CN1273892C - 有效观察和比较通信网络系统性能的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用预测或者测量性能,或者其他性能数据组进行观察和有效比较通信系统性能的方法(步骤200-260)。在该方法中,生成或者修改3-D环境数据库(200),预测在数据库中形成的整个无线通信系统(220)。然后,在实际环境中建立系统(230),收集测量数据(240),对预测和测量的数据进行比较。

Description

有效观察和比较通信网络系统性能的系统和方法

技术领域

本发明一般涉及无线和有线通信系统设计的工程和管理系统,尤其涉及一种在任何环境里(例如,建筑物,建筑物中的楼面,校园,城市中,室外等)使用一个3D可视化方法,比较无线和有线系统性能的方法。

背景技术

随着通信系统的激增,射频(RF)重叠到建筑物的内部和周围,无线电信号穿透到建筑物的内部和外部,对于必须设计和配置蜂窝电话系统,寻呼系统,或者诸如是个人通信系统(PCS),无线本地网络(WLAN),和本地多点分布系统(LMDS)的新的无线技术的通信工程师来说,这成为关键性的设计课题。新兴的手持设备将增加无线接入方法的使用,迫使需要使用允许技术员和工程师快速安装这种无线基础设施的工具和方法。同时,必须承载互联网络业务量的光纤和基带网络也将在未来快速的增长。另外,由于在校园里及其周围的通信设备和传感器的快速微型化,光纤光带宽的快速增长,增加了对包括微型设备,RF识别标签和光通信链路的RF网络的关注。设计者通常需要确定是否无线收发机位置或者基站蜂窝位置能提供遍及房间,建筑物,整个城市,校园,大型购物中心,或者其他任何环境的适合的,可靠的服务。建筑物内和微蜂窝无线通信设备的花费在减少,而配置这种系统的无线系统设计工程师和技术员的工作量在大量的增加了。由于这些因素,伴同综合系统性能可视和分析方法的快速工程设计和配置方法对于无线通信系统设计者来说至关重要的。

此外,AT&T Laboratories,Brooklyn Polytechnic,和Virginia Tech的最近的研究工作以论文和技术报告的形式描述了名为:S.Kim,B.J.Guarino,Jr.,T.M.Willis III,V.Erceg,S.J.Fortune,R.A.Valenzuela,L.W.Thomas,J.Ling,和J.D.Moore,“Radio Propagation Measurements andPredictions Using Three-dimensional Ray Tracing in Urban Environmentat 908MHZ and 1.9GHz”,IEEE Transactions on VehicularTechnology,48卷,3期,1999年5月(下文称“Radio Propagation”(无线传播));L.Piazzi,H.L.Bertoni,“Achievable Acuracy of Site-SpecificPath-Loss Predictions in Pesidential Environments”,IEEE Transactionson Vehicular Technology,48卷,3期,1999年5月(下文称,“Site-Specific”(站址特定));G.Durgin,T.S.Rappaport,H.Xu,“Measurements and Models for Radio Path Loss and Penetrations Loss Inand Around Homes and Trees at 5.85GHz”,IEEE Transactions onCommunications,46卷,11期,1998年11月;T.S.Rappaport,M.P.Koushik,J.C.Liberti,C.Pendyala,和T.P.Subramanian,“RadioPropagation Prediction Techniques and Computer-Aided ChannelModeling for Embedded Wireless Mierosystems”,ARPA Annual Report,MPRG Technical Report MPRG-TR-94-12,Virginia Tech,1994年7月;T.S.Rappaport,M.P.Koushik,C.Carter,和M.Ahmed,“Radio ProgationPrediction Techniques and Computer-Aided Channel Modeling forEmbedded Wireless Microsystems”,MPRG Technical ReportMPRG-TR-95-08,Virginia Tech,1994年7月;T.S.Rappaport,M.P.Koushik,M.Ahmed,C.Carter,B.Newhall,R.Skidmore和N.zhang,“Use ofTopographic Maps with Building Information to Determine AntennaPlacement for Radio Detection and Tracking in Urban Environment”,MPRG Teehnical Report MPRG-TR-95-19,Virginia Tech,1995年11月;和S.Sandhu,M.P.Koushik,和T.S.Rappaport,“Predicted Path Loss forRosslyn,VA,Second set of predictions for ORD Project on Site SpecifiPropagation Prediction”,MPRG Technical ReportMPRG-TR-95-03,Virginia Tech,1995年3月。

论文和技术报告说明了在站址特定无线电波传播模型中的现有技术状态。上述论文的大部分描述了测量的与预测的RF信号重叠范围比较的比较关系,并提出用于表现和显示预测数据的列表或者二维方法,他们都没有给出用于肉眼观察和分析无线系统性能的综合方法。“无线电波传播”和“站址特定”论文提到3-D模型,但不没有提供新颖的显示方法或者图解技术,以使用户可以以3-D形式肉眼观察信号的重叠范围或者干扰。此外,没有有效的方法允许无线通信技术员或者设计者快速显示预测性能值,或者通过肉眼观察比较在特定的环境中交替的网络设计概念之间的预测性能值的不同。

所有无线通信系统设计和有线网络设计所共有的是都渴望优化系统性能和稳定性,并将配置花费减少到最小。将花费减少到最小的方法包括管理设计过程很多方面的计算机辅助设计工具的使用。这样的工具也可以帮助生成方法,使得工程师或者技术员能够快速工作。例如,考虑无线系统。分析无线信号重叠范围和干扰是多个原因中最关键的一个。设计工程师必须确定:无线系统所选择的环境是否包含太多的噪音或者干扰,或者现有的无线系统是否将提供足够遍及期望的服务区域的信号功率。可选择地,无线工程师必须确定:现有大规模户外无线系统或者宏蜂窝区是否能够足够补充本地区域重叠范围,或者是否必须添加室内无线电收发机或者皮蜂窝区。这些蜂窝区安排是从花费和性能的立场决定的。设计工程师必须预测来自其他无线系统的干扰有多少是可以预计的,以及在这个环境中的什么地方显现。在文献中已有记载发明者所知道的预测方法提供了一些好的可接受的方法,用于计算很多情况的重叠范围或者干扰值。然而,这样模型的实现通常非常粗糙的,并且依靠繁琐的电子制表软件,或者研究室中有少许支持和观察能力的效率低的操作平台。不可避免地,为了产生正常的预测模型,必须在关心的环境中进行性能测量,或者至少验证所选择的预测模型有可接受的准确性和稳定性。

取决于设计目标,无线通信系统的性能可以包括一个或者多个因素的组合。例如,适当接收信号长度(RSSI)重叠的总面积,适当数据处理量等级重叠的面积,系统服务的用户的数量是其中的决定性因素,设计工程师使用这些因素设计组成无线系统的通信设备的布局。这样,优化无线系统的性能可以包括多个,潜在的无关因素的复杂分析。以设计工程师容易解释的形式显示这样的分析结果的能力在无线系统配置中是非常宝贵的。无线系统操作参数的三维(3-D)目视向用户提供大型数据集的快速同化及其与物理环境的关系。随着无线系统的激增,这些课题必须以一种系统的,可重复的方式被快速地,容易地,廉价地解决。

在市场上有很多计算机辅助设计(CAD)产品,可用于设计环境的计算机化模型。来自Lucent Technology公司的WiSETM,来自EDX的SignalProTM,Mobile Systems International公司(后来,被称为Metapath Software International,现在是Marconi,P.L.C.的一部分)产的PLAnetTM和来自Ericsson的TEMS,Safco Technologies公司(现在是AgilentTechmologies公司的一部分)产的Wizard,是开发的用于辅助无线通信系统设计的CAD产品的举例。

Lucent Technology公司提供WiSETM作为无线通信系统的设计工具。WiSE系统使用公知的光线跟踪的确定性的无线电波重叠范围预测技术,基于所给出的环境的计算机模型来预测无线通信系统的性能。

EDX提供SignalProTM作为无线通信系统设计工具。SignalProTM系统使用公知的光线跟踪的确定性的RF功率预测技术,基于所给出的环境的计算机模型来预测无线通信系统的性能。

Mobile Systems International公司(现在是Marconi,P.LC.的一部分)提供PLAnetTM作为无线通信系统设计工具。PLAnet系统使用统计学的和根据经验的预测技术,基于所给出的环境的计算机模型,来预测宏蜂窝区无线通信系统的性能。

