JP2006080618A

JP2006080618A - 電波受信特性推定装置および電波受信特性推定方法

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Publication number: JP2006080618A
Application number: JP2004259566A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Imai; 哲朗今井
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-07
Also published as: JP3847763B2

Abstract

【課題】高い推定精度を保ちつつ、演算処理を大幅に削減する。
【解決手段】構造物の面またはエッジを遺伝子とみなし、構造物の面またはエッジによる種々の光学的現象を伴って受信点に到達するレイの経路を染色体とみなし、染色体を生成する初期染色体生成手段１１と、染色体が示す経路を対象にレイをトレースするレイトレーシング手段１３と、レイが受信点に到達可能と判断された経路に対しては受信電力を計算する受信電力計算手段１４と、受信電力を染色体における適応度とみなし、各染色体を適応度によりランク付けする適応度評価手段１５と、染色体が所定の収束条件を満たしているかを判定する収束条件判定手段１６と、該収束条件を満たしていない場合には、新たな染色体を予め定めた個数だけ生成する染色体再生成手段１２と、該収束条件を満たしていれば受信特性を求める受信特性算出手段１７と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レイトレーシング法を用いて電波の受信特性を推定する装置および方法に関する。特に、本発明は、セルラ方式による移動通信システムにおけるサービスエリア内の受信特性を推定するための電波受信特性推定装置および電波受信特性推定方法に関する。

移動通信システムにおけるサービスエリア内の受信特性を推定する方法にトレーシング法がある（非特許文献１を参照）。
図７は、従来のレイトレーシング法を示す概略図である。
図７（ａ）に示すように、レイトレーシング法では、送信点７１から放射される電波をレイとみなし、周囲の構造物による反射／回析／透過を考慮して、受信点７２に到達可能なレイを探索する。受信点７２における受信電力，伝搬遅延，到達角度などの受信特性は、受信点７２に到達するレイの電界，伝搬遅延時間，到来角度より算出する。送信点７１から受信点７２までのレイをトレースするには、イメージング法（Ｉｍａｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）もしくはレイランチング法（Ｒａｙ−ｌａｕｎｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）を用いる。特に、イメージング法を用いれば、送受信間のレイを厳密にトレースすることができる。その結果、レイａ〜レイｄのようにトレースされたとする。

図７（ａ）に示す受信点７２におけるレイの情報として到来時間，到来方向，受信電力の３次元で図示すると、図７（ｂ）のようになる。図７（ｂ）は、３次元座標をＸ，Ｙ，Ｚとすると、Ｘ軸方向に到来時間、Ｙ軸方向に到来方向、Ｚ軸方向に受信電力を示している。これにより、図７（ｃ）に示すように、受信特性の推定を行なう。受信特性の推定は、受信電力（伝搬損失）、伝搬遅延（遅延スプレッド）、到来角度（角度スプレッド）などを推定する。

図８は、従来のイメージング法による反射レイのトレース方法を示す概略図である。イメージング法では、例えば、図８に示す送信点７１から反射面（１）と反射面（２）を経由して受信点７２に到達する２回反射のレイをトレースする場合、まず、送信点７１の反射面（１）に対するイメージ（１）を求め、点８１とし、次にイメージ（１）の反射面（２）に対するイメージ（２）を求め、点８２とする。

反射面（２）における反射点は、「受信点７２と送信点イメージ（２）の点８２とを結ぶ線分と反射面（２）との交点」より求めることができ、反射面（１）における反射点は「上記求めた反射面（２）における反射点と送信点イメージ（１）の点８１とを結ぶ線分と反射面（１）との交点」より求めることができる。最後に送信点から受信点までを各の反射点を経由する折れ線で結ぶことにより、送受信間のレイを厳密にトレースすることができる。したがって、求めた受信特性の推定結果にはトレースに起因する推定誤差は存在しない。
図８に示す例では、２回反射のレイとして、反射面の組み合わせが、「送信点→反射面２→反射面１→受信点」となるレイも存在する可能性がある。そこで、２回反射のレイを求めるためには、この反射面の組み合わせに対しても同様の操作を行なう必要がある。

