JP2011033583A - 電波伝搬推定システム、電波伝搬推定方法および電波伝搬推定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高と同等であるという条件下においても、高精度な電波伝搬推定を行う。
【解決手段】送信点と受信点との間の地形あるいは地物状況の情報と、電波の周波数の情報とに基づき、電波の周波数に依存する等価的な地形地物高を算出し、算出された前記等価的な地形地物高に基づいて電波の伝搬損失を推定する伝搬損失推定手段１を備える。伝搬損失推定手段１は、例えば、地形地物高を用いて電波伝搬損失を推定する所定のモデルに対して、算出された等価的な地形地物高を地形地物高の補正値として用いて伝搬損失を推定する
【選択図】図１８

Description

本発明は、電波の送信点からその周辺に規定された受信点に至る電波伝搬状況を推定するための電波伝搬推定システム、電波伝搬推定方法および電波伝搬推定プログラムに関する。

無線通信システムの通信可能状況を適切に把握するため、電波伝搬推定システムが用いられている。電波伝搬推定システムは、送信点から受信点に至る電波の伝搬特性（伝搬損失や遅延広がりなど）を、電波の周波数やアンテナの設置状況、周辺の地形・地物状況に応じて推定するものである。

電波伝搬推定を行うための方式の一つに、非特許文献１に記載された方式がある。非特許文献１に記載されている方式（以下、第１の電波伝搬推定方式という。）は、平面大地伝搬モデルとして知られている。図１１および図１２を用いて本方式について説明する。図１１は、送信点と受信点との間の地形の断面図の一例である。図１２は、第１の電波伝搬推定方式の伝搬損失の算出方法を説明するための説明図である。図１２に示す例では、図１１に示す地形において、送信点の支持台が大地に接する設置点と、受信点の支持台が大地に接する設置点とを結んでいる（図１２の点線）。

すなわち、第１の電波伝搬推定方式では、図１２の点線を大地と想定し、送信点から受信点に直接到達する直接波と、送信点から想定大地を反射して受信点に至る反射波の２波が存在するものとして、送受信間の距離ｄ（単位：ｍ）が、送信点の高さｈ_ｂ（単位：ｍ）や受信点の高さｈ_ｍ（単位：ｍ）に比べて十分大きい場合、以下の式（１）を用いて伝搬損失Ｌ（単位：ｄＢ）を算出する。

第１の電波伝搬推定方式では、電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高よりも十分大きい場合には、上記の近似が成り立ちやすくなるため、良好な推定精度が得られる。一方、電波の波長が、送受信間の地形起伏高や地物高よりも十分小さい場合には、送受信間の地形や地物の影響が無視できなくなるため、推定精度が劣化することが知られている。

ここで、地形起伏高とは、送受信間の地形の起伏の大きさを表す指標であり、例えば、送受信間の標高の最大値と最小値との差分で定義してもよいし、送受信間の標高の累積確率分布を取り、累積確率が９０％になるところの標高と１０％になるところの標高との差分で定義してもよい。また、地物高は、送受信間の地物の大きさを表す指標であり、例えば、送受信間に存在する地物の平均的な高さで定義される。

また、第１の電波伝搬推定方式における上記の問題を解決するため、非特許文献２には、送受信間の地形や地物の影響を考慮した電波伝搬推定方式が記載されている。図１４に示す状況を例に、非特許文献２に記載の方式（以下、第２の電波伝搬推定方式という。）について説明する。図１４は、送受信アンテナが道路上に設置されている場合を想定した際の、送信点と受信点との間の地形・地物（この場合は地面と車）の断面図の一例である。

第１の電波伝搬推定方式では、図１４に示すように直接波と大地反射波の２波を仮定するが、実際には反射点の上に存在する車の影響が考慮できていない。図１５は、第２の電波伝搬推定方式の伝搬損失の算出方法を説明するための説明図である。第２の電波伝搬推定方式では、図１５に示すように、車を考慮して送受信間の反射点を算出し、反射点における地物の面（反射面：図１５の点線）を大地と想定する。このとき、想定大地から送信点までの高さｈ_ｂ’（単位：ｍ）、受信点までの高さｈ_ｍ’（単位：ｍ）は、図１４における送信点の高さｈ_ｂや受信点の高さｈ_ｍとはそれぞれ異なる。これらを等価的な送信アンテナ高、受信アンテナ高として、以下の式（２）を用いて伝搬損失を算出する。

この方式を図１１の例に適用すると、送受信点の位置と地形の様子から反射点、反射面が算出され、図１３の点線に示す大地が想定される。このような想定の上、式（２）により伝搬損失を算出することも可能である。なお、図１４および図１５の例では、等価的な送信アンテナ高ｈ_ｂ’、受信アンテナ高ｈ_ｍ’は、もともとの送受信アンテナ高ｈｂ、ｈｍよりも短くなったが、図１１および図１３の例では長くなる。

