CN107251603A - 分析无线网络性能 - Google Patents

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Abstract

在一些方面，无线监测系统包括传感器网络、数据分析系统和通信接口。所述传感器网络包括被配置为被动地监测地理区域中的无线通信网络中所交换的射频(RF)信号的无线传感器装置，并且各无线传感器装置被配置为基于处理该无线传感器装置所检测到的RF信号，来计算本地网络使用参数。所述数据分析系统被配置为基于所述无线传感器装置所计算出的本地网络使用参数，来分析所述无线通信网络的区域性能度量。在一些情况下，所述通信接口被配置为基于对所述区域性能度量的分析，来向所述无线通信网络发送网络性能报告。

Description

分析无线网络性能
优先权要求
本申请要求提交于2015年3月25日的美国专利申请14/668,549的优先权，其全部内容通过引用而并入于此。
背景技术
本说明书涉及分析无线网络(例如，蜂窝网络)的性能度量。
蜂窝网络可以例如向移动装置或其它类型的用户设备提供无线语音服务和数据服务。蜂窝网络通常包括各自提供针对特定小区的无线服务的多个基站。基站包括与小区中的用户设备进行无线通信的无线电天线。
发明内容
在一般方面，向无线网络提供性能反馈。
在一些方面，无线监测系统包括传感器网络、数据分析系统和通信接口。所述传感器网络包括被配置为被动地监测地理区域中的无线通信网络中所交换的射频(RF)信号的无线传感器装置，并且各无线传感器装置被配置为基于处理该无线传感器装置所检测到的RF信号，来计算本地网络使用参数。所述数据分析系统被配置为基于所述无线传感器装置所计算出的本地网络使用参数，来分析所述无线通信网络的区域性能度量。在一些情况下，所述通信接口被配置为基于对所述区域性能度量的分析，来向所述无线通信网络发送网络性能报告。
在以下附图和说明书中详细阐述了一个或多个实现。根据说明书和附图以及权利要求书，其它特征、目的和优点将显而易见。
附图说明
图1是示出可以向无线网络提供反馈的示例性无线频谱分析系统的框图。
图2A和2B是示出向无线网络提供反馈的示例性无线频谱分析系统的架构的框图。
图3是示出无线传感器装置的示例性分布的框图。
图4是示出与无线传感器装置相关联的示例性频谱检查(SI)信息的框图。
图5是示出与无线传感器装置相关联的示例SI信息的另一框图。
图6是示出示例性无线传感器装置的框图。
图7是示出无线传感器装置的示例性SI信号路径的框图。
图8是示出无线传感器装置的另一示例性SI信号路径的框图。
图9是示例性无线传感器装置的俯视图。
图10是图9的示例性无线传感器装置900的天线910a～910d的示例性天线轮廓的俯视图。
图11是另一示例性无线传感器装置的俯视图。
图12是示出无线传感器装置的示例性应用的框图。
图13是示出用于分析无线网络性能度量的示例性技术的流程图。
各个附图中的相同附图标记表示相同元件。
具体实施方式
在这里描述的一些方面中，包括分布在地理区域上的无线传感器装置的传感器网络被动地监测无线通信网络中所交换的无线信号。无线通信网络例如可以是蜂窝网络、Wi-Fi网络、自组织网络或其它类型的无线通信网络。在一些情况下，无线传感器装置基于它们检测到的无线信号来计算网络使用参数。各个无线传感器装置所计算出的网络使用参数可以是基于在无线传感器装置的本地环境中所检测到的无线信号的本地参数。各个无线传感器装置所计算出的本地网络使用参数例如可以在中央服务器系统处聚集以供分析。
在一些实现中，中央服务器系统可以基于根据在各个无线传感器装置的本地环境中检测到的信号所计算出的聚集的网络使用参数，来分析无线通信网络的区域性能度量。区域性能度量例如可以包括与无线通信网络的速度(或延迟)有关的度量、与掉话或掉线有关的参数、或者其它类型的性能度量。对区域性能度量的分析可以描述与传感器网络所覆盖的地理区域有关的统计数据、分布或其它数据。因此，区域性能度量与单个无线传感器装置所覆盖的较大地理区域有关，并且对区域性能度量的分析是基于来自整个区域中的多个不同点的数据的。
数据分析系统可以向无线通信网络提供其分析，以例如使得该无线通信网络可以监测性能、检测性能问题、采取校正行动或者进行其它类型的操作。对区域性能度量的分析可以作为实时数据、后时数据(post-data)或者这两者的组合而被提供给无线通信网络。在一些情况下，分析可以作为使得蜂窝网络能够监测其自身性能的实时的动态反馈而被提供给该蜂窝网络。
在一些实现中，由于传感器网络的传感器装置是被动测量装置并且不是无线通信网络的主动部分，因此这些传感器装置的存在不会在无线通信网络中造成附加干扰。而且，无线传感器装置可以超出基本测量(例如，无线标准所需的测量类型等)，并且可以进行更复杂的频谱分析，识别性能特性的根本原因或者其它类型的相关信息。在一些情况下，对来自传感器网络的网络使用参数的分析识别出性能缺陷，这些性能缺陷被报告回无线通信网络运营商。在一些情况下，被发送至无线通信网络的运营商的报告指示出问题的位置和描述，并且运营商可以使用该报告来找出问题的解决方案。在一些情况下，被发送至无线通信网络的运营商的报告包括针对网络基础设施设备的用以解决所识别出的问题的命令。
在一些情况下，在修改了无线通信网络以解决问题之后，无线传感器网络可以重新测量网络性能以判断这种修改是否产生了区域性能度量的改进。在一些情况下，重新测量网络性能确认了期望改进、或者导致正被推荐给网络运营商系统的另一增量变化。
因此，无线通信网络的运营商可以基于从无线传感器网络所提供的反馈，来修改工作参数或网络基础设施。可以在接收反馈时实时进行修改，或者可以在其它时间(例如，在所安排的维护期、在低使用期间、或者在其它时间)进行修改。可以例如通过响应于在没有实质延迟的情况下(例如，从传感器或监测系统)接收到数据而进行操作，来实时地进行修改或其它操作。在一些情况下，可以通过在监测附加数据的同时(例如，在监测附加无线信号的同时)进行操作，来实时地进行操作。一些实时操作可以接收输入，并在使得无线通信网络运营商系统能够例如通过修改无线通信网络的进行中操作来对输出作出响应的时间帧内产生输出。
在一些实现中，可以基于来自传感器网络的反馈而在无线通信网络中实时地(或在其它时间)作出的改变例如可以包括：(例如，在当前使用的信道、频率或频带具有较大程度的干扰的情况下)改变信道、频率或频带；改变(例如用户设备、基站或两者的)发射功率特性；以及改变调制方案、错误校正的类型、扩频因子或其它参数以使数据信道对于噪声干扰更具鲁棒性。无线通信网络中可以作出的改变的其它示例包括：(例如通过更换现有天线或者使现有天线倾斜等来)改变基站天线的辐射图案；改变无线通信网络的扇区或小区的物理配置；以及改变基站发射器的最大输出功率；等等。
在一些情况下，数据分析系统分析区域性能度量，并判断为无线通信网络正在进行以上目标性能。在这种情况下，数据分析系统可以向或者可以不向无线通信网络提供反馈。在一些情况下，数据分析系统向无线通信网络发送指示出以上目标性能的性能报告，并且无线通信网络可以进行权衡以提高无线通信网络的整体性能。例如，这样的权衡可以被配置为：使无线通信网络对于干扰更具鲁棒性，增加吞吐量，减少网络负荷或者实现其它目标。在蜂窝网络中，这样的权衡可以例如通过放宽针对基站和用户设备的要求来达到性能目标。例如，在一些情况下，可以在不牺牲性能的情况下减小最大输出功率，或者可以更积极地使用高阶调制方案以增加吞吐量。
在一些实现中，通过基于从关注区域中的多个不同位置接收到的本地网络使用参数计算区域性能度量的观测值，来分析区域性能度量。可以将观测值与区域性能度量的目标值进行比较，并且可以响应于该比较而发送网络性能报告。例如，如果观测值低于阈值、高于阈值、在目标范围之外等，则数据分析系统可以自动向无线通信网络发送性能报告。
在一些情况下，无线通信网络包括用于分析观测值并在适当时采取校正行动的控制系统。在一些情况下，无线通信网络所接收到的网络性能报告包括用于校正行动的命令，并且无线通信网络可以在不对观测值进行其自身分析的情况下自动执行命令。在一些情况下，网络性能报告指示出地理区域中的无线通信网络的观测性能不满足该无线通信网络所指定的性能标准的位置。网络性能报告可以包括例如基于从传感器网络收集到的本地网络使用参数的对观测性能的描述。网络性能报告可以包括附加的或不同的信息。
在一些实现中，这里描述的主题事项可以以能够提供附加技术优势的各种方式实现。例如，无线传感器装置可以是低成本装置。因此，区域中部署的无线传感器装置的数量可以显著高于同一区域中的基站数量。传感器网络被动地与无线通信网络进行交互，并且不会请求或使用无线通信网络的服务或者以其它方式作为无线通信网络的一部分而直接进行交互。因此，传感器网络可以在不必向现有无线通信网络基础设施引入附加的复杂层的情况下、以及在不必增加用户设备的复杂性的情况下监测无线通信网络的性能。