Ericsson Radio Quality Information Systems提供TEMSTM作为用于无线通信室内重叠的设计和验证工具。TEMS使用根据经验的无线电波重叠模型,基于有输入基本无线电收发器位置的建筑物图,预测室内无线通信系统的性能。

上述的设计工具通过提供预测无线通信系统的性能的设备和以平面,二维彩色方格或者平面,二维轮廓区域的形式显示结果,来帮助无线系统设计人员。这样的显示,尽管有用,但在传达无线系统性能的细微差别时,受到它们二维的性质的限制。例如,以能代表需要被解决的无线系统性能变化的二维彩色方格来表现颜色的轻微变化,很容易被忽略。此外,随着无线系统的激增,视觉预测和设计重叠范围和干扰的能力有不断递增的价值。

不考虑技术,尺寸或者规模,所有通信系统设计所共有的是需要在设计过程中的某些点上测量数据。对于无线通信系统候选的环境来说,最基本的,首先执行一个测量动作,确定光谱占有率,噪声电平,干扰电平,或者可用信道。

不管在初始设计阶段或者最后验证阶段,或者在通信系统寿命周期内正在执行的维护期间,没有测量数据的输入和使用,通信系统是不能执行的。然而,在建筑物内的环境中的测量捕获得比在使用全球定位系统数据确定测量位置来完成测量采集的宏蜂窝区环境中的测量捕获更冗长,更消耗时间。由于在市区内和在人造建筑内的GPS卫星信号电平的地物干扰和合成衰减,很多RF工程师依靠其进行户外测量采集的全球定位系统(GPS)数据,在很多情况下不是微蜂窝区环境的选择,并且难以在建筑物内稳定地使用。而新的方法,诸如,QualcomSnap Track室内GPS系统可以为建筑物内位置提供长期的保证,目前的马上可用的GPS解决方法是昂贵的,并且很少用在工程师或者技术员对建筑物内或者微蜂窝区网络的配置,测量或者优化上。因此,包括在很多方面都是昂贵和无效的暂存记录和设计蓝图以及人工数据输入,记录在建筑物内的实时测量数据变成一个费力,费时的任务。

除测量来自发射基点无线电收发器的RF信号属性以外,也需要测量在计算机数据网络中的数据吞吐时间。吞吐时间是个从一个计算机到另一个计算机传送已知大小的记录或者文件的时间。为了标准化用于比较或者验证目的的数据吞吐时间的测量,使用一个设定的大小(例如,100K)的文件,并且以诸如是512比特的包大小被传送。类似RF信号衰减,数据吞吐时间,许多种其他重要网络测量参数的每一个,例如,包等待时间,误码率,包出错率,以及比特率流量,也是传输距离和信号障碍物(例如,墙,门,隔板),以及多路径传播和特定调制解调器设计的函数。

目前,没有众所周知的有效肉眼观察技术允许工程师或者无线技术员通过肉眼观察,能够显示测量结果或者快速比较,在考虑时间,频率或者空间所特定的特定环境中的特定通信网络或者多个网络的集合的各种性能测量的各种测量结果。各种信号性质测量采集工具和系统已经发展到有助于诸如是PenCatTM,Walkabout PCSTM和TEMS Light的无线通信系统的设计。

LCC国际公司提供PenCatTM作为以光笔输入的收集和分析工具,用于在小的手持输入板式计算机上运行的无线通信设计。PenCatTM系统使得用户能够在建筑物中漫游,使用连接到输入板式计算机的接收器在建筑物中的一个位置上得到信号性质测量数据,通过使用光笔轻触计算机屏幕上的地图的适当部分,将测量的数据链接到表示建筑物的计算机地图上的建筑物位置上。通过扫描设计图,勾画应用的建筑物的草图,或者利用其他源输入,建筑物图可以被输入到PenCatTM系统中。PenCat使用二维位图来模拟建筑物环境。Safco技术公司(现在是Agilent技术公司的一部分)提供Walkabout PCSTM系统作为便携式测量重叠范围系统,用于室内或者室外无线通信系统设计。与PenCatTM类似,Walkabout PCSTM系统使用连接到一个接收器的手持计算机,用于在给出的位置上测量信号性质,将测量的属性数据链接到在存储的计算机地图上表示的位置。同时,与Safco Walkabout类似的是Agilent74XX室内测量系统,也使用一个位图建筑平面图。Ericsson无线质量信息系统提供TEMS Light系统作为无线通信室内重叠范围的验证工具。TEMS Light系统利用基于窗口的图形界面,其中连接到接收器的移动计算上绘有二维位图,允许用户查看存储的建筑物图,进行位置特定数据测量,并将测量数据链接到存储的计算机图上所表示的位置上。不同于其他的室内通信测量系统,Wireless Valley通信公司设计的InFielderTM将测量数据与位于物理环境的三维模型上的位置的周期更新融合在一起。InFielderTM产品概念在美国专利申请No.09/221,985(1998,12,29日申请)中已经公开了。该申请的内容被引入本文作为参考。然而,在上述专利申请InFielderTM中原始披露的内容,并没有提供一种用于在3D环境中快速观察和比较测量结果使得测量值,测量值的比较可以被用户快速地确定和推断的有效的方法。

发明概述由此,本发明的目的是,促进在无线或者有线通信系统的预测性能结果的显示和在预测性能结果之间的比较的显示。

本发明的另一个目的是,提供一种用于无线或者有线通信系统的预测性能结果的显示和在预测性能结果之间的比较的显示的机械装置。

本发明的另一个目的是,促进任何类型无线或者有线通信系统的预测性能结果和在预测性能结果之间的比较的三维,多色彩显示。

本发明的另一个目的是提供一种机械装置,用于从任何角度,方向,距离或者观察点,观察预测性能结果和在预测性能结果之间的比较的三维显示。

本发明的另一个目的是提供一种机械装置,用于观察预测性能结果和在预测性能结果之间的比较的三维显示,与实时显示相互作用,改变当前的视点和观察点。

本发明的另一个目的是,提供重叠在可以包括多个建筑物结构,和周围地形,植物,气候条件,额外的静止和动态障碍物(例如,汽车,人,档案橱柜等)的三维数据库上的所述预测性能结果和在预测性能结果之间的比较的显示。

本发明的另一个目的是提供一种机械装置,利用多种颜色和透明效果,用颜色、明暗、或者其他的描绘方法再现一个所述三维显示的立体呈现。

除了上面所述的,本发明的另一个目的是,促进无线或者有线通信系统的测量显示和测量性能结果之间比较的显示。

本发明的另一个目的是,提供一种用于无线或者有线通信系统的显示测量和显示在测量性能结果之间的比较的机械装置。

本发明的另一个目的是,促进任何类型无线或者有线通信系统的测量和在测量性能结果之间的比较的三维,多色彩显示。

本发明的另一个目的是提供一种机械装置,用于从任何角度,方向,距离或者观察点,观察测量和在测量性能结果之间的比较的三维显示。

本发明的另一个目的是提供一种机械装置,用于观察测量和在测量性能结果之间的比较的三维显示,与实时显示相互作用,改变当前的视点和观察点。

本发明的另一个目的是,提供重叠在可以包括多个建筑物结构,和周围地形,植物,气候条件,额外的静止和动态障碍物(例如,汽车,人,档案橱柜等)的三维数据库上的所述测量性能结果和在测量性能结果之间的比较的显示。

本发明的另一个目的是提供一种机械装置,利用多个颜色和透明效果,用颜色、明暗、或者其他的描绘方法再现一个所述三维显示的立体呈现。

除了上面所述的,本发明的另一个目的是,促进无线或者有线通信系统的预测的和测量的性能结果之间比较。

本发明的另一个目的是提供一种用于显示无线或者有线通信系统的预测的和测量的性能结果之间的比较的机械装置。

本发明的另一个目的是,促进任何类型无线或者有线通信系统的预测的和测量的性能结果之间比较的三维,多色彩显示。

本发明的另一个目的是提供一种机械装置,用于从任何角度,方向,距离或者观点,观察预测的和测量的性能结果之间比较的三维显示。

本发明的另一个目的是提供一种机械装置,用于观察预测的和测量的性能结果之间比较的三维显示,与实时显示相互作用,改变当前的视点和观察点。

本发明的另一个目的是,提供重叠在可以包括多个建筑物结构,和周围地形,植物,气候条件,额外的静止和动态障碍物(例如,汽车,人,档案橱柜等)的三维数据库上的所述预测的和测量的性能结果之间比较的显示。

