一种网格化无线电信号监测系统的监测站部署方法及盲源分离方法技术方案

本发明专利技术公开了一种网格化无线电信号监测系统的监测站部署方法及盲源分离方法。本发明专利技术的监测站部署方法为：网格化无线电信号监测系统的每一监测区域中设置四个基站和四个监测站；同一监测区域的所述基站、监测站位于或近似位于同一个圆上，且所述基站等间距分布，所述监测站布置于以四个所述基站为顶点的正方形的横竖两个对称轴上且对称分布。本发明专利技术可以效率及实时性检测出伪基站的异常信号源，方便进行及时的排除工作。 1

Monitoring station deployment method and blind source separation method for grid based radio signal monitoring system

The invention discloses a monitoring station deployment method for a gridded radio signal monitoring system and a blind source separation method. The method of deploying the monitoring station of the present invention is that four base stations and four monitoring stations are set in each monitoring area of the grid radio signal monitoring system; the base station, the monitoring station of the same monitoring area are located or approximately located on the same circle, and the base station is equally spaced, and the monitoring station is arranged with four bases. At the vertex of the square, two symmetrical axes are symmetrically distributed. The invention can detect the abnormal signal source of the pseudo base station in efficiency and real time, and facilitate the timely elimination. One

【技术实现步骤摘要】
一种网格化无线电信号监测系统的监测站部署方法及盲源分离方法
本专利技术属于数字通信
，具体涉及网格化无线电信号监测系统中监测站与基站的部署方法及盲源分离方法。
技术介绍
5G技术的发展使得未来的移动通信有着超密集组网的趋势。而现有的无线电信号监测系统中，监测站分布较为稀疏，所接收到的监测信号也仅仅是大功率基站发出的信号，并不适应未来移动通信的发展要求。网格化无线电信号监测系统，是一种根据无线通信基站的分布情况，将监测区域划分为网格并采用小型、低功耗的微型监测站进行监测的系统。这种系统的优势是能够将各个监测站收到的信号信息收集整理并综合分析，实现更加精准与全面的监控，同时对异常信号的干扰进行准确的检测，与未来移动通信超密集组网的发展趋势契合。在网格化无线电信号监测系统中，一个监测站接收到的是多个信号源(基站)发出的信号的混合叠加，其面临的关键问题是：在仅仅已知监测站接收到的混合信号的前提下，如何将信号源发出的信号有效地分离出来的盲源分离问题。独立成分分析(ICA)法是一种经典的解决盲源分离问题的方法。它立足于各个信号源的相互独立性以及非高斯性，从随机向量开始，找寻其非高斯性最大的方向，然后进行迭代直至其方向收敛，并认为这就是需要分离出的某一个信号源。在实际应用中，对于随时可能出现伪基站等异常信号源，如何尽快地及时将其找出以便进行排除等工作是一项亟待解决的重要问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种网格化无线电信号监测系统的监测站部署方法及盲源分离方法。其中包括：合适的盲源分离方式以及监测站布点方式，其可以以较高的效率及实时性检测出伪基站的异常信号源，方便进行及时的排除工作。本专利技术的技术方案为：一种网格化无线电信号监测系统的监测站部署方法，其特征在于，网格化无线电信号监测系统的每一监测区域中设置四个基站和四个监测站；同一监测区域的所述基站、监测站位于或近似位于同一个圆上，且所述基站等间距分布，所述监测站布置于以四个所述基站为顶点的正方形的横竖两个对称轴上且对称分布。一种盲源分离方法，其步骤包括：1)从网格化无线电信号监测系统的同一监测区域内每个监测站选取连续N个样本点的信号，组成M×N矩阵；其中M为网格化无线电信号监测系统的同一监测区域内监测站总数；将该M×N矩阵中每一行中各信号减去该行信号均值，得到矩阵x，再对该矩阵x进行白化；其中，样本点的信号为监测站收到的各信号源发出的信号叠加后的信号；2)随机选取长度为N的向量w；根据公式w′＝E{z(wTz)3-3w}计算得到一向量w’；其中，E为以Cx单位范数特征向量作为列组成的矩阵，Cx为矩阵x的协方差矩阵；z为对该矩阵x进行白化得到的矩阵，向量wT为向量w的转置；3)根据向量w’与向量w的比较结果确定向量w是否收敛，如果收敛，则从当前监测到的信号源中分离出一个信号源；如果未收敛，则将w’赋予w，返回步骤2)迭代计算直至w收敛；4)如果之前已经分离出p个信号源s1,…,sp，则将当前分离出的信号源sp+1，则根据已经分离出p个信号源s1,…,sp对信号源sp+1进行准正交化；然后返回步骤2)，如果分离出M+1个信号源，则进行步骤5)；5)将分离出的每一信号源的信号与其对应的历史信号进行对比，判定出异常信号源。进一步的，同一监测区域内监测站总数M取值为4；同一监测区域内正常信号源总数为4；同一监测区域内的所述正常信号源、监测站位于或近似位于同一个圆上，且所述正常信号源等间距分布，所述监测站布置于以四个所述正常信号源为顶点的正方形的横竖两个对称轴上且对称分布。进一步的，利用公式z＝D-1/2ETx对该矩阵x进行白化；其中，D为以x的协方差矩阵Cx＝E(xxT)的各特征值为对角元素的对角矩阵，而E为以Cx单位范数特征向量作为列组成的矩阵。进一步的，根据对信号源sp+1进行准正交化；其中，sj为第j个分离出的信号源，为这两个向量的内积，α∈[0,1]为准正交系数。进一步的，所述准正交系数α取值范围为0.5-0.7。进一步的，所述步骤5)中，如果一信号源的信号与其历史正常数据相比，超出上下界设定范围的判定为异常信号源。与现有技术相比，本专利技术的积极效果为：现有技术难以监测到混杂在正常无线电信号中的异常信号，而本技术可以在虚警概率不超过3.5％的情况下，达到对异常信号90％以上的检出率。附图说明图1是典型场景中监测区域的划分方式，其中每个圆形区域包含4个基站(五角星)，称作一个监测区域。图2是在划分出来的每个监测区域内，应布置监测站的位置。图3是本专利技术中的盲源分离流程图。具体实施方式为了便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。图1所示的典型场景中，五角星点为基站位置。考虑到城市街区的地理分布及未来移动通信的超密集组网方式，建议以4个基站为一组来划分网格化监测区域。同时，仿真测试的结果也显示，以4个基站为一组对于异常信号的检测成功率最高。因此如附图1以每个圆圈所包含的4个基站为一组，并在每一组基站所在区域内布置4个监测站。在每个监测区域(如图1所示的包含4个基站的一个圆形区域)内，根据监测站与基站的不同相对位置进行了仿真。结果显示，效果最佳的相对位置应如附图2所示：五角星表示的4个基站构成正方形，而三角形表示的监测站应布置于这个正方形的横竖两个对称轴上且对称分布。监测站与基站应大致位于同一个圆上。监测站接收到的信号是监测区域内所有基站发出的信号经过不同信道衰减，再叠加得到的。监测过程中，每隔一个小时间间隔(例如5-10秒)对监测站的功率电平信号做一个抽样，称为一个样本点。如图3所示，对一个监测区域内，一般采集到所有监测站的各1500-2000个样本点后就可以按照如下步骤对监测站接收到的信号做盲源分离：1、设共有M个监测站。选取每个监测站连续N个样本点的信号，组成M×N矩阵。让每一行减去该行的均值完成中心化得到矩阵x，再让矩阵x按照式(1)对其进行白化：z＝D-1/2ETx(1)其中，D为以矩阵x的协方差矩阵Cx＝E(xxT)的各特征值为对角元素的对角矩阵，E为以Cx单位范数特征向量作为列组成的矩阵，矩阵xT为x的转置矩阵。2、选取长度为N的随机向量w，按照(2)式计算：w′＝E{z(wTz)3-3w}(2)其中wT为w的转置向量。得到w′后，对其进行归一化，使其范数(模值)变为单位范数(模值)；3、如果w’与向量w几乎相同(收敛)，则认为已经分离出一个信号源s；如仍有差距，将w’赋予w，再返回第2步迭代计算直至w收敛。4、假设已经分离出p个信号源s1,…,sp，当又分离出一个sp+1时，根据(3)式对其准正交化：其中α∈[0,1]称为准正交系数，一般取0.5-0.7较为合适。5、返回第2步，直至分离出M+1个信号源。这里分离出的信号源没有一定的顺序对应关系；6、在分离出的信号源中，与历史正常数据相比，超出上下界一定程度的判定为异常信号出现；7、如有异常信号源特征则成功发现异常，如无异常时判定为异常出现则出现虚警。以上包含了本专利技术优选实施例的说明，这是为了详细说明本专利技术的技术特征，并不是想要将
技术实现思路
限制在实施例所描述的具体形式中，依据本
技术实现思路
主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本专利技术内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网格化无线电信号监测系统的监测站部署方法，其特征在于，网格化无线电信

