專利名稱：確定無線電波通路衰減的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及確定無線系統中無線電波通路衰減的一種方法，該方法使用描述基站環境的至少兩維的矢量地圖，以確定該系統基站的覆蓋區域，并且確定該環境中不同點的發射機發射強度。
本發明還涉及確定無線系統中無線電波通路衰減的一種裝置，該無線系統包括至少一個基站，并且該裝置包括維護描述所需基站環境的至少兩維的矢量地圖的裝置，以及確定該環境中不同點的發射機發射強度的裝置。
在構造無線系統時，應以盡可能低的耗費得到所需的覆蓋面積。在考慮系統基站的位置時，則需要同時考慮所需的業務量和得到的覆蓋面積。基站最好能放置在一個比較理想的位置，從而能得到較大的覆蓋面積，并有利于無線電波的傳播。為此，在無線網絡規劃中有許多方法和輔助工具。在無線網絡規劃中，通常使用矢量地圖作為輔助工具，該矢量地圖反映了所需區域的地形和建筑物信息。利用矢量地圖，借助計算機，可以計算出基站放置于不同位置時與網絡操作相關的覆蓋區域和參數。
本發明可以應用于蜂窩無線網絡，尤其適用于存在許多建筑物，通過微小區實現無線網絡的環境。微小區是指規模較蜂窩無線系統普通小區小得多的小區。微小區一般用于需要大量業務量的城市中心。
如果在微小區環境中計算無線電波的通路衰減，通常將傳播機制劃分成衍射，反射，散射和直接電波。如果在無線網絡規劃中使用這種確定的傳播模型，則問題在于計算所需的時間長度。
例如，因為即使在簡單的建筑物地圖中也存在著角落間的許多不同連接組合，所以多次衍射的計算非常慢。在傳播模型計算中通常使用兩次衍射方法，該方法檢查發射機的可見角落。在每個角落檢測該角落視距范圍內的計算點。在該點計算該角落的衍射場(field)。進一步檢測哪一些角落位于該角落的視距范圍內，并檢查在該角落視距范圍內的這些角落和計算點。這種方法非常慢，因為在每一點必須計算該點對衍射角落是否可見。如果存在許多計算點，通常是在格構地圖中(106-107)，則檢驗每一點對每一衍射角落的可見性將是非常費時的操作。
在計算反射時也會出現相應的情況。使用所謂的光線追蹤方法計算多次反射。可以以兩種方式實現光線追蹤通過多次鏡像或通過光線發射方法。
通過鏡像確定多次反射路徑的問題在于，不同墻壁組合和鏡像的數量通常非常大，所需的計算非常費時和緩慢。類似地，光線發射方法所需的計算量也很大，并且該方法并不精確。
本發明的目的在于實現一種方法和裝置，通過它們可以消除現有技術方法的缺陷。本發明的目的是實現一種計算基站覆蓋面積的方法，其所需計算量較現有技術方法少得多。本發明的目的是提供一種快速并且有利地計算基站覆蓋面積的方法。
這將通過前文中提到的方法實現，該方法的特征在于，從矢量地圖所描述的計算區域中計算出這樣一個多邊形區域無線電波既可以直接傳播也可以通過衍射和反射傳播到該區域，并且估計在計算出的多邊形區域中待檢發射機在每一地點的發射機發射強度。
本發明的裝置的特征在于，該裝置還包括這樣一個裝置，該裝置從矢量地圖所描述的計算區域中計算出這樣一個多邊形區域無線電波既可以直接傳播也可以通過衍射和反射傳播到該區域，以及估計在所確定的多邊形區域中待檢發射機在每一地點的發射機發射強度的裝置。
本發明的方法有許多優點。通過將矢量地圖區域限制在無線電波能夠傳播到的區域，從而減少了已知方法所需的大量計算。該方法使計算速度成倍提高。對無線網絡規劃而言，需要在矢量地圖上計算接收功率，所以計算速度的提高非常重要，前述矢量地圖可以很容易地傳送給，例如計算機顯示器。在網絡規劃中，基于計算出的結果選擇基站的確切位置和系統屬性。網絡規劃通常是一種遞歸處理，多次改變基站的位置以得到所需結果。通過精確而快速的計算，可以降低網絡規劃的耗費，而增加規劃的效率。
下面將通過附圖更詳細地解釋本發明，在附圖中