在这里描述的一些方面中，在空间和时间上对无线信号进行监测和分析。例如，可以从在地理区域中的各个位置处并行工作的多个无线传感器装置来聚集无线信号的参数。该地理区域可以相对较小或较大(例如，具有范围从数十或数百米到数千米的半径)，并且一般可以表示任何关注区域(例如，建筑物、城市街区、管辖区、人群、行业等)。在一些情况下，聚集的数据可以促进对频谱使用的真实且全面的分析，并且提供对地理区域中的无线频谱和其它资源的利用和质量的了解。
在一些实现中，监测并分析根据各种无线通信标准所格式化的无线信号。例如，无线传感器装置可以监测并分析如下的通信标准：诸如全球移动系统(GSM)和GSM演进的增强数据率(EDGE)或EGPRS等的2G标准；诸如码分多址(CDMA)、通用移动电信系统(UMTS)和时分同步码分多址(TD-SCDMA)等的3G标准；诸如长期演进(LTE)和高级LTE(LTE-A)等的4G标准；诸如IEEE 802.11等的无线局域网(WLAN)或WiFi标准、蓝牙、近场通信(NFC)和毫米通信；以及这些无线通信标准中的多个或其它类型的无线通信标准。在一些实现中，监测并分析其它类型的无线通信(例如，非标准化信号和通信协议)。
在一些情况下，无线频谱使用数据和相关信息可以由各种实体收集或者被提供至(例如，出售、订阅、共享或以其它方式提供至)各种实体。例如，无线频谱使用数据可以由政府机构或监管当局(例如，联邦通信委员会(FCC)等)、标准开发组织(例如，第三代合作伙伴计划(3GPP)、电气电子工程师协会(IEEE)等)、频谱权所有者和被许可方、无线服务提供商、无线装置和芯片制造商和供应商、无线服务的终端用户、或其它实体使用。
无线频谱使用数据和相关信息可以用于各种目的。例如，政府机构或监管当局可以使用该信息来更好地调节、控制和强制实施所分配或未分配的频谱使用权；标准开发组织可以使用该信息来选择工作频率并开发用以(例如，通过利用负载不高的频带并对拥塞的频带进行卸载)使频率负载均衡的标准；以及服务提供商可以使用该信息来优化或以其它方式改善系统硬件、软件、服务或基础设施。
利用更精确且更全面的频谱使用数据，可以设计有针对性的方案来改善无线频谱和其它资源的利用。在一些情况下，基于频谱权所有方和被许可方或者无线服务提供商所拥有或进行工作的频带的利用和质量，这些频谱权所有方和被许可方或者无线服务提供商可以设计、修改或以其它方式管理自身的频谱使用。例如，鉴于特定地理位置经受大量数据业务这一知识，无线服务提供商可以添加基站或者修改小区配置(例如，调节频率复用方案)以适应该地理位置中的大数据业务。作为另一示例，鉴于一天中的特定时间与其它时间相比经受更大量的数据业务这一知识，无线服务提供商可以设计用于鼓励高峰时间以外的时间内使用的促销或策略。
在一些示例中，无线频谱分析系统包括多个无线传感器装置和数据分析系统。无线传感器装置可以分布在地理区域内的各个位置。无线传感器装置可以监测并分析各个位置处的RF频谱，并将信息发送至数据分析系统。数据分析系统可以用作聚集、编译并分析从无线传感器装置发送来的信息的中央后端系统。
在一些实现中，无线频谱分析系统以及个体无线传感器装置可以在频域、时域或两者中进行各种类型的分析。例如，无线传感器装置可以在频域、时域或两者中分析无线频谱。在一些情况下，无线传感器装置被配置为基于所检测到的信号来确定带宽、功率谱密度或其它频率属性。在一些情况下，无线传感器被配置为进行解调或其它操作以从时域中的无线信号提取内容(例如，无线信号中所包括的信令信息(例如，前导码、同步信息、信道条件指示、WiFi网络的SSID/MAC地址等))。
在一些示例中，无线频谱分析系统基于来自装置的网络使用数据来提供网络性能报告。可以将网络性能报告提供给用户(例如，通过用户接口)，存储在数据库中(例如，为了分析或存档目的)，发送至订阅方或其它实体(例如，政府机构或监管当局、标准开发组织、频谱权所有方和被许可方、无线服务提供商等)，或者以其它方式输出。在一些情况下，网络性能报告可以包括文本、数据、表格、图表、图形或无线频谱使用的其它表示。
在一些示例中，网络性能报告可以包括频域信息、时域信息、空间域信息、或者这些信息与从分析无线传感器装置所检测到的无线信号中所获得的其它知识的组合。网络性能报告可以包括基于来自不同位置的所有多个无线传感器装置的数据的全局信息和更高级别的知识。例如，网络性能报告可以包括针对时间或空间的趋势、统计数据、模式、覆盖范围、网络性能或其它信息。在一些实现中，可以基于特定用户或实体的业务、偏好或其它属性来定制或自定义网络性能报告。
在一些实现中，向无线通信网络发送网络性能报告。无线通信网络可以例如为了监测网络性能、检测性能缺陷、校正性能缺陷或者这些或其它目的的组合而使用网络性能报告。在一些示例中，网络性能报告包括对无线通信网络的区域性能度量的分析。区域性能度量可以例如包括对掉话、数据传输速率、数据延迟或其它类型的性能度量的分析。可以基于传感器网络中的各传感器装置本地生成的网络使用参数来分析区域性能度量。
在一些示例中，可以在地理区域内的区别位置处使用大量无线传感器装置以并行监测各区别位置处的无线信号。因此，可以同时或者在重叠时间段内检查各个位置处的RF信号，这样可以提供该地理区域内的无线信号的更精确且更全面的检查。在一些情况下，无线传感器装置例如通过针对宽频率范围“收听”或“观测”RF信号并且处理这些无线传感器装置所检测到的RF信号，来被动地监测这些无线传感器装置各自的位置处的无线信号。可能存在没有检测到RF信号的时间，并且在无线传感器装置的本地环境中检测到RF信号时，该装置可以(例如，间或地或连续地)处理这些RF信号。
在许多情况下，无线传感器装置可以检测由其它实体或系统或者在其它实体或系统之间(例如，在特定频率或频率集合上)发送来的无线信号、或者通过自然现象发送来的无线信号。这些无线信号的源、目的地、上下文和性质可以改变。因此，无线传感器可以监测各种系统、实体或现象的无线频谱使用，并且这里描述的系统不限于监测任何特定类型或种类的系统或协议。
在一些情况下，无线传感器装置可以被实现为成本相对低、紧凑且轻量的装置。在一些情况下，小型化和便携性可以扩大无线频谱分析系统的适用性并且增强其灵活性。在一些情况下，无线传感器装置可以放置于或者连接至蜂窝系统的微微/毫微微小区盒、WiFi接入点或基站、交通工具、路由器、移动装置(例如，智能手机、平板电脑等)、计算机、物联网(例如，机器对机器(M2M))模块、线缆调制解调器盒、家庭用具电子盒(例如，TV、调制解调器、DVD、视频游戏站、膝上型电脑、厨房用具、打印机、照明器具、电话、时钟、调温器、火灾检测单元、CO2检测单元等)、或其它地方。
在一些实现中，无线传感器装置可以现场对原始数据(例如，所检测到的RF信号)进行计算和分析，以提取相关信息的摘要(例如，网络使用参数)。在一些实现中，代替向数据分析系统发送原始数据，无线传感器装置发送从原始数据提取出的摘要，这样可以减少数据业务、降低功耗(在适用情况下可以延长电池寿命)并且提供其它优点。在一些情况下，可以例如根据请求或者在其它情况下将原始数据发送至数据分析系统。
在一些实现中，无线传感器装置以及数据聚集和分析系统之间的通信例如可以基于互联网协议(IP)传输或者其它标准数据传输协议，从而可以提供更高效的数据传输。一般来说，可以随时从无线传感器装置向数据聚集和分析系统发送消息。例如，该发送可以由所检测到的RF频谱的使用触发、由来自数据聚集和分析系统的请求发起、根据预定安排或周期性间隔发送、或者采用其它方式。在一些情况下，系统可以请求来自特定无线传感器装置的数据。
在一些示例中，可以从后端系统部署并控制无线传感器装置。例如，无线传感器装置可以在不要求现场的技术人员对该装置进行操作的情况下进行工作。在一些实现中，数据聚集和分析系统或其它类型的中央控制系统可以执行控制操作，以例如配置并升级无线传感器装置。在一些情况下，控制系统可以请求配置信息或者在任何特定的无线传感器装置上运行内部测试。
图1是示出可以向无线网络提供反馈的示例性无线频谱分析系统的框图。图1所示的示例性无线频谱分析系统100包括无线传感器装置110以及数据聚集和分析系统115的传感器网络。如图1所示，传感器网络中的多个(例如，数十个、数百个或数千个)无线传感器装置110可以分布在包含一个或多个蜂窝网络的多个小区105的地理区域中，其中在各小区105中具有多个无线传感器装置110。在一些实现中，传感器网络可以包括分布在其它地理区域(例如，不包括蜂窝网络的区域)中的无线传感器装置110。无线传感器装置110可以彼此相同或相似，或者无线频谱分析系统100可以包括各种不同的无线传感器装置110。
如图1所示，各小区105包括一个或多个基站120，其中，该一个或多个基站120与蜂窝网络(例如，蜂窝语音网络、蜂窝数据网络等)中的用户设备(例如，蜂窝电话等)相互作用。各小区105通常包括单个基站120。通常，地理区域中的基站的密度是基于期望的小区覆盖范围来确定的，并且是在小区规划阶段计算出的，因此一旦部署了基础设施，则该密度保持相对固定。
