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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein drahtlose Kommunikationssysteme
und insbesondere ein Verfahren zur Planung eines drahtlosen Kommunikationssystems,
wobei eine Strahlenverfolgung verwendet wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
einem drahtlosen Kommunikationssystem, wie z.B. einem zellularen
Funksystem oder Personal Communications Services, sind Basisstationen so
angeordnet, dass Funksignale im gesamten Abdeckungsbereich verfügbar sind.
Um eine beinahe nahtlose Versorgung zu erzielen, werden viele Zellen benötigt. Das
Vorhersagen der Versorgung derartiger Zellen ist eine schwierige
Aufgabe, und es sind einige Werkzeuge entwickelt worden, welche
Geländedaten verwenden,
mit Gebäudestörinformationen,
wie zum Beispiel jene, welche von der US Geological Survey innerhalb
der Vereinigten Staaten verfügbar
sind. Diese Daten werden zusammen mit Modellen verwendet, welche
im Stand der Technik gut bekannt sind, wie zum Beispiel das Longley-Rice-Modell,
welches Basishöhe
und Teilnehmerhöhe
verwendet, zusammen mit einer Beschreibung des Geländes, um eine
Vorhersage des erwarteten Ausbreitungsverlustes für die zu
berücksichtigenden
Orte zu berechnen.
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Dieses
Verfahren arbeitet für
große
Zellen zufriedenstellend, deren Basisantenne deutlich oberhalb der
Gebäudestörung angeordnet
ist, so dass der Einfluss von besonderen Gebäuden/Strukturen oder Gruppen
von Gebäuden
minimal ist. Wenn die Antennen der Basisstation nahe eines Dachflächenniveaus oder
unterhalb von Gebäudedachflächen angeordnet sind,
dann beeinflusst die aktuelle Größe und Form der
Gebäude
die Signale, wenn sie sich in Straßen ausbreiten und um Ecken
gebeugt werden. Diese Zellen, allgemein Mikrozellen genannt, decken
typischerweise einen viel kleineren Bereich ab, besonders in dichten
Stadtbereichen. Werkzeuge zur Vorhersage der Mikrozellenversorgung
verwenden typischerweise Informationen über die Gebäudegrößen, -formen und manchmal Werkstoffarten,
um bei der Modellierung der Ausbreitungspfade in und um die Gebäude im Abdeckungsbereich
zu helfen.
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Ein
deterministischer Prozess, im Gegensatz zum obigen statistischen
Prozess, versucht im Wesentlichen die Funkwellenausbreitung mit
Strahlen zu modellieren, welche vom Sender zum Empfänger abstrahlen.
Dieser Ansatz kann effektiv und genau sein, wenn die Objekte in
der modellierten Umgebung in ihrer Abmessung viel größer sind
als die Wellenlänge
des ausgesendeten Signals. Die Ausbreitungsphäno mene, welche in einem Strahlenverfolgungsprozess
modelliert werden können,
weisen auf: Reflexion, Beugung, Transmission und Kombinationen daraus.
Innerhalb der Strahlenverfolgung gibt es zwei allgemein bekannte
Ansätze.
Der erste wird als das "Schuss-
und Reflexions"-Verfahren
bezeichnet, bei dem eine festgesetzte Zahl von Strahlen von der Quelle
(Sender) abgeschickt wird, dann in Vorwärtsrichtung verfolgt wird,
um den unterschiedlichen Ausbreitungspfaden zu folgen, wobei ein
Strahl endet, wenn er einen Detektionsbereich am Empfänger trifft. Ein
Hauptvorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass er für jede Art
von Oberfläche
verwendet werden kann. Ein Hauptnachteil liegt darin, dass die Strahlen
für jeden
Empfängerort
abgeschickt und in alle Richtungen wieder verfolgt werden müssen. Dies
könnte
für eine übliche Umgebung
Stunden oder sogar Tage an Berechnungszeit bedeuten.
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Das
zweite Verfahren basiert auf einer Bildtheorie, welche traditionell
auf mehr oder weniger plane Oberflächen in der Umgebung begrenzt
ist. Hier ist die Grundidee, dass die Bilder einer Quelle an einem
festgesetzten Ort in einer vorbestimmten Umgebung unabhängig von
dem Ort oder dem Punkt der Beobachtung (Empfänger) sind, solange in der
Umgebung im Wesentlichen plane Oberflächen vorhanden sind. Daher
kann man alle Bilder für
einen vorgegebenen Ort der Quelle und Umgebung aufbauen und für so viele
Empfängerorte
erneut verwenden, wie man benötigt.
