专利名称：在3-d中自动选择最佳通信网络设备模型、位置和配置的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于设计通信网络的工程和管理系统，特别涉及使用表示环境的三维(3-D)的用于优化世界任何环境(例如，建筑，校园，建筑物内的楼层，城市内，或户外设置等等)的通信系统中的通信硬件部件的位置和结构配置的类型的一种方法，并且利用在此参考的环境内的选择的区域确保维持临界的通信系统性能。
背景描述对于必须设计和开发通信设备，电话系统，蜂窝电话系统，寻呼系统，或诸如个人通信系统或无线局域网之类的新的无线通信系统和技术的工程人员来说，通信网络性能的重要性已经快速地成为重要的设计问题。对于无线通信系统，设计者被频繁地请求以确定无线收发器位置，或基站小区站点是否能提供可靠的遍及整个城市的办公室、建筑物，竞技场或校园的服务。无线系统的普遍问题是不完全的覆盖，或在特定位置中的“死区”，比如会议室，地铁隧道，或小巷。现在理解的是，户内无线PBX(专用分组交换机)系统或无线局域网(WLAN)经附近的，相同系统的干扰会体现出无效性。提供2公里半径内无线覆盖的建筑物中和微小区设备的成本正逐渐缩小，并且建立这些前提必备系统的针对RF工程师和技术人员的工作量正在急剧地增加。用于无线系统的快速的工程设计和调度方法对成本效率的扩建是至关重要的。在类似的方式中，包括有线通信网络的各种部件的配置能动态的影响通信系统其它部分的整个性能。相对于计算机网络中的其他部件来说计算机网络路由器的物理位置和配置对整体网络的最佳性能是重要的。
对于无线通信系统，分析无线信号覆盖穿透性和干扰性对于许多原因是至关重要的。设计工程师必须确定现存的户外大范围无线系统，或宏小区是否能提供足够的覆盖来遍及建筑物，或建筑物组(即校园)。可替换的，无线工程师必须确定通过其他现存的宏小区是否将足以补充局部地域的覆盖，或者是否户内无线收发器、或微微小区必须被添加。根据成本和性能观点这些小区的放置是重要的。如果室内无线系统被规划干扰来自室外宏小区的信号，设计工程师必须预测多少能期望的干扰和在建筑物或建筑物组内的哪里表现出来。此外，最小化设备基础结构成本以及安装成本提供的无线系统具有十分意义的经济重要性。随着建筑物中和宏小区无线系统的激增，这些问题必须被快速的，容易的和非昂贵的，以一种系统化的和可重复的方式解决。
经允许，本发明列出涉及到的一些专利如下Patent No.5,491,644题目″Cell Engineering Tool and Methods″filed by L.W.Pickerting et al；Patent No.5,561,841题目″Method and Apparatus for Planning aCellular Radio Network by Creating a Model on a Digital Map AddingProperties and Optimizing Parameters，Based on Statistical SimulationResults″filed by O.Markus；Patent No.5,794,128题目″Apparatus and Processes for RealisticSimulation of Wireless Information Transport Systems″filed by K.H.Brockel et al；Patent No.5,949,988题目″Prediction System for RF PowerDistribution″filed by F.Feisullin et al；Patent No.5,987,328题目″Method and Device for Placement ofTransmitters in Wireless Networks″filed by A.Ephremides and D.Stamatelos；Patent No.5,598,532题目″Method and Apparatus for OptimizingComputer Networks″filed by M.Liron；以及Patent No.5,953,669题目″Method and Apparatus for PredictingSignal Characteristics in a Wireless Communication System″filed by G.Stratis et al.
在市场上具有能被用于设计环境模型的许多计算机辅助设计(CAD)产品，用于无线通信系统设计中。无线谷通信公司的SitePlanner，Lucent科技公司的WiSE，EDX的SignalPro，移动系统国际公司的PLAnet，TEC蜂窝的Wizard和AWE的WinProp是这样的无线CAD产品的例子。然而，实际上，有关现存之前的建筑物或校园只是以文件的形式可获得的信息，并且适用于无线电波传播分析的以一种方式定义环境的参数的数据库不容易存在。如果不是通常不可能的，就难于收集该完全不同的参数和操纵管理用于计划和实现室内和室外RF无线通信系统的数据，并且每个新的环境需要冗长的手工数据格式以便和计算机产生的无线预测模型的运行。最近由AT&T实验室，Brooklyn Polytechnic，Pennsylvania State University，Virginia Tech研究的，以论文和技术报告形式被描述的以及其他领先的科研中心的科研成就，包括S.Kim，B.J.Guarino，Jr.，T.M.Willis HI，V.Erceg，S.J.Fortune，R.A.Valenzuela，L.W.Thomas，J.Ling，和J.D.Moore，″Radio PropagationMeasurements and Prediction Using Three-dimensional Ray Tracing inUrban Environments at 908MHZ and 1.9GHz，″IEEE Transactions onVehicular Technology，Vol.48，No.3，5月1999；L.Piazzi和H.L.Bertoni，″Achievable Accuracy of Site-SpecificPath-Loss Predictions in Residential Environments，″IEEE Transactions onVehicular Technology，Vol.48，No.3，5月-1999；G.Durgin，T.S.Rappaport，and H.Xu，″Measurements and Models for Radio Path Lossand Penetration Loss In and Around Homes and Trees at 5.85Ghz，″IEEETransactions on Communications，Vol.46，No.11，11月1998；T.S.Rappaport，M.P.Koushik，J.C.Liberti，C.Pendyala，和T.P.Subramanian，Radio Propagation Prediction Techniques and Computer-Aided Channel Modeling for Embedded Wireless Microsystems，ARPAAnnual Report，MPRG Technical Report MPRG-TR-94-12，Virginia Tech，Blacksburg，VA，7月1995；H.D.Sherali，C.M.Pendyala，和T.S.Rappaport，″OptimalLocation of.Transmitters for Micro-Cellular Radio CommunicationSystem Design，″IEEE Journal on Selected Areas in Communications，Vol.14，No.4，5月1996；T.S.Rappaport，M.P.Koushik，C.Carter，和M.Ahmed，RadioPropagation Prediction Techniques and Computer-Aided ChannelModeling for Embedded Wireless Microsystems，MPRG Technical ReportMPRG-TR-95-08，Virginia Tech，Blacksburg，VA，7月1995；M.Ahmed，K.Blankenship，C.Carter，P.Koushik，W.Newhall，R.Skidmore，N.Zhang and T.S.Rappaport，Use of Topographic Maps withBuilding Information to Determine Communication component Placementfor Radio Detection and Tracking in Urban Environments，MPRGTechnical Report MPRG-TR-95-19，Virginia Tech，Blacksburg，VA，11月1995；R.R.Skidmore和T.S.Rappaport，A Comprehensive In-Building andMicrocellular Wireless Communications System Design Tool，master′sthesis，Virginit Tech，Dept.Electrical and Computer Engineering，Blacksburg，VA，1997；T.S.Rappaport，M.P.Koushik，M.Ahmed，C.Carter，B.Newhall，和N.Zhang，Use of Topographic Maps with Building Information toDetermine Communication component Placements and GPS SatelliteCoverage for Radio Detection and Tracking in Urban Environments，MPRG Technical Report MPRG-TR-95-l4，Virginia Tech，Blacksburg，VA，9月15，1995；S.Sandhu，P.Koushik，和T.S.Rappaport，Predicted Path Loss forRossfyn，VA，MPRG-Technical Report MPRG-TR-94-20，Virginia