CN1194757A

CN1194757A - 确定无线电波通路衰减的方法和装置

Info

Publication number: CN1194757A
Application number: CN97190596A
Authority: CN
Inventors: 卡里·黑斯卡; 阿托·坎噶斯
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-09-30

Abstract

本发明涉及确定无线系统中无线电波通路衰减的一种方法和一种装置,该方法使用描述基站环境的至少一个两维的矢量地图,以确定该系统基站的覆盖区域,并且确定该环境中不同点的发射机发射强度。为了最好能在确定待检发射机在每一位置点的发射机发射强度时确定传播衰减,将计算限制在多边形区域(500,502,504),该多边形区域根据矢量地图所描述的计算区域确定,无线电波既可以直接传播也可以通过衍射和反射传播到该区域。

Description

确定无线电波通路衰减的方法和装置

本发明涉及确定无线系统中无线电波通路衰减的一种方法，该方法使用描述基站环境的至少两维的矢量地图，以确定该系统基站的覆盖区域，并且确定该环境中不同点的发射机发射强度。

本发明还涉及确定无线系统中无线电波通路衰减的一种装置，该无线系统包括至少一个基站，并且该装置包括维护描述所需基站环境的至少两维的矢量地图的装置，以及确定该环境中不同点的发射机发射强度的装置。

在构造无线系统时，应以尽可能低的耗费得到所需的覆盖面积。在考虑系统基站的位置时，则需要同时考虑所需的业务量和得到的覆盖面积。基站最好能放置在一个比较理想的位置，从而能得到较大的覆盖面积，并有利于无线电波的传播。为此，在无线网络规划中有许多方法和辅助工具。在无线网络规划中，通常使用矢量地图作为辅助工具，该矢量地图反映了所需区域的地形和建筑物信息。利用矢量地图，借助计算机，可以计算出基站放置于不同位置时与网络操作相关的覆盖区域和参数。

本发明可以应用于蜂窝无线网络，尤其适用于存在许多建筑物，通过微小区实现无线网络的环境。微小区是指规模较蜂窝无线系统普通小区小得多的小区。微小区一般用于需要大量业务量的城市中心。

如果在微小区环境中计算无线电波的通路衰减，通常将传播机制划分成衍射，反射，散射和直接电波。如果在无线网络规划中使用这种确定的传播模型，则问题在于计算所需的时间长度。

例如，因为即使在简单的建筑物地图中也存在着角落间的许多不同连接组合，所以多次衍射的计算非常慢。在传播模型计算中通常使用两次衍射方法，该方法检查发射机的可见角落。在每个角落检测该角落视距范围内的计算点。在该点计算该角落的衍射场(field)。进一步检测哪一些角落位于该角落的视距范围内，并检查在该角落视距范围内的这些角落和计算点。这种方法非常慢，因为在每一点必须计算该点对衍射角落是否可见。如果存在许多计算点，通常是在格构地图中(10⁶-10⁷)，则检验每一点对每一衍射角落的可见性将是非常费时的操作。

在计算反射时也会出现相应的情况。使用所谓的光线追踪方法计算多次反射。可以以两种方式实现光线追踪：通过多次镜像或通过光线发射方法。

通过镜像确定多次反射路径的问题在于，不同墙壁组合和镜像的数量通常非常大，所需的计算非常费时和缓慢。类似地，光线发射方法所需的计算量也很大，并且该方法并不精确。

本发明的目的在于实现一种方法和装置，通过它们可以消除现有技术方法的缺陷。本发明的目的是实现一种计算基站覆盖面积的方法，其所需计算量较现有技术方法少得多。本发明的目的是提供一种快速并且有利地计算基站覆盖面积的方法。

这将通过前文中提到的方法实现，该方法的特征在于，从矢量地图所描述的计算区域中计算出这样一个多边形区域：无线电波既可以直接传播也可以通过衍射和反射传播到该区域，并且估计在计算出的多边形区域中待检发射机在每一地点的发射机发射强度。

本发明的装置的特征在于，该装置还包括这样一个装置，该装置从矢量地图所描述的计算区域中计算出这样一个多边形区域：无线电波既可以直接传播也可以通过衍射和反射传播到该区域，以及估计在所确定的多边形区域中待检发射机在每一地点的发射机发射强度的装置。

