × R x   F r e q u e n c y   r a n g e   7 0   M H z   t o   6 . 0   G H z   C h a n n e l   b a n d w i d t h   < 2 0 0   k H z   t o   5 6   M H z   R F   i n p u t s ( p e a k   p o w e r )   2 . 5   d B m   O p e r a t i n g   t e mp e r a t u r e   r a n g e   - 4 0 º   C   t o   + 8 5 º   C       Fig u r 2   s h o ws  th ex p er im en tal  s etu p ,   wh er FMC OM MS3   an d   Z ed B o ar d   in ter f ac with   th e   s y s tem   th r o u g h   MA T L AB   s o f twar e.   T h an ten n AOR  DAG7 3 5 is   co n n ec ted   to   th R x   p o r o f   th e   FMC OM M S3   b o ar d   an d   ca n   co v er   f r eq u e n cy   r an g o f   7 5   MH to   3   GHz .   T h r ec eiv in g   an ten n is   lo ca ted   at  1 3 . 7 6 7 7 5 6 º N,   1 0 0 . 5 3 0 5 6 9 º E ,   an d   th e   h eig h t i s   ap p r o x im a tely   2 0   m eter s   ab o v th e   g r o u n d .           Fig u r 2 E x p er im e n tal  s etu p       Fo r   o u r   tr ain in g   d ataset,   th ex p er im en tal  s etu p   r ec o r d s   3 0 0 0 0   R s ig n als  ev er y   ten   s ec o n d s   with   s p ec if ic  ca r r ier   f r eq u en c y .   W u s r ea l b r o ad ca s tin g   FM  r ad io   s ig n als to   tr ai n   th d ev elo p ed   m o d el  to   class if y   an d   d is tin g u is h   wav ef o r m   ch a r ac ter is tics .   W u s an o th er   3 0 0 0 0   R F si g n al  d atasets   to   te s t   th p er f o r m a n ce   o f   o u r   d e v elo p e d   m ac h in e   lear n i n g   alg o r ith m s .   Fo r   ap p licatio n   p u r p o s es  an d   f o r   p lan n in g   th u s o f   th p u b lic  s p ec tr u m ,   we  im p lem en ted   th d ev elo p ed   f r am ewo r k   to   m ain tain   o n e - wee k   cy cle  u s ag s tatis tic  f o r   FM  am ateu r   r ad io .   T h av ailab le  f r eq u en cy   b an d s   f o r   FM  am ateu r   r ad io   ac co r d in g   to   [ 3 1 ]   ar d iv id ed   in to   f o u r   s ec tio n s   as  f o llo ws:   B an d   1   b etwe en   1 4 4 . 5 1 2 5   MH an d   1 4 4 . 9 8 7 5   MH z,   B an d   2   b etwe en   1 4 5 . 1 3 7 5   MH an d   1 4 5 . 5 3 7 5   MH z,   B an d   3   b etwe en   1 4 6 . 2 8 7 5   MH an d   1 4 6 . 6 0 0 0   MH z,   an d   B an d   4   b etwe en   1 4 6 . 8 1 2 5   MH an d   1 4 7 . 0 0 0 0   MH z.   E ac h   ch an n el  h as a   b an d wid th   o f   1 2 . 5   k Hz.   Fig u r 3 ( a)   an d   ( b )   illu s tr ate  ex am p les o f   th in s tan tan eo u s   s p ec tr u m   an d   th s p ec tr o g r am   o f   th r ea FM  r ad io   s ig n al,   r esp ec tiv ely ,   v er s u s   f r eq u en cy .   As  s h o wn   in   Fig u r e   3 ( a) ,   th s p ec tr u m   o f   th R s ig n al  v ar ies  d ep en d in g   o n   th m o d u lated   v o ice  s ig n al.   Fig u r 3 ( b )   p r esen ts   th s p ec tr o g r am   o f   th s am R s ig n al  wit h   tim h is to r y   o f   1 0 0   m s .     3. 2   Da t a   prepro ce s s ing   T h an alo g u R s ig n als  at  th s p ec if ied   f r eq u en cy   r an g ar co n v er ted   to   th in ter m ed iate  f r eq u en cy   ( I F)  an d   s to r ed   f o r   class if icatio n   p r o ce s s in g .   T h p o ten tial p r ed icto r   v ar iab les u s ed   in   th is   s tu d y   ar th d escr ip tiv s tatis tics   an d   s p ec tr al  m ea s u r em en t s   o f   th FM  d em o d u lated   s ig n al  o f   ea ch   ch an n el,   as  d escr ib ed   in   s ec tio n   2 . 