JP2004356680A

JP2004356680A - マイクロ波帯移動電波伝搬推定方法

Info

Publication number: JP2004356680A
Application number: JP2003148495A
Authority: JP
Inventors: Hironari Masui; 裕也増井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-27
Also published as: JP4055652B2

Abstract

【課題】移動通信において使用周波数が例えばマイクロ波帯のように高くなると、見通し外伝搬損失量は地物構造に起因するばらつきが増大するため推定が困難となる。それに対処して上限値及び下限値の範囲を高速高精度に推定可能な方式を提供することが課題である。
【解決手段】見通し内道路から２回以上交差点を経過した見通し外道路では反射波計算処理を行わず回折波推定処理だけを実施する。また、反射波に基づく伝搬損失量推定処理においては受信局の位置情報として道路上の２次元位置情報を使用せずに交差点からの距離だけをパラメータとして計算を実行する。さらに実測に基づいたコーナロス区間長及び回折波減衰係数値を併用することにより、送受信局間距離に応じた伝搬損失量の変化を上限値と下限値からなる範囲として高精度に推定することを可能とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動無線通信システムの回線設計において必要となる電波伝搬特性の推定方法に関するものである。本発明は伝搬損失量の上限値及び下限値を特に見通し外環境において高速高精度に推定することを可能とし、有効セル範囲や他局干渉波の影響推定に応用できるのでセル置局設計等の無線回線設計、及び無線システム設計に有効な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来は例えば、特許文献１に記載されているように、自由空間伝搬に基づいて伝搬損失量を計算し、それに対して道路を１つ曲がる毎に一律な減衰増加量を付加するという方法が使用されていた。
【０００３】
また例えば、特許文献２に記載されているように、見通し内環境において伝搬損失量を上限値と下限値からなる幅として推定する方法が考案されていた。
【０００４】
さらに例えば非特許文献１に記載されているように、道路情報に基づいて反射波と回折波とを解析的に数値計算することにより見通し外環境における伝搬損失量を推定する方法が提案されていた。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１２２９０号公報
【特許文献２】特開２００２−２７１２７５号公報
【非特許文献１】Ｖ．Ｅｒｃｅｇ、Ａ．Ｊ．Ｒｕｓｔａｋｏ、Ｊｒ．、Ｒ．Ｓ．Ｒｏｍａｎ、「ＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎＡｒｏｕｎｄＣｏｒｎｅｒｓａｎｄＩｔｓＥｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅＭｉｃｒｏｃｅｌｌＣｏｖｅｒａｇｅＡｒｅａｉｎＵｒｂａｎａｎｄＳｕｂｕｒｂａｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓａｔ９００ＭＨｚ、２ＧＨｚ、ａｎｄ６ＧＨｚ」、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＶｅｈｉｃｕｌａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１９９２年６月、Ｖｏｌ．４３、Ｎｏ．３、ｐｐ．７６２−７６６
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第４世代移動通信システムでは現行システムよりも高い周波数帯（マイクロ波帯）の採用が想定されている。システム構築やセル置局設計のためには見通し外伝搬損失の推定が重要であるが、周波数が高くなるほど見通し外環境での特性ばらつきが増大して推定困難となる。これはマイクロ波帯では波長が数ｃｍオーダと短いため交差点環境等による影響が顕著となるためである。そこで見通し外環境においてマイクロ波帯以上の周波数帯でも伝搬損失を高精度且つ高速に推定する方法が必要とされていた。
【０００７】
特許文献１に記載された方法では、一律な減衰増加量を付加しているため交差点状況に応じたばらつきが反映されず、特に周波数が高くなった場合に推定精度が劣化する問題があった。また特許文献２に記載された方法は直接波が支配的な見通し内環境では有効であるが、直接波が存在しない見通し外環境には適用できない。さらに非特許文献１に記載された方法は交差点を２回以上曲がる場合に適用すると、反射回数が多くなるために例えばレイトレース計算では膨大な処理時間がかかる。また交差点状況の影響を考慮していないため推定精度の劣化が生じた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
