JP2001526493A - ワイヤレス通信システムにおいて信号特性を予測する方法および装置 - Google Patents

ワイヤレス通信システムにおいて信号特性を予測する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 本装置は、マイクロセルラ送信機（３１４）およびマクロセルラ送信機（３１２）の表現を格納するメモリ（５０）を含む。マイクロセルラ送信機の表現は、第１信号の表現を送信すべく構成され、マクロセルラ送信機の表現は、第２信号の表現を送信すべく構成される。データベース（５１）は、メモリに応答する。このデータベースは複数のデータ構造を有し、この複数のデータ構造は、地理的エリアのマップからなる。所定の位置（１１）は、マップ上に配置される。サイズを有し、かつ面を定める少なくとも３つの点からなるファセット（６００）は、所定の位置に関連する。第１および第２信号の特性を計算するために、第１命令セット（５３）および第２命令セット（５４）がある。メモリおよびデータベースに応答するプロセッサ（５２）は、第１命令セットおよび第２命令セットのうち一方を利用して、所定の位置における特性を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野） 本発明は、一般に、通信システムに関し、さらに詳しくは、ワイヤレス通信シ
ステムにおいて信号特性を予測する方法および装置に関する。
【０００１】 （従来の技術） 小さなカバー・エリア(coverage area)を有する通常小さな低電力無線基地局 であるマイクロセル(microcells)は、局所的なエリアにおいてワイヤレス通信を
行うために利用される。マイクロセルは、デジタル無線伝送または光ファイバを
介して、より大きな無線基地局、すなわちマクロセルに結合できる。マイクロセ
ルにせよ、マクロセルにせよ、典型的なセル・サイトは、一つまたはそれ以上の
トランシーバと、アンテナなどの送信機とを含み、セル・サイトの指定されたカ
バー・エリア内の加入者に通信サービスを提供する。
【０００２】 マイクロセルおよびマクロセル両方を含む通信システムを設計することは、無
線周波数（ＲＦ）などの特定の周波数が各セルの指定カバー・エリア内に存在し
、しかも同一または同様な周波数を共有する他のカバー・エリアとの干渉が最小
限に抑えられるように、送信機の地理的位置，所望カバー・エリアおよび信号放
射パターンを選択する必要がある。
【０００３】 しかし、セル内外の実際の信号伝搬パターンを予測することは困難である。な
ぜならば、建物や他の地形不規則性(terrain irregularities)が信号を予期せぬ
方向に反射して、あるセルの指定カバー・エリア内における信号強度が不十分に
なり、および／または別のセルのカバー・エリアにおいて干渉が許容できないレ
ベルになるためである。
【０００４】 信号伝搬経路を予測し、ワイヤレス通信システムの物理的な配置プラニングを
助けるいくつかのソフトウェア・ツールが利用可能である。このようなツールの
例には、Motorola社製Netplan（商標）ＲＦシステム・プラニング管理ツール，M
obile Systems Inc.社製PlaNet（商標）ＲＦカバレッジ・ツール，LNS社製ＲＦ プラニング・ツールおよびT. Rappaportによって開発された市販のレイトレーシ
ング・ツール(raytracing tool)があるが、それらに限定されない。ただし、今 のところ、これらおよび他のソフトウェア・ツールは、あらゆる種類の通信シス
テムのプラニングで利用するのには適していない。
【０００５】 第１に、通常データベースに格納された情報を介して、通信システムに関連す
る地理的エリア内の目的エリア(area of interest)をモデリングし、また特定の
位置における信号特性を予測するために用いられる環境モデル(environmental m
odel)または高分解能マップは、マイクロセル用と、マイクロセル用とでは異な る。例えば、マクロセルラ・マップは、通常高分解能データベースを利用してモ
デリングされるマイクロセルラ・マップよりも分解能を一般に必要としない（あ
るいは、可変レイヤの分解能を必要とする）。
【０００６】 第２に、単純な経路損式(pathloss equations)および経験的または統計的伝搬
モデルは、マクロセルに関連する信号強度などの信号特性を予測することに一般
に用いられる。一方、マクロセル用には、実際の信号伝搬経路などの信号特性を
予測するために、より高度なレイトレーシング手法または確定的モデル(determi
nistic models)が用いられる。一般に、マクロセルラ伝搬モデルに関連するデー