3 .   Fig u r 4   s h o ws  co m p ar is o n   o f   th wav ef o r m   an d   am p litu d o b tain ed   f r o m   th d em o d u latio n   p r o ce s s in g   o f   o n d ataset.   T h d iag r am   clea r ly   s h o ws  th wav ef o r m   ch ar ac ter is tics   o f   ea ch   s ig n al  ty p e.   T h s o lid   lin r ep r esen ts   th wav ef o r m   o f   th v o ice  o r   s p ee ch   s ig n al  o f   FM  r ad io   b r o ad ca s tin g .   T h d ash ed   lin d ep icts   th wav ef o r m   o f   th n o is s ig n al.   T h wav ef o r m   ch ar ac ter is tics   ar d if f er en t,  an d   we  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 3 9 9 - 410   404   ca n   u s th wav ef o r m   p r o p er ties   in   ea ch   d ataset  as  v ar iab les  in   p r o ce s s in g   th wav ef o r m   r elatio n s h ip s   an d   s ig n al  ty p es.         ( a)       ( b )     Fig u r 3 .   E x am p le  f r o m   t h R F si g n al  d at aset; ( a)   s p ec tr u m   o f   R F si g n al,   ( b )   s p ec tr o g r am   o f   R F si g n al           Fig u r 4 .   E x am p le  o f   d em o d u l ated   wav ef o r m       3 . 3 .     M o del dev elo pm ent   T h p u r p o s o f   m ac h in lear n in g   is   to   d ev elo p   m o d el  t h at  m ak es  class if icatio n s   b ased   o n   in p u t   d ata  o r   f ea tu r es.  s u p er v is ed   lear n in g   alg o r ith m   u s es  ce r tifie d   s et  o f   in p u d ata  an d   k n o wn   co r r esp o n d in g   o u tp u ts   an d   in s tr u cts  a   m o d el  to   cr ea te   lo g ical  class if icatio n s   in   r esp o n s to   n ew  d at a,   as  d escr ib ed   in   alg o r ith m   1 .   T h e   lear n in g   p r o ce s s   b eg in s   with   an   in p u d ata  m atr ix   X .   E ac h   r o w   o f   X   r e p r esen ts   o n e   o b s er v atio n   o r   m ea s u r em en t.   E ac h   co lu m n   o f   X   d en o tes  o n f ea tu r e   o r   p r e d icto r .   A f ter   m o d el  f itti n g ,   we  o b tain   s ev er al  m o d els  d ep e n d i n g   o n   th alg o r ith m s .   T h ese  m o d els  will  b u s ed   to   class if y   th o u tp u t.  I n   th is   ca s e,   we  h av two   ca teg o r ies:   v o ice  o r   s p ee c h   wav ef o r m s   an d   n o is wav ef o r m s .     3 . 4 .     Cla s s if ica t io n a nd   decisi o n   m ea s u r o f   en e r g y   le v el  will  in d icate   if   s ig n al  is   tr an s m itted   in   th at  f r eq u en cy   b an d   o r   n o t.  T h ap p licatio n   o f   class ic  E tec h n iq u es  ca n   p r o v id e   o n ly   0   o r   1   s tatu s ,   as  p r esen ted   in   ( 1 ) .   Ho wev er ,   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       A ma teu r   r a d io   s en s in g   tech n i q u u s in g   a   co mb i n a tio n   o f e n erg y     ( N a r a th ep   P h r u ksa h ir a n )   405   p r ac tical  ap p licatio n s   with   r a d io   am ateu r s ,   th er e   is   also   f o r m   o f   n o is tr an s m is s io n .   W h ich   th e   n o is is   s en t   o u t,  th e r will  b e   n o   au d io   o r   s p ee ch   s ig n al.   Fo r   ex am p le,   p r ess   an d   h o ld   th e   s u b m it  k e y .   