基站120通常向广泛区域内(例如，在整个小区105内)的移动装置提供无线服务。如此，基站120需要足够的功率来在相对大的区域内发送信号，以例如提供令人满意的小区覆盖范围。基站通常使用具有10瓦至100瓦或更大的数量级的功耗的高功率处理器或高功率组件的阵列，并且可能需要冷却系统来维持基站的工作温度。由于这些原因和其它原因，基站经常是大型昂贵系统。例如，蜂窝基站经常包括安装在塔上的多个天线和塔的基部附近的具有电子器件的建筑物，并且在一些情况下，蜂窝基站的成本可能在$100000至$1000000以上的范围。
在所示的示例中，无线传感器装置110向数据聚集和分析系统115提供数据。例如，无线传感器装置110可以通过IP网络、以太网或其它通信系统来向数据聚集和分析系统115发送消息(例如，IP包、以太网帧等)。例如，除了基站120所支持的蜂窝网络以外(或者包括蜂窝网络)，无线频谱分析系统100可以利用现有通信和电力基础设施(例如，公共网络、私有网络、广域网等)。
示例性无线传感器装置110可以是各自监测并分析本地区域中的无线信号的模块化或独立装置。在一些情况下，无线传感器装置110被动地与蜂窝网络进行交互，而例如不(例如，向用户设备)提供蜂窝服务，不使用蜂窝网络的无线电资源，不支持基站120的操作，或者不以其它方式作为蜂窝网络的组件而工作。无线传感器装置110可以包括用于检测并分析无线信号的专用硬件(例如，定制电路、定制芯片组等)和专用软件(例如，信号处理和分析算法)。
在一些情况下，无线传感器装置110以低功耗(例如，平均约为0.1或0.2瓦以下)进行工作，并且它们可以相对较小且廉价。在一些情况下，各个无线传感器装置可以小于典型的个人计算机或膝上型计算机，并且可以在各种环境下进行工作。在一些情况下，无线传感器装置是可以安装在办公空间中、城市基础设施上、住宅区中、交通工具上或其它位置中的模块化便携式紧凑装置。在一些情况下，无线传感器装置可以以不到$100制造而成，尽管实际成本将发生变化。
在图1所示的示例中，无线传感器装置110在地理上比基站120分布得更为密集。如此，在一些情况下，无线传感器装置110可以以较高的定位分辨率和精度来检查无线频谱。作为特定示例，1000个无线传感器装置110可以放置在城市内的各个位置，其中各小区105的各区域内具有约50个无线传感器装置110，尽管实际数量将针对个体应用而发生变化。各无线传感器装置110驻留于区别位置(即，物理上与其它无线传感器装置110的位置可区分开的位置)。
地理区域中的无线传感器装置110的密度可以例如基于该地理区域的面积、人口、位置或其它因素来确定。例如，在一些情况下，市区的无线传感器装置110的密度可以高于郊区的无线传感器装置110的密度。在一些情况下，由于示例性无线传感器装置110的成本相对低和尺寸较小，因此其可以分布在小区105或其它关注区域的各处，以提供用于监测并分析整个区域各处的无线频谱使用的更为经济的解决方案。
在一些情况下，可以在系统结构和管理方面的灵活度高的情况下实现无线频谱分析系统100。例如，无线传感器装置110可以是能够相对容易地进行重新定位的便携式即插即用装置，并且可以在各种位置中进行工作。在一些示例中，无线传感器装置110具有标准通信接口(例如，以太网、WiFi、USB等)，并且接受标准电力或者利用电池电力进行工作。因此，无线频谱分析系统100的配置(例如，无线传感器装置110的总数、密度和相对位置)可以适应各种环境，并且例如可以间或地进行修改或调整。
示例性数据聚集和分析系统115可以接收从无线传感器装置110发送来的数据(包括测量值、相关信息的摘要等)，存储该数据(例如，存储在数据库中)，并且执行用于处理来自数据库的聚集数据以提取更高层信息的算法。更高层信息可以例如包括与无线传感器装置110相关联的趋势、性能数据、统计数据、覆盖范围、网络使用、或者任何其它局部或全局信息。数据聚集和分析系统115还可以控制无线传感器装置110的操作并且单独这些与无线传感器装置110进行交互，以例如请求特定数据或者进行其它控制操作。在一些情况下，数据聚集和分析系统115分析无线通信网络的性能度量，并基于其分析来向无线通信网络发送性能数据。例如，数据聚集和分析系统115可以向无线网络运营商系统125发送性能报告。
在所示的示例中，包括基站120的无线通信网络由无线网络运营商系统125来运营。示例性无线网络运营商系统125可以被实现为计算系统或者计算系统和其它类型的硬件的组合。无线网络运营商系统125可以位于一个或多个基站120附近，或者可以包括位于一个或多个基站120附近的组件。在一些情况下，无线网络运营商系统125的一些或所有组件位于基站120的远处。在一些实现中，无线网络运营商系统125从数据聚集和分析系统115接收性能报告。无线网络运营商系统125可以分析性能报告中的性能数据，基于分析来识别校正或补救行动，执行性能报告中所包括的命令，或者响应于接收到性能报告而采取其它类型的行动。
图2A和2B是示出向无线网络提供反馈的示例性无线频谱分析系统的架构的框图。无线频谱分析系统200可以表示图1中的无线频谱分析系统100、或其它无线频谱分析系统。示例性无线频谱分析系统200包括多个无线传感器装置110、IP网络220、以及主控制器230。无线频谱分析系统200可以包括附加或不同的组件。在一些实现中，无线频谱分析系统可以如图2A和2B所示或者以其它合适的方式进行布置。
在如图2A所示的示例中，各无线传感器装置110被实现为空间坐标为(xi,yi,zi)的各个物理位置处的无线传感器装置，其中i在1～L(L是无线传感器装置110的数量)的范围内变化。在一些实现中，各无线传感器装置可以包括识别无线传感器装置的位置坐标的全球定位系统(GPS)或者其它位置识别系统，或者可以以其它方式识别位置坐标。在一些实现中，各无线传感器装置具有唯一标识符，并且该标识符可以与位置标识符或位置坐标相关联。
示例性无线传感器装置可以监测并分析频域和时域这两者中的无线频谱，并且进行相关联地理位置处可用的无线通信服务的深入分析。例如，无线传感器装置可以在任何给定时间在无线传感器装置的位置附近的本地无线环境中检测RF信号。在一些情况下，无线传感器装置可以识别数据包和帧，提取同步信息、小区和服务标识符、以及RF信道的质量测量值(例如，信道质量指示(CQI))，并基于由无线传感器装置所检测到的RF信号的这些和其它控制信息以及业务数据来得出网络使用参数和其它信息。RF信号的控制信息以及业务数据可以包括与诸如2G GSM/EDGE、3G/CDMA/UMTS/TD-SCDMA、4G/LTE/LTE-A、WiFi、蓝牙等的无线通信标准相对应的物理和介质访问(MAC)层信息。(例如，针对特定频率或特定带宽等的)网络使用参数可以包括所检测到的RF信号的功率、所检测到的RF信号的信噪比(SNR)、所检测到的RF信号具有最大功率的频率、或者其它参数。在一些实现中，无线传感器装置可以识别RF干扰发射机和干扰源或者其它类型的信息。
在图2A所示的示例中，通过数据聚集或中央控制系统(例如，主控制器230)来聚集来自无线传感器装置的数据(例如，网络使用数据或者其它信息)。在一些实现中，利用主控制器230通过例如经由IP网络(例如，IP网络220)接收从无线传感器装置发送的消息来聚集来自无线传感器装置的数据。在一些实现中，无线传感器装置经由本地网络(例如，本地因特网202或204)而连接至IP网络220。无线传感器装置可以通过本地有线网络214或无线网络212而连接至本地网络。有线网络214可以例如包括以太网、xDSL(x-数字用户线路)、光网络或其它类型的有线通信网络。无线网络212可以例如包括WiFi、蓝牙、NFC或其它类型的本地无线网络。在一些实现中，一些无线传感器装置使用一个或多个广域网206而直接连接至IP网络220。广域网206可以例如包括蜂窝网络、卫星网络或其它类型的广域网。
示例性主控制器230可以包括在图1的数据聚集和分析系统115或其它后端系统中。主控制器230可以是包括一个或多个计算装置或系统的计算系统。主控制器230或其组件中的任何组件可以位于数据处理中心、计算设施或其它位置。在所示的示例中，主控制器230可以远程控制无线传感器装置的操作。主控制器230的示例性功能可以包括：从一些或所有无线传感器装置聚集信息、升级无线传感器装置软件、监测无线传感器装置的状态等。例如，主控制器230可以包括软件更新模块234或者连接至软件更新模块234。在一些情况下，软件更新模块234可以接收无线传感器装置软件232的更新，并且将软件更新推送至无线传感器装置。
在图2A所示的示例中，主控制器230可以例如基于无线传感器装置的位置或状态、其相邻的无线传感器装置或其它因素，将无线传感器装置置于一个或多个校准或测试模式，重置无线传感器装置内的各个元件，或者根据需要对任何个体无线传感器装置进行配置。在一些示例中，无线传感器装置的状态可以包括：(i)无线传感器装置的温度；(ii)无线传感器装置的当前功耗；(iii)从无线传感器装置流回主控制器230的数据速率；(iv)无线传感器装置周围的本地WiFi信号的信号强度、SSID、或者MAC地址；(v)(例如，无线传感器装置中的内部GPS单元所检测到的)无线传感器装置的位置；(vi)提供与无线传感器装置或者其周围的无线传感器装置的状态有关的信息的信号(例如，通过网络传输的IP包、控制信令)。主控制器230可以监测无线传感器装置的附加或不同状态。