タベースは、マイクロセルラ伝搬モデルに関連するデータベースとは異なる座標
系および／またはフォーマットである。
【０００７】 マイクロセルおよびマクロセルの両方を含む通信システム内の各セルについて
完全なカバレッジおよび許容可能な干渉レベルを得るために、周波数，信号放射
パターンおよび／または信号パワーの異なる組合せを手作業で選択およびフィー
ルド試験を行うことは、可能ではあるが、時間がかかり高価である。
【０００８】 従って、異なる分解能を有するマップを、一つの座標系を有する一つのマップ
に統合し、かつ特定の目的ポイントの位置に基づいて信号特性の予測を適応的に
調整する、マイクロセルおよびマクロセル両方を有する通信システムにおいて信
号特性を予測する方法および装置が必要とされる。
【０００９】 （発明の概要） 本発明の一態様に従って、上記の必要性は、地理的エリア内の所定の位置にて
第１および第２信号の特性を予測する方法によって対処され、本方法は、前記地
理的エリアを担当するワイヤレス通信システムにおいて動作し、前記ワイヤレス
通信システムは、第１送信機および第２送信機を含み、前記第１送信機は、第１
波長を有する第１信号を送信すべく構成されたマイクロセルラ送信機であり、前
記第２送信機は、第２波長を有する第２信号を送信すべく構成されたマクロセル
ラ送信機である。本方法は、前記第１および第２送信機の表現(representations
)を位置決めする段階；前記地理的エリアの環境モデルを定義する段階；前記環 境モデル内の複数のファセット(facets)を定義する段階であって、前記複数のフ
ァセットのそれぞれは、面(plane)を定める少なくとも３つの点からなり、かつ サイズを有し、少なくとも一つのファセットは前記所定の位置に関連する、段階
；前記特性を予測するための第１手法を与える段階；前記特性を予測するための
第２手法を与える段階；前記所定の位置に関連する前記少なくとも一つのファセ
ットのサイズと、前記第１波長と、前記第２波長とに基づいて、前記第１手法お
よび前記第２手法のうち一方を利用して、前記所定の位置における特性を予測す
る段階；および前記予測に基づいて、前記ワイヤレス通信システムに関連するパ
ラメータを修正する段階を含む。
【００１０】 本発明の別の態様に従って、地理的エリアを担当するワイヤレス通信システム
において、前記地理的エリア内の所定の位置にて第１信号および第２信号の特性
を計算する装置は、マイクロセルラ送信機およびマクロセルラ送信機の表現を格
納するメモリを含む。前記マイクロセルラ送信機の表現は、前記第１信号の表現
を送信すべく構成され、前記マクロセルラ送信機の表現は、前記第２信号の表現
を送信すべく構成される。データベースは、前記メモリに応答する。前記データ
ベースは複数のデータ構造を有し、前記複数のデータ構造は、前記地理的エリア
のマップからなる。前記所定の位置は、前記マップ上に配置される。ファセット
は、前記所定の位置に関連する。前記ファセットはサイズを有し、面を定める少
なくとも３つの点からなる。前記特性を計算するための第１命令セットと、前記
特性を計算するための第２命令セットとが与えられる。プロセッサは、前記メモ
リおよび前記データベースに応答し、前記プロセッサは、前記第１命令セットお
よび前記第２命令セットのうち一方を利用して、前記所定の位置での前記特性を
計算する。
【００１１】 本発明の更なる態様に従って、地理的エリアを担当するワイヤレス通信システ
ムにおいて、前記ワイヤレス通信システムは、第１送信機および第２送信機を含
み、前記第１送信機は第１信号を送信すべく構成されたマイクロセルラ送信機で
あり、前記第２送信機は第２信号を送信すべく構成されマクロセルラ送信機であ
る、ワイヤレス通信システムにおいて、前記地理的エリア内の所定の位置にて前
記第１および第２信号の特性を判定する装置は、前記第１および第２送信機の表
現を位置決めする手段；前記地理的エリアの環境モデルを定義する手段；前記環
境モデル内の複数のファセットを定義する手段であって、前記複数のファセット
のそれぞれは、面を定める少なくとも３つの点からなり、かつサイズを有し、少
なくとも一つのファセットは前記所定の位置に関連する、手段；前記特性を予測
する第１手段；前記特性を予測する第２手段；および前記所定の位置での前記特
性を判定するために、前記第１予測手段および前記第２予測手段のうち一方を選
択する手段であって、前記選択は、前記所定の位置に関連する前記少なくとも一
つのファセットに基づき、かつ前記第１および第２信号の波長に基づく、手段を
含む。
【００１２】 本発明の利点については、一例として図説される本発明の好適な実施例の以下
