CN108337645A - 一种网格化无线电信号监测系统架构及干扰信号联合检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种网格化无线电信号监测系统架构及干扰信号联合检测方法。本监测系统框架中，对于选取的每一目标监测区域，将该目标监测区域划分为多个监控网格，每个监控网格使用一个监测组进行监测，每一监测组包括若干监测站；每个目标监测区域中的所有监测设备均与同一数据汇集中心相连；每一目标监测区域划分为多个辅助网格，同一辅助网格内的监测站构成一辅助组；数据汇聚中心将属于同一监测组的各监测站得到的数据归并为一组；然后对每组数据进行分析判断对应网格内是否存在异常；如果监测组i存在异常，则将其临近的多个辅助组内的监测站采集的数据进行计算分析，确认监测组i是否存在异常。本发明可高效、及时地检测出异常信号。

Description

一种网格化无线电信号监测系统架构及干扰信号联合检测 方法
技术领域
本发明属于数字通信技术领域，具体涉及网格化无线电监测系统架构设计，以及基于该架构的干扰信号联合检测方法。
背景技术
随着5G标准对系统容量及传输数据率要求的提升和相应技术的发展，超密集组网和异构网已成为下一代移动通信系统的发展趋势。在现有的无线电信号监测系统中，虽然单个监测站覆盖面积较大，但分布较为稀疏，其接收到的信号是由周围大量信号源发射信号叠加的结果，大量信号的混叠导致异常信号无法被有效地分离检测出来，难以进行进一步的处理。
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。其优势在于能够将各个监测站接收的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，与未来移动通信组网的发展趋势相契合。
在网格化无线电监测系统中，一个监测站接收到的信号是由多个信号源发射信号的混叠，要解决的关键问题是：在仅已知监测站接收的混合信号的前提下，如何将信号源发出的信号有效分离，即盲源分离问题。
目前，网格化监测的具体架构及相应的监测信号处理方法仍在探索之中，成熟的网格化监测方案有待提出。同时，独立成分分析(ICA)方法是一种经典的解决盲源分离问题的方法。它利用混合信号中各个独立成分相互独立的特性和信号本身的非高斯性，通过迭代算法得到原始的独立成分的估计。ICA方法可以直接被运用与网格化监测的架构中，作为监测信号处理的核心算法，对监测信号进行分离，及时发现伪基站等异常信号源，以便后续的排除等工作。然而，单纯的ICA方法只能使用同一组监测站的信息进行检测处理，无法充分利用其余相邻监测站的信息，影响异常检测的准确性。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种网格化无线电信号监测系统架构及干扰信号联合检测方法。
本发明的技术方案为：
一种网格化无线电信号监测系统架构，其特征在于，对于选取的每一目标监测区域，将该目标监测区域划分为多个监控网格，每个监控网格使用一个监测组进行监测，每一所述监测组包括若干监测站；每个所述目标监测区域中的所有监测设备均与同一数据汇集中心相连，用于将监测数据统一上传到该数据汇聚中心；每一所述目标监测区域划分为多个辅助网格，位于同一辅助网格内的所述监测站构成一辅助组；各所述目标监测区域的数据汇集中心与同一监测中心连接。
进一步的，根据所述监测站的位置，位于目标监测区域边缘的监测站属于一个监测组，位于n个监控网格重叠区域内的监测站分别属于该n个监控网格对应的监测组。
进一步的，位于目标监测区域边缘的监测站属于一个辅助组，位于n个辅助网格重叠区域内的监测站分别属于该n个辅助网格对应的辅助组。
进一步的，所述监控网格为圆形网格，同一所述监测组内包括均匀分布在对应网格内的三个所述监测站；所述辅助网格为与所述监控网格相同大小的圆形网格；所述辅助网格与邻近的所述监控网格之间为部分重叠。