在一些实现中，主控制器230可以包括或者连接至通信系统，其中该通信系统用于接收从无线传感器装置发送来的频谱检查信息(例如，网络使用数据、网络使用数据的空间和时间坐标、无线传感器装置的状态等)。主控制器230可以包括或者连接至数据分析系统236，其中该数据分析系统236可以聚集(例如，收集、编译或以其它方式管理)来自多个无线传感器装置的频谱检查信息、并基于来自无线传感器装置的网络使用参数来生成地理区域的性能数据238。
在一些情况下，网络性能数据238可以包括在网络性能报告中。例如，网络性能报告可以表示在RF频谱内的多个带宽各自中所检测到的无线业务水平、针对多个无线通信标准所检测到的无线业务水平、地理区域中的无线频谱使用的空间和时间分布、或者其它信息。业务水平可以例如包括吞吐量、数据速率、峰值和谷值、或者网络使用信息的其它统计数据(例如，平均值和方差)。可以基于分析实时数据、历史数据或两者的组合来生成网络性能报告。网络性能报告可以例如包括示出所检测到的无线业务水平vs空间和时间的表格、图表和图。例如，网络性能报告可以包括示出地理区域中的无线频谱使用的空间分布的图或地图(例如，如图3～5所示)。网络性能报告可以包括示出无线频谱使用的时间分布或趋势的(例如，示出一天、一个月或一年中的峰值、平均值和谷值业务量的)柱状图或表格。
在一些情况下，网络性能报告包括通过分析网络性能度量所生成的性能数据。可以基于无线传感器装置110所计算出的网络使用参数来分析网络性能度量。在一些情况下，无线传感器装置110所计算出的网络使用参数指示出在单个装置的本地环境中检测到的网络使用，并且性能度量可以从覆盖许多无线传感器装置110的区域尺度上进行分析。例如，区域性能报告可以包括针对蜂窝网络中的所有或部分小区、或者针对蜂窝网络中的多个小区的性能数据。在一些示例中，区域性能报告可以包括针对城市街区、建筑物、校园、或其它关注区域的性能数据。在一些情况下，基于从分布在数十、数百或数千平方米上的数十或数百个无线传感器装置110接收到的网络使用参数，来生成区域性能报告。
图2B示出被配置为从数据分析系统接收性能数据的示例性无线网络运营商系统250。在所示的示例中，无线网络运营商系统250包括反馈接口284、性能分析系统285和控制系统286。无线网络运营商系统可以包括附加的或不同的特征，并且无线网络运营商系统的组件可以如图2B所示地或者以另一种方式工作。
在图2B所示的示例中，(例如，如图2A所示的)数据分析系统236包括被配置为向无线网络运营商系统250发送网络性能报告的报告接口。网络性能报告可以例如通过IP网络260或另一类型的通信网络而被传送至无线网络运营商系统。图2B所示的IP网络260可以是图2A所示的IP网络220或另一IP网络。如图2B所示，反馈接口284从数据分析系统236的报告接口接收网络性能报告。
示例性无线网络运营商系统250还接收目标性能度量282。目标性能度量可以由无线通信网络例如基于网络用户的需求或期望、基于网络运营商所设置的参数、或者基于其它因素来确定。目标性能度量可以例如指示出目标通信速率、目标网络负荷或其它类型的性能度量。在一些示例中，无线通信网络是蜂窝网络，并且目标性能度量282指示出该蜂窝网络中的掉话的最大速率或最大数量。在一些示例中，无线通信网络是蜂窝网络，并且目标性能度量282指示出最小数据传输速率、最大数据延迟速率或与网络速度有关的其它参数。数据传输速率通常以兆比特每秒为单位来测量，但可以以其它单位来测量。
在一些情况下，无线通信网络的实际性能不满足目标性能度量282。例如，无线通信网络可能会经历无线电干扰、非预期的网络负荷、设备故障、攻击或滥用行为、软件故障、断电、或者可能影响无线通信网络的性能的其它类型的事件。性能分析系统285可以相对于目标性能度量282来分析来自数据分析系统236的网络性能数据。例如，性能分析系统285可以将蜂窝网络中的掉话数量或速率与目标性能度量282中所指定的目标数量或速率进行比较。作为另一示例，性能分析系统285可以将观测数据速率(例如，最大数据速率、日平均速率、最小数据速率等)与目标性能度量282中所指定的数据速率进行比较。可以在空间上、时间上、或者针对与目标性能度量282的比较来对无线通信网络的性能数据进行平均。
示例性控制系统286控制无线通信网络的一个或多个方面的操作。例如，控制系统286可以在无线通信网络内对软件、硬件、固件或其组合进行控制。如图2B所示，控制系统286可以与网络基础设施287进行交互，可以控制工作参数288，或者可以进行两者以控制无线通信网络的操作。在一些情况下，网络基础设施287可以包括基站、无线电塔、无线电天线或其它类型的无线电硬件、电气系统、计算机系统或者这些和其它组件的组合。在一些情况下，工作参数288可以包括工作频率、工作信道、工作频带、天线角度、发射功率特性(例如，发射功率控制回路动态、发射功率水平等)、调制方案、错误校正方案、扩频因子、或者这些和其它参数的组合。
在一些实现中，控制系统286基于性能分析系统285所提供的网络性能分析，来识别无线通信网络的修改。例如，控制系统286可以识别用以解决不满足目标性能度量282的网络性能的一个或多个校正行动。在一些情况下，控制系统286生成针对网络基础设施287的命令，修改工作参数288中的一个或多个，或者采取用以校正无线通信网络中的性能缺陷的其它类型的行动。控制系统286所识别出的命令或参数设置可以在生成命令时、在预先安排的维护期间、或者在其它时间被实时传送至网络基础设施。
在一些情况下，数据分析系统236接收目标性能度量282并且执行以上针对性能分析系统285所述的网络性能分析。在这种情况下，数据分析系统236可以将其分析结果包括在被发送至无线网络运营商系统250的网络性能报告中。在一些情况下，数据分析系统236识别校正行动，并且如以上针对控制系统286所述地生成命令。在这种情况下，数据分析系统可以将命令包括在被发送至无线网络运营商系统250的网络性能报告中。在一些情况下，无线网络运营商系统250可以自动执行数据分析系统236所生成的命令，或者网络运营商系统250可以基于其自身的选择标准来选择性地执行命令。
图3和4示出地理区域中的无线频谱使用的示例性空间和时间分布的方面；图5示出用于确定源位置的示例性技术的方面。在一些情况下，相似或相关的信息可以包括在主控制器230所生成的网络性能报告中，并显示给用户。在一些实现中，网络性能报告可以包括网络使用信息的附加或不同的表示。
图3是示出无线传感器装置的示例性空间分布的框图300。如图3所示，各无线传感器装置具有地理位置(xi，yi，zi)，并且可以监测并分析各自的地理位置(xi，yi，zi)处的无线频谱。各无线传感器装置可以向数据分析系统(例如，图2A中的主控制器230)发送频谱检查(SI)信息。SI信息可以例如包括网络数据(例如，网络使用参数)、各网络使用参数的位置和时间信息、无线传感器装置的状态信息、或者其它信息。例如，位置和时间信息可以包括无线传感器装置的空间坐标(例如，(xi，yi，zi)或其它坐标)以及获得各网络使用参数的时间坐标(例如，一天中的时间)。示例性框图300示出无线传感器装置的空间坐标，并且用作地理区域中的无线传感器装置的示例性空间分布的地图。在一些实现中，可以将各无线传感器装置的SI信息叠加到图300上并且例如显示给用户。
图4是示出与图3所示的无线传感器装置相关联的示例性SI信息410的框图400。在图4所示的示例中，可以在与无线传感器装置各自的空间坐标邻接的位置或这些空间坐标的上方显示示例性SI信息410。所显示的SI信息410可以包括上述的一些或所有类型的SI信息。例如，可以显示网络使用参数中的一个或多个。在一些实现中，还可以显示各网络使用参数的时间坐标。该信息对于各个有区别的无线传感器装置可以相同、相似或不同。由于可以在中央位置(例如，主控制器230)处聚集SI信息410，因此可以对多个无线传感器装置的SI信息410进行相关、比较、插值或其它操作，以得出更多信息。例如，可以基于能够检测源信号的无线传感器装置的SI信息来确定源信号的相对位置。可以得出附加或不同的信息。