図９は、探索すべき面／エッジの組み合わせを示す模式図である。同図に示すように、反射／回析／透過の回数を１回目、２回目、・・・Ｎ回目とし、送信点７１から受信点７２までトレースする。ここで、ｍ₁〜ｍ_Mがトレースの対象となる面／エッジである。一般に、考慮する構造物の面数をＭ_r、トレースの対象とするレイの反射回数をＮ_rとすると、探索すべき反射面の組み合わせはＭ_r ^Nrとなる。したがって、考慮する構造物の面数および反射回数を増やすと探索すべき反射面の組み合わせは激増する。但し、これらの組み合わせの中には、レイをトレースする過程で反射の条件を満たせず棄却される組み合わせ、およびレイがトレースできても受信電力が小さいために、所望の受信特性に与える影響が極めて小さい組み合わせが数多く存在する。

以上説明したものが、イメージング法を用いた反射レイのトレース方法である。なお、回折および透過を伴うレイに対しても同様の手順によりトレースすることができる。
細矢良雄（監修），電波伝搬ハンドブック，（株）リアライズ社，１９９９

上述した従来の方法において、レイトレースにイメージング法を用いると、送受信間のレイを厳密にトレースすることが可能である。しかしながら、考慮する構造物の面とエッジの数およびトレースするレイの反射／回析／透過の回数を増やすと、レイを探索すべき面／エッジの組み合わせ数が激増し、レイトレースに要する演算処理量は膨大となる。また、これら組み合わせの中には所望の受信特性に殆ど寄与しないものも多数存在する。すなわち、イメージング法によるレイトレースは演算処理の効果が悪いといえる。
そこで、本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであって、レイトレーシング法の特にイメージング法を用いた受信特性推定において、高い推定精度を保ちつつ、演算処理の効率を向上させることが可能な電波受信特性推定装置および電波受信特性推定方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１記載の電波受信特性推定装置は、染色体を用いたレイトレーシング法により電波の受信特性を推定する電波受信特性推定装置であって、構造物の面またはエッジを遺伝子とみなし、前記構造物の面またはエッジによる種々の光学的現象を伴って受信点に到達するレイの経路を染色体とみなし、当該染色体を予め定めた個数だけ生成する初期染色体生成手段と、前記初期染色体生成手段において生成した染色体が示す経路を対象にイメージング法によってレイをトレースするレイトレーシング手段と、前記染色体が示す経路のうち、レイが受信点に到達可能と判断された経路に対しては、受信電力を計算し、レイが受信点に到達不可能と判断された経路に対しては、ダミーの受信電力値を与える受信電力計算手段と、前記受信電力を染色体における適応度とみなし、各染色体を適応度によりランク付けする適応度評価手段と、前記適応度評価手段においてランク付けされた染色体が所定の収束条件を満たしているかを判定する収束条件判定手段と、該収束条件を満たしていない場合には、適応度の高い染色体を優先的に選択した後、遺伝的操作を行なうことにより、新たな染色体を予め定めた個数だけ生成する染色体再生成手段と、該収束条件を満たしていれば各染色体のレイトレース情報より所定の受信特性を求める受信特性算出手段と、を具備することを特徴とする。この構成によれば、構造物の面またはエッジを遺伝子とみなし、前記構造物の面またはエッジによる種々の光学的現象を伴って受信点に到達するレイの経路を染色体とみなし、当該染色体を予め定めた個数だけ生成するので、全てのレイのトレースを行なう必要がないため、演算処理を大幅に削減することができる。

また、請求項２記載の電波受信特性推定装置は、請求項１において、前記再生成手段において、同一の遺伝子配列を持つ染色体は生成する染色体群の中で唯一となるように制御することを特徴とする。この構成によれば、同一の遺伝子配列をもつ染色体は、生成する染色体群の中で唯一となるように制御することにより、同一経路を通るレイが重複してトレースされることによる推定精度の劣化を避けることができる。

また、請求項３記載の電波受信特性推定装置は、請求項１または２において、前記適応度評価手段は、染色体の種類の総数Ｎ_allを求める手段と、第ｉ回の繰り返し演算までに適応度を計算した染色体の種類の数Ｎ_cal ⁽ⁱ⁾をカウントし，その演算率（＝Ｎ_cal ⁽ⁱ⁾／Ｎ_all）を求める手段と、を具備し、前記収束条件判定手段は、前記演算率が所定の割合に達したか否かを収束条件とすることを特徴とする。この構成によれば、考慮する面とエッジを用いて生成可能な全組み合わせに対する既演算組み合わせの割合を演算率と定義し、この演算率を収束条件として用いることにより、予め設定する各種パラメータ値（例えば、突然変異確率）の適正を明確に評価することが可能となり、演算処理の効率がより高くなるパラメータ値を見つけることができる。