Tech，Blacksburg，VA，12月9，1994；S.Sandhu，P.Koushik，和T.S.Rappaport，Predicted Path Loss forRossfyn，VA，Second set of predictions for ORD Project on Site SpecificPropagation Prediction，MPRG Technical Report MPRG-TR-95-03，Virginia Tech，Blacksburg，VA，3月5，1995；W.Rios，A.Tan，和T.S.Rappaport，SitePlanner Outdoor SimulationMeasurements at 1.8GHz，MPRG Technical Report，Virginia Tech，Blacksburg，VA，12月18，1998；P.M.Koushik，T.S.Rappaport，M.Ahmed，和N.Zhang，″SISP-ASoftware Tool for Propagation Prediction，″Advisory Group for AerospaceResearch and Development，Conference Proceedings 574，Athens，Greece，1995；T.S.Rappaport和S.Sandhu，″Radio-Wave Propagation forEmerging Wireless Personal Communication Systems，″，IEEE Antennasand Propagation Magazine，Vol.36，No.5，10月1994；N.S.Adawi，H.L.Bertoni，J.R.Child，W.A.Daniel，J.E.Dettra，R.P.Eckert，E.H.Flath，R.T.Forrest，W.C.Y.Lee，S.R.McConoughey，J.P.Murray，H.Sachs，G.L.Schrenk，N.H.Shepherd，and F.D.Shipley，″Coverage Prediction for Mobile Radio Systems Operating in the800/900MHz Frequency Range，″IEEE Transactions on VehicularTechnology，Vol.37，No.1，2月1988；M.A.Panjwani和A.L.Abbott，An Interactive Site Modeling Toolfor Estimating Coverage Regions for Wireless Communication Systems inMultiflooredIndoor Environments，master′s thesis，Virginia Tech，Dept.Electrical and Computer Engineering，1995；S.Y.Seidel和T.S.Rappaport，″Site-Specific Propagation Predictionfor Wireless In-Building Personal Communication System Design，″IEEETransactions on Vehicular Technology，Vol.43，No.4，11月1994；K.L.Blackard，T.S.Rappaport，和C.W.Bostian，″Measurementsand Models of Radio Frequency Impulsive Noise for Indoor WirelessCommunications，″IEEE Journal on Selected Areas in Communications，Vol.11，No.7，9月1993；
R.A.Brickhouse和T.S.Rappaport，″Urban In-Building CellularFrequency Reuse，″IEEE Globecom，London，England，1996；S.J.Fortune et al，″WISE Design of Indoor Wireless SystemsPractical Computarion and Optimization，″IEEE Computational Scienceand Engineering，1995；T.S.Rappaport et al，Use of Topographic Maps with BuildingInformation to Determine Antenna Placement for Radio Detection aridTracking in Urban Environments，MPRG Technical Report MPRG-TR-96-06，Virginia Tech，Blacksburg，VA，1995；K.Feher，Wireless Digital CommunicationsModulation and SpreadSpectrum Applications，Prentice Hall，Upper Saddle River，N.J.，1995；T.S.Rappaport，Wireless Communications Principles and Practices，Prentice Hall，Upper Saddle River，N.J.，1996；R.Hoppe，P.Wertz，G.Wolfle，and P.M.Landstorfer，″Fast andEnhancedRay Optical Propagation Modeling for Radio Network Planning inUrban and Indoor Scenarios，″Virginia Tech Symposium on WirelessPersonal Communications，Vol.10，6月2000；Xylomenos，G.，Poiyzos.，G.C.，″TCP and UDP Performance over aWireless LAN，″Proceedings of IEEEINFOCOM，1999；Maeda，Y.，Takaya，K.，和Kuwabara，N.，″ExperimentalInvestigation of Propagation Characteristics of 2.4GHz ISM-BandWireless LAN in Various Indoor Environments，″IEICE Transactions inCommunications，Vol.E82-B，No.10，10月1999；Duchamp，D.，和Reynolds，N.F.，″Measured Performance of aWireless LAN，″Proceedings of the 17th Conference on Local ComputerNetworks，1992.
Bing，B.″Measured Performance of the IEEE 802.11 Wireless LAN，″Local Computer Networks，1999；Hope，M.和Linge，N.，″Determining the Propagation Range ofIEEE802.11 Radio LAN′s for Outdoor Applications，″Local ComputerNetworks，1999；Xylomenos，G.和Poiyzos，G.C.，″Internet Protocol Performanceover Networks with Wireless Links，″IEEE Network，7月/8月；J.Feigin和K.Pahlavan，″Measurement of Characteristics of Voiceover IP in a Wireless LAN Environment，″IEEE International Workshop onMobile Multimedia Communications，1999，pp.236-240；B.Riggs，″SpeedBased on Location，″Information Week，No.726，3月1999；J.Kobielus，G.Somerville，和T.Baylor，″Optimizing In-BuildingCoverage，″Wireless Review，Vol.15，No.5，pp.24-30，March 1998；A.W.Y.Au和V.C.M.Leung，″Modeling and Analysis of SpreadSpectrum Signaling with Multiple Receivers for Distributed Wireless In-Building Networks，″IEEE Pacific Rim Conference on Communications，Computer sand Signal Processing 1993，Vol.2，pp.694-697；K.L.Blackard，T.S.Rappaport，和C.W.Bostian，″RadioFrequency Noise Measurements and Models for Indoor WirelessCommunications at 918MHz，2.44GHz，and 4.0GHz，″ICC 1991，vol.1，pp.28-32，1991；R.R.Skidmore，T.S.Rappaport，和A.L.Abbott，″InteractiveCoverage Region and System Design Simulation for WirelessCommunication Systems in Multifloored Indoor EnvironmentsSMTPlus，″IEEE International Conference on Universal PersonalCommunications，Vol.2，pp.646-650，1996；以及M.A.Panjwani，A.L.Abbott，和T.S.Rappaport，″InteractiveComputation of Coverage Regions for Wireless Communication inMultifloored Indoor Environments，″IEEE Journal on Selected Areas inCommunications，Vol.14，No.3，pp.420-430，1996.