圖1示出了可以應用本發明的方法進行規劃的無線系統的一個例子；圖2說明了一個城鎮區域的矢量地圖的示例性部分；圖3a和3b說明了計算衍射的一個例子；圖4說明了通過鏡像原理計算反射的一個例子；圖5說明了計算反射多邊形的本發明方法的一個例子；以及圖6在框圖層次上說明了本發明的裝置結構。
因此，本發明的方法最好能應用到無線網絡規劃。該方法尤其適用于規劃在城鎮環境中以微小區實現的無線系統。通過圖1中相關部分的例子描述了一個典刑的無線系統的結構。該系統包括一組基站100，116和一組通常的移動用戶終端設備102到106，這些終端與一些基站100，106之間具有雙向連接108到112。基站100，114發射終端設備102到106的連接給基站控制器114，后者將它們前轉到系統的其它部分和固定網絡。基站控制器114控制一個或多個基站100，116的操作。在網絡規劃中，基站100，116最好放置在理想的位置，從而使每一基站的覆蓋區域達到最大，同時還能得到所需的業務量。
城鎮環境中以微小區技術實現的蜂窩無線系統的概要結構如圖1所示，但是一些特殊的建筑環境將對基站的位置和無線電波傳播施加特定限制。直接信號的傳播概率將受到限制，無線電波傳播中衍射和反射效果非常重要。
在網絡規劃中使用反映所需區域的地形和建筑物信息的矢量地圖作為輔助工具。利用矢量地圖，借助計算機，可以計算出基站放置于不同位置時與網絡操作相關的覆蓋區域和參數，基于這些計算可以選出基站的最佳位置。圖2通過例子說明了通過城鎮區域的部分矢量地圖。矢量地圖以所需精度描述了待檢區域的建筑物，或者指定以較大比例描述了每一建筑物或地圖上的每一塊。圖2的地圖包括7個建筑物200到212。
在網絡規劃中，存在著一種遞歸處理，在該處理中將基站放置在不同的位置，并確定每一位置基站的覆蓋區域。采用本發明的方法，通過將計算限制在無線電波真正能夠借助反射和衍射傳播到的區域，從而大幅度提高了覆蓋區域的計算速度。對待檢基站發射機的每一位置，根據矢量地圖所描述的計算區域限制一個多邊形區域，無線電波既可以直接傳播也可以通過衍射和反射傳播到該多邊形區域。僅確定計算得到的多邊形區域中該發射機的發射強度。
首先考察衍射的計算。在本發明的方法中，如果確定多邊形區域，則檢查該發射機可見的建筑物的所有角落，如果待檢角落的兩側對該發射機都可見，則將該角落視為包含在該多邊形中的角落，如果待檢角落僅有一邊對該發射機可見，則也將該角落之后的墻和該角落的交集考慮在該多邊形之內。圖3a示出了描述一個城鎮區域的矢量地圖。假定角落300可見于基站。在地圖中示出了角落300的衍射多邊形。如果角落300對該發射機可見，則對該圖中示出的多邊形中的點計算來自該角落300的衍射。角落300的直接環境在圖3b中以放大形式示出。待確定的多邊形由角落300的可見角落302到348，以及它們之后的交集(intersection)組成。這些交集在圖中以小圓圈示出。
因此，使用角落300可見的角落點作為計算多邊形的輸入信息。通過依次檢查角落302到348可以確定該多邊形。如果某個角落的兩側對該角落都可見，則該角落被包含在該多邊形中。在該圖中，例如角落314是這種角落。如果某個角落僅有一側可見，則將該角落后面的墻和該角落的交集考慮在該多邊形之內。在該圖中這類角落是角落308，其中包括一個交集350。一般而言，在實際情況下多邊形由大約20到150個角落點組成。多邊形的這些點存儲在存儲器中。如果計算某個特定角落的衍射，則從存儲器中取出該多邊形，檢驗哪些點位于該多邊形內，并僅對這些點計算衍射。如果使用這種方法，則不需要檢驗該角落對計算點是否可見，因為已知該多邊形中的所有點都對該角落可見。
搜索位于多邊形中的點相當簡單，為此已開發出本領域技術人員所熟知的快速算法。
接著考察反射的計算。在本發明的方法中，如果確定一個多邊形區域，則需要對每一發射機可見得墻壁表面計算該發射機的位置鏡像，將由待檢墻壁表面根據鏡像位置限定的扇區作為包含在該多邊形中的區域。對待檢墻壁表面根據該鏡像位置點限定的扇區可見的墻壁表面，遞歸重復該過程所需次數。