また、請求項４記載の電波受信特性推定装置は、請求項１において、前記受信電力計算手段は、前記光学的現象の回数が１回で受信点に到達する全てのレイをトレースし、各レイの受信電力を求め、前記適応度評価手段は、前記受信電力計算手段で求めた受信電力の大きさにより前記レイをランク付けし、前記染色体再生成手段は、前記適応度評価手段における当該ランクの高いレイが光学的現象を伴う面またはエッジを優先的に選択し、染色体を生成することを特徴とする。この構成によれば、受信電力の大きさによりレイをランクつけし、ランクの高いレイを優先的に選択するので、構造物の面とエッジの全ての組み合わせに対して全てのレイのトレースを行なう必要がないため、演算処理を大幅に削減することができる。

また、請求項５記載の複数の受信点における電波受信特性推定装置は、請求項１の電波受信特性推定装置を用いて、複数の受信点における電波受信特性を推定する電波受信特性推定装置であって、前記複数の受信点のうちの各受信点において、自身に隣接する受信点を探索する探索手段と、前記自身に隣接する受信点の情報により、推定する受信点の順番を決定する推定順序決定手段と、を具備し、前記初期染色体生成手段において、前記自身に隣接しかつ既に推定が終了している受信点で得られた最終の染色体に基づいて染色体を生成することを特徴とする。この構成によれば、各の受信点に到達するレイの経路はお互いに似たものとなる。従って、隣接する受信点で最終的に得られた染色体群を初期値として受信特性を推定することにより、繰り返し演算回数を減らすことが可能となり、演算処理の効率化が図ることができる。

また、請求項６記載の電波受信特性推定方法は、染色体を用いたレイトレーシング法により電波の受信特性を推定する電波受信特性推定方法であって、構造物の面またはエッジを遺伝子とみなし、前記構造物の面またはエッジによる種々の光学的現象を伴って受信点に到達するレイの経路を染色体とみなし、当該染色体を予め定めた個数だけ生成する初期染色体生成ステップと、前記初期染色体生成ステップにおいて生成した染色体が示す経路を対象にイメージング法によってレイをトレースするレイトレーシングステップと、前記染色体が示す経路のうち、レイが受信点に到達可能と判断された経路に対しては、受信電力を計算し、レイが受信点に到達不可能と判断された経路に対しては、ダミーの受信電力値を与える受信電力計算ステップと、前記受信電力を染色体における適応度とみなし、各染色体を適応度によりランク付けする適応度評価ステップと、前記適応度評価ステップにおいてランク付けされた染色体が所定の収束条件を満たしているかを判定する収束条件判定ステップと、該収束条件を満たしていない場合には、適応度の高い染色体を優先的に選択した後、遺伝的操作を行なうことにより、新たな染色体を予め定めた個数だけ生成する染色体再生成ステップと、該収束条件を満たしていれば各染色体のレイトレース情報より所定の受信特性を求める受信特性算出ステップと、を含むことを特徴とする。この構成によれば、構造物の面またはエッジを遺伝子とみなし、前記構造物の面またはエッジによる種々の光学的現象を伴って受信点に到達するレイの経路を染色体とみなし、当該染色体を予め定めた個数だけ生成するので、全てのレイのトレースを行なう必要がないため、演算処理を大幅に削減することができる。

また、請求項７記載の電波受信特性推定方法は、請求項６において、前記再生成ステップにおいて、同一の遺伝子配列を持つ染色体は生成する染色体群の中で唯一となるように制御することを特徴とする。この構成によれば、同一の遺伝子配列をもつ染色体は、生成する染色体群の中で唯一となるように制御することにより、同一経路を通るレイが重複してトレースされることによる推定精度の劣化を避けることができる。この構成によれば、考慮する面とエッジを用いて生成可能な全組み合わせに対する既演算組み合わせの割合を演算率と定義し、この演算率を収束条件として用いることにより、予め設定する各種パラメータ値（例えば、突然変異確率）の適正を明確に評価することが可能となり、演算処理の効率がより高くなるパラメータ値を見つけることができる。