T h is   m eth o d   o f   an aly s is ,   th er ef o r e,   f u r th er   class if ies  th f o r m   an d   n at u r o f   th e   m ea s u r ed   s ig n al.   T h e   d ev elo p e d   E DW C   alg o r ith m   will b b e n ef icial  in   f u r th er   ap p licatio n s   f o r   s ec u r i ty   ag en cies.   T h p r o ce s s   o f   class if y in g   an d   m ak in g   d ec is io n s   is   co m b in atio n   o f   t h ca p ab ilit ies  o f   E an d   th e   an aly s is   o f   v o ice   s ig n als  u s in g   m ac h in lear n in g   alg o r ith m s ,   as  d escr ib ed   in   alg o r ith m   2 .   Acc o r d in g   to   th p r ep r o g r am m e d   p r o ce s s in g   s t ep s ,   th d e v elo p e d   b o ar d   ca p t u r es  th R s ig n al  in   r ea tim e .   T h en ,   it  f ilter s   th wid eb an d   s ig n al  to   th s u b b an d   ac co r d in g   to   th r esp ec tiv ch an n el  an d   b a n d wid th   s ize.   Nex t,  all  d escr ip tiv e   s tatis t ics an d   s p ec tr al  m ea s u r em en ts   ar ca lcu lated   to   p r ep ar th in p u r o o f   X .     Alg o r ith m   1 .   Mo d el  d ev elo p m en t   Input:   Wideband RF sample data   Output:   Classification models (CTR, DCA, NBC, KNN, SVM)   Initialization:   Training dataset acquisition   Loop   Process:        for   i = 1 to number of channels  do            Frequency band selection using bandpass filter            Calculate features of each frequency band            Preprocessing input data matrix  X                for   n=1 to number of machine learning models do                    Train models                end for            Save model        end for   Test performance of each model     Alg o r ith m   2 .   C lass if icatio n   an d   d ec is io n   Input:   Wideband RF sample data   Output:   Decision result   In itialization:        Test data acquisition  y(t)        Threshold estimation λ        Load classification models (CTR, DCA, NBC, KNN, SVM)   Loop Process:        for   i = 1 to number of channels  do            Frequency band selection using bandpass filter            Calculate features of each frequency band            Preprocessing input data matrix  X                for   n=1 to number of machine learning models  do                    Energy detection  T ( y )                    Waveform classification (WC)                    Decision based on EDWC algorithm                         if   ( T ( y ) < λ) and (WC == Noise)  then                            Decision case  C                        else  if   ( T ( y   λ) and (WC == Voice)  then                            Decision case  C 1                          else if   ( T ( y ) > λ) and (WC == Noise)  then                            Decision case  C 2                          end if                end for        end for   Count  classification and decision results     As  m en tio n ed   ab o v e,   th p o wer   s p litt in g   m eth o d   o n ly   p r o v id es  in f o r m atio n   if   th er is   s ig n al  in   th o b s er v ed   f r eq u en cy   ch an n el  o r   n o t.  Fu r th er m o r e,   o n ce   it  is   id en tifie d   th at  s o m s ig n al  p o wer   is   d etec tab le,   it  is   th e   p r o ce s s   o f   an aly s is   to   class if y   it  as  s p ee ch   s ig n al  o r   n o is e.   T h alg o r ith m   is   class if ied   in to   th r ee   s u b g r o u p s ,   C 0 C 1 ,   an d   C 2 .   