进一步的，所述辅助网格与邻近的所述监控网格之间具有两个相同的监测站。
进一步的，所述目标监测区域为重点监测区域；对于每一非重点监测区域，分别设置一大型监测站进行覆盖，各所述大型监测站分别与所述监测中心连接。
一种干扰信号联合检测方法，其步骤包括：数据汇聚中心将属于同一监测组的各监测站得到的数据归并为一组；然后对每组数据进行计算分析，判断每个监测组对应网格内是否存在异常；当数据汇聚中心A检测出一监测组i存在异常时，所述数据汇聚中心A将与所述监测组i临近的多个所述辅助组内的监测站采集的数据进行计算分析，确认所述监测组i是否存在异常。
进一步的，使用ICA算法对所述监测站采集的数据进行计算分析，判断是否存在异常。
进一步的，所述数据汇集中心A向监测中心发出异常数据警报，并将该异常数据及相应辅助组的数据处理检测结果提交至监测中心；监测中心综合各组数据的处理检测结果进一步判断是否发生异常，并根据监测组与辅助组的区域重叠情况判定异常的大致位置。
与现有技术相比，本发明的积极效果为：
本发明可高效、及时地检测出异常信号，检测率可达90％以上，并能对异常信号源进行简单定位，以便后续的处理。
附图说明
图1是提出的监测系统架构示意图。
图2是监测站按网格划分的监测站分组方案示意图。
图3是网格化布局下的监测信号处理流程。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
在如图1所示的系统中，针对不同区域的不同监测要求进行监测站的布设。在电磁环境复杂，信号分布密集，需要重点监控的地区，例如城市中心、热点区域，使用网格化布局方式；在电磁环境相对简单的地区，仍使用传统的大型监测站进行监测。对于重点监测区域，每个区域被划分为多个网格，每个网格使用一个监测组进行覆盖，并按网格设计布设小型监测设备。每个重点监测区域中所有小型监测设备均与同一数据汇集中心相连，并将监测数据统一上传到该数据中心进行统一分组处理。各个区域的数据汇集中心与大型监测站的数据和监测结果最终汇集到监测中心。
网格化布局的监测系统分组方式如图2所示。将若干个监测站按照预先确定的分组方案分组，该分组方案在数据汇集中心进行记录。在数据汇集中心进行监测数据处理时，按记录的分组方案将属于同一监测组的各监测站得到的数据归并为一组进行处理。同时，一个监测站可以接受到多个网格内的信号，同时属于不同监测组，因此，在数据处理时，一个监测站的采集的数据会被归入多个组中进行分析处理。分组包括监测组和辅助组：监测组负责对监测区域进行常规的监测，在每个监测信号处理周期中都需要对监测组的信号进行计算处理；辅助组则是当监测组发现异常时，按照预先确定的分组临时组成的，即将监测站数据按辅助组的组成进行分组、分析、处理，从而对监测区域及其附近区域的信号进行更准确的分析，综合多个组的分析结果更精准地判断是否出现异常，以及异常的大致位置。
网格化布局的监测数据处理流程如图3所示：
1.数据收集及预处理。
1)各个小型监测站的监测数据统一汇总至数据汇集中心，数据汇集中心收集到与其相连的所有监测站监测数据再进行统一处理。
2)数据汇集中心对收到的各监测站监测数据进行去噪预处理。去噪时可使用小波变换、经验模态分解(EMD)等自适应去噪算法进行去噪处理，仿真表明经过去噪处理后，在低信噪比情况下异常检出概率最大可提升约20％。
3)按照预先设计监测站分组方案将监测组数据进行分组。由之前的描述可知，同一监测站的数据会被同时归入多个组中进行分析处理。
2.监测数据处理。
1)对各组数据使用ICA算法进行计算分析。通过ICA算法，可以计算估计出各个网格(对应一个监测组)内主要的独立成分，即主要信号源的发射信号。
2)对估计得到的独立成分，即主要信号源的发射信号进行门限检测。门限值的设定通过正常历史数据得到。超过门限值的数据会被判定为异常数据。
3.发现异常时的异常处理。