圖4說明了鏡像原理的多次反射的計算。該圖示出了三個建筑物400到404，一個發射機P和一個接收機R。通過假定的反射表面將源點P映射到像點。此后，檢查是否存在該路徑，即，光線是否可以沿這樣計算的路徑到達目的地。在該圖中通過反射表面得到反射點P’，P”和P”’，通過該點光線可以到達接收機。通過將接收機移動到不同點，可以檢測出何時不能找到路徑。
在反射計算中使用的另一種已知方法是光線發射方法。追蹤光線從發射機發出后的運動，如果它遇到了一堵墻，則計算反射光線，并追蹤后續反射點，依此類推。光線以指定角度差從發射機發出。一般使用的角度差位0.1°，在這種情況下每一點有3600條光線。在接收點計算可以從該點附近析取哪些光線。如果光線運動到該接收點附近3米范圍內，可以假定該光線將到達該接收點。所有經過不同路徑到達接收點的的光線進行都在考慮范圍內。此后開始下一個接收點的計算。
在本發明的方法中組合了上述兩種方法，因而得到了一種快速而精確的反射計算方法。在該方法中，計算發射機可見的墻壁部分的每一個開始點和結束點中形成扇區的光線。通過這些光線，利用發射機的鏡像進一步計算墻壁表面所反射的光線。然后形成一個新的扇區，其中發射機的像點是開始和結束點，以及反射的光線。該扇區也受限于從墻壁反射的電波所遇到的新的部分墻壁，這些部分是新的反射扇區的開始點。該扇區和限定該扇區的房屋墻壁形成了一個多邊形，即反射多邊形，可以計算其每一點經過現在已知墻壁的反射場。通過這種方式，可以僅計算一次已知墻壁的像點，就可以同時計算較大區域的反射場。即使區域較大，該方法也可以提高反射場的計算速度，尤其在需要計算較多次反射時。研究得到的這種方法對發射機的近端和遠端都絕對精確。
圖5說明了以上描述的本發明的方法。在該圖中，發射機位于點T。首先，利用發射機鏡像t’計算扇區500，后者形成了從建筑物200的墻壁表面W0反射的光線。然后利用鏡像t”計算從建筑物202的墻壁表面W2進一步反射的扇區502，該扇區由圖中的斜線示出。利用鏡像t”’計算從建筑物206的墻壁表面W3反射的扇區504，該扇區由圖中的垂直線示出。對所有墻壁表面進行相應的反射計算。在該例中，通過例子描述了三次反射。
可以計算反射多邊形每一點經過現在已知的墻壁的反射場。如同前面所描述的，搜索位于多邊形內的點相當簡單，為此已開發出本領域技術人員所熟知的快速算法。
在本發明的方法中，易于以例如下述方式組合上述衍射和反射計算方法首先計算反射，然后計算衍射，或者首先是衍射，然后反射。
下面通過圖6所示框圖考察實現本發明方法的裝置的結構。該裝置包括裝置600，用以維護描述所需基站環境的至少兩維矢量地圖。裝置600一般由存儲器電路實現。該裝置還包括處理器裝置602，用以確定該環境中不同點的基站發射機發射強度。本發明的裝置還包括計算裝置602，用以從矢量地圖所描述的計算區域中以上述方法確定一個多邊形區域，無線電波既可以直接傳播也可以通過衍射和反射傳播到該多邊形區域，以及估計所確定的多邊形區域中待檢發射機在每一位置的發射機發射強度。計算中的發射機的每一位置可以作為處理器裝置的輸入603。裝置602最好可以通過微處理器或類似的分離邏輯電路實現，在該情況下本發明的過程最好通過軟件實現。
如上所述，矢量地圖可以包括包含在基站環境中的建筑物的外部邊緣。在該情況下，實現本發明方法的裝置包括裝置602，用以計算這些建筑物每一角落300的衍射場，從而能夠對所述角落300可見的角落302到348進行計算，如果待檢角落的兩側對待計算的角落300都可見，則該角落被認為是包含在該多邊形中的角落，如果待檢角落僅有一側對待計算的角落300可見，則將待檢角落后面的墻壁和該角落的交集考慮在該多邊形之內。
通過一種優選實施例，實現本發明方法的裝置的處理器裝置602預先計算每一角落點的多邊形點。存儲器裝置604存儲這些點用以計算。在計算發射機不同位置點的覆蓋區域時，處理器裝置602從存儲器中讀取這些點。