また、請求項８記載の電波受信特性推定方法は、請求項６または７において、前記適応度評価ステップは、染色体の種類の総数Ｎ_allを求めるステップと、第ｉ回の繰り返し演算までに適応度を計算した染色体の種類の数Ｎ_cal ⁽ⁱ⁾をカウントし，その演算率（＝Ｎ_cal ⁽ⁱ⁾／Ｎ_all）を求めるステップと、を含み、前記収束条件判定ステップは、前記演算率が所定の割合に達したか否かを収束条件とすることを特徴とする。この構成によれば、考慮する面とエッジを用いて生成可能な全組み合わせに対する既演算組み合わせの割合を演算率と定義し、この演算率を収束条件として用いることにより、予め設定する各種パラメータ値（例えば、突然変異確率）の適正を明確に評価することが可能となり、演算処理の効率がより高くなるパラメータ値を見つけることができる。

また、請求項９記載の電波受信特性推定方法は、請求項６において、前記受信電力計算ステップは、前記光学的現象の回数が１回で受信点に到達する全てのレイをトレースし、各レイの受信電力を求め、前記適応度評価ステップは、前記受信電力計算ステップで求めた受信電力の大きさにより前記レイをランク付けし、前記染色体再生成ステップは、前記適応度評価ステップにおける当該ランクの高いレイが光学的現象を伴う面またはエッジを優先的に選択し、染色体を生成することを特徴とする。この構成によれば、受信電力の大きさによりレイをランクつけし、ランクの高いレイを優先的に選択するので、構造物の面とエッジの全ての組み合わせに対して全てのレイのトレースを行なう必要がないため、演算処理を大幅に削減することができる。

また、請求項１０記載の複数の受信点における電波受信特性を推定する電波受信特性推定方法は、請求項６に記載された受信特性推定方法を用いて、前記複数の受信点のうちの各受信点において、自身に隣接する受信点を探索する探索ステップと、前記自身に隣接する受信点の情報により、推定する受信点の順番を決定する推定順序決定ステップと、を含み、前記初期染色体生成ステップにおいて、前記自身に隣接しかつ既に推定が終了している受信点で得られた最終の染色体に基づいて染色体を生成することを特徴とする。この構成によれば、各の受信点に到達するレイの経路はお互いに似たものとなる。従って、隣接する受信点で最終的に得られた染色体群を初期値として受信特性を推定することにより、繰り返し演算回数を減らすことが可能となり、演算処理の効率化が図ることができる。

以上説明したように、本発明の特徴に従った受信特性推定方法及び受信特性推定装置においては、レイを探索する面エッジの組み合わせを遺伝的操作により決定しており、この組合わせを基にトレースしたレイは受信電力が大きく所望の受信特性への寄与率が高い。従って、従来法のように、面とエッジの全ての組み合わせに対して全てのレイのトレースを行なう必要がないため、演算処理を大幅に削減できるという効果が得られる。

また、染色体を生成する段階において、同一の遺伝子配列をもつ染色体は、生成する染色体群の中で唯一となるように制御することにより、同一経路を通るレイが重複してトレースされることによる推定精度の劣化を避けることができるという効果が得られる。
また、考慮する面とエッジを用いて生成可能な全組み合わせに対する既演算組み合わせの割合を演算率と定義し、この演算率を収束条件として用いることにより、予め設定する各種パラメータ値（例えば、突然変異確率）の適正を明確に評価することが可能となり、演算処理の効率がより高くなるパラメータ値を見つけることが容易となるという効果が得られる。

また、受信点どうしの距離が近いほど、各の受信点に到達するレイの経路はお互いに似たものとなる。従って、隣接する受信点で最終的に得られた染色体群を初期値として受信特性を推定することにより、繰り返し演算回数を減らすことが可能となり、演算処理の効率化を図ることができるという効果が得られる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の受信特性推定システムの機能構成を示すブロック図である。
同図に示すように、このシステムは、初期染色体生成部１１と、染色体再生成部１２と、レイトレーシング部１３と、受信電力計算部１４と、染色体適応度評価部１５と、収束条件判定部１６と、受信特性算出部１７とから構成される。初期染色体生成部１１と染色体再生成部１２とは、染色体生成部１内に配置される。

初期染色体生成部１１は、構造物の面またはエッジを遺伝子とみなし、面またはエッジで反射／回折／透過を伴って受信点に到達するレイの経路を遺伝子が並ぶ染色体で表現し、当該染色体を予め定めた個数だけ生成する。
レイトレーシング部１３は、初期染色体生成部１１において生成した染色体が示す経路を対象に、イメージング法によるレイトレースを行なう。
受信電力計算部１４は、染色体が示す経路のうち、受信点にレイが到達可能と判断された経路に対しては受信電力を計算し、到達不可能と判断された経路に対しては、ダミーの受信電力値を与える。