这些论文和技术报告示例了通信系统模型化的技术状态和显示了获得用于城市(比如Rosslyn，Virginia)环境数据库的困难，和在此所包括参考的。尽管上述论文描述了测量的与预测信号覆盖的研究比较，但著作没有例证用于生成环境数据库的系统化，可重复的和快速的方法，也没有报告用于观察和放置各种环境对象的一种方法，这些环境对象被要求模拟那种环境中通信系统的性能。此外，引证的著作没有一个提供了用于三维空间中最佳设计通信系统的自动的方法。
尽管可获得用于设计提供足够系统性能的通信网络的方法，但已知的方法牵涉成本和通信系统性能的耗时的预测，同时为有益于设计者，需要以实时的方式提供很多的时间。
发明概述本发明的一个目的是提供一种方法，选择环境中相关的特定兴趣的许多固定点和在每个点上识别期望的通信系统性能尺度(例如接收的-85dBm的RF信号强度，18dB信干比，每秒500千比特吞吐量等等)本发明的另一个目的是提供一种方法，用于从通信元件的列表中选择许多通信元件，其中通信元件的列表可以提供信息，比如具体元件的制造商、零件号码、辐射特性和成本信息，并利用性能预测技术根据愿望分等级归类选择的元件。
本发明的另一个目的是提供一种方法，用于选择环境中的许多位置，该环境适用于放置通信系统元件，和利用性能预测技术根据愿望分等级归类位置。
本发明的另一个目的是提供一种方法，用于针对通信元件指定期望的结构配置，和利用性能预测技术根据愿望分等级归类结构配置。
本发明的另一个目的是提供一种方法，用于自动的系统性能预测和最佳化通信系统元件选择，三维中的定位和结构配置。通过在三维环境中的有限数量位置上识别期望的通信系统性能尺度，通信元件模型的有限集，环境内用于放置通信设备的适当位置的有限集，和用于通信设备的可能的配置的有限集，本发明利用性能预测技术分等级归类期望的通信元件模型，位置，和配置的每个组合。
按照本发明，提供一种系统，用于允许通信系统设计者以一种适用于预测通信系统性能的方式，动态的电子模拟建筑物、校园、城市或任何其他的物理环境的三维环境。此外，还提供一种系统，用于允许通信系统设计者针对建筑物、校园、城市或其他的电环境动态的模拟通信系统。该方法包括选择和布局各种商业硬件元件，比如天线(点，全方向的，漏馈电线等等)，收发信机，放大器，电缆，路由器，连接器，耦合器，分离器，集线器，或用作任何基带，RF，或光通信网络，或者上述任何组合的一部分的任何其他单一或合成的通信硬件设备，并允许用户观察在其他位置上布局和移动的效果或观看由设计者选择的点。这样，在实际完成一个系统之前能够改进和精细的调整元件的布局以确保在所有需要设施的区域提供足够的通信系统性能和没有缺乏服务的区域，即所谓的“死区”，或差的网络延迟，俗称“运转中断”。
本发明用于快速的确定理想的类型，位置和/或通信系统中通信元件的配置，对通信系统设计者提供有意义的数值和在现有技术上提供明显的改进。
为实现上述目的，3-D环境模型被存储成电子数据库中的CAD模型。物理的，电的，和美学的参数归因于环境的各个部分，比如墙壁，楼层，天花板，树，丘陵，树叶，建筑物，和其他的障碍物，它们影响系统性能或者被定位的装备的位置的影响也被存储在数据库中。3-D环境的图形被显示在计算机屏幕上以便设计者观看。设计者可以在模拟的3D中观看整个环境，或在特殊的建筑物，楼层，或其他的相关区域上进行放大。这种系统的理想的实施例被详述在未决的申请09/318,841中，题目“Method and System for a Building DatabaseManipulator.”在3-D环境模型内的位置被定义为由3-D环境模型定义的空间中的任何2-D或3-D地点，地区，或区域。例如，位置可以是单一的点，建筑物中的房间，建筑物，城市区段，走廊等等。使用鼠标或其他的系统输入设备，在三维环境内识别位置，此后称作“边界位置”，并且期望的性能尺度与每个位置相关。性能尺度可以根据接收信号场强(RSSI)，吞吐量，带宽，服务质量，比特误码率，分组误码率，帧误码率，撤消的分组率，分组数据等待时间，回程时间，传播延迟，发送延迟，处理延迟，排队延迟，容量，分组抖动，带宽延迟产物，过区切换延迟时间，信干比(SIR)，信噪比(SNR)，实际设备价值，安装成本，或任何其他的相对于基于设计的通信系统的通信系统性能尺度。再次使用鼠标或其他的系统输入设备，适于布局通信硬件元件的位置在模拟的三维环境内被识别。
使用鼠标或其他的输入定位设备，设计者可以从一系列下拉菜单中选择和观看各种商业通信部件。将性能，价格，折旧，维护要求，和用于这些通信部件的其他的技术和维护规范被存储在计算机中，理想的实施例被描述在未决申请09/318,842中，题目“Method and Systemfor Managing a Real-Time Bill of Materials”。使用鼠标或其他的输入设备，一个或多个通信硬件部件可以被选择来用于分析。此外，到每个通信部件的输入信号的特性可以被识别(例如，输入功率，频率等等)。
此后，系统通过该组选择的通信部件进行迭代。接着每个通信部件通过由用户作为适于通信部件布局所选择的每个位置上的系统自动地被定位。在每个位置上，每个通信部件设备接着被自动地配置成用于设备的可能的配置集。对于每个配置，运行通信系统性能预测模型，借此计算机在每个边界位置上确定预测的性能尺度和用预测的性能尺度与指定的边界位置的性能尺度相比较。对于每种配置，存储在每个边界位置上预测的和指定的性能尺度之间的平均误差和标准偏差。
一旦所有的迭代被完成，系统在计算机屏幕和/或打印机上以列表的形式显示结果和/或将数据存储在(比如计算机卡或磁盘)存储器设备中，这里每个通信部件连同计算的平均误差和标准偏差被列表在每个位置和配置中。设计者可以以任何方式分类该列表。通过用鼠标或其他输入设备在表格中选择输入项，设计者可以自动地在表格输入项指定的位置和配置上添加和定位选择的通信部件到三维环境中。
简述附图通过结合参考附图，根据下面优选实施例的详述，本发明的前述的和其他的目的，方面和优点将更加易于理解，其中
图1显示建筑物的楼层规划的简单布局示例；图2显示了从上端透视的建筑物的楼层规划的简单布局示例；图3显示了具有识别的边界位置的建筑物的楼层规划的简单布局示例；图4显示选择期望的通信硬件部件的计算机显示；图5显示具有识别的边界位置和潜在的通信部件的建筑物的楼层规划的简单布局示例；图6显示具有适当位置的通信系统的建筑物的楼层规划的简单布局示例；图7是按照本发明的一般方法的一个流程图；图8是按照本发明的一个可替换方法的流程图；图9是按照本发明的一个可替换方法的流程图；图10是按照本发明的一般方法的一个流程图；图11是按照本发明的一个可替换方法的流程图；图12是按照本发明的一个可替换方法的流程图；图13是按照本发明的一个可替换方法的流程图；图14是表格结果的计算机显示表示；和图15是按照本发明的楼层规划的示意图。
本发明优选实施例的详细描述本发明在现有技术上表现出惊人的改进，通过提供设计者自动的方法和用于确定设施内的最佳通信设备模型、位置和配置的系统。下面给出本发明的一般方法的详细说明。
使用本发明，现在能够以一种自动的方式在设施内确定通信硬件装备的理想的布局和配置。结合使用根据Wireless ValleyCommunications，Inc.of Blacksburg，VA获得的SitePlannerTM系列产品来设计当前实施例。然而，对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，该方法可以使用现在已知的或被发明的其他的产品来实现。