本发明的另一个目的是提供一种机械装置,利用多种颜色和透明效果,用颜色、明暗、或者其他的描绘方法再现一个所述三维显示的立体呈现。

按照本发明,所提供的系统允许RF系统设计者或者通信网络设计者动态电子地模拟任何环境的有线或者无线系统。该方法包括选择和放置(安排)各种无线或者光或者基带通信系统硬件部件的模型,诸如,天线(点,全方位的,定向的,漏泄的,分布式的,等),基站,基站控制器,收发器,放大器,电缆,分离器,衰减器,转发器,无线接入点,耦合器,连接器,接线箱,接合器,切换器,路由器,集线器,换能器,变换器(诸如在RF和光频之间转换,或者在RF与基带频率之间转换或者在基带与光频之间转换的设备,设备把能量从电磁频谱的一部分变换到另一部分),电源电缆,双绞电缆,光纤,等等,允许用户在3-D中观察这些放置和移动对遍及模拟的环境的全部系统性能的影响。这样,在系统或网络的实际执行之前,部件的放置可以是精确的和协调的,其中性能预测模型或者测量可以被用于设计和配置,确信所有期望服务区域的所需范围被重叠有足够的连接性,RF重叠,数据流量,或者可能的其他所需的网络系统性能值,诸如,业务质量(QoS),包出错率,包吞吐量,包等待时间,误码率,信噪比(SNR),载噪比(CNR),信号强度或RSSI,RMS(均方根)时延扩展,失真,和其他的已知或者未知的共有的用于通信网络性能度量值,可被测量或者预测,可用于辅助工程师对有线或者无线通信系统的正常安装,设置或者维护。例如,在光或者基带有线网络的情况下,部件的放置和性能可以在本发明中被观察到,确保被供给业务的环境的正常部位,使得在该环境中的用户可以直接连接(使用硬件连接)或者经过使用变换器,转换器,无线接入点和其他的促进频率转换和从有线系统无线接入的通信组件遍及整个有线网络的无线或者红外线连接。系统的性能的三维可视化向RF和网络系统设计者提供对模拟的无线或者有线系统的功能的更多的理解,与先前的可视技术相比,表现出显著地提高。

为了实现上述的内容,物理环境的3-D模型以CAD模型的形式被存储到电子数据库中。属于诸如墙,地面,植物,建筑物,山,和其他的影响无线电波或者阻止和指示布线路径的障碍物的环境的各个部分物理,电,和美学参数和其他有线组件都被存储到数据库中。3-D环境的表示在计算机的屏幕上显示,使得设计者可以观察。设计者可以查看模拟的3-D的整个环境,所关心的个别区域的放大,或者动态查看的位置和观察点,产生“贯穿飞过”的效果。使用鼠标或者其他的输入定位设备,设计者可以从一系列下拉的菜单中选择和查看各种代表实际通信系统组件的通信硬件设备模型。各种放大器,电缆,连接器,和其他的上面描述的组成任何有线或者无线通信系统或者网络的设备可以被选择,定位,以类似的方式由设计者互相连接形成整个无线或者有线通信系统的表示。

在本发明中,设计者可以运行性能预测计算,测量环境中的实际性能特征,或者使用其他一些已知或者未知的方法收集性能数据。当前方法和设备的新颖点在于,使用适合用在物理环境的3-D模型中的3-D可视化方法显示测量结果,测量比较和预测性能结果的比较,使得通过观察在示出的近似或者精确位置上收集或者计算每个测量或者测量比较或者性能结果比较的环境电子模型中的显示,工程师或者技术员能快速确定测量或者测量比较或者性能结果比较的含义或重要性。

本发明的方法另外提供了一种装置,用于观察预测性能值的3-D图标视图。使用圆柱体或者其他形状的物体变化高度和颜色,本发明允许在选择的环境中称为“监测点”的多个点上快速观察复杂的性能数据。本发明在这方面超过现有技术,允许设计者快速将3-D性能数据视图重叠到环境模型上。

本发明另外生成一种新的方法和系统,提供一个途径,方便地观察个别测量监测点,以快速推断含义,以及使用相同或者不同的通信网络设计方便地观察和快速推断在相同3-D环境中收集的测量操作之间的区别含义。测量操作是一系列的测量,通常在一种环境(诸如,城市,乡镇,校园,一组建筑物,或者感兴趣的建筑)中由技术员或者工程师执行,尽管这样的测量可以由非技术人员来执行,甚至可以远距离地或者自发地执行(例如,通过使用测量设备,一些技术人员在物理环境中行走,每个人配备一个测量设备,随意地进行测量,其中,这些测量结果是全部共享的;这些内容在美国专利申请(申请号为NO.09/__,__,2000年7月28日,名称为“System,Method andApparatus for Portable Design,Deployment,Test and Optimization of aCommunication network”,中已经详细描述了,引入本文,作为参考)。

发明支持快速观察和显示,用于比较从多个源收集的性能数据,比较可以像上面所描述的那样,在同一个所关心的3-D环境中进行的两个或者多个不同的测量组之间进行。然若,比较也可以在为了随后显示而被计算,显示或者存储的两组或者多组网络系统性能预测结果之间进行。本发明生成一种新的方法和系统,用于提供一种途径,能够在共有的环境模型中使用类似或者不同通信网络设计,快速观察在相同3-D环境中收集的不同网络系统性能预测结果之间的不同。

除了上面所考虑的,本发明提供一种装置,以一种方便的形式,用于显示测量数据和预测数据之间的区别,能够清楚地洞察到在任何通信网络中实际的与预测的性能。基于上面的教导,很清楚,为了提供测量和预测值的记录,测量数据和预测数据可以在3-D环境中显示,并且可以在空间中彼此重叠。如此,只要在该测量是在被特定为期望预测引擎输出的位置的点上收集的,比较测量操作和预测操作是可能的。本领域的普通技术人员可以在数据处理和出错分析方面受到培训,并且能够理解如此把新颖的观察技术应用到:a)测量数据,b)测量数据的比较,c)预测数据的比较,也可以用于测量和预测数据间的比较。使用这种随后描述的新的观察方法,比较测量对预测值,向工程师提供了很大的帮助,使他设法在特定的物理环境中发展,优化以及使用最精确实现的预测模型。

在预测操作与测量操作之间的数据点的比较,或者在预测和测量操作间的比较可以以几种方式实现。数据组可以在一个简单的区别基础上比较,其中,从在相同相应位置的第二次操作的数据点中扣除在第一次操作(位于环境数据库特定位置)的数据点数值。当然,如果被要求,扣除命令是可以反转的。比较数据的其他方法包括计算分贝(dB)差,相应在同一位置点两个数值的对数比。可选择地,考虑最大或者最好的有最大值(100或者1)的数值的相对值,,以及较小值作为少于最大值的数值被显示。低于最大值得等级可以作为正常值,或者百分比,或者与最大值的比较被计算和显示。

比较测量数据和预测数据,或者比较以不同的格网比例尺或者数据基本分辨率的测量或者预测的一个困难在于在两个数据组间的同一相应位置并不是易处理的,例如,由于现场测量的记录位置信息和在预测中的模拟的环境位置的不精确。在这种情况下,到选择的点的最近的邻点,或者从一簇最近相邻点中任一选择技术,可以被使用,从而确定在每个操作中的合适点,进行彼此间的比较。或者,可以使用一种平均的方法,被比较的每个数据组的局部点在一个很小的局部区域内被平均,并且来自每个组的结果数值在共有被在每个数据组平均的点占有的小区域的实际位置点上被比较。这被称为“局部平均”,一个特定操作的数据的局部平均的平均值和变化可以推算出统计信息。这些统计数字可以被比较,比较的两个操作的每一个的统计信息之间的不同可以被显示。有许多其他的比较方法,可以被用于比较两组的数值,不管这样的方法是否已知或者未知,这样的比较方法可以被考虑应用到本发明中。