Dies bedeutet eine Verbesserung im Hinblick auf eine Berechnungseffizienz,
aber man ist selbstverständlich
durch die planen Oberflächen in
der Umgebung begrenzt. Jedoch ist dies typisch für eine urbane mikrozellulare
Umgebung. Somit kann ein konventioneller Bildtheorieansatz vorzugsweise
für Mikrozellen
verwen det werden, bei denen zuerst ein Bildbaum bestimmt wird (zur
Vereinfachung der Verwendung hierarchisch organisiert), basierend
auf dem Ort der Quelle in der Umgebung und der Umgebung selbst.
Die Umgebung weist Spiegel (oder Reflexionsoberflächen) und
Ecken auf. Wird mit dem Quellenbild begonnen, hat jeder Spiegel oder
jede Ecke das Potenzial, ein "Kinder"-Bild des Quellenbildes
zu erzeugen. Jedes Kinderbild kann ferner Kinderbilder für jeden
Spiegel und jede Ecke erzeugen. Wenn der Bildbaum aufgebaut ist,
ist es für
einen gegebenen Empfängerort
erforderlich, dass durch einen Zurückverfolgungsprozess vom Empfänger zum
Sender für
jedes Bild auf dem Baum überprüft wird,
ob es zur Gesamt-Empfangsleistung beiträgt.
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Jedoch
liegt ein Hauptproblem bei der Bildverfolgung in der Größe auf dem
Bildbaum für
eine realistische Umgebung, was zu sehr großen Anforderungen im Hinblick
auf Berechnung und Speicher führt.
Das folgende Beispiel verdeutlicht das Problem. In einer Umgebung,
welche durch N Spiegel definiert ist, gibt es auch (typischerweise)
ungefähr
N Ecken. Jeder der N Spiegel kann potenziell ein Reflexionsbild
erzeugen, und jede der N Ecken kann potenziell ein Beugungsbild
erzeugen. Ohne irgendeine Begrenzung im Wachstum auf dem Bildbaum
wird eine Quelle mit m Reflexionsstufen und n Beugungsstufen Bilder
in der Größenordnung
von (2N)nN(m–n) erzeugen,
wobei m > n angenommen
wird. Wenn zum Beispiel N = 100, m = 3, n = 1, dann weist ein konventioneller
Bildbaum etwa 2.000.000 Bilder auf. Wenn jedes Bildobjekt einen
Speicherplatz von 100 Byte erfordert (das heißt, um seine eigenen Attribute und
Pointer zu seinem Vorgängerbild
und Nachfolgerbildern zu halten), beträgt der Gesamtspeicherplatz,
welcher erforderlich ist, um den obi gen Bildbaum mit ziemlich bescheidenen
Annahmen zu halten, 200 Megabyte! Bei gegebener Anzahl von involvierten
Bildern ist es typisch für
den Prozess, bei dem Sender/Empfänger-Platzierungen bestimmt
werden, dass er Tage oder sogar Wochen dauert, in Abhängigkeit
von der Anzahl der Gebäude
oder anderer Strukturen, der Größe des Abdeckungsbereiches und
der Auflösung
des berechneten Netzes vorhergesagter Punkte.
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In
dem Artikel "Ray
tracing as a design tool for radio networks" von J.W. McKown et al., IEEE Network,
Bd. 5, Nr. 6, 1. November 1991, Seiten 27 bis 30, wird ein Verfahren
zur Strahlenverfolgung offenbart, um Details der Multipfad-Ausbreitung
in einer bekannten Umgebung mit Gebäuden und Strukturen zu erzielen,
basierend auf der obigen Bildtheorie. Um die Prozesszeit für die Strahlenverfolgung
zu reduzieren, wird in dem Artikel vorgeschlagen, den Bildbaum zu
beschneiden, indem Strahlen ignoriert werden, welche schwächer als
ein bestimmter Schwellenwert sind, ohne jedoch zugehörige Details dazu
zu offenbaren, wie dies bei dem Strahlenverfolgungsprozess erzielt
wird.
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Somit
besteht weiterhin ein Bedarf für
ein verbessertes Verfahren der Strahlungsverfolgung, welches diese
und andere Probleme kompensiert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische
Darstellung, welche illustriert, wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ein Reflexionsbild für eine Reflexionsoberfläche des "Spiegels" erzeugt wird und
wie ein Beugungsbild für
eine Beugungsoberfläche
oder "Ecke" erzeugt wird;
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2 zeigt ein Diagramm, welches
eine hierarchische Ansicht eines Bildbaumes für eine gegebene Umgebung und
Quelle illustriert;
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3 zeigt ein Diagramm, welches
ein "Zurückverfolgen" eines Bildes auf
dem Bildbaum vom Empfänger
zum Sender illustriert;
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4 zeigt ein Diagramm, welches
den Einsatz eines Geltungsbereiches für sowohl ein Reflexionsbild
als auch ein Beugungsbild gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung illustriert;
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5 zeigt ein Flussdiagramm,
welches ein Verfahren zur Bestimmung eines Bildbaumes gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung illustriert;
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6 zeigt ein Flussdiagramm,
welches ein Verfahren zur Empfangs-Leistungsschätzung gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung illustriert.