图5是示出与图3所示的无线传感器装置相关联的示例性SI信息的另一框图500。在该示例中，将一个或多个频率处检测到的信号功率显示为针对各位置处的各无线传感器装置的示例性SI信息。将位置(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)以及(x4，y4，z4)处的频率为f的信号的测量功率分别表示为P信号,1 510、P信号,2 520、P信号,3 530和P信号,4 540。基于多个无线传感器装置的测量功率水平，可以例如利用(例如，中央控制器的)数据分析系统自动估计频率为f的信号505的源位置。例如，可以基于以无线传感器装置的位置(例如，(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)以及(x4，y4，z4))为中心的多个圆弧的交点来确定信号505的源位置。可以基于P信号,1 510、P信号,2 520、P信号,3 530和P信号,4 540、与多个无线传感器装置各自有关的本地环境中的各路径损耗、阴影效应或者其它传播条件来确定各圆弧的半径。因此，可以在示例性地图上精确定位并示出RF信号的源位置以供可视化。还可以基于同步信号或其它技术来识别源位置。
图6是示出示例性无线传感器装置600的框图。在一些情况下，图1～5的无线传感器装置可以被实现为图6所示的示例性无线传感器装置600、或者其它类型的无线传感器装置。示例性无线传感器装置600包括壳体610、RF接口612、电源管理子系统620、信号分析子系统(例如，SI子系统630等)、CPU 640、存储器650、通信接口、输入/输出接口642(例如，USB连接)、GPS接口648、以及一个或多个传感器(例如，诸如指南针或陀螺仪等的3D取向传感器644、温度传感器等)。无线传感器装置600可以包括附加或不同的组件和特征，并且无线传感器装置的特征可以如图6所示或者以其它合适的配置进行布置。
在一些实现中，壳体610可以是容纳无线传感器装置600的RF接口612、电源管理子系统620、信号分析子系统、通信接口以及其它组件的便携式壳体。该壳体可以由塑料、金属、复合物、或者这些和其它材料的组合制成。壳体可以包括通过模制、机械加工、挤压或其它类型的工艺制造而成的组件。在一些实现中，无线传感器装置600可以连接至其它装置(例如，蜂窝系统的微微/毫微微小区盒、WiFi接入点或基站、交通工具、路由器、移动装置、调温器等)，或与该其它装置集成。例如，无线传感器装置600的壳体610可以安装至、并入或以其它方式连接到其它装置。可选地，壳体610可以是仅容纳无线传感器装置600的组件的专用壳体。
在一些实现中，壳体610以及壳体610内部的组件的设计和布置可以被优化或以其它方式配置，以监测并分析无线信号。例如，可以针对检测并分析RF信号来优化这些组件的尺寸、取向和相对位置，并且该装置可以在容纳所有必要的组件的情况下是紧凑型的。在一些情况下，壳体610的数量级例如可以是10×10×4cm3，或者可以使用其它尺寸的壳体。
在一些实现中，RF接口612被配置为在无线传感器装置600周围的局部无线环境中检测RF频谱的多个带宽中的RF信号。RF接口612可以包括天线系统和被配置为在各个带宽中处理RF信号的多个无线电路径。在图6所示的示例中，RF接口612包括天线622a、RF无源元件624、RF有源元件626和无源元件628。RF无源元件624可以例如包括匹配元件、RF开关和滤波器。RF有源元件626可以例如包括RF放大器。RF有源元件626之后的无源元件628可以例如包括滤波器、匹配元件、开关和平衡-不平衡转换器(balun)。
在一些示例中，信号分析子系统可以被配置为基于RF信号来识别网络使用数据。信号分析子系统可以包括无线电、数字信号处理器(DSP)、存储器、以及用于提取频谱参数并分析RF频谱的其它组件。在一些实现中，RF接口612和信号分析子系统的组合可以被称为频谱检查(SI)信号路径，针对图7更详细地说明该SI信号路径。
无线传感器装置600的通信接口可以被配置为向远程系统(例如，图2A的主控制器230)发送网络使用参数或其它SI信息。通信接口可以包括一个或多个无线接口632(例如，WiFi连接、蜂窝连接等)、至本地网络的有线接口646(例如，以太网连接、xDSL连接等)、或者其它类型的通信链路或信道。通信接口可以共享和复用共通的天线(例如，使用天线阵列)，或者这些通信接口各自可以具有有区别的专用天线。
无线接口632和有线接口646各自可以包括用以与局域网或广域网进行通信的调制解调器。例如，无线接口632和有线接口646可以经由局域网或广域网来向数据分析系统(例如，图2A的主控制器230)发送SI信息，并从数据分析系统接收控制信息(例如，软件更新)。在一些实现中，无线传感器装置可以配备有通信接口中的任一个或两者。有线接口646可以使得示例性无线传感器装置600能够利用(例如，建筑物中的)现有的有线通信基础设施和有线通信的大传输容量(例如，由光网络提供的大带宽、先进的数字用户线路技术等)。无线接口632可以增强示例性无线传感器装置600的移动性和灵活性，使得无线传感器装置600可以使用蓝牙、WiFi、蜂窝、卫星或其它无线通信技术在各个位置和时间传送SI信息。
在一些实现中，无线接口632和RF接口612可以共享硬件或软件组件(或两者)。在一些实现中，无线接口632和RF接口612可以单独地实现。在一些实现中，RF接口612主要负责信号接收而不是发送，并且RF接口612可以利用专用低功率电路来实现，因而降低了无线传感器装置600的整体功耗。
电源管理子系统620可以包括用于向无线传感器装置600提供电源并且管理无线传感器装置600的电源的电路和软件。在一些实现中，电源管理子系统620可以包括电池接口以及一个或多个电池(例如，可再充电电池、具有嵌入式微处理器的智能电池、或者不同类型的内部电源)。电池接口可以连接到调节器，其中该调节器可以辅助电池向无线传感器装置600提供直流电力。如此，无线传感器装置600可以包括自备电源，并且可以在任意位置处使用而无需其它外部能量源。附加地或可选地，电源管理子系统620可以包括用于从外部源(例如，交流电源、适配器、转换器等)接收电力的外部电源接口。如此，无线传感器装置600可以插入到外部能量源中。
在一些实现中，电源管理子系统620可以监督并管理无线传感器装置600的功耗。例如，电源管理子系统620可以监测无线传感器装置600的RF接口612、通信接口、CPU 640、以及其它组件的功耗，并且例如将无线传感器装置600的功耗状态报告给中央控制器。在一些实现中，无线传感器装置600可以被设计为具有低功耗，并且电源管理子系统620可以被配置为在功耗超过阈值的情况下向中央控制器发送警报或者干预无线传感器装置600的操作。电源管理子系统620可以包括附加或不同的特征。
CPU 640可以包括例如能够执行指令以管理无线传感器装置600的操作的一个或多个处理器、或者其它类型的数据处理设备。CPU 640可以进行或者管理针对图1～5所述的无线传感器装置的操作中的一个或多个。在一些实现中，CPU 640可以是SI子系统630的一部分。例如，CPU 640可以处理、计算和以其它方式分析(例如，来自RF接口612的)测得的无线频谱数据。在一些情况下，CPU 640可以执行或解释存储器650中所包含的软件、脚本、程序、功能、可执行程序或其它模块。
输入/输出接口642可以连接至输入/输出装置(例如，USB闪速驱动器、显示器、键盘或者其它输入/输出装置)。输入/输出接口642可以辅助例如无线传感器装置600和外部存储器或显示装置之间的经由诸如串行链路、并行链路、无线链路(例如，红外、射频等)或者其它类型的链路等的通信链路的数据传输。
存储器650可以例如包括随机存取存储器(RAM)、存储装置(例如，可写只读存储器(ROM)等)、硬盘或者其它类型的存储介质。存储器650可以存储与无线频谱分析系统中的无线传感器装置600、主控制器以及其它组件的操作相关联的指令(例如，计算机代码)。存储器650还可以存储可以由无线传感器装置600上所运行的一个或多个应用程序或虚拟机所解释的应用数据和数据对象。存储器650可以例如存储无线传感器装置600的位置数据、环境数据和状态数据、无线频谱数据以及其它数据。
在一些实现中，可以通过从其它源(例如，经由数据网络从中央控制器、从CD-ROM、或者以其它方式从其它计算机装置)加载程序，来对无线传感器装置600进行编程或更新(例如，重新编程)。在一些情况下，中央控制器根据预定安排或者以其它方式在软件更新变得可用时将这些更新推送至无线传感器装置600。
图7是示出示例性频谱检查(SI)信号路径700的框图。SI信号路径700包括RF接口710(例如，表示为无线电路径A)和频谱分析子系统705。图6的无线传感器装置600的RF接口612可以被实现为图7中的示例RF接口710或者以其它方式实现。图6的无线传感器装置600的SI子系统630可以被实现为图7中的示例频谱分析子系统705或者以其它方式实现。在一些情况下，SI信号路径700可以进行用于监测并分析无线信号所需的所有操作。例如，SI信号路径700可以执行典型的无线接收器诸如解调、均衡、信道解码等的功能。SI信号路径700可以支持各种无线通信标准的信号接收，并且访问用于分析无线信号的频谱分析子系统705。