现在参考图1，显示了建筑物楼层规划的三维(3-D)的简单例子。该方法使用3-D计算机辅助设计(CAD)再现建筑物，或建筑物汇集和/或周围的地形和植物，此后称作为设施。然而，出于简化示例，使用表示单一建筑物的单一楼层的3-D图。参考图2，调整到从上到下的观看角度，显示了二维(2-D)透视的图1所示的相同的建筑物楼层规划的布局。出于简化下面利用从上到下的透视图。现在参考图2，诸如外部墙壁201，内部墙壁202和地板203之类的环境内的各种物理对象被指配有关于通信系统性能的适当的物理的，电的，和美学的值。例如，对于无线通信系统性能来说，外墙壁201可以被给出10dB衰减损耗，内墙壁202可以被分配3dB衰减损耗，和窗户204可以显示2dB的RF穿透损耗，其意味着无线电波信号贯穿这些墙壁之一时将衰减分配给每个墙壁的量。除了衰减之外，障碍物201，202，203，和204被指配其他的特性，其包括反射性，表面粗糙度，或相对于无线电波传播预测或通信系统性能预测的任何其他的参数。可以通过许多方法建立3-D环境数据库，优选的方法被公开在未决申请序列号No.09/318,841中，题目“Method and System for a Building DatabaseManipulator”，由T.S.Rappaport和R.R.Skidmore提出申请(案号256015AA)。
从已经公开的大范围测量中可以提取估测的部分的电特性，它们是根据现场经验推断的，或者具体对象的部分损耗能使用本发明并结合未决申请(序列号No.09/221,985，题目″System for Creating aComputer Model and Measurement Database of a Wireless CommunicationNetwork″filed by T.S.Rappaport和R.R.Skidmore(Docket256002aa))所述的方法直接测量和立即优化。一旦指定适当的物理和电参数，任意需要数量的硬件部件能被放入3-D建筑物数据库中，并且接收的信号场强(RSSI)、吞吐量、带宽、服务质量、比特误码率、分组误码率、帧误码率、撤消的分组率、分组数据等待时间、回程时间、传播延迟、发送延迟、处理延迟、排队延迟、容量、分组抖动、带宽延迟产物、过区切换延迟时间、信干比(SIR)、信噪比(SNR)、实际装备价值、安装成本、折旧和维护要求或任何其他的通信系统性能尺度能使用各种性能预测技术来预测，并在CAD图上直接绘制。业务容量分析，频率规划，同信道干扰分析，成本分析，和其他类似的分析在本发明中能被执行。本领域的普通技术人员能领会通过已知的公式和技术可以简单的结合到其它的通信系统的性能尺度。
在期望的环境中用于预测无线通信系统性能的数学运行模型可以包括许多预示的技术模型，比如在先前引证的技术报告和论文中所描述的，以及SitePlanner2000 for Windows 95/98/NT/2000 User′s Manual，\Vireless Valley Communications，Inc.，Blacksburg，VA，2000所描述的，借此结合它们作为参考。对于普通技术人员显而易见的是如何把其他的系统性能模型应用到本方法中。
同样的，在期望的环境中用于预测无线通信系统性能的数学运行模型可以包括许多预测的技术。
在本发明的当前实施例中，设计者识别3-D环境数据库中的位置，其中确定的通信系统性能的某个电平是期望的或决定性的。这些位置(称为“边界位置”)被表示在三维空间中的点，设计者通过在视觉上用鼠标或其他输入设备在3-D环境数据库中的期望的位置上指出和/或点击来进行识别。这种任何数量的边界位置可以被放在整个3-D环境中的任何位置上，包括其它的建筑物楼层、室外、或分离的建筑物内。图3描绘了具有指定的边界位置和期望的性能尺度301的设施布局。例如，为了预测无线通信系统的性能或可以识别电话墙壁插口、以太网端口，或连接到有线通信网络的其他的物理连接，这样的边界位置可以是模拟的3-D环境中的任何位置。尽管在本发明的实施例的边界位置的显示采用文本字符的形式，该文本字符表示期望的性能尺度，着色的圆柱图形实体，其颜色和/或高度对应于期望的性能尺度，或图3所示的着色的星号，但普通技术人员可以领会如何以其他的方式识别和表示边界位置。此外，根据算法或经过“最佳推测”初始化可以自动的确定用于无线通信系统的边界条件，经过“最佳推测”初始化如H.D.Dherali，C.M.Pendyala.和T.S.Rappaport，“Optimal Locationof Transmitters for Micro-Cellular Radio Communication System Design，″IEEE Journal on Selected Areas in Communications，vol.14，no.4，5月1996中所描述的。
现在参考图4，显示了各种通信系统硬件部件的选择窗口。图4描绘了显示在本发明的当前实施例中的图形选择窗口，其能够使设计者从可用的模型401的显示列表中选择一个或多个通信部件模型。设计者可以根据制造商、零件数、说明书、辐射特性、成本或任何其他的选择判据来选择通信硬件部件。根据保持在本发明当前实施例中的通信系统部件的电子数据库来绘制可用的通信部件模型401的列表，并全部被详述在未决的申请09/318,842题目为″Method and Systemfor Managing a Real-Time Bill of Materials″由T.S.Rappaport和R.R.Skidmore(docket 256016aa)提出，以及09/652,853题目为″Method andSystem for Designing or Deploying a Communications Network whichConsiders Component Attributes″由T.S.Rappaport和R.R.Skidmore提出，以及09/632,853题目为″Method and System for Designing andDeploying a Communications Network which Considers ComponentAttributes″由T.S.Rappaport，R.R.Skidmore和E.S.Reifsnider提出，以及09/633,122题目为″Method and System for Designing andDeploying a Communications Network which Allows SimultaneousSelection of Multiple Components″由T.S.Rappaport和R.R.Skidmore提出。通信系统部件的数据库保持详细的机电的，美学的，和预算的信息，比如对于每个硬件部件的物理成本，安装成本，和折旧，并被理想地适用于包括设备和资产管理的应用，以及通信系统设计和调配。使用鼠标或其他的系统定向设备，设计者可以从图4所示的可用的通信部件模型401中选择一个或多个输入项。选择的输入项402出现不同于未选择输入项的阴影。
在本发明的当前实施例中，设计者可以标识适于布局通信硬件装备的3-D环境数据库中的一个或多个位置。这是通过用鼠标或其他输入设备在3-D环境数据库中的期望的位置上进行指示和/或点击所作出的。期望的位置可以在模拟的3-D环境数据库内的任何位置上被指定，包括其它的建筑物楼层、室外或其他模拟的建筑物内。图5描绘了包含标识的边界位置501和标识的潜在的通信部件位置502的简化的建筑物布局。本领域的技术人员可以领会除了图5所绘制的那样外，可以以其他的方式来识别和表示针对边界位置和潜在通信部件位置的图形识别符。