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7 zeigt ein Diagramm, welches
ein Grundriss von Empfangs-Signalleistungen für einen Abdeckungsbereich gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung illustriert.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Diese
und andere Probleme werden durch das erfindungsgemäße Verfahren
zur Systemplanung gelöst.
Dieses Verfahren, welches unten weiter beschrieben ist, ist besonders
vorteilhaft, weil die meisten konventionellen Strahlenverfolgungsprozesse
Bildbäume
verwenden, welche eine große
Zahl nicht angeregter Bilder aufweisen. Wenn man bestimmen kann,
ob ein Bild angeregt ist oder nicht, bevor das Bild erzeugt wird,
kann man Bilder nur für
die angeregten Abschnitte erzeugen und speichern. Es wird nicht
nur Spei cherplatz gespart; es gibt auch eine Verringerung in der
Suchzeit, welche bei der nachfolgenden Verarbeitung und Platzierungsbestimmung
verbraucht wird. Sogar mit einem solchen "Beschneiden" auf dem Bildbaum gibt es jedoch für eine realistische
urbane Umgebung eine ziemlich große Zahl von Bildern auf dem
Bildbaum (zum Beispiel 50000). Um das empfangene Signal für einen gegebenen
Empfangsort zu bestimmen, wird daher vorzugsweise für jedes
Bild auf dem Bildbaum ein verbesserter Zurückverfolgungsprozess durchgeführt. Indem
dieser Prozess für
andere Empfangsorte durchgeführt
wird, kann eine Schätzung
der Abdeckungsqualität
für den
gegebenen Sender erzielt werden, von dem eine optimale Transceiver-Platzierung
bestimmt werden kann. All dies kann mit beträchtlichen Einsparungen im Speicherplatz
und Verarbeitungszeit im Vergleich zu Verfahren nach dem Stand der
Technik aufgrund der Verbesserung der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zum Bestimmen von Signalausbreitungscharakteristiken
für die
bekannte Umgebung (z. B. Mikrozelle oder innerhalb eines Gebäudes) beginnt
mit der Minimierung der Größe (z. B.
Beschneiden) auf dem Bildbaum, indem ein Geltungsbereich für jedes
Bild auf dem Bildbaum definiert wird. Ein "Geltungsbereich" ist als ein Winkel definiert, innerhalb
dessen die meiste abgestrahlte Energie von dem Bild begrenzt ist.
Selbstverständlich hat
das Quellenbild einen vorbestimmten Geltungsbereichswinkel – typischerweise
360 Grad, er könnte jedoch
kleiner gesetzt werden, wenn er gerichtet ist (um zum Beispiel nicht
zu einer unmittelbar benachbarten Wand zu senden, oder für sektorierte
Antennen). Der Geltungsbereichswinkel eines Reflexionsbildes ist
jedoch gewöhnlicherweise
viel weniger als 180 Grad. Typischerweise ist der Geltungsbereichswinkel
eines Beugungsbildes gewöhnlich
weniger als 45 Grad. Wenn der Bildbaum für eine gegebene Umgebung und
einen Quellenort aufgebaut ist, wird ein Geltungsbereichsattribut
jedesmal aufgebaut, wenn ein neues Bild geschaffen wird. Neue Bilder
werden nur für
solche Spiegel und Ecken geschaffen, welche innerhalb des Geltungsbereiches
eines Bildes sind. Indem der Geltungsbereichswinkel definiert und
nur der angeregte Abschnitt auf dem Bildbaum ausgeschnitten wird,
wird die Größe des resultierenden Bildbaumes
deutlich reduziert. Dies wiederum spart den Speicherplatz, welcher
zum Speichern der Bilder erforderlich ist, und erhöht die Geschwindigkeit
der Berechnung für
die empfangene Leistung und andere Daten.
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Nachfolgend
wird die inhärente
Information in der Hierarchie auf dem Bildbaum vorzugsweise verwendet,
um den Bildbaum teilweise zu verfolgen, basierend auf einem Empfangssignalpegel
(oder ähnlicher
Ausbreitungs/Qualitätsmessung,
einschließlich
Signalleistungsverlust). Für
jedes Bild auf dem Bildbaum gilt, dass sein Reflexions-Kinderbild weniger
Leistung im Vergleich zum Elternbild aufgrund der Extrareflexion
beiträgt.