在所示的示例中，RF接口710可以是用于检测并处理RF信号的宽带或窄带前端芯片组。例如，RF接口710可以被配置为在无线通信标准的一个或多个频带的宽频谱或者在特定频带内的窄频谱中检测RF信号。在一些实现中，SI信号路径700可以包括一个或多个RF接口710以覆盖关注频谱。针对图8描述这种SI信号路径的示例性实现。
在图7所示的示例中，RF接口710包括一个或多个天线722、RF多路复用器720或功率合成器(例如，RF开关)、以及一个或多个信号处理路径(例如，“路径1”730、…、“路径M”740)。天线722可以是多端口天线或单端口天线。天线722可以包括全向天线、定向天线、或者这两者中的各一个或多个的组合。天线722连接至RF多路复用器720。在一些实现中，RF接口710可以被配置为使用一个或多个天线722，以基于单输入单输出(SISO)、单输入多输出(SIMO)、多输入单输出(MISO)或者多输入多输出(MIMO)技术来检测RF信号。
在一些实现中，无线传感器装置的本地环境中的RF信号可以由天线722拾取，并被输入到RF多路复用器720中。根据需要分析的RF信号的频率，从RF多路复用器720输出的信号702可以路由至处理路径(即，“路径1”730、...、“路径M”740)其中之一。这里，M是整数。各路径可以包括有区别的频带。例如，“路径1”730可以用于1GHz和1.5GHz之间的RF信号，而“路径M”可以用于5GHz和6GHz之间的RF信号。多个处理路径可以分别具有中心频率和带宽。多个处理路径的带宽可以是相同或不同的。两个相邻处理路径的频带可以重叠或不相交。在一些实现中，可以基于不同的无线通信标准(例如，GSM、LTE、WiFi等)所分配的频带来分配或以其它方式配置处理路径的频带。例如，可以配置为使得各处理路径负责检测特定无线通信标准的RF信号。作为示例，“路径1”730可以用于检测LTE信号，而“路径M”740可以用于检测WiFi信号。
各处理路径(例如，“处理路径1”730、“处理路径M”740)可以包括一个或多个RF无源元件和RF有源元件。例如，处理路径可以包括RF多路复用器、一个或多个滤波器、RF解多路复用器、RF放大器和其它组件。在一些实现中，从RF多路复用器720输出的信号702、702m可以应用于处理路径中的多路复用器(例如，“RF多路复用器1”732、...、“RF多路复用器M”742)。例如，如果选择“处理路径1”730作为信号702的处理路径，则信号702可以被馈送到“RF多路复用器1”732。RF多路复用器可以在来自第一RF多路复用器720的信号702和由频谱分析子系统705所提供的RF校准(cal)音调738之间进行选择。“RF多路复用器1”732的输出信号704可以进入滤波器(滤波器(1,1)734a、…、滤波器(1,N)734n，其中N是整数)其中之一。滤波器进一步将处理路径的频带划分成较窄的关注频带。例如，“滤波器(1,1)”734a可以应用于信号704以产生滤波信号706，并且滤波信号706可以应用于“RF解多路复用器1”736。在一些情况下，可以在RF解多路复用器中放大信号706。然后，可以将放大后的信号708输入到频谱分析子系统705中。
同样地，如果选择“处理路径M”740作为信号702m的处理路径，则信号702m可以被馈送到“RF多路复用器M”742。RF多路复用器可以在来自第一RF多路复用器720的信号702m和由频谱分析子系统705所提供的RF校准(cal)音调748之间进行选择。“RF多路复用器M”742的输出信号可以进入滤波器(滤波器(M,1)744a、…、滤波器(M,N)744n，其中N是整数)其中之一。在一些情况下，可以在RF解多路复用器746中放大滤波器的输出信号。然后，可以将放大后的信号708m输入到频谱分析子系统705中。
频谱分析子系统705可以被配置为将检测到的RF信号转换为数字信号，并且基于检测到的RF信号来进行用以识别信息的数字信号处理。频谱分析子系统705可以包括一个或多个SI无线电接收(RX)路径(例如，“SI无线电RX路径1”750a、“SI无线电接收路径M”750m)、DSP频谱分析引擎760、RF校准(cal)音调生成器770、前端控制模块780、以及I/O790。频谱分析子系统705可以包括附加或不同的组件和特征。
在所示的示例中，将放大后的信号708输入到“SI无线电RX路径1”750a中，其中该“SI无线电RX路径1”750a将信号708降频为基带信号并应用增益。然后，可以经由模数转换器来对降频信号进行数字化。数字化信号可以被输入到DSP频谱分析引擎760中。DSP频谱分析引擎760例如可以(例如，基于无线通信标准的规范)识别数字信号中所包括的包和帧，读取嵌入在数字信号中的前导码、头部、或者其它控制信息，并且确定一个或多个频率处或带宽上的信号的信号功率和SNR、信道质量和容量、业务水平(例如，数据速率、重传率、延迟、丢包率等)或其它网络使用参数。例如，DSP频谱分析引擎760的输出(例如，网络使用参数)可以应用到I/O 790并进行格式化，以经由无线传感器装置的一个或多个通信接口来向数据分析系统发送网络使用参数。
RF校准(cal)音调生成器770可以生成用于诊断和校准无线电RX路径(例如，“无线电RX路径1”750a、…、“无线电RX路径M”750m)的RF校准(cal)音调。例如，可以针对线性和带宽来校准无线电RX路径。
图8是示出无线传感器装置的SI信号路径800的另一示例性实现的框图。在一些情况下，SI信号路径可以包括连接到多个不同天线的多个RF接口(无线电路径)。在图8所示的示例中，SI信号路径800包括各自连接到频谱分析子系统830的无线电路径A 810和无线电路径B 820。无线电路径A 810和无线电路径B 820可以以与图7的RF接口或者无线电路径A相似的方式配置，或者无线电路径A 810和无线电路径B 820可以以其它方式配置。无线电路径A 810和无线电路径B 820可以具有相同或不同的配置，从而例如针对无线频谱监测和分析覆盖相同或不同的频带。
图9是示例性无线传感器装置900的俯视图。在一些情况下，图1～5的无线传感器装置可以被实现为图9所示的示例性无线传感器装置900、或者被实现为其它类型的无线传感器装置。图9中的示例性无线传感器装置900可以包括图6～7所示的一些或所有特征，或者图9中的无线传感器装置900可以包括更少的、附加或不同的特征。无线传感器装置900可以包括例如连接到无线传感器装置900的壳体内的一个或多个RF接口的一个或多个天线。例如，示例性无线传感器装置900的天线可以是图6的天线622a～622c或者图7的天线722。
天线可以策略性地设置在无线传感器装置900上以接收RF信号。图9所示的示例性无线传感器装置900包括放置于相对于无线传感器装置900的中心彼此相差90度的位置的四个天线910a～910d。在一些情况下，例如，可以基于天线的总数、天线轮廓、无线传感器装置900的位置和取向、或者其它因素而以不同的分离程度、取向或位置来设置天线。
图10是图9的示例性无线传感器装置900的天线910a～910d的示例性天线轮廓的俯视图1000。在图10所示的示例中，天线910a～910d分别具有各自的天线轮廓或图案920a～920d。天线轮廓920a～920d可以是相同或不同的。例如，可以基于关注频率或频带、期望天线增益或其它因素来选择或以其它方式配置天线轮廓920a～920d。
图11是另一示例性无线传感器装置1100的俯视图。在一些情况下，图1～5的无线传感器装置可以被实现为图11所示的示例性无线传感器装置1100，或者被实现为其它类型的无线传感器装置。图11中的示例性无线传感器装置1100可以包括图6～10所示的一些或所有特征，或者图11中的无线传感器装置1100可以包括更少的、附加的或不同的特征。
无线传感器装置1100包括该无线传感器装置1100上的四个天线1110a～1110d和基准方向指示器1105。在一些情况下，天线1110a-1110d是根据基准方向指示器1105而相对于基本方向或其它坐标系统来取向或配置的。在图11所示的示例中，基准方向指示器1105沿着北向指南针方向来取向。可以使用其它基准方向。可以识别天线1110a～1110d的取向和位移，并且在一些情况下，可以相对于基准方向指示器1105来调节天线1110a～1110d的取向和位移。
在一些实现中，无线传感器装置可以是便携式模块化装置。例如，一些无线传感器装置可以是可移动的或者可重新配置的，以便(例如，串联地)用在多个位置，而不必实质解构或拆卸该装置。在一些情况下，无线传感器装置可彼此互换，使得无线传感器装置的网络可以方便地升级、扩展、定制或以其它方式进行修改。
在一些情况下，无线传感器装置可以由一个或多个操作者例如通过定位装置并将该装置连接到标准电源和数据链路来进行安装。在一些情况下，无线传感器装置可以利用紧固件(例如，螺钉、螺栓、插销、接合剂等)而固定于适当位置，或者无线传感器装置可以在自由位置停留(例如，无需利用紧固件)。在一些情况下，无线传感器装置可以在各种位置和环境中进行工作。作为示例，一些无线传感器装置可以安装在交通工具(例如，小汽车、公共汽车、火车、轮船等)中，其中在该位置，无线传感器装置可以在运动中监测和分析频谱。在其它示例中，无线传感器装置可以安装在交通基础设施、通信基础设施、电力基础设施、专用不动产、工业系统、城市或商业建筑物、住宅区和其它类型的位置中。