一些数据组可能不足于与其他用于比较的数据进行比较。在这种情况,显示设备需要示出由于来自一个或者两个数据组的数据的丢失,在特定3-D位置点的比较不能被执行。

本发明的优选实施方式允许使用各种方法观察这样的比较。建立在未决申请09/318,840,名称为“Method and System for AutomatedOptimization of Antenna Positioning in 3-D”中公开的概念之上,本发明允许在空间中的一个或者多个位置作为“监测点”使用,其中比较作为3-D计算机数据库的一部分被存储,并在显示屏上被观察。所述监测点的显示可以,利用颜色,形状和/或文本以二维形式显示比较数据,或者使用高度,颜色,形状和/或文本以三维形式显示比较数据。

除了在一个或者多个监测点的观察以外,本发明允许使用指示比较数据的顶点网孔,被重叠在选择的任何大小或者形状区域之上。

计算机在屏幕每个网孔顶点上显示指出RF性能值变化的比较数据,例如,接收信号强度(RSSI),网络业务量,包等待时间,包出错率,业务质量(QoS),误码率,误帧率,信干比(SIR),信噪比(SNR),这些由正被设计通信系统提供。这样的显示以至于计算机把包括每个顶点相对于周围顶点的诸如饱和度,色调,亮度,线条类型和宽度,透明度,表面纹理等特性的高度和/颜色调整到与计算的RF性能值的比较相对应。颜色和高度可以与相同的计算比较值或者与在计算的比较值的不同变化相对应。例如,高度可以相应于在接收信号强度(RSSI)间的比较,颜色可以相应于在信噪比(SNR)之间的比较,或者任何其他的各种计算的RF参数之间的比较。用户能够根据选择的高度,颜色或者其他网孔顶点分配的美学特性的范围特定用于显示的边界。可选择地,系统能自动选择高度,颜色和其他美学特性的限制和范围。结果是,颜色和高度变化的区域表示在遍及模拟3-D环境的不同部分的无线系统性能之间的变化比较。区域可以作为3-D环境的重叠图被观看。

根据本发明的一个方面,提供一种用于设计、配置优化、或者维护通信网络或者若干通信网络的方法,包括以下各步骤:提供(A)一个代表一安装或者即将安装通信网络的物理环境的计算机化的模型,所述计算机化的模型提供至少部分所述物理环境的显示,(B)被用在所述物理环境中的多个系统组件的性能属性,以及(C)、(D)和(E)中的一个或者多个:(C)一个或者多个预测模型,使用计算机化的模型和所述多个系统组件的特定组件的性能属性,预测所述通信网络性能特征,(D)在一个或者多个测量操作期间,在来自所述物理环境的一个或者多个位置上进行实际性能测量,以及(E)与所述通信网络安装,购置,和维护联系在一起的成本数据;从多个用在所述通信网络中的系统组件中选择特定组件;显示步骤,使用所述计算机化的模型,显示所述物理环境的计算机表示,所述计算机表示示出在所述物理环境中所述选择特定组件的步骤中选中的特定组件的位置,以及在所述物理环境中一个或者多个位置的性能信息,所述性能信息可以是以下相应的一个或者多个:a)以一个或者多个标记的形式表示所述一个或者多个位置;b)示出实际性能测量值与预测性能值之间的比较;c)示出在两个或者多个测量操作期间取得的实际性能测量的比较;d)示出用至少两个不同的模拟进行的至少两个不同预测的比较。

优选的,所述比较示出对通信网络的性能的作用,这归因于使用任何相同或者不同的:频率、光谱带、操作模式、物理环境、通信网络设计、网络组件、数据传输率、包大小、调制技术、功率电平、伪噪声码序列、伪噪声芯片定时、光频带、网络协议、带宽、多路访问技术、天线分布系统、天线系统、布线结构、敷缆方法、或者系统分布方法、系统组件物理连接、源或者误差编码方法、通信负载条件、用户密度、传播样式、或者网络配置。

优选的,所述一个或者多个标记从包括高度、半径、亮度、颜色、色调、饱和度、线条类型和宽度、透明度、表面纹理的组中选择的属性,其中一个或者多个所述属性根据性能数据变化。

优选的,所述多个系统组件是从包括基站、收发器、电缆线路、连接器、分离器、放大器、天线、发射器、射频分布线路、基站控制器、切换器、光-射频耦合器、无线接入点、变换器、变流器、无线或者红外线或者有线基础设施、光或者射频或者基带网络组件、防火墙、测量设备、衰减器、转发器、耦合器、接线箱、接合器、路由器、集线器、换能器的组中选择。

优选的,所述性能信息是从包括信号-干扰比、信噪比、无线信号强度、载噪比、噪声、干扰、均方根时延扩展、失真、重叠区域、容许服务区域、比特或者帧出错率、网络吞吐量、等待时间、包出错率、业务质量、业务容许质量区域、已执行的话务、无线频率性能值、芯片能量-干扰比、载波-干扰比、衰减、无线电波传播影响的组中选择。

优选的,进一步包括从人工数据输入或一个或者多个测量设备组获得的测量中获得所述实际性能测量的步骤,所述测量设备组包括:一个或者多个移动接收器;一个或者多个固定接收器;一个或者多个远程测量设备;一个或者多个自动测量设备;一个或者多个手持测量设备;一个或者多个传感器;一个或者多个传感器网络;一个或者多个嵌入式接收器,用于无线基带,射频,或者光网络的测量设备;用于有线基带,射频,或者光网络的测量设备。

附图说明

通过下面的参考附图的本发明的优选实施方式的详细描述,能够更好的理解上述和其他的目的,方面和优点。

图1示出建筑物的楼层平面图的简明布局的示例;图2示出建筑物的楼层平面图的3D透视图;图3示出一系列性能值比较的3D透视图;图4示出一个RF设计者选择的用于显示无线通信系统性能的已经分割成网格的区域示例;图5示出一个与图4的区域类似,在比较无线系统性能之前,3D透视图的区域;图6示出一个在比较计算无线系统性能之后的区域,根据本发明系统性能的3D显示的示例;图7示出和图6相同的区域,用户减少了顶点的相对标高,由此改变了显示状况;图8示出和图7相同的区域,用户将显示部分变暗,生成改变了的性能结果透视图;以及图9示出和图6相同的区域,用户改变视觉方向,生成不同的性能结果透视图;图10示出描述比较性能预测结果的过程的流程图;图11示出描述比较性能预测和测量结果的过程的流程图;图12示出描述比较多个测量性能操作的流程图;图13示出表现重叠3D物理环境的预测性能数据的3D图标显示,以及图14示出一个表现重叠3D物理环境的测量数据的3D图标显示。

具体实施方式

使用本方法,有可能评估比先前可能的更高精度级别的通信系统性能。本发明方法与现有技术相比重大的进步在于通信系统预测性能的显示。通信系统的设计通常是一个复杂并且费劲的任务,需要大量的工作,使得能够简单分析系统性能的结果。

在现有技术中,只有一个单独的性能预测结果可以被立刻分析。也就是说,已经设计的通信系统,没有直接的方法可以快速地肉眼观察和比较在有硬件组件的一个通信网络布局或者另一个布局之间的优点。在本发明中,描述了一种系统,其中,可以比较两个或者更多的预测,从而分析在设计,模型或者其他因素之间的优点或缺点。

为了进行分析,本发明也允许进行测量,将结果与预测性能数据进行比较。在现有技术中,有一些可用的实施方式用于比较测量和预测的数据组。然而,大多数的都没有视觉比较,而且,那些现可用于显示测量和预测之间视觉比较的包只能是2-D的。也就是说,在本发明以前,没有方法能够以3-D的形式进行通信网络的完全的视觉比较。

本发明描述了几个方法,能够在预测或者测量的通信系统性能值之间进行视觉比较。就一切情况而言,所描述的视觉观察可以被应用到测量,预测,预测模型间的比较,不同通信系统的预测的比较,预测和测量的数据之间的比较,不同测量数据集之间的比较,或者现在周知或未来的其他数据之间的比较。

现在参考图1,示出一个建筑物的楼层平面布局图的二维(2-D)的简单示例。该方法使用3-D计算机辅助设计(CAD),重现建筑物,或者建筑物群,和/或周围的地形和植被。然而,为了简化说明,使用2-D图形。各种在环境中的实际物体,例如,外墙,内墙和地面被分配了适合的物理,电学,美学值。例如,外面可以被给出一个10dB的衰减损失,信号通过内墙可以被分配3dB的衰减损失,而窗户可以示出2dB的RF穿透损耗。除衰减之外,障碍物被分配了其他的性质,包括反射率和表面粗糙度。