T h class if icatio n   m o d els  p r o ce s s   th in p u d ata  an d   class if y   th wav ef o r m   f ea tu r es  in to   two   g r o u p s ( W C   Vo ice)   an d   ( W C   N o is e) .   T h E m o d u le  co m p ar es  th en er g y   lev el  with   th p r ed ef in ed   th r esh o ld   an d   g iv es  th co m p ar is o n   r esu lts 0   o r   1 .   I n   th d ec is io n   s tep ,   we  d ef in th d ec is io n   o u tp u b ased   o n   wav ef o r m   class if icatio n   an d   E as f o llo ws:     C 0   wh en   ( T ( y )   λ ,   0 an d   ( W C =N o is e) I n   th is   ca s e,   th s ig n al  lev el  is   wea k er   th an   th r eg u lar   r ef er en ce   r ate,   an d   th r esu ltin g   wav ef o r m   ch ar ac ter is tics   ar g en er ally   s im ilar   to   th at  o f   n o is s ig n al.     C 1   wh en   ( T ( y )     λ ,   0   o r   1 )   an d   ( W C =V o ice) Su p p o s th m ea s u r ed   en er g y   lev el  is   s m aller   th an   th s p ec if ied   th r esh o ld   lev el,   b u th wav ef o r m   ch ar ac ter is tics   ar s im ilar   to   v o ice  s ig n als.  I n   th is   ca s e,   th d ec is io n   alg o r ith m   will  class if y   th d etec ted   s ig n al  in to   th v o ice  g r o u p .   T h er is   p o s s ib ilit y   th at  th tr an s m itter   is   at  g r ea d is tan ce ,   ca u s in g   th s ig n al  in ten s ity   to   d ec r ea s e.   Ho wev er ,   th wav ef o r m   ch ar ac ter is tics   in d icate   th at  it m ay   b v o ice  s ig n al  em p lo y ed   f o r   r ea l c o m m u n icatio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 3 9 9 - 410   406     C 2   wh en   ( T ( y )   λ ,   1 )   an d   ( W C =N o is e) I n   p u b lic  am ateu r   r ad io   u s e,   th er m ay   b ac cid en tal  o r   in ten tio n al  in ter f er en ce   b y   th u s er .   Alter n ativ ely ,   th u s er   m ay   tr an s m it  ca r r ier   wav s ig n al  with o u m o d u latio n   with   s p ee ch   s ig n al.   I n   th is   r esear ch ,   d ec is io n   m ak in g   m o d el  was  d esig n ed   to   tak th ac tu al  s itu atio n   in to   ac co u n t.  I n   o th er   wo r d s ,   th s ig n al  lev el  m ay   b g r ea ter   th an   th th r esh o ld   d u to   th tr an s m itted   ca r r ier   f r eq u en cy .   Ho wev er ,   th wav ef o r m   d o es  n o h av th ch ar ac ter is tics   o f   v o ice  s ig n al  as d ef in ed   in   th m ac h in lear n in g   m o d el.       4.   RE SU L T A ND  D I SCU SS I O N   I n   th is   s ec tio n ,   we  co n d u ct   ex ten s iv s im u latio n s   to   v er if y   t h p er f o r m a n ce   o f   th p r o p o s ed   E DW C   alg o r ith m .   I n   p ar ticu lar ,   we  e v alu ate  th tr ain in g   p e r f o r m a n ce   o f   th class if icatio n   s ch em in   s ec tio n   4 . 1 T h en ,   we  d em o n s tr ate  th test in g   p er f o r m an ce   a n d   th d etec tio n   p r o b ab ilit y   o f   t h d if f er en alg o r ith m s   i n   s ec tio n   4 . 2 .   Fin ally ,   we  ass e s s   th p er f o r m an ce   o f   r ea l - ti m o b s er v atio n   ap p licatio n s   u s in g   r ea am ateu r   p u b lic  r ad i o   in   s ec tio n   4 . 3 .     4 . 1 .     T ra ini ng   da t a s et   4 . 1 . 1.   