可替换的，设计者可以选择不指定潜在的通信硬件布局而代替选择的是允许系统自由地选择潜在的位置。在此情况下，不是利用鼠标或其他计算机定点设备来识别各个位置，设计者规定覆盖在3-D环境数据库上的三维网格的间隔尺寸。三维网格上的每个点被处理成是用于通信部件系统设备布局的一个潜在的位置。例如，通过标识具有5英尺间隔尺寸的三维网格，设计者允许系统在三维情况下跨越整个3-D环境数据库来自动的选择一组潜在的通信部件设备位置，其中每个位置准确的相隔周围位置5英尺。此外，根据一种算法或经过“最佳推测”初始化可以自动地确定用于无线通信系统的设备位置，如所述的H.D.Sherali，C.M.Pendyala，和T.S.Rappaport，″Optimal Locationof Transmitters for Micro-Cellular Radio Communication System Design，″IEEE Journal on Selected Areas in Communications，vol.14，1996年5月4日。本领域的普通技术人员可以领会如何把此概念扩展解释说明其他的自动技术，用于在三维环境模型内选择一组位置。
可选择的，整个通信系统可以被3-D环境数据库中的系统模拟化。由在上述的通信部件的电子数据库中被描述的部件中可以推出，设计者可以视觉的定位在3-D环境数据库中的通信硬件部件。该硬件部件包括但不限于基站，中继器，放大器，连接器，分配器，同轴电缆，光缆，通信部件，路由器，集线器，漏馈电缆或辐射电缆，或任何其他单独或组合的通信硬件装置，这些装置被用作任何基带，RF，或光通信网络或所有这些的组合的一部分。该系统记录或管理在通信系统部件之间的相互连接，并且显示如图6所示的覆盖在3-D环境数据库上的通信系统的结果。参考图6，基站601被定位建筑物内，并且具有一定长度的同轴电缆602和与它连接的通信部件603。选择、定位和互连通信硬件部件的这种技术的理想实施例被描述在未决的09/318,842，名为“Mehtod and System for Managing a Real Timeof MateriaL”的，由T.S.Rappaport and R.R.Skidmore提交的申请中(摘要256016aa)。假设这样一个系统，当该系统在3-D环境数据库中被放置和模型化时，设计者可以选择去使用在现有的通信系统中通信部件的当前位置作为相反的，或者另外去识别其他用于通信设备的潜在的位置。这通过利用鼠标或其他计算机输入定向设备来选择在3-D环境数据库中的现有的通信部件的位置来处理。
对于在图4中被选择的每个通信部件模型，与该通信部件相应的输入信号可以是指定的。在目前系统的实施例中，对于每个被设计者选择的通信部件来说，对应的操作的输入信号功率、频率和带宽可以是指定的。例如，设计者可以指定所考虑的一个或多个被选择的通信部件以具有0分贝的输入信号功率和操作在无线通信系统的1950MHz下。本领域技术人员可以明白如何将附加的输入信号特征容易地结合到当前系统中。可选择的，如果被选择的通信部件位置与在3D环境中被系统模拟的现有通信部件的位置一致，那么则利用现有通信部件的输入信号特征。例如，如果设计者已经在3D环境中的模拟了通信系统，则当前通信系统的结构所定义的输入到通信部件的信号的当前特征可被用作输入信号来使用，而与设计者人工指定输入信号的特征相反。
在图4中，对于每个被选择的通信部件，设计者也可以限制或不限制通信设备被定位在其中的可能的结构设置，这里该结构可以规定具体的方位，旋度，物理位置或接近其他设备或障碍物，手动开关或调节装置，或电子开关或调节装置，或任何其他与通信设备有关的结构构造。该限制能够在单独的结构基础上执行，由此设计者可以明确的标识一组可实施的结构，或者作为可能的旋转角度范围来建立该结构。可选择的，设计者能在可能的结构组中没有限制的进行放置，在该情况中，基于具体的设备的特征，系统自动规定有限的可能的结构组。例如，对于使用在无线通信系统中被选择的天线部件，所有可能的结构组对于所有的坐标轴来说是一组具有相等间隔的旋度。
现在参考图7，该图显示了本发明的基本方法。在期待的环境中设计者实现一个性能预报模型之前，在功能块70中必须产生3-D环境的电子显示。用于产生3-D建筑物或环境数据库的优选方法被公开在未决的序列号为09/318,841，名为“Mehtod And System for aBuilding Database Manipulator”的，由T.S.Rappaport和R.R.Skidmore提交的申请中(摘要256015AA)。该结果定义利用了格式化的矢量数据库格式。在数据库中的诸如线和多边形等图型条目的布局对应于在环境中的障碍物/隔离物。例如，在3D数据库中的线可表示为墙，门，树，建筑物墙面，或在模拟环境中一些其他的障碍物/隔离物。
从无线通信系统性能和无线电波传播的观点来看，在环境中的每个障碍物/隔离物具有若干个电磁属性。当无线电波信号与物理表面相交时，很多事情便会发生。一定比例的无线电波反射后离开表面，并且沿着改变的轨迹继续传输。一定比了的无线电波穿透或被表面吸收后沿着它的原来路线继续传输。一定比例的无线电波碰到表面后被散射。障碍物/隔离物的电磁属性规定了这些相互作用。每个障碍物/隔离物都具有包括衰减系数，表面粗糙度，和反射率的参数。衰减系数确定了无线电信号碰到一个给定的障碍物时丢失功率的量。反射率确定了无线电信号被障碍物反射的量。表面粗糙度提供了一种信息，该信息通常用于确定无线电波碰到给定类型的障碍物时被散射和/或被耗散的程度。
从无线通信系统性能的观点来看，在环境中(例如，墙，门，门厅，建筑物，树，路面，等)的障碍物的尺寸、位置和材料成分确定了通信设备可以被定位的可能位置，以及用户可以连接到网络的位置。例如，在建筑物中墙的位置可以确定以太网端口的位置或其他放入该位置的有线计算机网络的物理连接的位置。
利用鼠标或其他计算机定向设备，设计者可以标识在设施的3-D环境模型中的一个或多个位置，在该位置上确定的性能尺度在功能块90中能被期望。被选择的位置(以下称之为边界位置)可以被驻留在设施的3-D环境模型中的任何位置上，包括其他建筑物层，其他建筑物和外部。例如，这样的边界位置可以是用于预测无线通信系统的性能目的的在模拟的3-D环境中的任何位置，或者能够标识电话墙面插孔，以太网端口，或其他到有线计算机网络的物理连接。对于每个边界位置，设计者也可以列出一个或多个期待的性能尺度。这些性能尺度包括但不限于接收的信号强度(RSSI)，吞吐量，带宽，服务质量，比特误码率，分组误码率，帧误码率，撤消的分组率，分组等待时间，回程时间，传播延迟，传输延迟，处理延迟，队列延迟，容量，分组抖动，带宽延迟产物，切换延迟时间，信干比(SIR)，信噪比(SNR)，物理设备价格，安装成本，或任何其他通信系统性能尺度。
在功能块100中，设计者可以标识在3-D环境内适合通信部件定位的位置。这通过使用鼠标或其他计算机定向设备来处理，并且被选择的位置可以驻留在模拟的3-D环境(包括其他建筑物层，其他建筑物，和外部)中的任何位置。
在功能块110中，设计者显示了与图4类似的通信硬件部件列表。该通信硬件部件列表是从通信硬件设备数据库中得出的，该优选的实施方式被描述在未决的序列号为09/318,842，名为“Mehtod and Systemfor Managing a Real Time of Material”的，由T.S.Rappaport和R.R.Skidmore提交的申请中(摘要256016AA)。利用鼠标或其他计算机定向设备，设计者可以从显示的通信部件列表中选择一个或多个条目。被选择的这些通信部件代表设计者期望的一个或多个通信部件模型和/或通信部件类型。因此，这样选择的每个通信部件具有用来规定通信部件功能的操作参数。例如，天线具有具体的辐射图形，该图形定义了无线电信号从天线中被发送的方式，此时计算机网络路由其具有最大的业务负载。该信息从通信硬件设备的数据库中来获得。
对于每个在功能块110中被选择的通信部件模型和/或通信部件类型，设计者可以指定用于通信部件的一组有效配置。在功能块120中，通过标识用于设备的具体设置，或者通过标识可能设置的范围来标识期望配置的范围，设计者可以具体的选择一组配置。例如，如果被选择的设备是天线，用于天线的可能配置可以包括与坐标轴有关的天线方向。在该情况中，设计者可以规定相对于X坐标轴逆时针方向30至40度作为天线旋转角度的有效范围。