染色体適応度評価部１５は、受信電力値を染色体における適応度とみなし、各染色体を適応度によりランク付けする。
収束条件判定部１６は、染色体適応度評価部１５においてランク付けされた染色体群が所定の収束条件を満たしているか否かを判定し、該収束条件を満たしていれば当該染色体群を受信特性算出部１７に渡し、該収束条件を満たしていない場合には、当該染色体群を染色体再生成部に渡す。
染色体再生成部１２は、収束条件判定部１６において所定の収束条件を満たしていない染色体群において適応度の高い染色体を優先的に選択し、遺伝的操作を行なうことにより、新たな染色体を予め定めた個数だけ生成する。

受信特性算出部１７は、収束条件判定部１６において所定の収束条件を満たしている染色体群の各染色体のレイトレース情報より所定の受信特性を求めて演算を行なう。
これにより、レイトレースを実行する経路を遺伝的操作により決定し、かつ、受信特性への寄与率が高いレイが重点的にトレースされるので、全ての経路に対するレイトレースを必要としない。従って、演算処理の大幅な削減を図ることができる。

図２は、本発明の実施形態に係る電波の受信特性推定方法を示す処理フローである。同図を参照しながら、本発明の実施形態に係る受信特性の推定方法について説明する。
まず、ステップＳ２１において、演算を開始する。次に、ステップＳ２２において、染色体を予め定めた数Ｎ_c個だけ生成する（初期染色体の生成）。次に、ステップＳ２３において、１染色体の選択を行い、生成したＮ_c個の染色体に対してレイのトレースおよび受信電力計算を行なう（１染色体の選択）。但し、ステップＳ２４において、選択した染色体が過去（演算開始以降）にレイのトレースおよび受信電力計算を行なっているか否かを判断し（受信電力の計算済み？）、受信電力計算を行なっている場合は、ステップＳ２５において、染色体データベース（ＤＢ）２０を検索して既に計算してある受信電力値を抽出する（レイの受信電力抽出）。ステップＳ２４において、受信電力の計算を行なっていない場合は、ステップＳ２６において、レイのトレースを行い、ステップＳ２７において、レイの受信電力を計算する。続いて、ステップＳ２８において、受信電力を染色体の適応度とみなし（選択した染色体数＝Ｎ_c個？）、ステップＳ３０において、各の染色体を適応度によりランク付けし、その結果を染色体のＤＢ２０に保存する（染色体の適応度評価）。ステップＳ２８において、受信電力を染色体の適応度と見なさない場合は、ステップＳ２９において、ステップＳ２３に戻りステップＳ２８まで繰り返す。次に、ステップＳ３１において、適応度の評価を行なった染色体群をもって所定の収束条件を満たすか否かを判定する（収束条件の判定）。収束条件を満たさない場合には、ステップＳ３２において、遺伝的操作を行なうことにより新たにＮ_c個の染色体を再生成し（染色体の再生成（Ｎ_c個））、ステップＳ２３に戻りステップＳ３１において、所定の収束条件を満たすまで繰り返す。なお、収束条件を満たした場合には、ステップＳ３３において、所望の受信特性を算出し（受信特性の算出）、ステップＳ３４において、演算を終了する。

図３は、図２の染色体ＤＢにおいて保存する染色体の情報を示す図である。
染色体ＤＢ２０において保存される情報は、組み合わせの集合として染色体群別に保存される。また、各の染色体に対してラベル３１，遺伝子配列３２，適応度３３の情報が保存される。
ラベル３１は、、レイの受信電力の高い順に、例えば１〜Ｎ_cと付与される番号である。遺伝子は配列３２は、面／エッジの組み合わせによる配列である。なお、遺伝子配列の両矢印の部分Ｎは、トレースの対象とする反射／回析／透過の回数であり、□はｍ₁〜ｍ_Mの「いずれかの面／エッジ（遺伝子）」を示す。適応度３３は、レイの受信能力を示し、Ｘ_i〜Ｘ_Ncは、各の染色体におけるレイの受信電力値である。

図４は、遺伝子操作による染色体の再生成を説明する図である。この図は、特に２つの親（親（１）は再生成前の染色体、親（２）は前世代の染色体）から２つの子（子（１）は再生成後の染色体、子（２）は次世代の染色体）が、選択→交叉→突然変異のプロセスを経て生成されるまでを示している。
まず、図４（ａ）は、図３に示したＤＢに保存する染色体の情報であり、この情報から、親となる染色体を親候補（前世代の染色体群の中で適応度の高いもの）から２つ選択し、これを親１，親２とする。