Für realistische Umgebungen
kann die Differenz 14 dB oder mehr sein. Andererseits trägt ein Beugungskinderbild
typischerweise mindestens 6 dB weniger Leistung als das Elternbild
bei, und üblicherweise
deutlich weniger. Indem daher eine absolute und eine relative Signalpegelschwelle
gesetzt wird, kann der Empfangssignalpegel des momentanen Bildes
mit der Schwelle und der momentanen Gesamtempfangsleistung verglichen
werden, und es können
Entscheidungen getroffen werden, ob die Kinderbilder des momentanen Bildes überprüft werden
oder nicht. Somit wird eine Teilprüfung auf dem Bildbaum für die Berechnung des
summierten Signalpegels bei einem gegebenen Ort geschaffen. Dies
verringert die Zeit, welche erforderlich ist, um die Signalleistung
für jeden
möglichen Empfängerort
zu berechnen.
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Wird
anfangs auf 1 Bezug
genommen, so ist dort allgemein eine Bilderzeugung illustriert, wobei
gezeigt ist, wie ein Reflexionsbild 103 auf einem Spiegel 110 erzeugt
wird und wie ein Beugungsbild 113 auf einer Ecke 120 erzeugt
wird. Eine Quelle (s) 101 kann ein Reflexionsbild (i) 102 hinter
dem Spiegel 110 schaffen, welcher den Pfad des Reflexionsstrahls
von der Quelle zum Empfänger 103 definiert,
wenn ein Empfängerort
definiert ist. Es ist zu beachten, dass der Ort des Bildes 102 unabhängig vom
Ort des Empfängers 103 ist.
Eine Quelle (s) 111 kann auch ein Beugungsbild (i) 112 an
einem Beugungseck 120 schaffen, welches einen Beugungspfad
vom Sender zum Empfänger 113 definiert,
wenn der Ort des Empfängers
definiert ist. Der Ort des Beugungsbildes 112 ist wieder
unabhängig
vom Ort des Empfängers 113.
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In 2 ist allgemein die Hierarchie
eines Bildbaumes (allgemein mit 200 bezeichnet) dargestellt.
Für eine
gegebene Umgebung und einen gegebenen Quellenort kann die Quelle 201 für jeden
Spiegel in der Umgebung ein Reflexionskinderbild und für jede Ecke
in der Umgebung ein Beugungsbild erzeugen. Diese werden als Erstgenerationsbilder 210 (oder
Bilder erster Ordnung) bezeichnet. Jedes Erstgenerationsbild kann
wiederum wie das Quellenbild wirken und erzeugt für jeden
Spiegel in der Umgebung ein Reflexionskinderbild und erzeugt für jede Ecke
in der Umgebung ein Beugungsbild. Diese werden als Zweitgenerationsbilder 220 oder
Bilder zweiter Ordnung bezeichnet. Dieser Prozess kann für Bilder
zweiter Ordnung oder höherer
Ordnung wiederholt werden und beendet werden, nachdem eine vorbestimmte
Zahl von Reflexionen und Beugungen erreicht ist. Die bei diesem
Prozess erzeugten Bilder werden dann miteinander verbunden, um einen
hierarchischen Bildbaum 200 zu bilden.
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Wenn
der gegebene Sender TX der Kopf auf dem Bildbaum ist, das heißt die Quelle 201,
und A ein Bild irgendwo in dem Baum ist, entweder Reflexionsbild
oder Beugungsbild, und wenn B ein Reflexionskinderbild von Bild
A ist, dann ist der Leistungsbeitrag von Bild B um einen Betrag
verringert, welcher gleich dem Verlust aufgrund der Reflexion plus
dem zusätzlichen
Freiraumverlust unterhalb jenem des Bildes A ist. Für reale
Umgebungen ist dies mindestens 14 dB plus die Differenz im Freiraumverlust
(basierend auf der Pfadsegmentlänge
von einer Reflexions/Beugungsoberfläche korrespondierend zu Bild
A und einem Reflexionspunkt auf der Oberfläche korrespondierend zu Bild
B bestimmt, z. B. der Abstand zwischen r1 312 und r2 322 in 3). Auf gleiche Weise gilt,
dass, wenn C ein Beugungsbild von A ist, der Leistungsbeitrag des
Bildes C dann einen Verlust von mindestens 6 dB (gewöhnlich viel
mehr als 6 dB) plus der Differenz im Freiraumverlust unterhalb jenem
des Bildes A aufweist. Wenn der Leistungsbeitrag des Bildes A schon
unterhalb eines gegebenen Schwellenwertes ist, dann gibt es keine
Notwendigkeit, B und C und ihre Geschwisterbilder und Nachfolgebilder
zu überprüfen, so
dass der Bildbaum weiter beschnitten werden kann.