第２の電波伝搬推定方式は、電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高よりも十分小さい場合には、上記の近似が成り立ちやすくなるため、良好な推定精度を与える。逆に、電波の波長が、送受信間の地形起伏高や地物高よりも十分大きい場合には推定精度が劣化する。これは、第２の電波伝搬推定方式は電波の伝搬を光線で近似するものであるが、波長が長い場合にはこの近似が成り立たなくなるためである。

電波伝搬推定を行うためのさらに別の方式として、非特許文献３に記載されている方式がある。非特許文献３に記載の方式（以下、第３の電波伝搬推定方式という。）は、奥村−秦モデルあるいは秦モデルとして知られている。この第３の電波伝搬推定方式では、電波の波長ｆ（単位：ＭＨｚ）、送受信間の距離ｄ（単位：ｋｍ）、送信点の高さｈ_ｂ（単位：ｍ）、受信点の高さｈ_ｍ（単位：ｍ）としたとき、以下の式（３）を用いて伝搬損失を算出する。なお、ａ（ｈ_ｍ）は都市環境や周波数に応じて適切な計算式が与えられるものとする。

第３の電波伝搬推定方式は、送受信間の地形や地物を考慮しないという意味では、第１の電波伝搬推定方式と同じである。ただし、第３の電波伝搬推定方式では、伝搬推定の対象とするエリアにおける平均的な建物の密度を建物占有面積率として定義し、これを用いて補正する方法が開示されている。また、送受信間の起伏状況を平均起伏高として定義し、これを用いて補正する方法が開示されている。これらの補正を行う場合、送受信間の地形・地物の平均的な高さ（平均地形地物高）が考慮されているといえる。

電波伝搬推定を行うためのさらに別の方式として、非特許文献４に記載されている方式がある。非特許文献４に記載の方式（以下、第４の電波伝搬推定方式という。）は、坂上モデルとして知られている。本方式では、電波の波長ｆ（単位：ＭＨｚ）、送受信間の距離ｄ（単位：ｋｍ）、送信点の高さｈ_ｂ０（単位：ｍ）、道路幅Ｗ（単位：ｍ）、道路角θ（単位：度）、道路際の建物高ｈ_ｓ（単位：ｍ）、平均建物高＜Ｈ＞（単位：ｍ）、受信点における地面を基準にした送信点の高さｈ_ｂ（単位：ｍ）、基地局近傍の建物高Ｈ（単位：ｍ）としたとき、以下の式（４）を用いて伝搬損失を算出する。なお、受信点の高さは１．５ｍとしている。

第４の電波伝搬推定方式は、平均建物高を用いた補正が施されているため、第３の電波伝搬推定方式における補正と同様に、平均地形地物高が考慮されている。

電波伝搬推定を行うためのさらに別の方式として、非特許文献５に記載されている方式がある。非特許文献５に記載の方式（以下、第５の電波伝搬推定方式という。）は、ＩＴＵ−Ｒ勧告のＰ．１５４６モデルとして知られている。第５の電波伝搬推定方式では、基準とする周波数やアンテナ高における伝搬カーブが与えられ、実際に伝搬推定を行う環境がこれらの基準値とは異なる場合に、所定の方式で補正を行うものである。第５の電波伝搬推定方式では、第３の電波伝搬推定方式や第４の電波伝搬推定方式のように、平均地形地物高を考慮した補正の方法は開示されていない。その意味では、第１の電波伝搬推定方式と同じである。第５の電波伝搬推定方式では、送信アンテナ高を算出する際に、送信点から３〜１５ｋｍの領域内における地形・地物の平均標高を基準としているが、これは単に送信アンテナ高の基準値として地形・地物の平均標高を用いるものであり、平均地形地物高を考慮した補正を行うものではない。

また、特許文献１には、選択した範囲内の建物の高さの平均値を建物高さとして演算し、その建物高さに基づいてアンテナ指向性の利得差を計算し、電界強度を求める電界強度計算装置が記載されている。

特開平９−２６４４９号公報

細谷良雄（監修）、「電波伝搬ハンドブック」、リアライズ社、１９９９年、ｐ．２１２−２１３ Y. Oda et. al, "Advanced LOS Path-Loss Model in Microcellular Mobile Communications", IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 49, Nov. 2000, p.2121-2125 細谷良雄（監修）、「電波伝搬ハンドブック」、リアライズ社、１９９９年、ｐ．２０３−２０９ 細谷良雄（監修）、「電波伝搬ハンドブック」、リアライズ社、１９９９年、ｐ．２０９−２１０ "Method for point-to-area predictions for terrestrial services in the frequency range 30 MHz to 3000 MHz", ITU-R Recommendation P.1546-3