Co re lla t io n c o e f f icient   o f   f ea t ures   B ased   o n   in v esti g atin g   Fig u r 5 ,   we  f in d   s ig n if ican co r r elatio n   b etwe en   in d iv id u al  wav ef o r m   ch ar ac ter is tics .   Mo s o f   th co r r elatio n   co ef f icien ts   o f   th s elec ted   f ea tu r es  ar h ig h er   th an   0 . 3 i.e . ,   th er is   r o b u s co r r elatio n .   T h er ef o r e,   u s in g   th wav ef o r m   p r o p er ties   as  v ar iab les  in   m ac h in lear n in g   p r o ce s s in g   ca n   lead   to   r eliab le  an d   p r ac tical  r esu lts .     4 . 1 . 2.   T ra ini ng   du ra t io n o f   diff er ent   a lg o rit h m s   T h av er ag tr ain in g   d u r atio n s   f o r   th d if f er en class if ier s   ac co r d in g   to   th s ize  o f   th tr ain in g   fe atu r v ec to r s   ar d is p lay ed   in   T ab le  2 .   T h n ea r est  n eig h b o r   alg o r ith m   d is p lay s   co m p ar ativ ely   h ig h   tr ain in g   d u r atio n   ( 5 . 0 9 2 6   s ec o n d s   f o r   3 0 0 0 0   s am p les)  am o n g   all  th m ac h in lear n in g   alg o r ith m s .   T h alg o r ith m   th at  u s ed   th least  tim to   tr ain   th d ataset   in   th is   ex p er im en was  d is cr im in an an aly s is ,   with   0 . 3 0 2 6   s ec o n d s   f o r   3 0 0 0 0   s am p les.            Fig u r 5 Hea t m a p   o f   th in te r r elate d   f ea tu r es       T ab le  2 .   Av e r ag tr ain in g   d u r atio n   f o r   d if f er e n t m ac h in lea r n in g   alg o r ith m s   [ s ec o n d s ]   A l g o r i t h ms   N u mb e r   o f   Tr a i n i n g   S a m p l e s   6 0 0 0   1 0 8 0 0   1 5 2 0 0   2 0 4 0 0   2 5 2 0 0   3 0 0 0 0   C TR   0 . 1 2 7 6   0 . 1 5 9 4   0 . 1 8 9 9   0 . 2 2 1 8   0 . 3 4 5 0   0 . 4 3 8 7   D C A   0 . 1 4 0 4   0 . 1 6 7 9   0 . 2 1 1 1   0 . 2 3 8 5   0 . 2 7 7 0   0 . 3 0 2 6   N B C   0 . 1 6 0 5   0 . 1 9 9 9   0 . 2 4 3 4   0 . 2 6 3 6   0 . 3 0 2 1   0 . 3 4 0 7   K N N   0 . 3 1 8 1   0 . 7 9 6 4   1 . 5 1 4 0   2 . 4 6 1 7   3 . 6 3 0 6   5 . 0 9 2 6   S V N   0 . 4 8 8 6   1 . 2 9 2 2   2 . 0 5 6 5   2 . 1 2 3 8   2 . 7 5 5 5   3 . 4 6 7 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       A ma teu r   r a d io   s en s in g   tech n i q u u s in g   a   co mb i n a tio n   o f e n erg y     ( N a r a th ep   P h r u ksa h ir a n )   407   4 . 2 .     T est  da t a s et   4 . 2 . 1.   Cla s s if ica t io n t im o f   diff er ent   a lg o rit hm s   T ab le   3   p r esen ts   th tim n ee d ed   f o r   class if icatio n   o f   th wav ef o r m   ch ar ac ter s   f o r   d if f er en class if ier s   b ased   o n   3 0 0 0 0   test   s am p les.   T h d if f er en n u m b er s   o f   s am p les  u s ed   in   th esti m atio n   p r o ce s s   ar p r esen ted   in   th “n u m b er   o f   class if icatio n   s am p les”  co lu m n ,   f r o m   6 0 0 0   to   3 0 0 0 0   d atasets .   I n   th p r o ce s s in g   u s ed   to   class if y   th s ig n al  wav ef o r m ,   th p r o p o s ed   E DW C   alg o r ith m   with   d ec is io n   tr ee s   ca n   o b tain   th m o s d esira b le  class if icatio n   tim ( 0 . 0 1 2 5   s ec o n d s   f o r   3 0 0 0 0   s am p les),   f o llo wed   b y   th n aiv B ay es  alg o r ith m   ( 0 . 0 1 6 8   s ec o n d s   f o r   3 0 0 0 0   s am p les)  an d   d is cr im in an an aly s is   ( 0 . 