盡管以上參照附圖的例子解釋了本發明，但顯然本發明并不局限于此，在后附權利要求書所公開的創新思想范圍內，可以通過許多方式修改本發明。
權利要求
1.確定無線系統中無線電波通路衰減的一種方法，該方法使用描述基站環境的至少一個兩維的矢量地圖，以確定該系統基站的覆蓋區域，并且確定該環境中不同點的發射機發射強度，該方法的特征在于，從矢量地圖所描述的計算區域中計算出這樣一個多邊形區域無線電波既可以直接傳播也可以通過衍射和反射傳播到該區域，以及估計計算出的多邊形區域中待檢發射機在每一地點的發射機發射強度。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，矢量地圖描述了包含在基站環境中的建筑物的外部邊緣，以及在確定多邊形區域時，檢查發射機可見的建筑物的角落，以及在計算每一角落(300)的衍射場時，檢查所述角落(300)可見的角落(302-348)，如果待檢角落的兩側對待計算的角落(300)都可見，則待檢角落被認為是包含在該多邊形中的角落，如果待檢角落僅有一側對待計算的角落可見，則將該角落后面的墻壁和該角落的交集考慮在該多邊形之內。
3.根據權利要求2的方法，其特征在于，預先確定不同角落點的多邊形點并存儲在存儲器中，在計算發射機不同位置點的覆蓋區域時，從存儲器中讀取這些點。
4.根據權利要求1的方法，其特征在于，矢量地圖描述了包含在基站環境中的建筑物的外部邊緣，以及在確定多邊形區域時，計算發射機位置相對于該發射機(T)可見的每一墻壁表面(W1)的鏡像(t’)，以及由待檢墻壁表面根據所述鏡像位置限定的扇區(500)被認為是包含在多邊形中的區域。
5.根據權利要求4的方法，其特征在于，對待檢墻壁表面根據所述鏡像(t’，t”)位置限定的扇區可見的墻壁表面(W2，W3)，遞歸重復該過程所需次數。
6.確定無線系統中無線電波通路衰減的一種裝置，該無線系統包括至少一個基站，并且該裝置包括裝置(600)，用以維護描述所需基站環境的至少一個兩維的矢量地圖，以及裝置(602)，用以確定該環境中不同點的發射機發射強度，其特征在于該裝置還包括裝置(602)，用以從矢量地圖所描述的計算區域中計算這樣一個多邊形區域，無線電波既可以直接傳播也可以通過衍射和反射傳播到該多邊形區域，以及裝置(602)，用以估計所確定的多邊形區域中待檢發射機在每一位置點處的發射機發射強度。
7. 根據權利要求6的裝置，其特征在于，該裝置包括裝置(602)，用以維護基站環境中包含的建筑物的外部邊緣的地圖，以及裝置(602)，用以計算這些建筑物每一角落(300)的衍射場，從而使所述角落(300)可見的角落(302到348)能夠進行計算，如果待檢角落的兩側對待計算的角落(300)都可見，則該待檢角落被認為是包含在該多邊形中的角落，如果待檢角落僅有一側對待計算的角落(300)可見，則將待檢角落后面的墻壁和該角落的交集考慮在該多邊形之內。
8.根據權利要求7的方法，其特征在于，該裝置包括裝置(602)，用以預先計算每一角落點的多邊形點，以及裝置(604)，用以存儲這些點以進行計算，以及裝置(602)，用以在計算發射機不同位置點處的覆蓋區域時，從存儲器(604)中讀取這些點。
全文摘要
本發明涉及確定無線系統中無線電波通路衰減的一種方法和一種裝置,該方法使用描述基站環境的至少一個兩維的矢量地圖,以確定該系統基站的覆蓋區域,并且確定該環境中不同點的發射機發射強度。為了最好能在確定待檢發射機在每一位置點的發射機發射強度時確定傳播衰減,將計算限制在多邊形區域(500,502,504),該多邊形區域根據矢量地圖所描述的計算區域確定,無線電波既可以直接傳播也可以通過衍射和反射傳播到該區域。
文檔編號H04W24/08GK1194757SQ97190596
公開日1998年9月30日 申請日期1997年5月20日 優先權日1997年5月20日
發明者卡里·黑斯卡, 阿托·坎噶斯 申請人:諾基亞電信公司