見通し内道路から２回以上交差点を経過した見通し外道路においては反射波計算を行わず回折波推定計算だけを実施することにより反射波の計算回数を削減する。また反射波に基づく伝搬損失推定処理においては受信局の位置情報として道路上の２次元的位置を用いず交差点からの距離だけをパラメータとして計算実行することで高速処理を可能とし、さらに実測に基づいたコーナロス区間長及び回折波減衰係数値を併用することにより伝搬損失距離特性を上限値と下限値とからなる範囲として高精度に推定することを可能とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の電波伝搬推定装置のシステム構成を図１に示す。図１（ａ）は、電波伝搬推定装置の全体構成例である。交差点数などのデータを入力装置１から演算処理装置２に入力して、適宜記録装置３に記憶させる。そして、演算処理装置により電波伝搬を推定する演算を実行し、その結果を記録装置に記録するとともに出力装置４へ出力する。
【００１０】
図１（ｂ）は、演算処理装置における電波伝搬推定の処理手順である。入力データは、送受信局間に存在する交差点数ｍ、対象地域の地図情報、送信局と受信局の位置、送受信機のシステム構成（アンテナ高、使用周波数）等とする。まず送信局と最初の交差点までの間の見通し内伝搬損失ＬＬＯＳを計算する。計算方法は例えば特許文献２の方法を利用する。次に交差点番号をｉ＝１に初期化し、交差点ｉ番目とｉ＋１番目の間での見通し外伝搬損失Ｌｉを計算してｉ＝ｉ＋１に変更し、これをｉ＝ｍ−１まで繰り返す。ｉ＝ｍとなったら交差点ｍ番目と受信局までの見通し外伝搬損失Ｌｍを計算する。そして最後に送受信局間全体の伝搬損失としてＬＬＯＳとＬ１からＬｍまでの総和を計算し、処理を終了する。
【００１１】
図２に本発明の見通し外伝搬損失推定方法を示す。見通し内道路から交差点を通過して見通し外道路に入る場合の伝搬損失特性は、道路の曲がりによる損失（コーナロス）の区間とそれ以遠の一定の距離減衰係数βで減衰する領域とに分けることが出来る。コーナロス区間は急激にレベルが下降する範囲であり反射波の影響が支配的であり、それ以遠の領域では回折波が支配的である。したがって反射波と回折波の２種類の伝搬を考慮する必要がある。一方、２番目以降の交差点を曲がった場合には反射回数の増大により反射波の減衰が大きくなりその影響を無視できるので、支配的要因として回折波のみを考慮すれば充分である。
【００１２】
図３に本発明による見通し外伝搬損失推定の処理手順を示す。本処理は図１（ｂ）において、交差点ｍと受信局間の見通し外損失Ｌｍを計算する処理に該当する。交差点数ｍが１でなければ、回折波に基づく伝搬損失計算を行い処理を終了する。その計算方法は例えば非特許文献１の回折波計算方法や、後に図４で示す実測に基づく方法を用いる。交差点番号が１の場合には受信局位置がコーナロス領域内かどうかの判定を行う。領域内の場合には反射波に基づく伝搬損失計算を行い処理を終了する。領域内より以遠の場合には、まずコーナロス領域について反射波に基づく伝搬損失計算を行い、次にコーナロス領域の端から受信局までの一様減衰領域での伝搬損失を回折波に基づき計算し、最後に両者を加算して処理を終了する。
【００１３】
図４に本発明による見通し外伝搬損失距離特性の推定方法を示す。データは見通し内から見通し外へ曲がる交差点２箇所（ここでは、送信局からの距離６４ｍ及び４２９ｍ）についての測定値である。見通し外環境では伝搬特性のばらつきが大きいため、上限値と下限値とからなる範囲として推定を行うことが有効となる。特に一様減衰領域では伝搬特性が回折波に従うため交差点形状や道路状況の影響が大きくなり、解析的な推定が困難となる。そこで回折波による減衰係数の上限値βｕｐｐｅｒと下限値βｌｏｗｅｒを測定によって決定する。コーナロス領域に関しては伝搬損失量ｄｃとコーナロス長Ｒａのパラメータ２種類のうちどちらかについて上限下限値を求めれば、反射波に基づく解析的推定方法により対応する伝搬損失量あるいはコーナロス長が計算できる。図には伝搬損失量の上限下限値としてｄｃ＿ｕｐｐｅｒとｄｃ＿ｌｏｗｅｒの例を示した。マイクロ波帯以上の周波数（３〜１５ＧＨｚ）を用いた市街地環境における測定によれば、典型値としてＲａは上限値３０ｍ及び下限値１０ｍ、βは上限値２６及び下限値４が与えられる。
【００１４】
図５に本発明の反射波による見通し外伝搬損失推定方法を示す。送信局Ｔｘから送信されて仮想２次波源位置ＰＣを通過する直接波と反射波を考える。位置ＰＣにおける伝搬損失量Ｌｃｏｒｎｅｒは非特許文献１に従い次式で計算される。
【００１５】
【数１】

【００１６】
ここでｎは見通し内道路での反射回数、Ｒ（θ）はフレネル反射係数である。θｉは見通し外道路でのｉ番目の反射波の入射角度であり次式となる。
【００１７】
【数２】