の説明から、当業者に明白となろう。理解されるように、本発明は他の異なる実
施例も可能であり、その詳細はさまざまな点で修正可能である。従って、図面お
よび説明は例示的な性質のものであり、制限的とはみなされないものとする。
【００１３】 （好適な実施例の説明） 同様な参照番号は同様な構成要素を表す図面を参照して、図１は典型的なセル
ラ通信システム２００の図である。多数の移動通信ユニット（図示せず）または
移動局は、基地局３１２，３１４，３１６がそれぞれ担当するエリア４１２，４
１４，４１６において動作できる。基地局３１４，３１６は、それぞれ対応する
エリア４１４，４１６とともに、マイクロセルであり、一方、基地局３１２およ
び対応するエリア４１２はマクロセルである。総合して、サービス・エリア４１
２，４１４，４１６は、特定の地理的エリア４００をカバーする。
【００１４】 実際には、特定のサイズのエリアまたは空間内の指定されたエリアの中心を表
す、多数のポイント１１、すなわち測定可能領域は、地理的エリア４００内に示
される。ポイント１１は、エリア４００内のどこにでも配置できる。任意の数の
ポイント１１がエリア４００内で識別でき、移動局はポイント１１において動作
すると想定できる。近傍サービス・エリア４１２，４１４，４１６は、（図示の
ように）重複してもよく、あるいは実質的に互いに隣接してもよい。基地局３１
２，３１４，３１６はセクタ化基地局(sectored base station)（図示せず）の セクタでもよく、あるいはそれ自体がセクタ化基地局でもよいが、一般には、通
信が確立されるエリア全体で無線信号を放射できるアンテナなどの送信機を有す
るデバイスである。本明細書において無線周波数チャネルという場合、このチャ
ネルは周波数方式のシステムにおけるチャネルだけでなく、符号方式の無線周波
数通信システムにおけるチャネルも表すことが理解される。
【００１５】 Motorola Inc.社から一般に入手可能な基地局３１２，３１４，３１６などの 基地局は、とりわけ、移動通信ユニットと基地局３１２，３１４，３１６との間
の通信のための通信チャネルを提供する複数のトランシーバ（図示せず）を含む
ことができ、また通信信号を送受信するアンテナ１９などの送信機を含んでもよ
い。多重周波数、例えば、多重音声シグナリング・チャネルは、周知の合成方法
(combining methods)を利用して、一つのアンテナ１９から送信できる。アンテ ナ１９は、例えば、指向性ビーム，単一ビーム(uni-beam)，全方向性ビーム(omn
i-beam)，パッチまたはアレイなど任意の種類でもよく、その送信パワーおよび ／または整相(phasing)は、さまざまな周知の方法を利用して制御できる。
【００１６】 基地局３１２，３１４，３１６のうち一つまたはそれ以上は、周知の構造およ
び機能を有するMotorola社製基地局コントローラなどの基地局コントローラ（図
示せず）と通信でき、あるいはそれ自体が完全な基地局システムでもよい。追加
の基地局も、存在する場合には、基地局コントローラに結合できる。基地局コン
トローラまたは基地局システムは、交換機（図示せず）と通信でき、この交換機
は、Motorola社から一般に入手可能なEMX（商標）2500などの移動交換局(mobile
switching center)または別の適切な種類の交換機でもよい。また、追加の基地
局コントローラ（図示せず）または基地局システムも、交換機に結合できる。さ
らに、交換機は、とりわけ、一般電話交換網（ＰＳＴＮ）（図示せず）と通信で
き、移動通信ユニットが陸上方式の通信回線にアクセスし、またその逆にアクセ
スすることを可能にする。
【００１７】 基地局３１２，３１４，３１６と移動局との間の多重アクセス・ワイヤレス通
信は、好ましくは、無線周波数（ＲＦ）チャネル上で行われ、このＲＦチャネル
は、音声，データ，ビデオなどの通信信号が送信される物理的な経路を提供する
。基地局から移動局への通信は、順方向リンク・チャネル上で行われるといい、
一方、移動局から基地局への通信は、逆方向リンク・チャネル上であるという。
通信チャネルは、とりわけ、パイロット・チャネル，ページング・チャネル，同
期チャネル，トラヒック・チャネルまたはトラヒック・チャネルの一部でもよい
。
【００１８】 図１に示すシステム２００などのワイヤレス通信システムをプラニングする場
合、無線周波数信号などの適切な信号が、隣接チャネル干渉または同一チャネル
干渉の形態で過剰な干渉を生じずに、アンテナ１９から所望のカバー・エリア４
１２，４１４，４１６内のほとんど全てのポイントに伝搬するように、基地局３
１２，３１４，３１６の地理的位置と、カバー・エリア４１２，４１４，４１６