图2描述了建筑物的楼层平面图的3D透视图。参考图2,在建筑物内有几个隔断墙,包括外部混凝土墙和内部石棉水泥板墙。

估计的隔断电性能损失值可以从已经公开的广泛的传播测量结果中提取,它是根据现场经验中推论出来的,或者特定目标的隔断损失可以直接被测量并且立刻使用与T.S.Rappaport和R.R.Skidmore提交的未决申请号为NO.09/221,985,名称为“System for Creating a ComputerModel and Measurement Database of a Wireless CommunicationNetwork”所描述的那些方法相结合的本发明进行优化。一旦适当的物理和电学参数被特定,任何期望数量的RF源硬件组件可以被放置到3-D建筑物数据库中,并且可以获得预测的RF性能值,诸如,接收信号强度(RSSI),网络吞吐量,包等待时间,包出错率,业务质量(QoS),误码率或者误帧率,芯片能量—干扰比(Ec/Io),或者载波—干扰比(C/I)。当然,现在已知或者未来可知的无线或者有线通信系统其他众所周知的参数,可以被使用于适当的预测值。优选的用于生成3-D环境数据库的方法在未决申请(申请号为No.09/318,841,申请日为1999年5月26日)中已经公开了。作为结果的确定使用一个特定格式的向量数据库,包括代表环境中实际物体的线条和多边形。在数据库中,线条和多边形的配置与环境中的实际物体相对应。例如,在数据库中的线条或者其他形状可以代表在模拟环境中的一个墙,门,树,建筑物墙,或者其他一些实际物体。

从无线电波传输的观点来看,在一种环境中的每个障碍物/隔断(也就是,图中的每个线条或者多边形)有影响无线电波的电磁性能。当一个无线电波信号贯穿一实际表面时,它与表面的电磁性能相互作用。一定百分比的无线电波反射离开表面,沿着改变了的轨迹继续传输;一定百分比的无线电波传播通过表面,沿着它的路线继续前进;一定百分比的无线电波在撞击到表面的时候散射,等等。障碍物/隔断的电磁性能决定了这个相互影响,这样决定了阻止一定百分比的无线电波在相交点以给定的方式作用。根据环境数据库,每个障碍物/隔断有几个参数,用于确定它的电磁性能。例如,隔断的衰减系数确定了穿透它的无线信号功率损失量;隔断的反射率确定了它反射的无线信号的部分;隔断的表面粗糙度确定了在相交点上的散射的无线信号部分。

一旦构筑成3-D环境数据库,设计者识别和特定在3-D环境中的所有无线通信系统设备的位置和类型。这个点-击过程包括:用户从计算机部件数据库中选择期望的硬件组件,然后进行视觉定位,定向;和连接3-D环境的数据库中的各种硬件组件,形成一个完整的无线通信系统。计算机组件数据库的优选实施例,下文中参考的是组件清单库,在未决的专利申请(申请号为NO.09/318,842,1999年5月26日提交)中有更完整的描述。优选地使用拖放式或者选取放置技术来组装基站收发器,敷缆,连接器/分离器,放大器,天线和其他RF硬件组件(通常是众所周知的无线分布或者天线系统)相互连接的网络,并使用3-D环境数据库以图形的形式重叠显示。每个组件使用来自完全依据物理操作特性(例如,噪声系数,频率,辐射特性,等)来描述组件的组件清单库的可用电机信息。在预测无线系统性能度量时,这个信息被直接使用。

有了完全的3-D环境模型和放置在环境中的无线通信系统,设计者可以通过在通信系统上运行预测模型,从环境模型所表示的实际位采集RF测量数据,或者使用其他一些现在已知或者未来可知的方法,获得性能数据。

在本发明中,设计者可以运行性能预测计算,测量环境中的实际性能特征,或者使用其他一些现在已知或者未来可知的方法采集性能数据。当前方法和设备的新颖之处在于显示测量结果,性能预测结果,测量结果与性能预测结果的比较,二个或者多个预测性能结果的比较,两个或者多个测量的比较。3-D视觉方法允许工程师或者技术员快速确定显示的信息的涵义或者重要性。

为了看到性能或者性能比较,在本发明中使用了几种方法。当有两组性能数据可用时,可以直接进行肉眼观察。也就是说,可以使用诸如不同或者完全不同的统计,百分比,诸如分贝(dB)的比率,或者其他的现在已知或者未来可知的统计。给出的大小相等的两组性能数据,可以在两组的每个元素上完成期望的统计计算。在其中一个数据集比另一个大,或者两个数据集不包括相同空间元素的情况下,对两个数据集中相同空间位置上的元素完成比较计算。其中有在两组之间未对准的地方,可使用取平均值,最近邻域,或者随机方法可,以获得空间记录。

作为结果的比较计算可以在3-D环境数据库上直接看到。使用物体形状,颜色,和/或高度的变化,计算可被看作是诸如圆柱体,矩形棱柱体,球体,立方体,或者直接在3-D环境数据库中的其他物体的形状,显示性能比较。图3描述了性能值的比较,其中,圆柱体高度和颜色的变化以3-D的形式示出,指出在预测和测量数据之间的不同。

其中,足够多个数据点是可用的,许多,指出高度和/或颜色的变化的顶点网格,可以重叠在3-D环境数据库上,指出性能比较的空间起伏。图4示出一个环境数据库,已经被分割成顶点的网格。每个顶点与比较数据位置相应。图5示出相同环境数据库和重叠网格的3-D透视图。

一旦性能比较完成,设计者可以自由设定结果的显示。显示的结果可以在显示屏上显示,打印,或者其他3-D形式表现。显示的值的范围,颜色或者其他的美学特征,诸如是饱和度,色度,亮度,线条类型和宽度,透明度,表面纹理等,与每个值相关联,是可以选择的,或者可以由系统自动调整。例如,如果显示在接收信号强度(RSSI)之间的比较,用户可以进行选择,仅显示在-20dBm到20dBm范围之内的有相对RSSI不同的区域的那些部分,并且可以分配特定的颜色,与这个范围内比较的RSSI值相对应。例如,用户可以分配红色表示在-20dBm到-10dBm之间的相对RSSI,绿色表示在-9dBm到0dBm之间的相对RSSI差值,等等。这样,把区域显示成颜色有起伏的图形,其中,颜色分配到网格内的各顶点,符合用于比较的性能度量的某个值。图6使用高度和颜色的变化描绘出3-D比较,指出通信系统性能之间的差别。

相似的方式,在空间中代表性能比较数据点的每个网格的顶点或者其他点,被垂直地重新放置到3-D空间中。每个比较数据点的高度直接对应于比较的性能某一值。本发明的优选方式,用户特定最大值和最小值高度,分配给顶点,计算机根据它的比较性能值,自动标度每个比较数据点的高度。例如,如果用户选择一个最小高度,0.0米,和最大高度,20.0米,整个网格比较性能值在RSSI区别比较的从-20dBm到20dBm的范围。如果给出的比较数据点有一个0dBm的值,将分配一10.0米的高度。相对于3-D环境数据库,特定所有的高度。图7描述了为更好的观察和分析而已经重新配置的3-D比较。

任何高度,颜色和其他美学特征的组合都可以被用于定制比较性能结果的显示。例如,信号-干扰比(SIR)之差别可以在区域内用变化的高度来显示,而接收信号强度(RSSI)的不同可以用变化的颜色来显示。数据吞吐量百分比可以用变化的颜色来表示,而误码率(BER)的区别可以使用不同的线条类型来显示。高度,颜色和其他美学特征的任何组合可以与比较性能结果度量的任何组合相关联,产生3-D显示。

性能比较的结果叠加或者重叠在3-D环境数据库上,允许用户分析当前无线通信系统设计的性能。显示可以通过用户的交互作用,进一步的定制。设计者可以重新更改观察的方向和显示的缩放比,以得到比较结果的变化透视图。结果可以以各种形式重新显示,包括有可移动隐藏线条的3-D线框,3-D半透明,3-D阴影或者图案,3-D再现,或者3-D实际照片再现。设计者以各种方法自由地与显示的结果结合在一起,包括实时摇摄和缩放,生成“飞过”的效果。图8示出一系统性能的比较,其中,为了观察和分析的目的,3-D显示已适当地加有阴影。类似地,图9从不同的观察点示出相同的比较。比较的性能结果可以被保存,用于随后的复原和重新显示。