在功能块130中，设计者标识在功能块110中被选择的通信部件的输入信号特征。输入信号特征定义了输入功率，频率，调制，吞吐量，到达率，以及从通信系统输入到通信部件中的通信信号的其他方面。该通信部件的特征和配置定义了基于输入信号的通信部件的反馈(reaction)，并且作为结果，由此定义了从通信部件输出的效果，以及对通信系统性能的影响。
本领域的技术人员可以领会在覆盖本发明概念的相同范围内，图7中的功能块的顺序可以怎样的变动。
参考图7-12，在不同的附图中，用于功能块的相同的编号表示同样的功能，并且该方法中的差别也通过不同的编号的功能块被表示。
现在参考图8，其中显示了本发明的替换方法。在功能块70中构造设施的3-D环境模型。此后，在功能块90中，标识边界位置。然而，代替在3-D环境模型中标识适合于安置通信硬件部件的具体位置，设计者可以选择去自动选择一组在3-D环境模型中具有相等间隔的位置。在功能块95中，设计者规定了精度系数，该系数定义了被自动选择的位置之间的间距。例如，设计者可以规定精度为5英尺。然后，本发明用3-D点状网格覆盖了3-D环境模型，这里根据设计者输入的精度系数，每个点对于所有的相邻点具有相等的间隔。例如，本发明用3-D点状网格自动覆盖3-D环境模型，其中每个点对于所有的相邻点具有准确的5英尺的间隔。然后，由精度系数的选择产生的包括3-D网格的点被本发明自动的选择为合适于通信部件定位的位置。然后，如上所述，设计者可以标识在功能块110中期待的通信部件模型组和/或通信部件类型，在功能块120中用于选择的通信部件的可能性设置组，以及在功能块130中输入到被选择的通信部件的信号的特征。
现在参考图9，其中显示了本发明的替换方法。在图9中，功能块70，90，100和110在形式上和功能上与上面所描述的一样。在功能块115中，设计者可以选择以允许所有可能的用于被选择的通信部件的配置。在这种情况下，本发明将自动的选择有限的表示通信部件的可能设置的配置组。在功能块130中，如上所述，设计者可以规定被选择的通信部件的输入信号特征。
现在参考图10，其中显示了本发明的替换方法。在图10中，功能块70，90，95，110，115和130与上面所描述的一样。图10中，该方法的细节是设计者将功能块95中自动选择的在3-D环境模型中具有相同间隔的位置组与功能块115中自动选择的可能的通信部件配置组进行组合。
现在参考图11，该图显示了本发明的一个替换方法。在功能块70中构造设施的3-D环境模型后，用户在3-D环境模型中定位通信系统模型。在功能块75中，通信部件和其他类型的通信系统部件从包括各种商业可用设备的通信硬件设备的部件数据库中选择出来。每个硬件部件被放置在3-D环境中的期待位置上，例如，在建筑物楼层的具体房间中，或在建筑物前方的条形图标上。可以产生任何数量的其他的部件和设备，并且放置在每个通信部件系统内或连接到其上。这些部件包括但不限于电缆，漏馈电缆通信部件，分配器，连接器，路由器，集线器，放大器，或任何其他单独或组合的通信硬件设备，这些设备被用作为任何基带，RF，或光通信网络或所有这些设备的组合的一部分。通信硬件设备的部件数据库，以及选择，放置，和互连这些部件以形成在3-D环境中的通信系统模型的方法的优选实施例被详细描述在未决的序列号为09/318,842，名为“Mehtod and Systemfor Managing a Real Time Bill of Material”的，由T.S.Rappaport和R.R.Skidmore提交的申请中(摘要256016AA)。图6提供了在3-D环境模型中被定位的无线通信系统的简单图形。
在图11中，如在上面的功能块90中所描述的那样，设计者能够定位该边界位置。在功能块105中，设计者从功能块75中形成的在3-D环境模型中被定位的通信部件的列表中进行选择。被选择的在3-D环境模型中的通信部件的位置被用作可能的通信部件位置组。通过从已经被定位在图中的通信部件列表中进行选择，设计者被限制在本发明中去利用驻留在3-D环境模型中的现有的通信部件的位置。然后，输入信号的特征被本发明自动的确定为当前输入到在选择的3-D环境模型中的现有通信部件的信号。例如，在功能块150中，如果设计者选择了已经存在于3-D环境模型中的具体通信部件，被选择的通信部件的位置被添加到可能的通信部件位置组中，并且被选择的通信部件(其根据当前的结构而定义，而且通信系统的设置是被选择的通信部件的一部分)的输入信号特征在用于代替设计者的需要去具体化它们时而被使用。功能块110和120如上讨论那样进行，并且与前述的方法一致。
现在参考图12，其中显示了本发明的替换方法。在图12中，功能块70、75，90，105，110和115与上面所描述的一样。图12中，该方法的细节是设计者将功能块75中在3-D环境模型中通信系统设备的图形位置与功能块115中自动选择的可能的通信部件结构组进行组合。
现在参考图13，其中显示了本发明的一般解决方法。显示在图13中的该方法被上述的所有方法共享，并且在顺序上直接跟随在被详细描述在图7、8、9、19、11和12中的方法之后。在图13中，设计者提供本发明具有在设施的3-D环境模型中被选择的，有限的边界位置组。每个边界位置在设施的该位置上具有一个或多个与代表期望的通信系统性能有关的性能尺度。设计者也可以在设施的3-D环境模型中提供有限的位置组，该位置组表示通信硬件部件可以被放置在设备中的可能位置。设计者也可以提供被选择的通信部件模型组和/或通信部件类型组，这些组对于设施中的布局是可用的。每个被选择的通信部件模型和/或通信部件类型的操作特征从硬件部件数据库中可以得到。设计者也可以提供输入信号特征，例如每个被选择的通信部件的输入信号功率和频率。最终，对于选择的通信部件，设计者也可以提供一组有效的配置。给定这些信息后，应用显示在图13中的方法。
在功能块200中，系统迭代的依次通过每个被选择的通信部件。对于每个通信部件，有关它的辐射特征的信息从通信硬件部件的数据库中得出。对于在功能块200中每个被选择的通信部件，在功能块210中，系统重复的通过每个可能的通信部件位置。对于每个在3-D环境模型中被选择的位置，被选择的通信部件模型被放置在该位置上。对于每个被选择的通信部件和每个被选择位置，在功能块220中，系统迭代的通过用于通信部件的每个可能的结构。
对于在每个选择的位置和每个有效的结构中的每个被选择的通信部件，系统预测了在每个边界位置中期待的性能尺度。被选择的通信部件的操作特征是公知的，例如输入信号特征。该通信部件被系统定位在确定的配置中的已知的3-D环境模型中。设施的3-D环境模型包含了与预测的通信系统性能有关的信息，这被详细描述在未决的序列号为09/318,841，名为“Method And System for Managing aBuilding Database Manipulator”的，由T.S.Rappaport和R.R.Skidmore提交的申请中(摘要256015AA)。
可采用不同种类的性能预测模型，并且也可以被用于去预测和最佳化通信部件布局和部件选择。该模型结合在通信系统中的每个通信部件的机电特性(例如，噪音系数，衰减损耗或放大，通信部件辐射图形等等)，3-D环境数据库中的电磁特性，和无线电波传播技术，以提供通信系统性能的评估。优选的预测模型包括墙面/楼层衰减系数，多径损耗指数模型，墙面/楼层衰减系数，单一路径损耗指数模型，实际点到点多径损耗指数模型，实际点到点单一路径损耗指数模型，
与距离有关的多断点模型，与距离有关的多径损耗指数模型，与距离有关的单程损耗指数模型，或其他模型，例如被工程设计者期待的射线跟踪和统计模型。