図４（ｂ）に示すように、親の遺伝子配列として、親（１）は□・・・、親（２）は■・・・で示され、全く同一の遺伝子配列を子となる２つの染色体にコピーして子の遺伝子配列が示される。これを子（１），子（２）とする。子（１）は親（１）に対応して□・・・、子（２）は親（２）に対応して■・・・で示される。
次に、図４（ｃ）に示すように、遺伝子配列を交叉させる位置をランダムに選択し、２つの子の間で交叉位置以降の遺伝子を交換する。交叉させる位置は、図の太線で示している。その結果、図の左側の遺伝子配列は□，■の位置が不変であるが、図の右側の遺伝子配列は□，■の位置が逆になっている。

続いて、図４（ｄ）に示すように、各の遺伝子に対して予め設定した突然変異確率で突然変異を起こさせる。具体的には各の遺伝子に対して一様乱数（０〜１の値）を逐次発生させ、その値が設定した突然変異確率を下回る場合には、突然変異の対象とし、ｍ_i〜ｍ_M（遺伝子が取り得る面／エッジ）の中からランダムに選択した面／エッジを新たな遺伝子として配置する。例えば図の○で囲った部分は突然変異の対象遺伝子を表している。すなわち、図の○で囲った部分が、突然変異の結果、△、▽、◇、◆などと変位している。図２の染色体の再生成では、以上の操作を繰り返すことにより、Ｎ_c個の子の染色体を生成する。

図５は、染色体の再生成部における処理フローである。
図４に述べた基本プロセスのみでは、レイが同一の面／エッジで反射／回析／透過を繰り返す経路、すなわち、明らかにレイのトレースが不可能な遺伝子配列を持つ染色体が生成される可能性があり、効率的ではない。また、遺伝子配列が同一である染色体が重複して生成される可能性もあり、この場合は推定精度が劣化する。そこで、図５では、処理の効率化を図り、かつ、推定精度の劣化を避けるために、突然変異後の染色体に対して、以下の２つのルールを設ける。

ルール１：同一の遺伝子は２個以上連続させない。
ルール２：各の染色体の遺伝子配列は染色体群の中で唯一とする。
そして、最終的にはこれらのルールを満たす染色体のみが設定されるようにしてある。具体的には、ルール１を満たさないと判定された場合には、連続している区間のみ遺伝子の再設定（ｍ_i〜ｍ_Mの中からランダムに選択して設定）を行なう。一方、ルール２を満たさないと判定された場合には、染色体を構成する全ての遺伝子を再設定（ｍ_i〜ｍ_Mの中からランダムに選択して設定）する。

以下、フローチャートに従って、染色体の再生成部における処理について説明する。
まず、ステップＳ５１において、染色体の再生成を開始する。次に、ステップＳ５２において親の候補を決定する。次に、ステップＳ５３において、親を２固体抽出する。次に、ステップＳ５４において遺伝子の交叉を行って、ステップＳ５５において遺伝子を突然変異させる。次に、ステップＳ５６において、上記ルール１を満たすか否かを判定し、ルール１を満たしていない場合は、ステップＳ５７において遺伝子連続区間の再設定を行ない、ステップＳ５６において再度ルール１を満たすか否かを判定する。これをルール１を満たすまで繰り返す。ルール１を満たした場合は、ステップＳ５８においてルール２を満たすか否かを判定し、ルール２を満たしていない場合は、ステップＳ５９において、遺伝子配列（全構成遺伝子）の再設定を行い、ステップＳ６０において再度ルール２を満たすか否かを判定する。ルール２を満たしていない場合は、ステップＳ５３まで戻り、ルール２を満たすまで繰り返す。ルール２を満たしたならばステップＳ６１において子として登録する。そして、ステップＳ６２において、子の個数と設定値Ｎ_cとを比較し、子の個数＜設定値Ｎ_cの場合は、ステップＳ５３まで戻り、子の個数≧設定値Ｎ_cになるまでステップＳ５３〜ステップＳ６２を繰り返す。子の個数≧設定値Ｎ_cになった場合は、ステップＳ６４において染色体の再生成が終了する。