在多于两个数据集可用于比较的情况下,可以显示表现在任何两组之间的图形3-D比较结果的连续动画。设计者可以在任何时候控制两组的比较,并且通过大量的比较,容易地交换。

本发明生成了一种新的方法和系统,用于提供一种便利地观察个别测量点,快速推断含义,以及便利地观察和使用相同或者不同的通信网络设计,快速推断在相同3-D环境中所收集的测量操作之间不同的含义的途径。测量操作是一系列的测量,通常在一个环境中(诸如,城市,乡镇,校园,一组建筑物,或者感兴趣的建筑)由技术员或者工程师执行,尽管这样的测量可以由非技术人员来执行,甚至可以远程地或者自发地执行(例如,通过使用测量设备,由一些在物理环境中行走的技术人员,每个人配备一个测量设备,随意地进行测量,其中,这些测量结果是全部共享的,这些内容在美国专利申请(申请号为NO.09/__,__,2000年7月28日,名称为“System,Method andApparatus for Partable Design,Deployment,Test and Optimization of aCommunication Network”中已经详细描述了,引入本文参考)。

我们考虑测量有一个与每个测量结果联系在一起的定位,使用正像未决申请(申请号为NO.09/221,985,1998年12月29日)中所描述的自动或者人工的方法。正像后来所描述的,本发明实现比较并且提供一种新的用于不同的测量操作的显示方式,可以是测量点的集合,这些测量点从一个单独的通信网络在一天中不同时间收集,也可能是不同的日子,使用相同或者不同的频率,使用相同或者不同的操作模式(其中不同的操作模式可以包括以下的一个或者多个,但是并不被限制,包括:不同的数据传输率,不同的包大小,不同调制技术,不同功率电平,不同伪噪声码序列,不同的伪码芯片定时,不同的光频带,不同网络协议,不同带宽,不同多路访问技术,不同天线分布系统,不同天线系统,不同敷缆结构,不同布线方法或者系统分布方法,组成通信系统的系统组件的不同实际连接,或者不同源或者纠错编码方法),或者在不同的通信负载条件下(由于带宽变化,用户密度,或者其他的引起话务流量或者容量转换时间的方法)。可选择地,测量操作可以在某个特定的环境中进行,其中,安装了两个或者多个不同的通信系统,以提供环境中的网络连接。当一个人试图测量在一个城市或者校园环境中的两个或者多个竞争的无线服务提供者,或者当期望比较在一个特定环境中的两个或者多个不同网络结构时,这个是常见的。

作为一个举例,无线室内系统的测量操作可以包括一个技术员,使用一个移动接收机能够彻底检查建筑物的每一层,测量从安装的建筑物内无线办公系统接收的信号。技术员可以使用连接到WaveSpyTM扫描接收器的InFielderTM3-D测量系统,通过一个存在在InFielder中的3-D环境的模型,在所关心的3-D环境中进行测量,例如,RSSI值。相同或者不同的技术员,或者同时,在随后的日子,或者在不同操作条件下,可以再次测量相同的建筑物。正像随后示出的,本发明提供一种新的方法,显示在两个或者多个测量操作之间的不同,用于进行比较,并显示这样的不同,使得通过观察在3-D环境的模型中的作为结果的不同,可以进行快速比较。

上述的举例是针对一个建筑物内无线系统,对于在任何通信网络的设计,安装和维护的领域受过训练的人来说,很清楚的,类似的方法可被应用到对于任何类型的通信网络的测量操作的比较和显示,其中这样的测量操作可以用在一个特定环境的一个网络,或者,在一个相同的物理环境中的两个或者多个不同的结构的通信网络,并且这个方法可以应用到光网络,基带网络,以及可以分享共有或者不同的有线或者无线干线的无线和有线网络设备的集合。例如,对于一个在建筑物内的光网络,测量操作应包括在建筑物内的每个墙端或者电缆接线箱的测量。优于漫游,固定网络的测量操作应包括在固定位置的采样。本发明提供了在3-D环境内这样的测量的显示,以及比较两个或者多个这样测量操作的简便显示。此外,测量执行可以包括随着时间和空间收集的,任何或者所有的各种早期得到的网络系统性能值的测量值或者采样值的收集,这些测量可以在环境中使用二个或者多个测量器或者测量工具同时进行,或者使用一个或者多个测量器或者测量工具在不同的时间执行。可选择地,人们可以仔细考虑测量方法,允许多个传感器/接收器或者多个收发器同时记录测量数据,这样的数据和数据间的比较可以使用本发明随后给出的方法显示。

网络系统性能预测结果是由通信网络模型或者模拟器生成的一个数值或者一数值串。所述通信网络模型或者模拟器担当由在用于性能预测的特定结构和环境操作的实际通信系统生成(例如,预测或者看到)的测量数值或者数值串的评估。数值或者数值串表示某个通信参数,质量度量,或者通常由网络系统通信设备或者能用于预测环境中特定通信设备适应性或者性能的设备系统进行测量的操作环境的实体表现。适合的和共同使用的测量和参数以及实体表现早已公开,并且对于通信系统设计,网络设计和通信系统测量领域的技术人员是公知的。网络系统性能预测结果由一个或者多个分析计算,经验的应用模型,或者在计算时间可以或者不可以使用测量的预测引擎中计算的模拟输出产生。网络系统性能预测结果允许工程师或者技术人员正常安装或者设计通信设备,试图包括操作环境的作用,使得他们可以被网络系统设计者使用,进行关于目标系统可以实现的多好的明智的判断和预测。多个本地或者广域网用户的复杂性是极端的,不可能模拟在特定时间和空间位置使特定网络执行特定方法的所有的变量。然而,研究人员已开发关键查找,用于帮助分离规定网络性能的最重要因素,这些最重要的因素通常被用在计算中,生成网络系统性能预测结果。例如,正像Rappaport(T.S.Rappaport,无线通信,原理和实践,PrenticeHall,1996,NJ)中示出的,在一个无线通信系统中,如果在发送器和接收器之间的实际距离已知,各种隔断损失的物理环境已知并且被模拟,有可能生成一个分析的位置-特定的通信模型,为使用BSPK调制的无线设备产生不相等的误码率。从这个模型中,可能在3-D环境中,基于误码率,执行网络设计。类似的分析,经验或者基于模拟的类型的模型,也适用于光,无线和基带网络中。

网络系统性能预测结果可以在任何环境(诸如城市,校园,建筑群,或者关心的建筑)中被计算。正像随后所描述的,本发明执行比较并且提供新的显示,用于比较不同网络系统性能预测结果的结果,由此贯穿一部分模拟的环境实现的网络系统性能预测结果的收集被称为预测操作,其中预测操作是一个或者多个在点或者网格上或者空间容量上,由一个或者多个在预测引擎中模拟的模型通信网络产生的预测值的收集,但是可以被模拟多次,以产生可以比较的不同结果预测操作,使用相同或者不同的频率,使用相同或者不同的操作模式(其中,不同的操作模式可以包括以下一种或多种,但并不受其限制:不同数据传输率,不同包大小,不同调制技术,不同功率电平,不同伪噪声码序列,不同伪噪声码芯片定时,不同光频带,不同网络协议,不同带宽,不同多路访问技术,不同天线分布系统,不同天线系统,不同布线技术,不同敷缆方法或者系统分布方法,不同的组成通信系统的系统组件的实体连接,或者不同源或者纠错编码方法),或者在不同的通信负载条件下(由于带宽变化,用户密度,或者其他的引起话务流量或者容量转换时间的方法)。可选择地,网络系统性能预测结果可以在特定的环境中进行计算,其中,模拟了两个或者多个不同的通信系统,以提供环境中的网络连接。当一个人试图理解和预测在特定环境中怎样的可选择的通信网络结构可以实现时常见。