1)当异常数据出现时，数据汇集中心会将周围的监测站数据按照辅助组分组方案进行分组。如图2所示，以监测组1为例，将监测组中每两个相邻监测站与不属于该监测组的另一个相邻监测站，按照与监测组相同的布局方式组成一个辅助组。按照该方式，在一个监测组周围可以组成三个辅助组，并将分组方案预先存储在数据汇集中心。当监测组1发现异常信号时，数据汇集中心调用辅助组1、2、3包含的监测站数据，并按辅助组分组方案进行分组合并。
2)将分组合并的各辅助组数据按照之前步骤2的方法，使用ICA算法对各辅助组的数据进行处理并进行异常检测，并得到相应的异常检测结果。
3)数据汇集中心向监测中心发出异常数据警报，并将该异常数据及相应辅助组的数据处理检测结果提交至监测中心。由监测中心综合各组数据的处理检测结果进一步判断是否发生异常，并根据监测组与辅助组的区域重叠情况判定异常的大致位置。以监测组1为例，若监测组1与辅助组1均监测到1个异常信号，则异常可能发生在这两组的重叠覆盖区域内；若仅有监测组监测到异常信号，而3个辅助组均未发现异常，则该异常可能为虚警。利用联合检测的方式可以提高检测准确率并进行异常的粗定位。
以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非有实施例的具体描述所界定。

Claims (9)

1.一种网格化无线电信号监测系统架构，其特征在于，对于选取的每一目标监测区域，将该目标监测区域划分为多个监控网格，每个监控网格使用一个监测组进行监测，每一所述监测组包括若干监测站；每个所述目标监测区域中的所有监测设备均与同一数据汇集中心相连，用于将监测数据统一上传到该数据汇聚中心；每一所述目标监测区域划分为多个辅助网格，位于同一辅助网格内的所述监测站构成一辅助组；各所述目标监测区域的数据汇集中心与同一监测中心连接。
2.如权利要求1所述的网格化无线电信号监测系统架构，其特征在于，根据所述监测站的位置，位于目标监测区域边缘的监测站属于一个监测组，位于n个监控网格重叠区域内的监测站分别属于该n个监控网格对应的监测组。
3.如权利要求1所述的网格化无线电信号监测系统架构，其特征在于，位于目标监测区域边缘的监测站属于一个辅助组，位于n个辅助网格重叠区域内的监测站分别属于该n个辅助网格对应的辅助组。
4.如权利要求3所述的网格化无线电信号监测系统架构，其特征在于，所述监控网格为圆形网格，同一所述监测组内包括均匀分布在对应网格内的三个所述监测站；所述辅助网格为与所述监控网格相同大小的圆形网格；所述辅助网格与邻近的所述监控网格之间为部分重叠。
5.如权利要求3所述的网格化无线电信号监测系统架构，其特征在于，所述辅助网格与邻近的所述监控网格之间具有两个相同的监测站。
6.如权利要求1所述的网格化无线电信号监测系统架构，其特征在于，所述目标监测区域为重点监测区域；对于每一非重点监测区域，分别设置一大型监测站进行覆盖，各所述大型监测站分别与所述监测中心连接。
7.一种基于权利要求1所述网格化无线电信号监测系统架构的干扰信号联合检测方法，其步骤包括：数据汇聚中心将属于同一监测组的各监测站得到的数据归并为一组；然后对每组数据进行计算分析，判断每个监测组对应网格内是否存在异常；当数据汇聚中心A检测出一监测组i存在异常时，所述数据汇聚中心A将与所述监测组i临近的多个所述辅助组内的监测站采集的数据进行计算分析，确认所述监测组i是否存在异常。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，使用ICA算法对所述监测站采集的数据进行计算分析，判断是否存在异常。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数据汇集中心A向监测中心发出异常数据警报，并将该异常数据及相应辅助组的数据处理检测结果提交至监测中心；监测中心综合各组数据的处理检测结果进一步判断是否发生异常，并根据监测组与辅助组的区域重叠情况判定异常的大致位置。
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