图12是示出无线传感器装置1210的示例性应用的框图1200，其中无线传感器装置1210安装在公共汽车1220上。无线传感器装置1210可以在公共汽车1220移动时记录其变化的地理位置，监测各位置处的无线信号，并且向中央控制器发送频谱检查信息。在一些实现中，无线传感器装置1210可以被配置为监测并分析公共汽车1220上的乘客所使用的频谱。例如，无线传感器装置1210可以检测乘客所使用的手机的标识符，检测乘客的手机所发送和接收的蜂窝或WiFi信号，并且得出特定于公共汽车1220内或周围所发生的RF业务的网络使用参数。无线传感器装置1210可以以其它方式配置。在一些情况下，无线传感器装置1210可以利用公共汽车1220的电源和通信能力，或者无线传感器装置1210可以包括独立的电源和通信能力。
图13是示出用于向无线通信网络提供反馈的示例性处理1300的流程图。在一些实现中，图13所示的示例性处理1300中的一些或所有操作可以由无线频谱分析系统(例如，图1所示的无线频谱分析系统100或其它类型的无线频谱分析系统等)来进行。在一些实现中，图13所示的示例性处理1300中的一些操作可以由无线网络运营商系统(例如，图2B所示的无线网络运营商系统250或其它类型的无线网络运营商系统等)来进行。示例性处理1300可以包括附加的或不同的操作，并且这些操作可以以图13所示的顺序或其它顺序来进行。
在1302，监测无线信号。无线信号可以例如由包括分布在地理区域上的无线传感器装置的传感器网络来监测。传感器网络可以包括图1、2A、3、6、7、8、9、10、11或12中所表示的示例性无线传感器装置中的任一示例性无线传感器装置或者其它类型的无线传感器装置。在一些情况下，所监测的无线信号是无线通信网络中所交换的射频(RF)信号。例如，无线信号可以是用户设备或客户端装置与无线通信网络的基站或无线路由器之间所交换的RF信号。可以在例如不向无线通信网络发送数据或者不请求来自无线通信网络的服务的情况下被动地监测无线信号。在一些示例中，无线通信网络是蜂窝网络(例如，蜂窝语音、蜂窝数据或两者)、Wi-Fi网络、自组织网络、微微网络、蓝牙网络或其它类型的无线通信网络。在一些情况下，各无线传感器装置被配置为监测根据多个不同的蜂窝网络标准(例如，3G、4G、LTE等)中的任一蜂窝网络标准所格式化的蜂窝网络信号。
在一些实现中，无线传感器装置各自通过在本地处理各个无线传感器装置所检测到的信号来计算本地网络使用参数。例如，各无线传感器装置可以包括RF接口、信号分析子系统和通信接口。无线传感器装置的RF接口可以在无线传感器装置周围的本地无线环境中检测多个带宽的RF信号。信号分析子系统可以基于处理在本地无线环境中检测到的RF信号来生成本地网络使用参数。通信接口可以从无线传感器装置发送处理后的数据，并且该处理后的数据可以包括信号分析子系统所生成的本地网络使用参数。在一些情况下，本地网络使用参数可以以其它方式处理。
在1304，发送网络使用数据。例如，网络使用数据可以包括各个无线传感器装置所生成的参数，并且该网络使用数据可以从无线传感器装置发送至数据分析系统。可以在有线或无线连接、或者多个通信信道的组合上发送网络使用数据。在1306，聚集针对地理区域的网络使用数据。例如，数据分析系统可以聚集来自分布在地理区域上的多个无线传感器装置的网络使用数据。在一些情况下，数据分析系统聚集来自多个地理区域的网络使用数据。
在1308，分析针对无线通信网络的区域性能度量。例如，用于聚集网络使用数据的数据分析系统可以通过将这些网络使用数据与目标性能值进行比较来分析这些网络使用数据。区域性能度量可以表示包含许多无线传感器装置的地理区域的性能特性，并且对区域性能度量的分析可以利用来自位于地理区域中的不同位置处的多个不同无线传感器装置的本地网络使用数据。
区域性能度量可以例如包括用于无线通信网络的工作的技术规范或标准。在无线地通信数据的无线通信网络中(例如，在蜂窝数据网络和Wi-Fi网络等中)，区域性能度量可以包括最小数据传输速率或目标数据传输速率或其它类型的度量。最小数据传输速率或目标数据传输速率可以例如以兆比特每秒或类似的单位来指定。
在无线地通信语音呼叫的无线通信网络中(例如在蜂窝语音网络等中)，区域性能度量可以包括潜在掉话的统计数据。例如，区域性能度量可以指定在特定区域中、在特定时间上等将会容许的掉话的最大百分比。例如，与由用户终止语音呼叫不同，当由于无线通信网络中的错误或行动而终止语音呼叫时，发生掉话。掉话可能由无线通信网络中的无线干扰、无线功率不足、小区覆盖不充分或其它技术错误引起。在一些情况下，通过分析无线信号的信噪比(SNR)来以统计的方式确定掉话。例如，在一些无线网络中，当SNR降至某一阈值以下时，掉话的概率增加；这可以以统计的方式进行计算。SNR可以包括或者考虑诸如干扰、低功率水平和高噪声源等的所有减损。
在1310，向无线通信网络发送性能数据。无线通信网络可以接收例如作为与无线通信网络的实际性能有关的实时反馈或后时反馈的性能数据。例如，用于分析区域性能度量的数据分析系统可以包括用于将网络性能报告发送至无线通信网络的报告接口。性能报告可以包括根据基于无线传感器装置所计算出的本地网络使用参数来分析区域性能度量或其它信息而识别出的信息。可以在检测到问题或要进行校正时、以预定间隔、或者以这些和其它时间的组合的方式来发送性能报告。
在1312，修改无线通信网络的工作参数或基础设施。例如，可以增大或减小工作参数的值，可以改变设备的设置或配置，或者可以进行其它类型的修改。在一些情况下，这种修改是基于性能报告中所识别出的特定性能缺陷的。例如，如果地理区域具有大量掉话或低数据速度，则可以增加针对该地理区域的功率输出，或者可以使用更具鲁棒性的调制方案或错误校正方案。作为另一示例，如果在地理区域中检测到干扰，则可以在该区域中使用不同的工作频率、信道或频带。
在一些实现中，(在1308)分析区域性能度量包括：基于分布在地理区域上的无线传感器装置所计算出的本地频谱使用参数，来计算区域性能度量的观测值。可以将该观测值与区域性能度量的目标值进行比较，并且可以响应于该比较来(在1310)发送性能数据。例如，如果观测值高于阈值、低于阈值或者在区域性能度量的目标范围之外，则可以自动发送性能报告。在一些实现中，(在1310)向无线通信网络发送观测值，然后该无线通信网络将观测值与目标值进行比较，并且可以基于该比较来采取行动。例如，无线通信网络可以包括用于分析区域性能度量的观测值并且生成针对网络基础设施设备的命令的控制系统，其中该命令被配置为改进无线通信网络的性能。在一些情况下，性能报告包括针对网络基础设施设备的命令，并且无线通信网络将命令传送至适当的基础设施设备。可以执行命令以在1312修改工作参数或网络基础设施设备。
在一些实现中，性能报告指示出地理区域中的无线通信网络的观测性能不满足该无线通信网络所指定的性能标准的位置。例如，用于分析区域性能度量的数据分析系统可以检测低于无线通信网络所设置的目标性能度量的网络性能。在一些情况下，数据分析系统还可以识别地理区域内的性能低于目标的位置。无线通信网络运营商系统可以使用性能报告，以基于该性能报告中所包括的位置信息来检测或识别校正行动。
在一些实现中，(在1312)修改工作参数或网络基础设施设备包括：修改(增大或减小)地理区域中的无线通信的工作频率、修改地理区域中的无线通信的工作信道或频带、或者以其它方式修改网络和用户设备之间的无线通信模式。在一些实现中，(在1312)修改工作参数或网络基础设施设备包括：修改无线通信网络的发射功率特性。修改发射功率特性的示例包括：修改发射功率控制动态、修改(增大或减小)发射功率水平、移动基站上的天线、或者修改其它参数。
在一些实现中，(在1312)修改作参数或网络基础设施设备包括：改变一个或多个基站天线的辐射图案。例如，基站天线可以是可旋转或以其它方式被再配置为提供针对特定地理区域的更好覆盖的定向天线。作为另一示例，基站天线可以被再配置为覆盖地理区域的更广泛或更狭窄的部分。在一些实现中，修改工作参数或网络基础设施设备(1312)包括：改变扇区的物理配置。例如，可以修改(增大或减小)蜂窝网络中的小区的大小和范围，以避免与其它小区的干扰或地理区域中所检测到的现象。在一些情况下，修改工作参数或网络基础设施设备(1312)包括：改变基站发射器的最大输出功率。例如，可以增大或减小最大输出功率，以在可能的时候节省电力或者在需要时提供更好的覆盖。
虽然本说明书包含很多细节，但这些细节不应被解释为对所要求保护的范围的限制，而应被解释为特定于特定示例的特征描述。还可以组合本说明书在单独实现的上下文中所描述的某些特征。相反，在单个实现的上下文中所描述的各种特征还可以在多个实施例中单独实现或者以任何合适的子组合实现。