作为一个举例,网络系统性能结果可以被计算,产生一个预测操作,以得到遍及整个建筑的无线建筑物内系统预测的信噪比(SNR)。如果用在预测引擎中的模型足够的精确,那么,这样的过程可以去除为了安装正常功能系统进行测量执行的需要。SitePlanner考虑的预测引擎,公开了上述参考的未决申请的所有交叉点的一部分,必须提供各种提供模拟的通信系统的电,机械,数字或者物理描述的性能参数。这些性能参数可以包括一个或者多个描述一个或者多个用于精确模拟预测引擎性能所需的效果的属性的附加的,移动的,重新放置的,重新连接,重新定向,或者其他一些修改。这样的输入的一些例子包括:发送器,天线,RF配电线,连接器,分离器,基站控制器,切换器,光-RF耦合器的物理位置,电缆损失,分离器损失,天线定向图,发射器功率电平,放大器增益,待模拟的频率,必须被应用到预测引擎的输入。然而前句中的清单并不是意味着是完全的,它表示了详细和互相关联的考虑传输系统正常模型的相关性的标准,物理的和电力地,正像可以实际安装到实际建筑物中那样。这是因为本发明的可视能力,集中在示出正像它在真实生活中实际存在的那样的网络。其他预测引擎所需的输入包括2-D或者3-D实际操作环境的计算的模型,有特定的楼层位置,室内净高,和其他的3-D信息,或者2-D或3-D的地图。为了计算,存储和显示在3-D环境模型中网络系统性能结果,特定的点,网格或者区域必须被用户特定和请求,以便确定网络系统性能结果(在该情况下,SNR)可以被计算和显示的精确的3-D位置。通过完成一系列的整个环境的模拟,可以生成和显示预测操作。

由预测引擎产生的预测操作,可以考虑备用模型,通信网络结构,或者在相同物理环境中的不同操作模式,以及其他现在或者将来,无线网络设计者适合或者感兴趣的明显扰动。正像随后示出的,本发明提供一个新颖的方法,显示两个或者多个的预测操作的不同,用于比较,显示这样的不同,使得可以通过在3-D环境模型中观察所得区别,来进行快速比较。

上述的示例是针对室内无线系统的,很显然,对于在任何通信网络的设计,模拟或者分析领域受过训练的人来说,类似的方法被应用到对于任何类型的通信网络的预测性能结果和预测操作的比较和显示,其中,这样的预测可以用于在一个特定环境中的一个网络的模拟,或者在相同物理环境中的两个或者多个不同结构的通信网络的模拟,这个方法可以应用到像光网络,基带网络以及可以分享共有或者不同有线或者无线干线的无线与有线网络设备的集合的网络和系统模拟。例如,为了预测在建筑物中的有线光网络,为产生网络系统预测结果所设计的模拟应包括提供正常的输入和环境模型到预测引擎,然后特定模拟环境提供的模拟建筑物中的每个墙端,通道,或者电缆接线箱的精确位置上的输出值。本发明提供在3-D环境中两个或者多个预测操作之间的不同的显示,以及比较两个或者多个这样的预测操作的简便显示。此外,预测操作可以包括对于早已讲过的任何或者所有各种网络系统性能值的,随着时间和空间的收集的预测值收集,在环境模型中,在两台或者多台作为并行处理机器连接在一起的计算机上各个独立的计算机上,同时执行预测引擎获得这些预测值,或者,可以由一个或者多个分别运行一个或者多个预测引擎的计算机上在不同时间预测这些预测值。可选择地,我们考虑预测方法,允许在环境模型中的多个位置可以被同时计算和显示,这样预测的数据和数据间的比较可以使用在本发明随后提到的方法被显示。

除了上述的考虑之外,本发明提供了一种以简便的能够明显显示出任何通信网络实际与预测性能比较的方式,显示在测量的数据和预测的数据之间不同的装置。基于上面的教导,很显然,为了提供一个测量和预测值的记录,测量的数据和预测的数据可以在3-D环境中被显示,可以在空间中彼此重叠。以这种方式,只要在相同环境内包含的可以被预测引擎模拟的点上的测量被收集,比较测量操作和预测操作是可能的。测量点可以是与预测点相同的位置,比较可以在接近上述特定的预测点的测量点之间进行。而且,简单绘出非同在一处的测量点和预测点仍允许不同的简易3-D可视化,以便快速比较。显然,对于在数据处理和出错分析方面受过培训的人,如此新颖的观察技术可以被应用到:a)测量数据,b)测量数据的比较,c)预测数据,以及d)预测数据的比较,也可以用于测量和预测数据间的比较。使用这种随后描述的新的观察方法,比较测量对预测值,向工程师提供了很大的帮助,他能够在特定的物理环境中发展,优化以及使用最精确实现的测量模型。

现在考虑无线设计系统的实际用户。如果设计者希望使用预测性能数据作为比较基础,他或者她选择使用无线通信系统性能预测模式。优选的实施方式使用几个方法,来预测和优化无线通信网络的性能。这些包括一些方法,来合并和建立性能预测技术,诸如那些在先前引用和随后技术报告和论文(“Interactive Coverage Region and SystemDesign Simulation for Wireless Communication Systems in Multi-flooredIndoor Environments:SMT Plus,”IEEE ICUPC’96 Proceeding,byR.Skidmore,T.Pappaport,以及A.L.Abbott,以及“SitePlanner3.16 forWindows 95/98/NT User’s Manual”,Wireless Valley Communication公司,1999年)描述的技术,引入本文作为参考。对于本领域人员来说,如何应用其他的无线通信系统性能模型到本方法中是很明显的。

当使用预测数据进行比较时,可以使用几个方法来观察结果。正像在未决申请09/352,678,名称为“System for the Three-DimensionalDisplay of Wireless Communications System Performance”中描述的那样,本发明的方法可以使用位于任何形状或者尺寸区域中的顶点的网格,重叠预测区域。在网格的每个顶点,预测通信系统性能,所有性能预测组可以像专利申请09/352,678中所描述的那样被存储,记录,或者显示。

其他的产生一组预测比较数据的方法可以被使用。正像在未决申请09/318,840,名称为“Method and System for Automated Optimizationof Antenna Positioning in 3-D”中描述的那样,本发明可以在3-D环境中使用一个或者多个位置,术语为“监测点”,用于预测。使用前面提到的预测模型,在每个监测点上的性能值可以像在未决申请09/318,840那样被计算,然后存储,记录或者显示。

其他方法可以被使用,用于产生预测比较数据组。很显然,对于本领域的技术人员来说,本发明具有新颖性,与怎样产生预测数据无关。上述的产生数据组的方法从当前的实施方式中作为例子被简单的给出。

现在参考附图10,示出一个按照本发明用于比较预测数据的流程图。其中,有一个环境模型100可用于进行预测的,RF硬件设备的系统110被放置到系统模型中。使用选择的预测模型得到最初的一组预测数据120。在方框130中,通过增加,移动或者更换硬件RF组件,或者通过改变布局,方法,或者其他的存在的硬件RF组件的电或者机械参数,通信系统可以被重新设计。第二预测数据组140然后被获得,用于与初始数据组进行比较。因为每个预测数据组被存储到计算机中,在方框150,任何两个或者多个预测结果可以与其他的进行比较。在方框160,这些比较结果被存储。设计者根据需要自由递归改变通信系统,比较变化影响预测的性能。

对于本领域的技术人员来说,很显然,优于分别比较两个通信系统,比较可以在两个或者多个在某一时间在物理环境中存在的通信系统间进行。现有的技术,诸如来自Wireless Valley Communications公司的SitePlanner,已经能够实现这样的计算,因此,并没有被本发明包括。本发明的新颖性之一在于比较定做的通信系统的变化,以直接比较的形式观察变化。

没有现有技术能够在3-D环境模型上,显示在测量和预测数据间的比较。使用本发明,收集的测量数据可以作为一个性能数据组使用,用于进行比较。正像在未决的申请09/221,985,名称为“System forCreating Model and Measurement Database of a Wireless CommunicationNetwork”中所描述的那样,可以从连接到运行SitePlanner的计算机的各种无线接收机上收集测量数据。

现在参考附图11,示出一个用于将测量数据与预测数据进行比较的流程图。其中,有环境模型200可用于进行预测的RF硬件设备系统210被放置到环境模型中。使用选择的预测模型可以获得一组预测数据220.在功能框230,设计的通信系统建立在实际物理环境之上,在240,使用连接的无线接收器,收集测量数据。在功能框250,使用可用的测量数据,在预测性能数据组和测量数据组之间进行比较。在方框260,正像前面讨论的那样,显示和/或存储比较数据。

图12示出一个多个测量数据组彼此之间进行比较的流程图。有一环境模型300可用于进行测量的RF硬件设备系统310被放置到环境模型中。在功能框320,设计的通信系统建立在实际物理环境之中,在330,使用连接的无线接收器,收集测量数据。在方框340和350,整个设计,扩建,和测量收集过程可以重复多次,测量数据组可以被重复比较,存储和显示。