第１の電波伝搬推定方式は、電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高よりも十分大きい場合には、良好な推定精度を与える。具体的には、ＨＦ帯以下の周波数においては良好な推定精度を与える。逆に、ＶＨＦ帯以上の周波数では推定誤差が大きくなってしまう。一方で、第２の電波伝搬推定方式は、電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高よりも十分小さい場合には、良好な推定精度を与える。具体的には、ＵＨＦ帯以上の周波数においては良好な推定精度を与える。逆に、ＶＨＦ帯以下の周波数では推定誤差が大きくなってしまう。したがって、ＶＨＦ帯あるいはその近傍の周波数においては、第１の電波伝搬推定方式あるいは第２の電波伝搬推定方式のいずれを用いても、良好な推定精度が得られない。

図１６および図１７は、建物がほとんどないなだらかな丘陵地帯において送信点１点を設置し、周辺４５０点の受信点において測定された受信電力（ＲＳＳＩ）と、それぞれ第１の電波伝搬推定方式、第２の電波伝搬推定方式による電波伝搬推定によって算出された受信電力とを比較したものである。線が推定結果、点が実測結果を表している。また、図１６および図１７の横軸は受信点ＩＤである。送受信間の距離は３０〜４７００ｍであり、４５０点のうち約半数では送受信間が見通せる状況であった。送信アンテナ高、受信アンテナ高は共に２ｍであった。本測定はＶＨＦ帯の電波を用いて実施し、電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高と同等であるという条件であった。図９および図１０は、受信点６０、３７０における送受信間の断面図を示している。これらの図に示されているように、送受信間が窪地の場合には、第１の電波伝搬推定方式では実際よりも１０〜１５ｄＢほど低い受信電力となり、第２の電波伝搬推定方式では実際よりも１０〜１５ｄＢほど高い受信電力となり、いずれの方式でも良好な推定精度が得られないことがわかる。

第５の電波伝搬推定方式も、送受信間の平均地形地物高が考慮されていないため、第１の電波伝搬推定方式と同様に良好な推定精度は得られない。

一方、第３および第４の電波伝搬推定方式によれば、送受信間の平均地形地物高が考慮されているが、これらはいずれも、平均地形地物高による補正項が他のパラメータに依存しない形式で与えられている。たとえば非特許文献４に開示された方式によれば、平均建物高＜Ｈ＞による補正は、上記式（６）の第５項である６．１１・ｌｏｇ＜Ｈ＞によって与えられており、これから明らかなように周波数に依存する伝播損失の項と平均建物高に依存する補正項は独立である。一方で、ＶＨＦ帯あるいはその近傍の周波数では、平均地形地物高による補正は、周波数など他のパラメータによってその最適値が異なるが、第３および第４の電波伝搬推定方式によれば、これらの現象を推定することができない。

また、特許文献１に記載されている電界強度計算装置は、平均地形地物高が、他のパラメータに依存しない形式で与えられる点で、第３および第４の電波伝搬推定方式と同様である。

そこで、本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高と同等であるという条件下においても、高精度な電波伝搬推定を行うためのシステムおよび方法、プログラムを提供することを目的とする。

本発明による電波伝搬推定システムは、送信点と受信点との間の地形あるいは地物状況の情報と、電波の周波数の情報とに基づき、電波の周波数に依存する等価的な地形地物高を算出し、算出された前記等価的な地形地物高に基づいて電波の伝搬損失を推定する伝搬損失推定手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明による電波伝搬推定方法は、送信点と受信点との間の地形あるいは地物状況の情報と、電波の周波数の情報とに基づき、電波の周波数に依存する等価的な地形地物高を算出する等価的地形地物高算出ステップと、算出された前記等価的な地形地物高に基づいて、電波の伝搬損失を推定する伝搬損失推定ステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明による電波伝搬推定プログラムは、コンピュータに、送信点と受信点との間の地形あるいは地物状況の情報と、電波の周波数の情報とに基づき、電波の周波数に依存する等価的な地形地物高を算出する等価的地形地物高算出処理と、算出された前記等価的な地形地物高に基づいて、電波の伝搬損失を推定する伝搬損失推定処理とを実行させることを特徴とする。

本発明によれば、電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高と同等であるという条件下においても、高精度な電波伝搬推定を行うことができる。