障碍物的物理和电子属性在3-D环境中被规定。尽管不是所有的参数被用于每个可能的预测模型中，但本领域的技术人员应当理解必要的参数将用于被选择的模型中。这些输入的参数包括1、预测配置---接收的信号场强(RSSI)，吞吐量，带宽，服务质量，比特误码率，分组误码率，帧误码率，分组丢失率，分组等待时间，回程时间，传播延迟，传输延迟，处理延迟，队列延迟，容量，分组抖动，带宽延迟产物，切换延迟时间，信干比，信噪比，物理设备价格，和/或安装成本2、移动接收机(RX)参数---功率，通信部件增益，主体损耗，便携RX的噪声系数，便携RX高出地面的高度3、实际和安装成本4、业务量，呼叫或分组到达速率5、传播参数—6、隔离物衰减系数7、楼层衰减系数8、路径损耗指数9、多个断点10、反射率11、表面粗糙度12、天线极化13、最大或平均超量多径延迟14、对于给定模型的其他必要的参数。
从无线电波的传播角度来看，在环境中的每个阻碍物/隔离物有多种电磁特性。当无线电波信号相交于物体表面时，会出现多种情况。一定比例的无线电波反射后离开表面并且沿着已改变的轨迹继续传输。一定比例的无线电波穿透或被表面吸收，并且沿着原来的轨迹继续传输。一定比例的无线电波在碰到表面上时被散射。指定给阻碍物/隔离物的电磁属性规定了这些相互作用。每个障碍物/隔离物分别包含的参数为衰减系数，表面粗糙度和反射率。衰减系数确定了无线电波信号在碰到给定的障碍物时损失功率的大小。反射率确定了无线电信号从障碍物上被反射的量。表面粗糙度提供了用于确定当碰到给定类型的障碍物时，无线电波信号散射或耗散程度的信息。
对于有线通信系统的设计来说，通信系统性能的预测可以通过分别预测所有有线网络部件的单个性能来实现，然后结合这些结果以获得网络性能。预测有线通信系统链路的性能是一个结合每个有线设备的已知效果用于特殊的网络设置的事情，该具体网络设置例如，硬件版本，操作系统版本，协议，数据类型，分组大小和业务应用特征，和网络上的业务负载。
本发明计算的网络的吞吐量和带宽被作为发送装置和接收装置之间距离，环境，分组大小，分组开销，调制技术，环境，干扰，信号强度，用户数量，协议，编码方案，以及用于数据通信网络无线部分的3-D位置中的任何一个或者全部的函数。因此，为了预测网络连接的带宽和吞吐量，合适的函数和常数，上次更新日期，必须从列举的参数中计算得出，然后对每个期待的位置和时间进行预测。
对于数据通信网络有线部分的传播延迟是通过将设备中的电的，电磁或光信号的传播速度除以行进的距离而来预测的。例如，因为光子在光导纤维电缆中用于传输数据并且以光速移动，因而数据在光导纤维电缆中的传输速度是每秒3×108米/秒。如果电缆长300米，那么传输延迟等于1×106秒。
对数据通信网络无线部分的传播延迟的预测稍微难一些。除了包括附加的延迟以外，使用对有线网络的相同的计算方法。额外的延迟被需要去计算无线数据不总是沿直线移动这一事实。因此为了计算在数据通信网络中无线链路的传输延迟，先将发射装置和接收装置之间的距离除以无线通信链路的传播速度(每秒3×108)，然后加上由发送装置和接收装置之间的间接路径产生的多径延迟，如等式1。Tp=d3*108m/s+τd----1]]>其中Tp为传输延迟，d是发送装置和接收装置之间的距离，并且τd是多径延迟。
预测多径延迟可以通过射线跟踪技术或根据到达角度，或者信号强度值来完成。
传输延迟可以从信道带宽直接计算得出。为了计算它，必须知道传输的比特数。为了计算它，将传输的比特数除以带宽。该计算对于无线和有线信道是一致的，但是对每个网络设备必须分开执行，该公式示意如等式2。Tt=#of bitsBW----2]]>其中Tt是传输延迟时间，#of bits是在传输或分组中的比特数量，并且BW是网络链路带宽。
处理延迟，和传播延迟一样，无需对无线和有线设备进行不同的计算。当然，必须对每个设备分开进行计算。由于处理延迟是网络设备处理接收或发送的数据比特的必需时间，因此对于没有操作任何计算机或微处理器处理的设备(如电缆，天线，或分配器)来说，该处理延迟为0。处理时间取决于分组大小，协议类型，操作系统，硬件和软件版本，设备的类型，以及在设备上的当前计算负载。为了预测任何设备的处理延迟，有必要使用能够计算所有这些效果的模型。
队列延迟仅适用于从多个过程或多个用户中传输数据的设备。设备的队列延迟是特定分组为了其他业务可以被传输，而必须等待的时间量。由于取决于被具体设备处理的业务量，因此预测具体连接的队列延迟是很困难的。由于该原因，队列延迟可以利用基于设备的期待性能和/或期待业务量的统计随机变量进行预测。可选择的平均值，中值，最好或最坏情况下的队列延迟时间通常被用于计算预测的队列延迟时间。
分组等待时间，回程时间和切换延迟时间全部基于传播，传输，以及处理和队列延迟时间。为了更准确的预测分组等待时间和回程时间，在特定的网络连接中的所有网络设备和适合于具体的业务类型，分组大小和协议的类型的传播，传输，处理和队列延迟时间必须被总计。例如，分组等待时间是分组从发送装置传输到接收装置所用的必需时间。为了预测用于具体链路的分组等待时间，用于具体的网络连接，业务类型，分组大小以及用于数据包单向传输的网络连接的传播，发送，处理和队列延迟时间必须被计算。
除了分组的发送和接收以及确认分组的返回以外，回程时间可以用类似的方法计算。因此，为了预测回程时间，本发明考虑了原始分组大小和确认分组大小以及特定网络连接的效果，传播中的协议和业务类型，发送，处理和队列延迟，来计算预测的返回时间。
切换延迟时间是基于包含在两个独立的无线接入点中的传播，传输，处理和队列延迟，并伴随无线设备从一个接入点到另一个接入点的控制变化。这些延迟是由于两个接入点必须来回的发送数据以成功的执行切换而产生的。因此，切换延迟时间的预测与在两个接入点之间分组等待时间的预测相似。为了预测切换延迟时间，本发明依赖于发送所需的具体数量和必须被发送的数据大小计算传播，传输，处理和队列延迟，同时还计算所期待的业务量，协议，分组大小和其他的相关信息。
当预测比特误码率时，本发明谨慎的区分了有线和无线误码率。这是因为无线连接比有线信道更明显易于发生数据错误。对于有线信道来说，比特误码率仅仅是测量连接中的电子，光学和电磁参数，并且利用统计随机变量进行预测。统计随机变量可以依赖于每个设备的电子、光学和电磁特性比如电压电平，功率电平，阻抗和操作频率，或者利用具体设备的典型值来生成。例如铜线经常模拟为具有1/106或107的比特误码率。
无线比特误码率比有线比特误码率依赖于更多的因素。由于该原因，本发明是基于环境，发送装置和接收装置之间的距离，阻碍传送的隔离物的数量和类型，时间，3-d位置，分组大小，协议类型，调制，无线电频率，无线电频带宽，编码方案，误码校正编码技术，多径信号强度和到达角度，以及多径延迟来预测无线比特误码率的。结果，预测比特误码率的计算利用常量被执行，将已知信道和网络设备设置转变为期待的比特误码率。
帧误码率，分组误码率和分组丢失率都可以从比特误码率中计算得出，或者直接使用与上述的用于比特误码率的相同的方法来预测。为了执行该计算，本发明使用了存储在与分组大小、帧尺寸和使用的协议有关的具体位置的材料清单中的信息来执行这些计算。为了预测分组误码率，与比特误码数有关的信息必然导致分组误码，帧误码或分组丢失发生。本发明使用了特定的协议信息来计算这种情况，并且使用了协议特定常数来转换比特误码率。
带宽延迟产物可以通过本发明直接使用关于环境、3维位置、协议类型、多径延迟、分组大小、无线电频率、无线电频带宽、编码，数量、多径部件到达的强度和角度、信号强度、传输、传播、处理和队列延迟、比特误码率、分组误码率和帧误码率的任何一个或全部信息来计算的。可选择的，本发明也可以使用以前预测的值间接的计算带宽延迟产物。带宽延迟产物通过将由设备引入的总延迟乘以某个网络设备的带宽来计算。因此BWD＝BW/Tnet3其中BWD是带宽延迟产物，BW是带宽，且Tnet是被引入的总延迟。