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In 3 ist eine "Zurückverfolgung" eines Bildes dargestellt,
das heißt,
das Verfolgen eines Bildbaumes in Rückwärtsrichtung vom Empfänger 331
zum Sender 301. wenn der Empfängerort bekannt ist, kann jedes
der Bilder auf dem Bildbaum überprüft werden,
ob es auf einem Ausbreitungspfad zwischen dem Sender 301 und
dem Empfänger 331 liegt.
Dies wird durch Zurückverfolgung
durchgeführt. Wenn
vom Empfänger
(RX) 331 begonnen wird, wird zuerst eine Ausbreitungslinie
zwischen dem Zweitgenerationsbild (aa) 321 und RX 331 gezogen,
von welcher ein Reflexionspunkt (r2) 322 auf der Oberfläche (Spiegel 320)
ermittelt wird. Wenn r2 322 nicht auf dem Spiegel 320 ist
oder der Sichtlinien (LOS)-Pfad zwischen RX 331 und r2 322 blockiert
ist, dann bildet dieses Bild nicht einen möglichen Ausbreitungspfad. Anderenfalls
wird eine Linie oder ein Strahl zwischen r2 322 und (a)
gezogen, welches das Elternbild 311 des Bildes aa 321 ist.
Dann wird ein anderer Reflexionspunkt (r1) 312 auf der
Oberfläche 310 ermittelt. Wenn
(r1) 312 nicht auf dem Spiegel 310 ist oder der LOS-Pfad
zwischen (r2) 322 und (r1) 312 blockiert ist,
dann bildet wieder dieses Bild 311 keinen zulässigen Ausbreitungspfad.
Wenn der LOS-Abstand zwischen (r1) 312 und der Quelle (s) 301 (welches
das Elternbild des Bildes a 311 ist) existiert, dann gibt
es einen Ausbreitungspfad von der Quelle 301 zum Empfänger RX 331 durch
zwei Reflexionspunkte 312, 322.
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4 verdeutlicht allgemein,
wie ein Geltungsbereich verwendet werden kann, einen Bildbaum in
einer urbanen Schlucht 400 aufzubauen. Der Geltungsbereich
ist ein Winkel, welcher die angeregte Region des Geltungsbereiches
definiert, basierend auf möglichen
Ausbreitungen von dem Bild. In dem Fall, wo das Gebäude 410 eine
Oberfläche 415 (welche
in diesem Fall als ein Spiegel dient) aufweist, ist das Bild i1 411 das Bild für irgendwelche Reflexionen fort
von der Oberfläche 415 vom
Sendequellenort 401. Wenn jedoch das Bild i1 411 nur
als ein Bild für solche
Strahlen dient, welche sich innerhalb der Region, welche durch den
Geltungsbereich 412 definiert ist, von der Oberfläche 415 ausbreiten,
kann der Geltungsbereich 412 verwendet werden, so dass
die möglichen
Kinderbilder des Bildes i1 411 beträchtlich reduziert
werden (das heißt,
jene Bilder mit einem Reflexions- oder Beugungspunkt innerhalb der
von dem Geltungsbereich 412 definierten Region). In dem
Fall, wo das Gebäude 420 Oberflächenkanten 425 aufweist
(welche als eine Beugungsecke dienen), ist das Bild i2 421 das
Bild für
irgendwelche Beugungen fort von der Oberfläche 425 von der Quelle 401.
Das Bild i2 421 kann jedoch wieder
nur als ein Bild für
jene Strahlen dienen, welche sich von der Kante 425 innerhalb
der durch den Geltungsbereich 422 definierten Region ausbreiten,
und der Geltungsbereich 422 kann auf gleiche Weise verwendet werden,
um die möglichen
Kinderbilder des Bildes i2 421 (das
heißt,
jene Bilder mit einem Reflexions- oder Beugungspunkt innerhalb der
vom Geltungsbereich 422 definierten Region) beträchtlich
zu reduzieren. In beiden Fällen
sind die Geltungsbereichswinkel des Reflexionsbildes und des Beugungsbildes viel
kleiner als 360 Grad, welche für
den zweidimensionalen Fall konventionell erforderlich wären. Indem nur
Kinderbilder für
Oberflächen
(z. B. Spiegel und Ecken) geschaffen werden, welche innerhalb des Geltungsbereiches
des momentanen Bildes sind, wird das Wachstum auf dem Bildbaum innerhalb
des angeregten Abschnittes des potenziellen Bildbaumes begrenzt.
Für eine
realistische Umgebung, wie zum Beispiel urbane Mikrozellenanwendungen,
wird dies den Bildbaum auf eine handhabbare Größe wirksam "beschneiden".