の近似境界とを適切に選択することが重要になる。セルラ無線電話ネットワーク
などワイヤレス通信システムを設計することに関与する一般的な考慮事項につい
ては、本明細書に参考として含まれる"The Communications Handbook," Jerry D
. Gibson, Editor-in-Chief, CRC Press (1997), Chapter 81, pp. 1146-1159に
おいて説明されている。
【００１９】 アンテナ１９から送信される信号の特性が正確に予測できれば、基地局３１２
，３１４，３１６が適切に配置されると考えられる。周知のように、信号特性、
それにカバー・エリア４１２，４１４，４１６の形状およびサイズは、建物およ
び他の地形不規則性の位置に依存するだけでなく、アンテナ１９を配置するサイ
トの有無およびトラヒック輻輳に応じて変化する。
【００２０】 本発明の一態様に従って、図２においてそのフローチャートが示される（さら
に、図１および他の図面を必要に応じて参照して説明される）方法は、とりわけ
、各基地局３１２，３１４，３１６に関連する所望の信号特性がポイント１１に
て存在するように、マイクロセルおよびマクロセルの両方と、混在分解能データ
ベース(mixed resolution databases)とを有するシステム２００などのワイヤレ
ス通信システムにおいて信号特性の予測を行う。
【００２１】 ブロック５０２において、データをロード・初期化する段階が実行される。こ
の段階は、とりわけ、マシン読み取り可能なフォーマットで基地局３１２，３１
４，３１６を表現し、異なる減衰レベルに基づくカバー・エリア４１２，４１４
，４１６の近似とともに、基地局３１２，３１４，３１６の表現の初期地理的位
置を選択することを含む。基地局３１２，３１４，３１６のアンテナ１９に関連
する送信パワー値と、アンテナ１９によって送信される信号の特定の周波数との
初期セットを想定してもよい。例えば、セルラ無線電話は現在８９０ＭＨｚ範囲
で動作し、また１．９ＧＨＺ範囲で動作しているが、他の周波数を指定してもよ
い。特定のアンテナの近距離フィールド(near field)に物体がある場合、定差時
間領域（ＦＤＴＤ：finite difference time domain）または有限要素法（ＦＥ Ｍ：finite element method）などの数値方法(numerical methods)を用いてあら
かじめ生成されたアンテナ・パターンのライブラリを利用できる。
【００２２】 本方法はブロック５０４に進み、ここで目的の一つまたはそれ以上のエリア、
または所定の位置、が選択される。例えば、一つまたはそれ以上のポイント１１
は、目的エリアを構成することがある。また、目的の一つまたはそれ以上の信号
特性はブロック５０４において選択される。信号特性の例として、信号強度，信
号伝搬経路，信号干渉および信号偏波(signal polarization)があるが、それら に限定されない。
【００２３】 次に、ブロック５０６において、地理的エリア２００の環境モデルまたはマッ
プが定義される。環境モデル３００の一例を図３に示す。図示のように、建物３
０４，３０６，３０８，３１０を含むがそれらに限定されない、伝搬信号の方向
を変えうる物体は、アンテナ１９に対して配置され、このアンテナ１９は基地局
３１２，３１４，３１６のうちの一つに関連する。建物，地形高度および木々，
水，岩などの自然物などの物体の位置，サイズおよび構成は、三次元でモデリン
グされ、データベースに格納できる。既知の表面および不均一な粗面(inhomogen
eous rough surfaces)などの各物体の三次元での回折係数，反射係数および拡散
散乱係数(diffusion scattering coefficient)は、好ましくは、定差時間領域（
ＦＤＴＤ）解析または有限要素解析などの数値方法を利用して展開され、異なる
材料は散乱係数でモデリングされ、これらの材料は、反射または回折信号の特性
を予測するために用いられる。また、ＦＤＴＤおよび／または他の数値方法は、
壁，楔形状および曲がり角がアンテナの近距離フィールドに存在する場合に、そ
れらの影響を含んだ現実的なアンテナ・パターンを展開するために利用できる。
モデリングされる物体の特定の誘電率または誘電特性は想定でき、スーパコンピ
ュータを利用して係数を導出できる。次に、これらの係数は、将来利用するため
に、データベース内のデータ構造として格納できる。例えば、導出された係数は
、ルックアップテーブルなどの周知のフォーマットで格納できる。
【００２４】 三次元モデリングの一つの手法については、本明細書に参考として含まれるE.