本发明使用了与数据通信网络硬件一致的统计学模型来预测抖动和服务质量(QoS)。这两个性能标准是网络安全性的测量值，以提供相容(consistent)数据到达时间。因此，为了计算连接的服务质量或抖动，本发明使用了包括环境、三维位置、协议类型、多径延迟、分组大小、无线电频率、无线电频率带宽、编码、数量、多径分量到达的强度和角度、信号强度、传输、传播、处理和队列延迟、比特误码率、分组误码率和帧误码率、吞吐量、带宽和带宽延迟产物中的任何一个或全部的表达式。该表达式中包括了一常量，该常量与总体上表示数据到达时间的变化，以及专门的表示网络服务质量和抖动的上述变量相关。
利用一种性能预测技术，该系统在每个边界位置上预测期待的性能尺度。这些计算的结果被存储用于后面的表中并显示。
利用在图13中的功能块200、210、220和230中定义的迭代处理，系统处理所有设计者的输入。该结果被制表并显示在功能块240中。系统在计算机对话框中列表显示了所有的通信部件、位置、配置，以及在每个边界位置预测的性能结果和期待的性能尺度之间的比较。该对话框，以及在图14中给出的例子，对用户关于不同的通信部件、位置和配置的要求提供了极大的反馈。为了满足在边界位置被定义的具体性能尺度，用户可以迅速的判断那种可能的通信部件模型、位置和配置是最佳的。由于图14中的列表401中的每一栏可以被存储，设计者根据在预测的性能尺度和在边界位置上测量的边界尺度之间的差别，可以快速的分析在通信部件模型、位置的不同选择之间的差别的折衷、以及依据边界位置上预测的性尺度和测量的性能尺度之间的差值来配置。该结果可以图表的形式显示给设计者或输出到电子数据表格格式中用于进一步的分析。该结果较大的改善了现有技术，使得设计者能容易的确定最佳的通信部件类型、位置和配置，去满足强加在任何通信系统配置上的设计约束。
在功能块250中，设计者可以从图14中的显示结果401的列表中随意的选择，并且使系统自动地定位被选择的在3-D环境模型中的通信部件模型和/或类型。新放置的通信部件具有从图14所示的列表401中输入的被选择的位置和配置。该功能性使得通信系统设计者允许系统在3-D环境模型中确定理想的通信部件位置，以满足既定的设计目标，然后在理想的位置和配置中，自动地定位已选择模型的通信部件。如果图11和12的方法得以应用，功能块250中被选择的通信部件可以随意的取代在以前在设备的3-D环境模型中被模拟的通信系统中的现有的通信部件。此外，在H.D.Sherali，C.M.Pendyala，和T.S.Rappaort，“Optimal Location of Transmitters for Micro-Cellular RadioCommunication System Design，”IEEE杂志在通信部分的选定区域，vol.14，no.4，1996年5月中描述的技术提供了基于计算的性能来自动放置通信设备。
现在参考图15，显示了放大的设施楼层平面。被显示在图6中的相同的通信系统部件已经被更新。通过执行描述在图13的功能块250中的过程，通信部件601已经被更新，以致于通信部件模型、位置和/或配置被更新以反映被系统选择的最佳设置。
同时，本发明根据单个最佳实施例已经进行了描述，本领域技术人员应认识到不脱离发明精神和附加权利要求范围的改进也在本发明申请保护范围之内。
权利要求
1.一种用于设计、配置或优化通信网络的方法，包括下列步骤产生空间的计算机化的模型，所述空间具有多个不同的对象，且每个对象具有影响通信网络性能的属性；对于在所述空间内至少一个选择的位置建立期望的性能尺度；模型化使用在所述通信网络中的多个不同部件的性能属性；从所述多个不同部件中指定部件以使用于所述通信网络对所述计算机化模型中的多个不同的部件指定所述空间内的位置；根据所述选择的部件和所述选择的位置对所述空间内至少一个选择的位置预测预定的性能尺度；和比较所述预测的性能尺度与期望的性能尺度。
2.如权利要求1所述的方法，其中指定部件和指定位置的所述步骤被自动地执行多次，直到在所述比较步骤中获得期望的比较为止。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括对所述选择的部件指定配置的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其中指定配置的所述步骤包括在所述选择的位置上的所述空间中定义所述选择的部件的方向的步骤。
5.如权利要求3所述的方法，其中指定部件、指定位置和指定配置的所述步骤被自动地执行多次，直到在所述比较步骤中获得期望的比较结果为止。
6.如权利要求1所述的方法，其中在所述指定步骤中指定的至少一些所述部件是无线通信部件。
7.如权利要求6所述的方法，其中无线通信部件是天线。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述期望的性能尺度和所述预测的性能尺度是从组中选择的，该组包括接收信号场强，吞吐量，带宽，服务质量，比特误码率，分组误码率，帧误码率，撤消的分组率，分组数据等待时间，回程时间，传播延迟，传输延迟，处理延迟，队列延迟，容量，分组抖动，带宽延迟产物，切换延迟时间，信干比，信噪比，实际设备价值，维护要求，折旧和安装成本。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述空间的所述计算机化的模型是三维的。
10.如权利要求1所述的方法，其中选择位置的所述步骤用一个图形接口来执行。
11.如权利要求1所述的方法，其中通过对所述选择的部件指定位置属性来执行指定位置的所述步骤。
12.一种用于设计、配置或优化通信网络的装置，包括用于产生空间的计算机化的模型的装置，所述空间具有多个不同的对象，每个对象具有影响通信网络性能的属性；用于对所述空间内至少一个选择的位置建立期望的性能尺度的装置；用于所述通信网络中的多个不同部件的性能属性的计算机化模型；从用于所述通信网络中的所述多个不同部件中指定部件的装置用于在所述计算机化模型中对多个不同的部件指定所述空间内的位置的装置；根据所述选择的部件和所述选择的位置对所述空间内至少一个选择的位置预测预定的性能尺度的装置；和比较所述预测的性能尺度与期望的性能尺度的装置。
13.如权利要求12所述的装置，进一步包括用于对所述选择的部件指定配置的装置。
14.如权利要求13所述的装置，其中用于指定配置的所述装置在所述选择的位置上的所述空间中定义指定的部件的方向。
15.如权利要求1所述的装置，其中至少一些所述部件是无线通信部件。
16.如权利要求15所述的装置，其中无线通信部件是天线。
17.如权利要求12所述的装置，其中所述期望的性能尺度和所述预测的性能尺度是从组中选择的，该组包括接收的信号场强，吞吐量，带宽，服务质量，比特误码率，分组误码率，帧误码率，撤消的分组率，分组等待时间，回程时间，传播延迟，传输延迟，处理延迟，队列延迟，容量，分组抖动，带宽延迟产物，切换延迟时间，信干比，信噪比，实际设备价值，折旧，维护要求和安装成本。
18.如权利要求12所述的装置，其中所述空间的所述计算机化的模型是三维的。
全文摘要
一种用于在三维(70)中对通信网络的设计进行工程管理和规划的方法，它组合计算机化的组织，融合数据库，以及位置指定的通信系统性能预测模型(70，90，100，110，120，130)。使用各种尺度来最佳化通信网络(90，130)的布局、放置和设计。
文档编号H04L12/24GK1466725SQ01816175
公开日2004年1月7日 申请日期2001年9月21日 优先权日2000年9月22日
发明者西奥多·拉帕波特, 西奥多 拉帕波特, 斯基德莫尔, 罗杰·斯基德莫尔, 恩 希特哈尔那斯, 普拉韦恩·希特哈尔那斯 申请人:无线谷通讯有限公司