0 1 9 6   s ec o n d s   f o r   3 0 0 0 0   s am p les).   T h ey   also   h av co m p ar ab le  ac cu r ac y   r ates.  T ab le  3   s h o ws  th at  th p r o p o s ed   E DW C   alg o r ith m   u s in g   an   SVM  o b tain s   th h ig h est  ac cu r ac y   o f   8 3 . 6 6 8 5 %;  th o th er   alg o r ith m s   also   s h o r elativ ely   g o o d   p er f o r m an ce   o f   ap p r o x im ately   8 3 . 6 %.       T ab le  3 .   Acc u r ac y   an d   av er a g class if icatio n   tim f o r   d if f e r en t m ac h in lear n in g   al g o r ith m s   [ s ec o n d s ]   A l g o r i t h ms   A c c u r a c y   %   N u mb e r   o f   c l a ss i f i c a t i o n   s a mp l e s   6 0 0 0   1 0 8 0 0   1 5 2 0 0   2 0 4 0 0   2 5 2 0 0   3 0 0 0 0   C TR   8 3 . 6 8 4 5   0 . 0 0 6 0   0 . 0 0 7 6   0 . 0 0 9 3   0 . 0 1 0 3   0 . 0 1 1 6   0 . 0 1 2 5   D C A   8 3 . 6 0 7 9   0 . 0 0 6 7   0 . 0 1 0 2   0 . 0 1 2 6   0 . 0 1 5 5   0 . 0 1 7 2   0 . 0 1 9 6   N B C   8 3 . 6 6 5 3   0 . 0 0 7 2   0 . 0 1 0 6   0 . 0 1 2 6   0 . 0 1 3 8   0 . 0 1 5 6   0 . 0 1 6 8   K N N   8 3 . 6 2 3 8   0 . 6 3 7 7   1 . 1 4 3 4   1 . 6 4 4 7   2 . 1 4 7 2   2 . 6 5 1 6   3 . 1 5 3 6   S V N   8 3 . 6 6 8 5   0 . 0 0 9 1   0 . 0 1 2 9   0 . 0 1 6 1   0 . 0 1 9 6   0 . 0 2 3 0   0 . 0 2 6 0       4 . 2 . 2.   Det ec t io n pro ba bil it y   o f   diff er ent   a lg o rit hm s   T h R OC   cu r v is   m etr ic  ad o p ted   to   ex am in th p r o p er ties   o f   class if ier s .   Fig u r 6   an aly ze s   th p er f o r m an ce   o f   in d iv id u al  p r o p o s ed   E DW C   s ch em es  in   ter m s   o f   th R OC   cu r v es.  T h tr u p o s itiv r atio   ( T PR ) ,   o n   th y - ax is ,   in d icate s   th n u m b er   o f   o u tp u ts   in   w h ich   th ac tu al  an d   p r ed icted   class es  ar id en tical.   T h x - ax is   r ep r esen ts   th f alse  p o s itiv r atio   ( FP R ) ,   wh ich   is   th r atio   o f   ca s es in   wh ich   th r ea l a n d   p r ed icted   lab els  ar d if f er en t.  Fro m   th co m p ar is o n   o f   th cu r v es,  we  ca n   s ee   th at  th KNN  class if i er   h as  th h ig h est  p r ed ictio n   ef f icien cy ,   f o llo wed   b y   th C T R   an d   NB C   class if icatio n   alg o r ith m s .   Ho wev er ,   th d if f er en ce   is   n o v er y   g r ea t.  I h as  b ee n   s h o wn   th at  co m b in in g   d escr ip tiv s tatis tics   an d   s p ec tr al  m ea s u r em en ts   in   m o d el  d ev elo p m en t c an   h av s i g n if ican t e f f ec t o n   wav ef o r m   class if icatio n .           Fig u r 6 R ec eiv er   o p er atin g   c h ar ac ter is tic  cu r v o f   th p r o p o s ed   class if ier s       4. 3 .   Rea l - t im o bs er v a t io n   I n   th r ea ap p licatio n   ex p er im en t,  th ex p er im en tal  s etu p   was  p u in   p lace   an d   ca p tu r ed   th R s ig n als o f   p u b lic  am ateu r   r ad io   f o r   wee k   ( 1 1 - 1 7   Octo b er   2 0 2 0 )   in   p ar ticu lar   b an d .       4. 3 . 1 .   O bs er v ed  s ig na l le v el   Fig u r 7   p r esen ts   th co m p ar is o n   p lo ts   o f   th en er g y   lev el  o f   ea ch   f r eq u en cy   b an d .   T h x - ax is   in d icate s   th n u m b er   o f   s am p les,  an d   th y - ax is   r ep r esen ts   th s ize  o f   th n o r m alize d   u p p er   en v elo p o f   ea ch   s ig n al  s am p le.   