K. Tamehらによる"Integrated Macro and Microcellular Propagation Model, B
ased on the Use of Photogrammetric Terrain and Building Data," IEEE (199
7), pp. 1957-1961において説明されている。三次元地形データ・バンクの利用 を考慮する超短波(very high frequency)および極超短波(ultra high frequency
)レンジでのカバレッジ予測のための伝搬モデルについては、本明細書に参考と して含まれるM. Lebherzらによる"A Versatile Wave Propagation Model for th
e VHF/UHF Range Considering Three-Dimensional Terrain," IEEE Transaction
s on Antennas and Propagation, Vol. 40, No. 10, October 1992, pp. 1121-1
131において提示されている。伝搬および／または環境モデルに関する他の論文 には、K. Rizikらによる"Two-Dimensional Ray-Tracing Modeling for Propagat
ion Prediction in Microcellular Environments," IEEE Transactions on Vehi
cular Technology, Vol. 46, No. 2, May 1997, pp. 508-517；N. Gengらによる
"Simulation of Radio Relay Link Performance Using a Deterministic 3D Wav
e Propagation Model," Radio Relay Systems, C11-14 October 1993, Conferen
ce Publication No. 386, IEEE, pp. 343-348；T. Kurnerらによる"Concepts an
d Results for 3D Digital Terrain-Based Wave Propagation Models: An Overv
iew," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 11, No. 7,
Sept. 1993；P.A. Tirkasらによる"Finite-Difference Time-Domain Method for
Electromagnetic Radiation, Interference, and Interaction with Complex S
tructures," IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. 35,
No. 2, May 1993；S.Y. Tanらによる"A Microcellular Communications Propag
ation Model Based on the Uniform Theory of Diffraction and Multiple Imag
e Theory," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 44, No. 1
0, October 1996；およびJ.B. Schneiderらによる"A Monte Carlo FDTD Techniq
ue for Rough Surface Scattering," IEEE Transactions on Antennas and Prop
agation, Vol. 43, No. 11, November 1995が含まれる。これらの論文のそれぞ れは、本明細書に参考として含まれる。
【００２５】 好ましくは、環境モデル３００は、地理的エリア２００内の異なる領域につい
て異なる分解能に対処する。例えば、田園の平坦なエリアでは、１００〜２００
メートルの分解能で十分であるが、一方、都会エリアまたは不規則な地形を有す
るエリアでは、１０メートルまたはそれよりも良好な分解能が必要とされる。単
一の座標系を維持しながら、このような不均一なマップを実現することが望まし
い。衛星，マップおよび空撮写真などさまざまな手段を介して収集されたデータ
は、楕円面座標(ellipsoid coordinate)系または球座標(spherical coordinate)
系にて一般に表現される。楕円面座標系を直角座標(rectangular coordinate)系
に変換して、直角（デカルト）座標物理学のみを利用することが好ましい。
【００２６】 地理的データは、好ましくは、田園(rural)エリア，都会(urban)エリアおよび
混合(mixed)エリアに分離・分類される。田園エリアは、ランド・カバー(land c
over)およびエレベーション(elevation)に基づいてさらに分類される。ランド・
カバーの例には、森（面積当りの木の特定の密度を有する），湖，広い陸地およ
び広い湿地帯が含まれる。エレベーションの例には、平坦なエリア，特定の不規
則性または粗さを有する平坦なエリア，丘陵エリアおよび山岳地形が含まれる。
都会エリアは、建物密度に基づいて分類され、例えば、典型的な米国の都市，欧
州の都市および郊外(suburban)エリアによって定義される。各クラスのデータに
は、独自の反射係数および／または回折係数を割り当てることができ、また遷移
領域(transition regions)も定義できる。