図６は、本発明の実施形態に係る受信特性推定システムによる効果を示す図である。
同図において、横軸は収束条件とした演算率ρであり、縦軸は従来のイメージング法で得られる値を真とする受信電力（各のレイの受信電力を加算して得られるトータル受信電力）の推定誤差ｄＢである。本実施形態によって得られた値を■で示し、従来の方法（ランダム）で得られた値を○で示している。なお、設定した面／エッジの数はＭ＝１５０、トレースの対象としたレイの反射／回析の回数はＮ＝２、突然変異確率はＰ_m＝０．０１、染色体の生成数はＮ_c＝２ＭＮ＝６００としている。従来のイメージング法では、Ｎ_all＝Ｍ^N＝２２５００個の面／エッジの組み合わせに対してレイのトレース処理および受信電力計算が必要であった。しかし、本発明を用いれば、例えば許容誤差を−４ｄＢとすれば、ρＮ_all＝２０／１００＊２２５００＝４５００個の面／エッジの組み合わせに対するレイのトレース処理および受信電力計算をするだけで良い。

言い換えれば、処理時間を最大で５倍に高速化することが可能である。なお、図に示す従来法（ランダム）とは、Ｎ_allの中からランダムにρ・Ｎ_all個の組み合わせを選択して受信電力を推定した結果である。従来法（ランダム）では、考慮する面／エッジの組み合わせを２０％削減すると推定誤差が−１１ｄＢとなることから、同じ演算率で推定誤差が−４ｄＢである本発明は、効率良く演算処理を削減できるといえる。

以上、本発明を実施形態によって詳細に説明してきたが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態においては、反射／回析／透過という光学的現象を用いて受信点に到達する例を挙げて説明したが、これに限定されず、他の光学的現象、例えば偏光、干渉、屈折、吸収なども含ませることができる。

本発明の受信特性推定システムの機能構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に従った電波の受信特性推定における処理フローである。本発明において、データベースに保存する染色体の情報を説明するための図である。本発明における遺伝的操作による染色体の再生成を説明するための図である。本発明の染色体の再生成部における処理フローである。本発明の効果を説明するための図である。一般的なレイトレーシング法による推定を説明するための図である。イメージング法による例のトレースを説明するための図である。イメージング法において探索すべき面／エッジの組み合わせを説明するための図である。

符号の説明

１…染色体生成部、１１…初期染色体生成部、１２…染色体再生成部、１３…レイトレーシング部、１４…受信電力計算部、１５…染色体適応度評価部、１６…収束条件判定部、１７…受信特性算出部、２０…染色体ＤＢ、７１…送信点、７２…受信点、８１…送信点のイメージ（１）、８２…送信点のイメージ（２）