本发明的方法有许多优点。通过将矢量地图区域限制在无线电波能够传播到的区域，从而减少了已知方法所需的大量计算。该方法使计算速度成倍提高。对无线网络规划而言，需要在矢量地图上计算接收功率，所以计算速度的提高非常重要，前述矢量地图可以很容易地传送给，例如计算机显示器。在网络规划中，基于计算出的结果选择基站的确切位置和系统属性。网络规划通常是一种递归处理，多次改变基站的位置以得到所需结果。通过精确而快速的计算，可以降低网络规划的耗费，而增加规划的效率。

下面将通过附图更详细地解释本发明，在附图中：

图1示出了可以应用本发明的方法进行规划的无线系统的一个例子；

图2说明了一个城镇区域的矢量地图的示例性部分；

图3a和3b说明了计算衍射的一个例子；

图4说明了通过镜像原理计算反射的一个例子；

图5说明了计算反射多边形的本发明方法的一个例子；以及

图6在框图层次上说明了本发明的装置结构。

因此，本发明的方法最好能应用到无线网络规划。该方法尤其适用于规划在城镇环境中以微小区实现的无线系统。通过图1中相关部分的例子描述了一个典刑的无线系统的结构。该系统包括一组基站100，116和一组通常的移动用户终端设备102到106，这些终端与一些基站100，106之间具有双向连接108到112。基站100，114发射终端设备102到106的连接给基站控制器114，后者将它们前转到系统的其它部分和固定网络。基站控制器114控制一个或多个基站100，116的操作。在网络规划中，基站100，116最好放置在理想的位置，从而使每一基站的覆盖区域达到最大，同时还能得到所需的业务量。

城镇环境中以微小区技术实现的蜂窝无线系统的概要结构如图1所示，但是一些特殊的建筑环境将对基站的位置和无线电波传播施加特定限制。直接信号的传播概率将受到限制，无线电波传播中衍射和反射效果非常重要。

在网络规划中使用反映所需区域的地形和建筑物信息的矢量地图作为辅助工具。利用矢量地图，借助计算机，可以计算出基站放置于不同位置时与网络操作相关的覆盖区域和参数，基于这些计算可以选出基站的最佳位置。图2通过例子说明了通过城镇区域的部分矢量地图。矢量地图以所需精度描述了待检区域的建筑物，或者指定以较大比例描述了每一建筑物或地图上的每一块。图2的地图包括7个建筑物200到212。

在网络规划中，存在着一种递归处理，在该处理中将基站放置在不同的位置，并确定每一位置基站的覆盖区域。采用本发明的方法，通过将计算限制在无线电波真正能够借助反射和衍射传播到的区域，从而大幅度提高了覆盖区域的计算速度。对待检基站发射机的每一位置，根据矢量地图所描述的计算区域限制一个多边形区域，无线电波既可以直接传播也可以通过衍射和反射传播到该多边形区域。仅确定计算得到的多边形区域中该发射机的发射强度。

首先考察衍射的计算。在本发明的方法中，如果确定多边形区域，则检查该发射机可见的建筑物的所有角落，如果待检角落的两侧对该发射机都可见，则将该角落视为包含在该多边形中的角落，如果待检角落仅有一边对该发射机可见，则也将该角落之后的墙和该角落的交集考虑在该多边形之内。图3a示出了描述一个城镇区域的矢量地图。假定角落300可见于基站。在地图中示出了角落300的衍射多边形。如果角落300对该发射机可见，则对该图中示出的多边形中的点计算来自该角落300的衍射。角落300的直接环境在图3b中以放大形式示出。待确定的多边形由角落300的可见角落302到348，以及它们之后的交集(intersection)组成。这些交集在图中以小圆圈示出。