【００２７】 ブロック５０８において、環境モデル３００内の方向転換(redirection)、す なわち、信号２８の反射，回折または拡散をシミュレーションする予測手法が与
えられる。一つまたはそれ以上のアンテナ１９から送信される信号２８の特性を
予測する第１手法は、確定的手法(deterministic technique)であり、これは、 物理的な現象を記述する三次元散乱計算などの数学式の利用を含む。このような
計算を利用することは、一般にレイトレーシング(raytracing)という。一般に、
基本的な計算は、直角座標系で記述される平面波式特性(plane wave equations
characteristics)を含む、回折の均一理論(uniform theory of diffraction)ま たは幾何光学／物理光学(geometrical/physical optics)に基づいている。
【００２８】 本発明の好適な実施例に従って、アンテナから放射されるエネルギは、エネル
ギ密度、すなわち、平方メートル当りのワット数、として扱われる。このような
放射エネルギは、点ではなく表面にて、壁などの物体に当る。その結果、表面に
電流が発生し、この電流は再放射する。表面の性質（すなわち、その材料および
形状）は、表面電流を決定する。再放射されたエネルギの方向および新たな信号
特性に関する情報（例えば、偏波状態，信号強度，信号振幅）は検出される。例
えば、垂直偏波信号は、誘電物体または不均一な物体から反射した後に、偏波解
消(depolarize)することがある。入射信号が特定の偏波にて特定のファセットに
当るときに、反射信号の偏波状態がわかる、あるいは選択できるように、それぞ
れが特定の材料組成および不均等性(inhomogenuity)を有するファセット（以下 でさらに説明する）のライブラリに基づいて、偏波または偏波解除の程度を予測
することが好ましい。このような手法および／またはライブラリは、一般に偏波
メトリック散乱マトリクス(polarometric scattering matrix)という。
【００２９】 あるいは、信号２８などの信号の減衰は、周知のイメージ方法(method of ima
ges)または周知のドット成分方法(dot product method)を利用して確定的に予測
できる。イメージ方法についての詳細な説明は、本発明と共通して譲渡された米
国特許出願第０８／７０１，２５７号，第０８／６５６，０２９号，第０８／４
１５，０５１号および第０８／６８５，３４４号にみることができる。上記の米
国特許出願のそれぞれは、本明細書に参考として含まれる。
【００３０】 信号２８の特性を予測する第２手法は、統計的／経験的手法であり、好ましく
は、数値的方法を利用する。数値的方法の例には、ＦＤＴＤ、有限要素法（ＦＥ
Ｍ）またはモーメント法（ＭＯＭ：method of moments）が含まれる。数値的方 法の結果は、あらかじめ計算され、ライブラリ，データベース，テーブルなどに
格納できる。例えば、異なる種類の建物の角についての回折係数のライブラリを
、ユーザが生成・選択でき、あるいは詳細な建物情報がない場合、典型的な不均
一な楔形(inhomogeneous wedges)に関連する回折係数を選択できる。フレネル係
数などの行(rows)および／または要素(elements)を有する散乱マトリクスは、三
次元タイプの問題に利用できる。
【００３１】 次に、ブロック５１０において、目的の選択された領域における目的の信号特
性を自動的に判定するプロセスが開始する。
【００３２】 ブロック５１２において、選択された目的エリアのサイズが、選択された信号
特性が計算される分解能を決定することが示される。例えば、目的エリアが１０
平方メートルの場合、この目的エリアの直角座標が特定される。この目的エリア
は、高度な分解能が望ましい場合には、最少可能な個別領域に分解してもよく、
あるいは低い分解能が望ましい場合には、一つの完全な領域として扱うことがで
きる。一般に、より小さな目的エリアは、より高い分解能出力となり、一方、よ
り大きな目的エリアは、より低い分解能出力となる。
【００３３】 各目的エリアは、好ましくは、一つまたはそれ以上のファセット(facet)によ って表される。図４に示すようなファセット６００は、三次元空間内で３つまた
はそれ以上の点によって定められ、区切られる面(plane)であり、コンピュータ ・サイエンスの分野では周知な物体である。ファセット６００は、三角形または
長方形でもよい。ファセット６００の面に対して垂直なベクトルＮ６０２も図示
されている。一つの目的エリアは、異なるサイズの一つまたはそれ以上のファセ
ットを含むことがある。各ファセットが特定の入射角にて特定の材料組成および
不均等性(inhomogenuity)を有するように、ファセットのライブラリは好ましく は生成される。
【００３４】 ファセット６００は、好ましくは、選択された信号特性が計算される分解能に
応じてサイズが変化し、またはファセットの位置の重要性に応じてサイズが変化
することもある。例えば、主要な道路または建物上またはその付近のエリアはよ
り重要であるとみなすことができ、そのため、広野や湖などの人口の少ないエリ
アに比べて、関連するより多くてより小さいファセットを有することがある。さ
らに、ファセットは、好ましくは、上記のようなランド・カバーおよびエレベー
ションなどの地理的な特徴に基づいてサイズが決められる。例えば、森林エリア
では、ファセット・サイズは、都市エリアの場合に比べて異なる（例えば、大き
い）ことがある。各ファセットは、独自の反射係数および／または散乱拡散係数
を有する。
【００３５】 本発明の好適な実施例に従って、特定の目的エリアにおける選択された信号特
性を予測する手法は、調査対象の信号の周波数に対して、特定の目的エリアを定