E ac h   f r eq u en cy   b an d   h as a   d if f er en t e n er g y   lev el  f o r   ea ch   ca p tu r ed   R F si g n al  o v er   tim e,   wh ich   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   12 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 22 3 9 9 - 410   408   s h o ws  h o th u s ag o f   th s ig n als  v ar ies  in   th o b s er v atio n   p er io d .   T h ese  b an d s   ar an   ess en tial  p ar o f   d eter m in in g   th th r esh o ld   lev el  an d   th lev el  o f   n o is th at  o cc u r s   in   ea ch   f r eq u en cy   r an g as  well.   Fr o m   th co m p ar is o n   o f   th g r ap h s ,   we  ca n   s ee   th at  th f r eq u en cy   r an g o f   b an d   o n is   u s ed   th m o s t,  an d   th least  ac tiv f r eq u en cy   r an g is   b an d   f o u r .           Fig u r 7 No r m alize d   u p p er   e n v elo p o f   ea ch   s ig n al  s am p le       4. 3. 2 Co un t ing   a nd   decisi o n   m a k ing   T ab le   4   s h o ws  th r esu lts   o b ta in ed   f r o m   t h ex p er im en ts   to   p r o ce s s   th ac tu al   p u b lic  am at eu r   s ig n al  with   th d e v elo p ed   E DW C   alg o r ith m .   T h r esu lts   ar d iv id ed   in to   f o u r   m ain   g r o u p s   ac co r d in g   to   th e   f r eq u e n cy   r an g o f   th d etec ted   s ig n al  an d   th m ac h i n lear n in g   u s ed   f o r   p r o ce s s in g   to   class if y   th wav ef o r m   ch ar ac ter is tics .   I n   ad d itio n ,   th d is p lay   is   d iv id ed   i n to   f iv g r o u p s 0 1 0 1 ,   an d   2 .       T ab le  4 .   C o u n tin g   an d   d ec is io n   m ak in g   f o r   r ea l - tim o b s er v atio n s   B a n d   A l g o r i t h ms   C a t e g o r y   H 0   H 1   C 0   C 1   C 2   1   C TR   3 1 0 5 7 2   2 6 3 8 8   3 1 0 5 7 2   2 5 3 0 3   1 0 8 5   D C A   3 8 6 8   2 2 5 2 0   N B C   4 1 7 1   2 2 2 1 7   K N N   2 8 2 1   2 3 5 6 7   S V N   1 0 2   2 6 2 8 6   2   C TR   2 5 0 1 2 9   3 4 9 9 1   2 5 0 1 2 9   3 2 0 2 0   2 9 7 1   D C A   2 3 9 4   3 2 5 9 7   N B C   3 5 7 2   3 1 4 1 9   K N N   1 8 4 1   3 3 1 5 0   S V N   6   3 4 9 8 5   3   C TR   1 9 3 0 2 6   3 1 6 1 4   1 9 3 0 2 6   3 1 2 5 8   3 5 6   D C A   8 7 2 0   2 2 8 9 4   N B C   8 4 8 4   2 3 1 3 0   K N N   8 3 8 2   2 3 2 3 2   S V N   8   3 1 6 0 6   4   C TR   1 3 1 1 0 5   7 1 3 5   1 3 1 1 0 5   7 1 0 3   32   D C A   1 7 4   6 9 6 1   N B C   1 8 8   6 9 4 7   K N N   1 7 4   6 9 6 1   S V N   2   7 1 3 3       I n   th ca s o f   0   an d   1 ,   we  f o cu s   p r im ar ily   o n   th lev el  o f   en er g y ,   an d   we  ca n   s ee   th at  th s ig n al  lev els  wer p lace d   in   g r o u p s   o f   2 6 3 8 8 ,   3 4 9 9 1 ,   3 1 6 1 4 ,   an d   7 1 3 5   r ec o r d s   in   b an d   1 ,   b an d   2 ,   b an d   3 ,   an d   b an d   4 ,   r esp ec tiv ely .   I n   f r eq u en cy   b an d   1 ,   f o r   ex am p le,   th s ig n als,  wh ich   ar h ig h er   th an   th th r esh o ld   lev el  an d   ar class if ied   as  v o ice  wav ef o r m s ,   ar p r esen ted   in   co lu m n   1 .   W ith   d is cr im in an an aly s is ,   n aiv B ay es,  an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.