【技术特征摘要】
1.一种网格化无线电信号监测系统的监测站部署方法，其特征在于，网格化无线电信号监测系统的每一监测区域中设置四个基站和四个监测站；同一监测区域的所述基站、监测站位于或近似位于同一个圆上，且所述基站等间距分布，所述监测站布置于以四个所述基站为顶点的正方形的横竖两个对称轴上且对称分布。2.一种盲源分离方法，其步骤包括：1)从网格化无线电信号监测系统的同一监测区域内每个监测站选取连续N个样本点的信号，组成M×N矩阵；其中M为网格化无线电信号监测系统的同一监测区域内监测站总数；将该M×N矩阵中每一行中各信号减去该行信号均值，得到矩阵x，再对该矩阵x进行白化；其中，样本点的信号为监测站收到的各信号源发出的信号叠加后的信号；2)随机选取长度为N的向量w；根据公式w′＝E{z(wTz)3-3w}计算得到一向量w’；其中，E为以Cx单位范数特征向量作为列组成的矩阵，Cx为矩阵x的协方差矩阵；z为对该矩阵x进行白化得到的矩阵，向量wT为向量w的转置；3)根据向量w’与向量w的比较结果确定向量w是否收敛，如果收敛，则从当前监测到的信号源中分离出一个信号源；如果未收敛，则将w’赋予w，返回步骤2)迭代计算直至w收敛；4)如果之前已经分离出p个信号源s1,…,sp，则将当前分离出的信号源sp...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱天枢，张竟枢，李斗，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11