めるファセットのサイズに基づいて、自動的に、あるいは適応的に、利用される
。例えば、ファセットの表面の半径に等しい、あるいはそれより大きい波長を信
号が有する場合、幾何光学の手法では、この信号の特性を正確に予測できない。
この場合、ＦＤＴＤなどの数値方法が利用される。逆に、信号の波長がファセッ
トのサイズよりもはるかに小さい場合、幾何光学の手法がうまく採用できる。
【００３６】 また、特定のエリアにおける選択された信号特性を予測する手法は、特定のフ
ァセットまたはその一部によって定められる材料および／または特定のファセッ
トの位置に基づくこともある。例えば、材料または地形のさまざまな不規則性レ
ベルを定めることができ、また特定のサイズの不規則性について、確定的モデル
または統計的方法のいずれかを利用して、信号特性を予測できる。
【００３７】 従って、図２に示すように、ブロック５１４においてファセットのサイズ，物
理的特性および位置が判定され、ブロック５１６において予測手法が選択される
。
【００３８】 ブロック５１８において、信号特性が予測される。この予測の結果は、三次元
でグラフィックに表示され、二次元でグラフィックに表示され、テーブル・フォ
ーマットで表示され、あるいは他の適切な方法で表示できる。
【００３９】 信号周波数に応じて、また目的エリアに関連するファセット・サイズおよび材
料に応じて、信号特性を予測する方法を適応することにより、多くの利点が得ら
れる。例えば、単一の均一座標系および単一の環境モデルを利用して、マクロセ
ルおよびマイクロセルの両方に関連する環境における電磁界の伝搬を予測でき、
８９０ＭＨｚにて平坦なものは、１．９ＧＨｚでは平坦に見えないこともある。
【００４０】 ブロック５２０に示すように、信号特性の予測に基づいて、ワイヤレス通信シ
ステムに関連するパラメータを修正することが望ましい。修正できるパラメータ
の例には、とりわけ、基地局３１２，３１４，３１６の位置，基地局３１２，３
１４，３１６のアンテナ１９に関連する一つまたはそれ以上の送信パワー値，そ
れにアンテナ１９によって送信される信号の特定の周波数が含まれる。
【００４１】 このように、ワイヤレス通信システム２００に関連する地理的エリア４００内
のさまざまな点において信号特性を自動的に予測することが可能になる。サービ
ス・エリア４１２，４１４，４１６をほとんど完全にカバーし、任意のポイント
１１における近傍サービス・エリア内への伝搬が最も少ない、基地局および／ま
たはアンテナ位置，周波数および信号パワーの組合せを選択できる。
【００４２】 図５を参照し、また図１ないし図４を適宜参照して、本発明の好適な実施例に
より信号特性を予測するための、例えば汎用コンピュータでよい、装置６０を示
す。メモリ５０は、さまざまな送信周波数および／またはパワーとともに、基地
局３１２，３１４，３１６などの信号送信源の地理的位置と、アンテナ１９の種
類を表す情報を格納する。メモリ５０に応答するデータベース５１は、地理的エ
リア４００の環境モデルまたはマップを表す多数のデータ構造を格納する。デー
タは、例えば、数学式，データ構造，デジタル表現またはテーブルを利用して、
さまざまな周知な方法で、メモリ５０および／またはデータベース５１において
表現できる。環境モデルは特定の座標系（図示せず）を有することができ、この
座標系の個別のエリアはそれに関連する異なるサイズの一つまたはそれ以上のフ
ァセット６００を有する。所定の空間は、周知のコンピュータ・サイエンス手法
を利用して、異なるサイズの三次元ファセットによって表すことができる。
【００４３】 プロセッサ５２は、メモリ５０およびデータベース５１と通信する。プロセッ
サ５２はプログラム（図示せず）に応答でき、このプログラムはメモリ５０に常
駐でき、例えば、周知な方法を利用してコンピュータ読み出し可能な言語で書か
れた命令セットでもよく、本発明の好適な実施例に関連して記述された方法のさ
まざまな態様を実行する。例えば、本方法は、Ｃおよび／またはＣ＋＋などの言
語で書かれたソフトウェアで実装でき、シリアルまたはパラレル処理手法を利用
する一つまたはそれ以上のマイクロプロセッサを搭載する高性能ワークステーシ
ョン上で実行できる。プロセッサ５２，メモリ５０およびデータベース５１とと
もに、このプログラムは、特定の目的エリアを定めるファセットのサイズに基づ
いて、命令セット５３または命令セット５４のいずれかを利用して、特定の目的
エリアにおける選択された信号特性を予測できる。
【００４４】 もちろん、装置６０は、キーボード（図示せず），ポインティング・デバイス
（図示せず），ディスプレイ・デバイス（図示せず）またはネットワーク・イン
タフェース（図示せず）などの一つまたはそれ以上の他のデバイスまたは要素を
含むことができる。
【００４５】 メモリ５０，プロセッサ５２およびその関連プログラム，データベース５１お
よび命令セット５３，５４は、Motorola社製Netplan（商標）ソフトウェア・ツ ールなどのシミュレーション・ツールの構成要素でも、あるいはこのシミュレー
ション・ツール内で実装してもよい。本発明のさまざまな態様は、一般にコンピ
ュータ・システム上で実装可能な特定の機能に関する。また、特定の機能を実装
するプログラムは、書き換え不可能な保存媒体上の永久保存装置，書き換え可能
な保存媒体上の変更可能な保存装置を含むが、それらに限定されない多くの形式
にて、コンピュータに配信でき、あるいはコンピュータ・ネットワーク，一般電
話交換網，光ファイバ・ケーブルまたは送信無線周波数信号などの通信媒体を介
して伝達できる。
【００４６】 セルラ方式の通信システムに適用される本発明の原理は、パーソナル通信シス
テム，衛星通信システムおよびデータ・ネットワークを含むが、それらに限定さ