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In 5 ist allgemein ein Verfahren 500 illustriert,
mit dem ein beschnittener Bildbaum aufgebaut werden kann. Wenn sie
nicht schon bestimmt worden sind, werden der Ort aller bedeutenden
Strukturen (Gebäude,
Türme,
Gelände
usw.) und irgendwelche gewünschten
strukturellen Charakteristiken (z. B. der Ort jeder der mehreren
Reflexionsoberflächen
(welche sämtliche
potenziellen Reflexionspunkte auf der Oberfläche definieren) und mehreren
Beugungsoberflächen,
zusammen mit Signalenergieverlustcharakteristiken) bestimmt. Für einen
gegebenen Sendequellenort und eine bekannte Umgebung (das heißt, die
strukturellen Charakteristiken) wird die Quelle dann als das momentane
Bild gesetzt, und ihr vorbestimmter Geltungsbereich wird gesetzt
(typischerweise auf 360 Grad)) (Schritt 510). Für jeden "Spiegel", welcher in der
Umgebung ist (Schritt 520), wird dann eine Bestimmung durchgeführt, ob
der Spiegel teilweise oder vollständig in dem Geltungsbereich
(z. B. der nicht-behinderten LOS-Sicht) des momentanen Bildes ist
(Schritt 530). Wenn dies der Fall ist, wird für diesen
Spiegel und den berechneten Bereich ein Kinderbild (oder ein Reflexionsbild
erster Ordnung) bestimmt (Schritt 540) (mittels konventioneller
Trigonometrie). Anschließend
wird für
jede "Ecke" in der Umgebung
(550) eine Bestimmung durchgeführt, ob die Ecke in dem Geltungsbereich
des momentanen Bildes ist (Schritt 560). Wenn dies der
Fall ist, wird ein Kinderbild (oder Beugungsbild erster Ordnung)
für diese
Ecke und den berechneten Bereich bestimmt (Schritt 570).
Schließlich
wird der Prozess für
eine vorbestimmte Anzahl von Reflexionen und Beugungen für jeden
Zweig wiederholt. Wenn zum Beispiel zwei Reflexionsstufen und drei
Beugungsstufen erwünscht
sind, hätte
der Bildbaum in diesem Zweig eine Tiefe von fünf Stufen; jedoch würden alle
Drittstufen-Reflexionsbilder
(und deren Kinderbilder) sogar, wenn sie Bilder dritter Ordnung
sind, beschnitten. In urbanen Umgebungen geringer Dichte, wo es größeren Energieverlust
durch Reflexion/Beugung aufgrund von, neben anderen Faktoren, längeren Pfaden
gibt, ist die Bestimmung von zwei Reflexionsstufen und drei Beugungsstufen
im Allgemeinen hinreichend, um die aktuelle Ausbreitungsumgebung adäquat zu
modellieren. In dichteren Umgebungen kann eine zusätzliche
Stufe notwendig sein, oder es können
vielleicht sogar mehr Stufen notwendig sein. Der Durchschnittsfachmann
wird sich darüber
bewusst sein, wie er eine angemessene Stufe der Bilderzeugung wählt, basierend
auf der Umgebungsdichte, wie er auch Überlegungen anstellt, über zum Beispiel
den verfügbaren
Speicherplatz/die verfügbare
Verarbeitungskapazität
(welche mit jeder zusätzlich
hinzugefügten
Stufe dramatisch ansteigt).
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Schließlich illustriert 6 allgemein ein bevorzugtes
Verfahren (600) zum Zurückverfolgen
der Bilder auf dem Bildbaum und zum Bestimmen eines Empfangssignalqualitätsmaßes (z.
B. der Gesamt-Empfangsleistung, dem Ausbreitungsverlust usw.) für gegebene
Empfängerorte.
Zuerst wird der Prozess initialisiert, indem mit der Spitze auf
dem Bildbaum, dem Sender (610), begonnen wird. Ein Zurückverfolgungsprozess
(wie zum Beispiel in 3 illustriert)
wird durchgeführt,
um zu bestimmen, ob der erste Empfängerort in einer direkten Sichtlinie
mit dem Sender ist (620). Wenn dies der Fall ist, bildet der
Pfad vom Sender zum Empfänger
einen ersten Ausbreitungspfad, und die Signalqualitätsänderung (das
heißt
Leistungsverlust, Dämpfung
oder eine Änderung
in einem anderen Qualitätsmaß) entlang
des Pfades, in diesem Fall nur aufgrund des Freibereichpfadverlustes,
wird bestimmt (630). Wenn dies nicht der Fall ist, wird
das nächste
Bild, vorzugsweise in absteigender Ordnung vom Bildbaum, als ein
momentanes Bild gesetzt (640).