因此，使用角落300可见的角落点作为计算多边形的输入信息。通过依次检查角落302到348可以确定该多边形。如果某个角落的两侧对该角落都可见，则该角落被包含在该多边形中。在该图中，例如角落314是这种角落。如果某个角落仅有一侧可见，则将该角落后面的墙和该角落的交集考虑在该多边形之内。在该图中这类角落是角落308，其中包括一个交集350。一般而言，在实际情况下多边形由大约20到150个角落点组成。多边形的这些点存储在存储器中。如果计算某个特定角落的衍射，则从存储器中取出该多边形，检验哪些点位于该多边形内，并仅对这些点计算衍射。如果使用这种方法，则不需要检验该角落对计算点是否可见，因为已知该多边形中的所有点都对该角落可见。

搜索位于多边形中的点相当简单，为此已开发出本领域技术人员所熟知的快速算法。

接着考察反射的计算。在本发明的方法中，如果确定一个多边形区域，则需要对每一发射机可见得墙壁表面计算该发射机的位置镜像，将由待检墙壁表面根据镜像位置限定的扇区作为包含在该多边形中的区域。对待检墙壁表面根据该镜像位置点限定的扇区可见的墙壁表面，递归重复该过程所需次数。

图4说明了镜像原理的多次反射的计算。该图示出了三个建筑物400到404，一个发射机P和一个接收机R。通过假定的反射表面将源点P映射到像点。此后，检查是否存在该路径，即，光线是否可以沿这样计算的路径到达目的地。在该图中通过反射表面得到反射点P’，P”和P”’，通过该点光线可以到达接收机。通过将接收机移动到不同点，可以检测出何时不能找到路径。

在反射计算中使用的另一种已知方法是光线发射方法。追踪光线从发射机发出后的运动，如果它遇到了一堵墙，则计算反射光线，并追踪后续反射点，依此类推。光线以指定角度差从发射机发出。一般使用的角度差位0.1°，在这种情况下每一点有3600条光线。在接收点计算可以从该点附近析取哪些光线。如果光线运动到该接收点附近3米范围内，可以假定该光线将到达该接收点。所有经过不同路径到达接收点的的光线进行都在考虑范围内。此后开始下一个接收点的计算。

在本发明的方法中组合了上述两种方法，因而得到了一种快速而精确的反射计算方法。在该方法中，计算发射机可见的墙壁部分的每一个开始点和结束点中形成扇区的光线。通过这些光线，利用发射机的镜像进一步计算墙壁表面所反射的光线。然后形成一个新的扇区，其中发射机的像点是开始和结束点，以及反射的光线。该扇区也受限于从墙壁反射的电波所遇到的新的部分墙壁，这些部分是新的反射扇区的开始点。该扇区和限定该扇区的房屋墙壁形成了一个多边形，即反射多边形，可以计算其每一点经过现在已知墙壁的反射场。通过这种方式，可以仅计算一次已知墙壁的像点，就可以同时计算较大区域的反射场。即使区域较大，该方法也可以提高反射场的计算速度，尤其在需要计算较多次反射时。研究得到的这种方法对发射机的近端和远端都绝对精确。

图5说明了以上描述的本发明的方法。在该图中，发射机位于点T。首先，利用发射机镜像t’计算扇区500，后者形成了从建筑物200的墙壁表面W₀反射的光线。然后利用镜像t”计算从建筑物202的墙壁表面W₂进一步反射的扇区502，该扇区由图中的斜线示出。利用镜像t”’计算从建筑物206的墙壁表面W₃反射的扇区504，该扇区由图中的垂直线示出。对所有墙壁表面进行相应的反射计算。在该例中，通过例子描述了三次反射。

可以计算反射多边形每一点经过现在已知的墙壁的反射场。如同前面所描述的，搜索位于多边形内的点相当简单，为此已开发出本领域技术人员所熟知的快速算法。

在本发明的方法中，易于以例如下述方式组合上述衍射和反射计算方法：首先计算反射，然后计算衍射，或者首先是衍射，然后反射。

下面通过图6所示框图考察实现本发明方法的装置的结构。该装置包括装置600，用以维护描述所需基站环境的至少两维矢量地图。装置600一般由存储器电路实现。该装置还包括处理器装置602，用以确定该环境中不同点的基站发射机发射强度。本发明的装置还包括计算装置602，用以从矢量地图所描述的计算区域中以上述方法确定一个多边形区域，无线电波既可以直接传播也可以通过衍射和反射传播到该多边形区域，以及估计所确定的多边形区域中待检发射机在每一位置的发射机发射强度。计算中的发射机的每一位置可以作为处理器装置的输入603。装置602最好可以通过微处理器或类似的分离逻辑电路实现，在该情况下本发明的过程最好通过软件实现。