现在参考图13,在每个监测点的预测性能度量的显示可以采取有明暗着色的圆柱标记的形式被3-D环境模型重叠。这样形式的显示,圆柱图解结构的高度和颜色与在3-D环境模型中的位置上的预测性能度量相对应。设计者可以完全控制圆柱图解结构所采用的颜色范围和高度范围。这种显示形式使得设计者可以通过提供更多的预测结果生动的显示,快速存取通信系统性能。在图13,随着设计者移动鼠标或者其他计算机指示设备指针,天线组件601可以在3-D环境模型中被重新定位和/或重新定向。实时的,给出天线组件新的位置和/或方向的新的预测性能度量在每个作为三维有明暗着色的圆柱体的检测点602被表现。本领域技术人员可以理解,怎样的监测点图解实体可以简单地假定三维圆锥体,角锥体,立方体,或者其他有类似结果的三维图解实体的形式。

现在参考图14,在每个监测点的测量性能度量的显示可以采取有明暗着色的圆柱标记的形式3-D环境模型以重叠。与图13类似,圆柱图解实体的高度和颜色与在3-D环境模型中的位置上的测量性能度量相对应。设计者可以完全控制圆柱图解结构所采用的颜色范围和高度范围。这种显示形式使得设计者可以通过提供更多的测量结果生动的显示,快速存取通信系统性能。例如,在本发明中,在测量操作和/或预测操作之间的区别可以在3-D环境中被容易地观察到,即使一些或者所有的待比较的个别数据点不是同处一点或者被插入接近同处一点。通过有3-D观察,其中,高度,宽度,颜色,形状,厚度可以在数据集间容易地被辨别,用户可以快速和在视觉上比较结果。此外,形成监测点网格的3-D检测点或者监测点集合的垂线显示性质,表现出在显示的物理环境上的上升。本领域技术人员可以明白,怎样的监测点图解实体可以简单地假定三维圆锥体,角锥体,立方体,或者其他有类似结果的三维图解实体的形式。

虽然本发明根据一个实施例进行了描述,熟知本领域的技术人员可以认出,在随后的权利要求的精神和范围之内的修改的发明可以实施。例如,本发明并不局限于只是针对无线通信系统,也可以被应用到当前任何类型的在任何模拟三维环境上的电磁特性上。例如,本发明可以在其他相邻的微型机和纳米机或者微型机电系统(MEMS)下一代领域中找到应用。这些机器是极其小的,然而高级的尖端功能单元允许它们在诸如人的身体里,波导设备中,喷气发动机中的硬接入位置,完成复杂的任务。有必要与这些机器进行无线通信,并且诸如以RF脉冲,红外线(IR),或责其他电磁介质的形式向这些机器无线提供能量。因此,本发明促进了这个或者其他无线电磁系统的模型化和显示。

Claims (19)

1.一种用于设计、配置优化、或者维护通信网络或者若干通信网络的方法,包括以下各步骤:提供(A)一个代表一安装或者即将安装通信网络的物理环境的计算机化的模型,所述计算机化的模型提供至少部分所述物理环境的显示,(B)被用在所述物理环境中的多个系统组件的性能属性,以及(C)、(D)和(E)中的一个或者多个:(C)一个或者多个预测模型,使用计算机化的模型和所述多个系统组件的特定组件的性能属性,预测所述通信网络性能特征,(D)在一个或者多个测量操作期间,在来自所述物理环境的一个或者多个位置上进行实际性能测量,以及(E)与所述通信网络安装,购置,和维护联系在一起的成本数据;从多个用在所述通信网络中的系统组件中选择特定组件;显示步骤,使用所述计算机化的模型,显示所述物理环境的计算机表示,所述计算机表示示出在所述物理环境中所述选择特定组件的步骤中选中的特定组件的位置,以及在所述物理环境中一个或者多个位置的性能信息,所述性能信息可以是以下相应的一个或者多个:a)以一个或者多个标记的形式表示所述一个或者多个位置;b)示出实际性能测量值与预测性能值之间的比较;c)示出在两个或者多个测量操作期间取得的实际性能测量的比较;d)示出用至少两个不同的模拟进行的至少两个不同预测的比较。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述的计算机表示在所述显示步骤以三维呈现。
3.如权利要求1或2的任何一个所述的方法,其中,所述的一个或者多个标记在所述显示步骤以三维呈现。
4.如权利要求1或2所述的方法,其中,在所述显示步骤中在(b)、(c)或者(d)规定的比较,在所述显示步骤中,以一个或者多个标记在计算机显示器上被显示。
5.如权利要求4所述的方法,其中,示出所述比较的所述一个或者多个标记在所述物理环境的所述计算机表示上的所述一个或者多个位置上呈现。
6.如权利要求4所述的方法,其中,示出所述比较的所述一个或者多个标记有一个或者多个监测点的功能性。
7.如权利要求4所述的方法,其中,示出所述比较的所述一个或者多个标记有监测点网格的功能性。
8.如权利要求1或2所述的方法,其中,所述比较示出对通信网络的性能的作用,这归因于使用任何相同或者不同的:频率、光谱带、操作模式、物理环境、通信网络设计、网络组件、数据传输率、包大小、调制技术、功率电平、伪噪声码序列、伪噪声芯片定时、光频带、网络协议、带宽、多路访问技术、天线分布系统、天线系统、布线结构、敷缆方法、或者系统分布方法、系统组件物理连接、源或者误差编码方法、通信负载条件、用户密度、传播样式、或者网络配置。
9.如权利要求1、2或5所述的方法,其中,所述一个或者多个标记从包括高度、半径、亮度、颜色、色调、饱和度、线条类型和宽度、透明度、表面纹理的组中选择的属性,其中一个或者多个所述属性根据性能数据变化。
10.如权利要求9所述的方法,其中,所述一个或者多个标记以图解圆柱体的形式描述。
11.如权利要求1、2、5或10所述的方法,其中,所述多个系统组件是从包括基站、收发器、电缆线路、连接器、分离器、放大器、天线、发射器、射频分布线路、基站控制器、切换器、光-射频耦合器、无线接入点、变换器、变流器、无线或者红外线或者有线基础设施、光或者射频或者基带网络组件、防火墙、测量设备、衰减器、转发器、耦合器、接线箱、接合器、路由器、集线器、换能器的组中选择。
12.如权利要求1、2、5或10所述的方法,其中,所述性能信息是从包括信号-干扰比、信噪比、无线信号强度、载噪比、噪声、干扰、均方根时延扩展、失真、重叠区域、容许服务区域、比特或者帧出错率、网络吞吐量、等待时间、包出错率、业务质量、业务容许质量区域、已执行的话务、无线频率性能值、芯片能量-干扰比、载波-干扰比、衰减、无线电波传播影响的组中选择。
13.如权利要求1、2、5或10所述的方法,其中,所述显示步骤以绝对或相对值或者绝对或相对区别值显示。
14.如权利要求1、2、5或10所述的方法,进一步包括从人工数据输入或一个或者多个测量设备组获得的测量中获得所述实际性能测量的步骤,所述测量设备组包括:一个或者多个移动接收器;一个或者多个固定接收器;一个或者多个远程测量设备;一个或者多个自动测量设备;一个或者多个手持测量设备;一个或者多个传感器;一个或者多个传感器网络;一个或者多个嵌入式接收器,用于无线基带,射频,或者光网络的测量设备;用于有线基带,射频,或者光网络的测量设备。
15.如权利要求14所述的方法,其中,所述实际性能测量是从多个所述测量设备组中的一个或多个接收器或其组合并行或者串行地获得的。
16.如权利要求1、2、5、10或15所述的方法,其中,所述显示步骤可以在客户机或者服务器上完成。
17.如权利要求1、2、5、10或15所述的方法,其中,所述显示步骤允许从任何角度、方向、距离或者观点进行观察。
18.如权利要求1、2、5、10或15所述的方法,其中,所述测量值,预测性能值,测量值间的区别,预测性能值之间的区别,或者测量值与预测性能值之间的区别都可以局部地平均。
19.如权利要求1、2、5、10或15所述的方法,其中,所述测量值,预测性能值,测量值间的区别,预测性能值之间的区别,或者测量值与预测性能值之间的区别作为重叠在所述计算机化模型上的形式显示,所述模型至少模拟了物理环境和与网络组件相关联的一部分。
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