已经描述了很多示例。然而，应当理解，可以进行各种修改。因此，其它实施例在所附权利要求书的范围内。

Claims (26)

1.一种无线监测系统，包括：
传感器网络，其包括分布在地理区域上的无线传感器装置，所述传感器网络被配置为被动地监测所述地理区域中的无线通信网络中所交换的射频信号即RF信号，各所述无线传感器装置被配置为基于处理该无线传感器装置所检测到的RF信号来计算本地网络使用参数；
数据分析系统，其被配置为基于分布在所述地理区域上的所述无线传感器装置所计算出的本地网络使用参数，来分析所述无线通信网络的区域性能度量；以及
报告接口，其被配置为基于对所述区域性能度量的分析，来向所述无线通信网络发送网络性能报告。
2.根据权利要求1所述的无线监测系统，其中，分析所述区域性能度量包括：基于所述本地网络使用参数来计算所述区域性能度量的观测值。
3.根据权利要求2所述的无线监测系统，其中，分析所述区域性能度量包括将所述观测值与所述区域性能度量的目标值进行比较，以及
响应于所述比较的结果来发送所述网络性能报告。
4.根据权利要求2所述的无线监测系统，其中，所述网络性能报告包括所述区域性能度量的所述观测值，并且与所述无线通信网络相关联的运营商系统包括：
反馈接口，其被配置为接收所述网络性能报告；以及
控制系统，其被配置为：
分析所述区域性能度量的所述观测值；以及
生成针对所述无线通信网络的基础设施设备的命令，所述命令被配置为改进所述无线通信网络的性能。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的无线监测系统，其中，所述网络性能报告指示出：
所述地理区域中的所述无线通信网络的观测性能不满足所述无线通信网络所指定的性能标准的位置；以及
基于所述本地网络使用参数对所述观测性能的描述。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的无线监测系统，其中，所述网络性能报告包括针对所述无线通信网络的基础设施设备的命令，所述报告接口被配置为基于对所述区域性能度量的分析来生成所述命令，并且所述命令被配置为改进所述无线通信网络的性能。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的无线监测系统，其中，所述网络性能报告识别所述无线通信网络的修改以改进所述无线通信网络的性能，所述修改包括以下各项中的至少一项：
修改所述无线通信网络的工作频率、信道或频带；
修改所述无线通信网络的发射功率特性；以及
修改所述无线通信网络的调制方案、错误校正或扩频因子。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的无线监测系统，其中，所述网络性能报告识别所述无线通信网络的修改以改进所述无线通信网络的性能，所述修改包括以下各项中的至少一项：
改变基站天线的辐射图案；
改变扇区的物理配置；以及
改变基站发射器的最大输出功率。
9.根据前述权利要求中任一项所述的无线监测系统，其中，所述无线通信网络包括蜂窝网络，并且所述无线传感器装置被配置为被动地监测根据多个不同的蜂窝网络标准中的任意蜂窝网络标准所格式化的蜂窝网络信号。
10.根据前述权利要求中任一项所述的无线监测系统，其中，被动地监测无线通信网络中所交换的RF信号包括：在不向所述无线通信网络发送信号或者不请求来自所述无线通信网络的服务的情况下接收所述RF信号。
11.根据前述权利要求中任一项所述的无线监测系统，其中，各所述无线传感器装置包括：
射频接口即RF接口，其被配置为在该无线传感器装置周围的本地无线环境中检测RF频谱的多个不同带宽的RF信号；
信号分析子系统，其被配置为基于处理所述RF信号来生成所述本地网络使用参数；以及
通信接口，其被配置为从该无线传感器装置发送处理后的数据，所述处理后的数据包括所述信号分析子系统所生成的所述本地网络使用参数。
12.根据前述权利要求中任一项所述的无线监测系统，其中，所述无线通信网络包括蜂窝网络，以及
分析所述区域性能度量包括：分析针对所述地理区域的所述蜂窝网络中的掉话。
13.根据前述权利要求中任一项所述的无线监测系统，其中，所述无线通信网络包括蜂窝网络，以及
分析所述区域性能度量包括：分析针对所述地理区域的所述蜂窝网络中的数据传输速率。
14.一种方法，包括：
在数据分析系统处接收传感器网络所提供的本地网络使用参数，所述传感器网络用于被动地监测地理区域中的无线通信网络中所交换的射频信号即RF信号，所述传感器网络包括分布在所述地理区域上的无线传感器装置，各所述无线传感器装置被配置为基于处理该无线传感器装置所检测到的RF信号来计算本地网络使用参数；
通过所述数据分析系统的操作，基于分布在所述地理区域上的所述无线传感器装置所计算出的本地网络使用参数，来分析所述无线通信网络的区域性能度量；以及
基于对所述区域性能度量的分析，来向所述无线通信网络发送网络性能报告。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，还包括：
通过所述无线传感器装置的操作，在无线频谱监测位置处并行监测无线频谱使用；
从各所述无线传感器装置发送该无线传感器装置所识别出的本地网络使用参数；以及
聚集从所述无线传感器装置所发送的本地网络使用参数。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，分析所述区域性能度量包括基于所述本地网络使用参数来计算所述区域性能度量的观测值，
分析所述区域性能度量还包括将所述观测值与所述区域性能度量的目标值进行比较，以及
响应于所述比较的结果来发送所述网络性能报告。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其中，分析所述区域性能度量包括基于所述本地网络使用参数来计算所述区域性能度量的观测值，
所述网络性能报告包括所述区域性能度量的所述观测值，以及
所述方法还包括：
在与所述无线通信网络相关联的运营商系统处接收所述网络性能报告；以及
通过所述运营商系统的操作，基于对所述区域性能度量的所述观测值的分析来生成针对所述无线通信网络的基础设施设备的命令，所述命令被配置为改进所述无线通信网络的性能。
18.根据权利要求14～17中任一项所述的方法，其中，所述网络性能报告指示出：
所述地理区域中的所述无线通信网络的观测性能不满足所述无线通信网络所指定的性能标准的位置；以及
基于所述本地网络使用参数对所述观测性能的描述。
19.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述网络性能报告包括针对所述无线通信网络的基础设施设备的命令，并且所述命令是基于对所述区域性能度量的分析而生成的并且被配置为改进所述无线通信网络的性能。
20.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述网络性能报告识别所述无线通信网络的修改以改进所述无线通信网络的性能。
21.根据权利要求14～20中任一项所述的方法，其中，所述无线通信网络包括蜂窝网络，并且所述无线传感器装置被配置为被动地监测根据多个不同的蜂窝网络标准中的任意蜂窝网络标准所格式化的蜂窝网络信号。
22.一种无线监测系统，包括：
用于基于地理区域中的无线通信网络中所交换的射频信号即RF信号来生成针对分布在所述地理区域上的不同位置的本地网络使用参数的部件；以及
计算系统，其被配置为进行包括以下各项的操作：
基于所述本地网络使用参数，来分析所述无线通信网络的区域性能度量；以及
基于对所述区域性能度量的分析，来向所述无线通信网络发送网络性能报告。
23.根据权利要求22所述的无线监测系统，其中，所述计算系统包括被配置为分析所述区域性能度量的数据处理设备和被配置为发送所述网络性能报告的通信接口。
24.根据权利要求22或23所述的无线监测系统，其中，分析所述区域性能度量包括基于所述本地网络使用参数来计算所述区域性能度量的观测值，
分析所述区域性能度量还包括将所述观测值与所述区域性能度量的目标值进行比较，以及
响应于所述比较的结果来发送所述网络性能报告。
25.根据权利要求22～24中任一项所述的无线监测系统，其中，分析所述区域性能度量包括基于所述本地网络使用参数来计算所述区域性能度量的观测值，所述网络性能报告包括所述区域性能度量的所述观测值，并且与所述无线通信网络相关联的运营商系统包括被配置为进行以下操作的第二计算系统：
接收所述网络性能报告；
分析所述区域性能度量的所述观测值；以及
生成针对所述无线通信网络的基础设施设备的命令，所述命令被配置为改进所述无线通信网络的性能。
26.根据权利要求22～25中任一项所述的无线监测系统，其中，所述网络性能报告包括针对所述无线通信网络的基础设施设备的命令，并且所述命令被配置为改进所述无线通信网络的性能。
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