如上所述，矢量地图可以包括包含在基站环境中的建筑物的外部边缘。在该情况下，实现本发明方法的装置包括装置602，用以计算这些建筑物每一角落300的衍射场，从而能够对所述角落300可见的角落302到348进行计算，如果待检角落的两侧对待计算的角落300都可见，则该角落被认为是包含在该多边形中的角落，如果待检角落仅有一侧对待计算的角落300可见，则将待检角落后面的墙壁和该角落的交集考虑在该多边形之内。

通过一种优选实施例，实现本发明方法的装置的处理器装置602预先计算每一角落点的多边形点。存储器装置604存储这些点用以计算。在计算发射机不同位置点的覆盖区域时，处理器装置602从存储器中读取这些点。

尽管以上参照附图的例子解释了本发明，但显然本发明并不局限于此，在后附权利要求书所公开的创新思想范围内，可以通过许多方式修改本发明。

Claims

1.确定无线系统中无线电波通路衰减的一种方法，该方法使用描述基站环境的至少一个两维的矢量地图，以确定该系统基站的覆盖区域，并且确定该环境中不同点的发射机发射强度，该方法的特征在于，

从矢量地图所描述的计算区域中计算出这样一个多边形区域：无线电波既可以直接传播也可以通过衍射和反射传播到该区域，以及

估计计算出的多边形区域中待检发射机在每一地点的发射机发射强度。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，矢量地图描述了包含在基站环境中的建筑物的外部边缘，以及

在确定多边形区域时，检查发射机可见的建筑物的角落，以及

在计算每一角落(300)的衍射场时，检查所述角落(300)可见的角落(302-348)，如果待检角落的两侧对待计算的角落(300)都可见，则待检角落被认为是包含在该多边形中的角落，如果待检角落仅有一侧对待计算的角落可见，则将该角落后面的墙壁和该角落的交集考虑在该多边形之内。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，预先确定不同角落点的多边形点并存储在存储器中，在计算发射机不同位置点的覆盖区域时，从存储器中读取这些点。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，矢量地图描述了包含在基站环境中的建筑物的外部边缘，以及

在确定多边形区域时，计算发射机位置相对于该发射机(T)可见的每一墙壁表面(W₁)的镜像(t’)，以及

由待检墙壁表面根据所述镜像位置限定的扇区(500)被认为是包含在多边形中的区域。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，对待检墙壁表面根据所述镜像(t’，t”)位置限定的扇区可见的墙壁表面(W2，W3)，递归重复该过程所需次数。

6.确定无线系统中无线电波通路衰减的一种装置，该无线系统包括至少一个基站，

并且该装置包括装置(600)，用以维护描述所需基站环境的至少一个两维的矢量地图，

以及装置(602)，用以确定该环境中不同点的发射机发射强度，其特征在于该装置还包括

装置(602)，用以从矢量地图所描述的计算区域中计算这样一个多边形区域，无线电波既可以直接传播也可以通过衍射和反射传播到该多边形区域，

以及装置(602)，用以估计所确定的多边形区域中待检发射机在每一位置点处的发射机发射强度。

7. 根据权利要求6的装置，其特征在于，该装置包括装置(602)，用以维护基站环境中包含的建筑物的外部边缘的地图，以及

装置(602)，用以计算这些建筑物每一角落(300)的衍射场，从而使所述角落(300)可见的角落(302到348)能够进行计算，如果待检角落的两侧对待计算的角落(300)都可见，则该待检角落被认为是包含在该多边形中的角落，如果待检角落仅有一侧对待计算的角落(300)可见，则将待检角落后面的墙壁和该角落的交集考虑在该多边形之内。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，该装置包括装置(602)，用以预先计算每一角落点的多边形点，以及装置(604)，用以存储这些点以进行计算，以及装置(602)，用以在计算发射机不同位置点处的覆盖区域时，从存储器(604)中读取这些点。