【００１８】
全信号電力は、マイクロ波帯では複素振幅を考慮せずに、個々の波の電力値を合計することによって求められる。これは、ビル壁表面の不規則性が波長と同程度のオーダであり、散乱のために受信アンテナでの位相がランダムになるためである。簡単化のため、位置Ｐｃに到来した波は見通し外道路の中央線に沿って伝搬するものと考える。ｄ２＜Ｒａの場合、移動局での伝搬損失Ｌｃ（ｄ２）は次式で計算される。
【００１９】
【数３】

【００２０】
ここで、
【００２１】
【数４】

【００２２】
以上の計算方法に従えば、レイトレース計算処理で必要な道路上の２次元位置情報（特に道路端からの距離）が不要となり、交差点からの距離ｄ２と見通し内距離ｄ１だけに基づいて計算可能なので簡便且つ高速な方法である。
【００２３】
一方、一様減衰領域での回折波に起因する減衰係数は、交差点の形状等に依存してばらつきが大きい。そこで見通し外環境（ｄ２＞Ｒａ）における伝搬損失ＬＮＬＯＳを次式で近似する。
【００２４】
【数５】

【００２５】
ここでＬＬＯＳ（ｄ１）は見通し内環境での伝搬損失である。一様減衰領域での伝搬減衰量は見通し外距離ｄ２だけの関数とすることにより高精度な推定が可能となることに注意されたい。
【００２６】
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によっても良く、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更及び付加が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば反射波計算処理を削減あるいは簡易化し、且つ実測値と解析計算を組み合わせることにより、見通し外伝搬損失をマイクロ波帯以上まで拡張して高速高精度な推定処理を可能とし、また上限値と下限値とからなる範囲として推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電波伝搬推定装置のシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明の見通し外伝搬損失推定方法を示す図である。
【図３】本発明による見通し外伝搬損失推定の処理手順を示す図である。
【図４】本発明による見通し外伝搬損失距離特性の推定方法を示す図である。
【図５】本発明の反射波による見通し外伝搬損失推定方法を示す図である。
【符号の説明】
１…入力装置、２…演算処理装置、３…記録装置、４…出力装置。

Claims

送信局と受信局間の伝搬距離の変化に応じて変動する受信電界強度に関して、送信局と受信局間に障害物が存在する見通し外環境における伝搬損失量を推定する方法として、
見通し内道路から１回曲がった見通し外道路においては反射波と回折波からなる電波伝搬に基づいて伝搬損失量を推定し、２回以上曲がった見通し外道路においては回折波の伝搬だけに基づいて伝搬損失量を推定することを特徴とする電波伝搬推定方法。
請求項１記載の電波伝搬推定方法において、
見通し内道路から１回曲がった見通し外道路で、
曲がり角から一定区間長の受信電界強度が急激に減衰するコーナロス領域ではあらかじめ用意された道路情報に基づいて反射波による伝搬損失量を推定処理し、コーナロス領域以遠に続く一様減衰領域ではあらかじめ測定から求めた伝搬減衰係数値に基づいて回折波による伝搬損失量を推定処理することを特徴とする電波伝搬推定方法。
請求項２記載の電波伝搬推定方法において、
あらかじめ複数回の測定を実施してコーナロス区間長の上限値と下限値を求めて、
それらの距離に対応した伝搬損失量を反射波伝搬に基づき推定計算し、その結果を伝搬損失量の上限値及び下限値として設定することを特徴とする電波伝搬推定方法。
請求項２記載の電波伝搬推定方法において、
あらかじめ複数回の測定を実施してコーナロス区間での伝搬損失量の上限値と下限値を求めて、それらの値に対応したコーナロス区間長の上限値と下限値を反射波伝搬に基づき推定処理することを特徴とする電波伝搬推定方法。
請求項２に記載された電波伝搬推定方法において、
コーナロス領域での損失量を推定する処理では
（１）曲がり角の近傍に仮想的な２次波源を設定する工程と、
（２）その波源を通過して且つ見通し外道路と平行となる仮想的な伝搬路を設定する工程と、
（３）その伝搬路を横切る反射波の仮想的な伝搬路上での伝搬損失値を推定計算する工程と、
（４）伝搬路上で離散的に求められた伝搬損失値から連続値を補間推定処理する工程とを有し、
送信局から工程（１）で設定した２次波源までの見通し内距離と、２次波源から受信局までの見通し外距離の２つの距離を加算した道のり距離の関数として損失量の推定計算を行い、
一様減衰領域での損失量を推定する処理では、
工程（１）で設定した２次波源からの距離だけの関数として伝搬減衰係数値に基づいて損失量の推定計算を行うことを特徴とする電波伝搬推定方法。