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Wird
dem Sender gefolgt, würde
somit der Beitrag des Kinderbildes A (von 2) bestimmt (620). Wenn Bild
A ein Beugungsbild ist, würde
dies als der Sender bestimmt, das heißt, ob eine direkte Sichtlinie
zwischen dem Bild (welches im Zusammenhang mit der Beugungsoberfläche angeordnet ist)
und dem Empfänger
existiert. Wenn Bild A ein Reflexionsbild ist, wird in Schritt 620 bestimmt,
ob die Linie, welche von Bild A und dem Empfänger definiert ist, ohne Hindernis
ist zwischen der Reflexionsoberfläche des Bildes A und dem Empfänger (der
Schnittpunkt dieser Linie und die Reflexionsoberfläche definiert
den Reflexionspunkt) und ob die Linie vom Reflexionspunkt zum Sender
ohne Hindernis ist – in
anderen Worten, ob ein Ausbreitungspfad existiert, welcher das Bild
A verwendet. Wenn es einen Ausbreitungspfad gibt, wird eine Leistungsverlustschätzung durchgeführt, indem
jeder Beitrag bestimmt wird – das
heißt,
der Freibereichsverlust entlang der beiden Pfadsegmentlängen und
ein Reflexionsoberflächenverlust.
Der Reflexionsoberflächenverlust
kann für einfachere
Berechnungen als ein gesetzter Wert für alle Reflexionsoberflächen (z.
B.
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Dezibel) definiert werden; alternativ, wenn bekannt, können die
Reflexionscharakteristiken der Werkstoffe/Strukturen jeder Reflexionsoberfläche verwendet
werden, sogar einschließlich
eines Winkelfaktors für
gewisse raue/unregelmäßige Oberflächen, so
dass eine präzisere
Leistungsverlustschätzung
erzielt werden kann. Auf ähnliche
Weise können
Beugungscharakteristiken, zusammen mit dem Beugungswinkel, bei der
Berechnung des Leistungsverlustes um die Beugungsoberflächen herum
verwendet werden.
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Im
folgenden Schritt 630 wird ein Vergleich zwischen dem Leistungsbeitrag
(z. B. Anfangssendeleistung mal Leistungsverlust) des momentanen
Ausbreitungspfades und eines vorbestimmten Schwellenwertes angestellt.
Der Schwellenwert wird vorzugsweise niedrig genug gesetzt (z. B.
ein 120 dB Abfall von der Sendeleistung), um Minimalbeiträge auszuschließen. Wenn
der Leistungsbeitrag von zum Beispiel Bild B in 2 weniger als der Schwellenwert wäre, würde keine
Beitragsbestimmung seines Kinderbildes (z. B. Bild D) gemacht, weil
diese notwendigerweise ebenfalls minimal wäre. In diesem Fall würde das
nächste
Geschwisterbild oder das Bild gleicher Ordnung als das momentane
Bild gesetzt (z. B. Bild C) (Schritt 660), und der Prozess
würde wiederholt.
Zusätzlich
würde der
Leistungsbeitrag ebenso vorzugsweise mit der Differenz zwischen
den schon bestimmten kumulativen Leistungsbeiträgen und einem relativen Schwellenwert
(z. B. 20 dB) verglichen, um minimale Relativbeträge auszuschließen; dies
ist z. B. nützlich
beim Ausschließen
von Beiträgen
oberhalb des ersten Schwellenwertes, welche jedoch noch minimal
sind, wenn kurze Ausbreitungspfade mit kleinen Verlusten auch vorhanden sind.
Wenn der Leistungsbeitrag größer ist
als beide Schwellenwerte, dann wird eine Bestimmung des Beitrages
jedes Kinderbildes/Bildes niedriger Ordnung durchgeführt (670)
.
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Dieser
Prozess wird wiederholt (Schritte 541, 571), bis
alle Bilder auf dem Baum durch eines Schwellenwertbestimmung überprüft oder
ausgeschlossen worden sind, wobei sich ein Empfangssignalqualitätsmaß (z. B.
Empfangsleis tung), welches während
des Schrittes 630 kumuliert worden ist, ergibt.
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Dieser
Prozess wird dann für
alle vorbestimmten Empfängerorte
wiederholt, wobei sich eine Schätzung
der Signalausbreitungscharakteristiken innerhalb der vorbestimmten,
interessierenden Region des gegebenen Senders ergibt. Die interessierende
Region für
Mikrozellularsysteme ist typischerweise als sämtliche Regionen innerhalb
eines vorbestimmten Radius des Sendeortes definiert, welche extern
zu den Strukturen innerhalb der Region sind (interne Berechnungen
könnten
auch durchgeführt werden,
würden
jedoch komplexere Berechnungen, einschließlich Leistungsverlust, basierend
auf Durchdringungscharakteristiken, erfordern). Für Systeme innerhalb
eines Gebäudes
würde die
interessierende Region durch die Gebäudegrenzen begrenzt. Der Durchschnittsfachmann
ist sich darüber
bewusst, dass die Genauigkeit der Signalausbreitungscharakteristiken
von der Anzahl/dem Abstand zwischen den Empfängerorten abhängt, und
wie eine angemessene Zahl gewählt
wird, basierend auf einer Balance zwischen Faktoren, wie zum Beispiel
der gewünschten
Genauigkeit und der verfügbaren
Berechnungskapazität/Berechnungszeit.