れない他の種類の通信システムにも適用でき、さらに任意の数のセルを有するセ
ルラ通信システムにも適用できる。同様に、本明細書で説明した原理は、通信シ
ステムがアナログまたはデジタルであっても、単方向または双方向であっても、
適用可能である。また、本発明の態様を利用できる通信システムおよびそのネッ
トワーク要素は、任意の適切な方法で構成可能であることが理解される。本発明
のさまざまな実施例は、任意の周波数を有する通信信号や、任意のエア・インタ
フェース規格に準拠する通信システムとも利用できる。
【００４７】 発明の他の更なる形式は、特許請求の範囲ならびにその同等の精神および範囲
から逸脱せずに、考案できることは明白であり、本発明は、上記の特定の実施例
に制限されるものではなく、特許請求の範囲ならびにその同等によってのみ定め
られるものとする
【図面の簡単な説明】
【図１】 マクロセルおよびマイクロセルの両方を含む典型的なセルラ通信
システムの図である。
【図２】 本発明の好適な実施例により信号特性を予測する方法のフローチ
ャートである。
【図３】 建物および他の地形不規則性がアンテナ・ビーム・パターンをさ
まざまな方向に反射することを示す、環境モデルの上面図である。
【図４】 図３に示す環境モデルの一部を表すファセットのグラフである。
【図５】 本発明の好適な実施例により信号特性を予測する装置のブロック
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャビア・メンドーサ アメリカ合衆国イリノイ州バートレット、 レミントン・ドライブ217 (72)発明者 ヴェーララガバン・エー・アナンサ アメリカ合衆国イリノイ州デス・プレイネ ス、ナンバー410、ディー・ロード9700 Ｆターム(参考） 5K042 AA06 BA01 CA02 DA01 DA13 DA17 DA19 EA14 GA12 5K067 AA21 CC04 CC10 KK13 KK15

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 地理的エリアを担当するワイヤレス通信システムであって、
    前記ワイヤレス通信システムは、第１送信機および第２送信機を含み、前記第１
    送信機は、第１波長を有する第１信号を送信すべく構成されたマイクロセルラ送
    信機であり、前記第２送信機は、第２波長を有する第２信号を送信すべく構成さ
    れたマクロセルラ送信機である、ワイヤレス通信システムにおいて、前記地理的
    エリア内の所定の位置にて前記第１および第２信号の特性を予測する方法であっ
    て： 前記第１および第２送信機の表現を位置決めする段階； 前記地理的エリアの環境モデルを定義する段階； 前記環境モデル内の複数のファセットを定義する段階であって、前記複数のフ
    ァセットのそれぞれは、面を定める少なくとも３つの点からなり、かつサイズを
    有し、少なくとも一つのファセットは前記所定の位置に関連する、段階； 前記特性を予測するための第１手法を与える段階； 前記特性を予測するための第２手法を与える段階； 前記所定の位置に関連する前記少なくとも一つのファセットのサイズと、前記
    第１波長と、前記第２波長とに基づいて、前記第１手法および前記第２手法のう
    ち一方を利用して、前記所定の位置にて前記特性を予測する段階；および 前記予測に基づいて、前記ワイヤレス通信システムに関連するパラメータを修
    正する段階； によって構成されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記ワイヤレス通信システムは、セルラ無線電話通信システ
    ムからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記セルラ無線電話通信システムは、符号分割多元接続（Ｃ
    ＤＭＡ）システム，アナログ・システムおよび時分割多元接続（ＴＤＭＡ）シス
    テムからなるグループから選択されることを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記所定の位置は、三次元エリアからなることを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記環境モデルは、マップからなることを特徴とする請求項
    １記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記マップは、データベースからなることを特徴とする請求
    項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記データベースは、地形データの表現と、単一のデータ・
    セットに統合されたクラッタ・データ(clutter data)の表現とからなることを特
    徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記クラッタ・データは、三次元建物からなることを特徴と
    する請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記複数のファセットのそれぞれは、前記面に垂直なベクト
    ルからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記複数のファセットのそれぞれに優先値を割り当てる段
    階： をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
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