Claims

染色体を用いたレイトレーシング法により電波の受信特性を推定する電波受信特性推定装置であって、
構造物の面またはエッジを遺伝子とみなし、前記構造物の面またはエッジによる種々の光学的現象を伴って受信点に到達するレイの経路を染色体とみなし、当該染色体を予め定めた個数だけ生成する初期染色体生成手段と、
前記初期染色体生成手段において生成した染色体が示す経路を対象にイメージング法によってレイをトレースするレイトレーシング手段と、
前記染色体が示す経路のうち、レイが受信点に到達可能と判断された経路に対しては、受信電力を計算し、レイが受信点に到達不可能と判断された経路に対しては、ダミーの受信電力値を与える受信電力計算手段と、
前記受信電力を染色体における適応度とみなし、各染色体を適応度によりランク付けする適応度評価手段と、
前記適応度評価手段においてランク付けされた染色体が所定の収束条件を満たしているかを判定する収束条件判定手段と、
該収束条件を満たしていない場合には、適応度の高い染色体を優先的に選択した後、遺伝的操作を行なうことにより、新たな染色体を予め定めた個数だけ生成する染色体再生成手段と、
該収束条件を満たしていれば各染色体のレイトレース情報より所定の受信特性を求める受信特性算出手段と、
を具備することを特徴とする電波受信特性推定装置。
請求項１の電波受信特性推定装置において、
前記再生成手段において、同一の遺伝子配列を持つ染色体は生成する染色体群の中で唯一となるように制御することを特徴とする電波受信特性推定装置。
請求項１または２の電波受信特性推定装置において、
前記適応度評価手段は、染色体の種類の総数Ｎ_allを求める手段と、第ｉ回の繰り返し演算までに適応度を計算した染色体の種類の数Ｎ_cal ⁽ⁱ⁾をカウントし，その演算率（＝Ｎ_cal ⁽ⁱ⁾／Ｎ_all）を求める手段と、を具備し、前記収束条件判定手段は、前記演算率が所定の割合に達したか否かを収束条件とすることを特徴とする電波受信特性推定装置。
請求項１の電波受信特性推定装置であって、
前記受信電力計算手段は、前記光学的現象の回数が１回で受信点に到達する全てのレイをトレースし、各レイの受信電力を求め、前記適応度評価手段は、前記受信電力計算手段で求めた受信電力の大きさにより前記レイをランク付けし、前記染色体再生成手段は、前記適応度評価手段における当該ランクの高いレイが光学的現象を伴う面またはエッジを優先的に選択し、染色体を生成することを特徴とする電波受信特性推定装置。
請求項１の電波受信特性推定装置を用いて、複数の受信点における電波受信特性を推定する電波受信特性推定装置であって、
前記複数の受信点のうちの各受信点において、自身に隣接する受信点を探索する探索手段と、
前記自身に隣接する受信点の情報により、推定する受信点の順番を決定する推定順序決定手段と、
を具備し、前記初期染色体生成手段において、前記自身に隣接しかつ既に推定が終了している受信点で得られた最終の染色体に基づいて染色体を生成することを特徴とする複数の受信点における電波受信特性推定装置。
染色体を用いたレイトレーシング法により電波の受信特性を推定する電波受信特性推定方法であって、
構造物の面またはエッジを遺伝子とみなし、前記構造物の面またはエッジによる種々の光学的現象を伴って受信点に到達するレイの経路を染色体とみなし、当該染色体を予め定めた個数だけ生成する初期染色体生成ステップと、
前記初期染色体生成ステップにおいて生成した染色体が示す経路を対象にイメージング法によってレイをトレースするレイトレーシングステップと、
前記染色体が示す経路のうち、レイが受信点に到達可能と判断された経路に対しては、受信電力を計算し、レイが受信点に到達不可能と判断された経路に対しては、ダミーの受信電力値を与える受信電力計算ステップと、
前記受信電力を染色体における適応度とみなし、各染色体を適応度によりランク付けする適応度評価ステップと、
前記適応度評価ステップにおいてランク付けされた染色体が所定の収束条件を満たしているかを判定する収束条件判定ステップと、
該収束条件を満たしていない場合には、適応度の高い染色体を優先的に選択した後、遺伝的操作を行なうことにより、新たな染色体を予め定めた個数だけ生成する染色体再生成ステップと、
該収束条件を満たしていれば各染色体のレイトレース情報より所定の受信特性を求める受信特性算出ステップと、
を含むことを特徴とする電波受信特性推定方法。
請求項６の電波受信特性推定方法において、
前記再生成ステップにおいて、同一の遺伝子配列を持つ染色体は生成する染色体群の中で唯一となるように制御することを特徴とする電波受信特性推定方法。
請求項６または７の電波受信特性推定方法において、
前記適応度評価ステップは、染色体の種類の総数Ｎ_allを求めるステップと、第ｉ回の繰り返し演算までに適応度を計算した染色体の種類の数Ｎ_cal ⁽ⁱ⁾をカウントし，その演算率（＝Ｎ_cal ⁽ⁱ⁾／Ｎ_all）を求めるステップと、を含み、前記収束条件判定ステップは、前記演算率が所定の割合に達したか否かを収束条件とすることを特徴とする電波受信特性推定方法。
請求項６の電波受信特性推定方法であって、
前記受信電力計算ステップは、前記光学的現象の回数が１回で受信点に到達する全てのレイをトレースし、各レイの受信電力を求め、前記適応度評価ステップは、前記受信電力計算ステップで求めた受信電力の大きさにより前記レイをランク付けし、前記染色体再生成ステップは、前記適応度評価ステップにおける当該ランクの高いレイが光学的現象を伴う面またはエッジを優先的に選択し、染色体を生成することを特徴とする電波受信特性推定方法。
請求項６に記載された電波受信特性推定方法を用いて、複数の受信点における電波受信特性を推定する電波受信特性推定方法であって、
前記複数の受信点のうちの各受信点において、自身に隣接する受信点を探索する探索ステップと、
前記自身に隣接する受信点の情報により、推定する受信点の順番を決定する推定順序決定ステップと、
を含み、前記初期染色体生成ステップにおいて、前記自身に隣接しかつ既に推定が終了している受信点で得られた最終の染色体に基づいて染色体を生成することを特徴とする複数の受信点における電波受信特性推定方法。