In beiden Fällen
kann die Signalleistung für
jeden Empfängerort
auf eine Vielzahl von Arten verwendet werden, um eine Systemplanung
zu bestimmen, zum Beispiel durch gemeinsames Zerlegen für ein Gesamtmaß der Abdeckungsqualität, Ausgeben
der Empfängerorte
und -leistungen unterhalb einer gewünschten Empfangssignalstufe
(welche ein Abschatten oder Zellgrenzen anzeigt), und kann für einen
Anwender angezeigt werden, um Relativ-Empfängerleistungen zu zeigen.
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Dieser
letztere Ansatz kann vorzugsweise bei der Bestimmung der Platzierung
für einen
Empfänger
verwendet werden, wie zum Beispiel einer Wireless Fixed Access Unit
(WA-FU) zur Verwendung
in PCS (personal communication services)-Systemen. Dies ist in 7 dargestellt, wo ein Senderort 701 verwendet
wird, um eine Lokalregion 700, wie zum Beispiel eine Wohnnachbarschaft
mit mehreren Häusern 710, 720 zu
versorgen. Relativ-Empfangsleistungen werden für unterschiedlich mögliche Empfängerorte
bestimmt, welche durch Gebiete 711–713 und 721–722 illustriert
sind. Die Größe solcher
Gebiete kann in Abhängigkeit
von der gewünschten
Platzierungsgenauigkeit variieren. Ferner sind zur Vereinfachung
der Bestimmung nur Relativleistungsstufen angezeigt (in diesem Fall
auf einer Skala von 1 bis 10, obwohl jede Skala verwendet werden
könnte,
einschließlich
Farbcodierung auf einer Computeranzeige). Dies genügt, um die
Platzierung einer WAFU im Gebiet 711 benachbart zum Gebäude 710 zu
bestimmen. In Fällen,
wo die Relativanzeige nicht genügend
Feinheiten vorsieht, wie zum Beispiel in den Gebieten 721 und 722,
benachbart dem Gebäude 720,
welche beide eine Relativleistung von 3 zeigen, können die
aktuell bestimmten Empfangssignalleistungen in beiden Gebieten angezeigt werden,
so dass das optimale Gebiet gewählt
werden kann. Wo mehrfache Senderquellenorte möglich sind, z. B. Ort 702,
kann schließlich
der Gesamtprozess wiederholt werden, um die Empfangsleistungen im
gesamten Abdeckungsbereich zu bestimmen, basierend auf der Verwendung
des zweiten Sendeortes 702. Die Ergebnisse können auf
viele Arten verglichen werden, von denen zwei Arten entweder der Vergleich
der Abdeckungshöhe
bekannter Empfänger/Teilnehmerorte
ist (wenn z. B. nur Gebäude 710 und 720 wahrscheinliche
Teilnehmer sind, wäre
TX 702 der bevorzugte Ort) oder das Zuweisen einer Gesamtabdeckungswertung
für die
Region 700 ist. Dieser letztere Ansatz könnte auch
auf mehrere Arten realisiert werden, einschließlich einer einfachen Summe
aller Empfangssignalleistungen in der Region für jeden Sender und des Vergleichens
der Summen, einer Bestimmung des Prozentsatzes der Empfangsbereiche,
welche unter einer Mindest-Wunschsignalleistung
für jeden
Sender liegen, und des Vergleichens der Prozentsätze, usw.
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Somit
wird für
den Durchschnittsfachmann bewusst, dass gemäß der Erfindung ein Verfahren und
eine Vorrichtung einer Bildbaumerzeugung und eines Bildbaumbeschneidens
geschaffen worden ist, welche die oben gesetzten Ziele und Vorteile
vollständig
erfüllen.
Während
die Erfindung in Verbindung mit ihren spezifischen Ausführungsformen
beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, dass viele Änderungen,
Modifikationen und Variationen im Lichte der vorangegangenen Beschreibung
für den Durchschnittsfachmann
bewusst sind. Demzufolge ist die Erfindung vorgesehen, alle derartigen Änderungen,
Modifikationen und Variationen innerhalb des Umfangs der nachfolgenden
Ansprüche
zu umfassen.