第１の実施形態の電波伝搬推定システムの構成例を示すブロック図である。 本発明による断面解析の方法を説明するための模式図である。 本発明による断面解析の他の方法を説明するための模式図である。 第１の実施形態の電波伝搬推定システムの動作例を示すフローチャートである。 第２の実施形態の電波伝搬推定システムの構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態の電波伝搬推定システムの動作例を示すフローチャートである。 第２の実施形態の電波伝搬推定システムの他の動作例を示すフローチャートである。 本発明による電波伝搬推定方式における推定結果と実測結果の比較図である。 実測結果として示した一部の条件における断面構造を説明するための図である。 実測結果として示した一部の条件における断面構造を説明するための図である。 送信点と受信点との間の地形の断面図の例を示す説明図である。 第１の電波伝搬推定方式の伝搬損失の算出方法を説明するための説明図である。 第２の電波伝搬推定方式の伝搬損失の算出方法を説明するための説明図である。 第１の電波伝搬推定方式の伝搬損失の算出方法を説明するための説明図である。 第２の電波伝搬推定方式を説明するための模式図である。 第１の電波伝搬推定方式における推定結果と実測結果の比較図である。 第２の電波伝搬推定方式における推定結果と実測結果の比較図である。 本発明の概要を示すブロック図である。

実施形態１．
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態の電波伝搬推定システムの構成例を示すブロック図である。本実施の形態による電波伝搬推定システムは、送信点規定手段１０と、受信点規定手段２０と、断面解析手段３０と、伝搬損失算出手段４０と、基地局データベース（ＤＢ）５０と、地図ＤＢ６０と、制御部７０と、メモリ８０とを備える。

送信点規定手段１０は、送信点の位置、電波の周波数、送信側のアンテナゲインパタン、アンテナの水平方向・垂直方向の回転角度、送信出力など、伝搬推定を行うために必要なパラメータであって特に送信点を規定するパラメータ（以下、送信点パラメータという。）を規定することによって送信点を規定（設定）する。

また、送信点規定手段１０は、基地局ＤＢ５０に接続され、基地局ＤＢ５０から送信点パラメータを抽出する。基地局ＤＢ５０は、送信点パラメータを含む基地局情報が格納されたデータベースである。

受信点規定手段２０は、受信点の位置、受信側のアンテナゲインパタン、アンテナの水平方向・垂直方向の回転角度など、伝搬推定を行うために必要なパラメータであって特に受信点を規定するパラメータ（以下、受信点パラメータという。）を規定することによって受信点を規定（設定）する。受信点規定手段２０は、送信点の周辺エリアにおいて所定の間隔で規定されたグリッド状に受信点を規定して、その受信点における受信点パラメータを規定してもよいし、ユーザが手動で受信点の位置やアンテナゲインパタン、方位を規定したものを、受信点パラメータとしてもよい。

断面解析手段３０は、送信点と受信点とが与えられた場合に、当該送受信間の断面を解析し、地形・地物の平均の高さ（平均地形地物高）を算出する。具体的な解析方法については後述する。また、断面解析手段３０は、地図ＤＢ６０に接続され、地図ＤＢ６０に格納された地図情報を用いて断面の解析を行う。

地図ＤＢ６０は、少なくとも電波伝搬状況の推定対象とされる地域の地形や地物の情報が格納されたデータベースである。地形情報は、地面を多角形の集合として模擬したデータであっても良いし、所定の間隔で規定されたグリッドにおいて、グリッド中心位置における標高を与えたデータであってもよい。地物情報は、個々の地物を多角形で表したデータであってもよいし、所定の間隔で規定されたグリッドにおいて、グリッド中心位置における地物の高さを与えたデータであってもよい。このとき、グリッド中心位置が屋外の場合（地物がない場合）、０が格納される。

次に、断面解析手段３０における具体的な解析方法を説明する。はじめに、地図ＤＢ６０において、地形や地物のオブジェクト情報が多角形のデータを用いて格納されている場合の解析方法を、図２を用いて説明する。

この場合、まず全ての地形・地物オブジェクを調査し、送信点と受信点とを結ぶ線分の水平面への射影成分が、オブジェクトの水平面への射影成分と交差するオブジェクトを抽出する。図２は、送信点と受信点とを結ぶ線分の水平面への射影成分が、オブジェクトの水平面への射影成分と交差するオブジェクトの例を示す説明図である。図２の例では、地形Ａ〜Ｄと地物Ａ、Ｂが抽出されている。なお、図２の上図は、送受信点とオブジェクトを上から見た図、下図は送受信間を結ぶ線分における断面図（横から見た図）を表している。

ここで、地図ＤＢ６０に格納される地図データは、地形データに関してはその高さ情報は標高で記載されるが、地物データに関しては地面からの高さで記載されることが多い。このような地物データに関しては、地物設置位置の任意の１点を基準として、その位置から地物高に相当する地物を設置してもよい。こうして得られた断面図を幾何学的に解析することにより、平均地形地物高を算出する。なお、ここで算出する平均地形地物高は、送信点あるいは受信点の高さを基準とする相対高として算出する。具体的には、地形地物の平均標高（絶対高）から、送信点あるいは受信点の標高、または送信点と受信点の平均標高を引くことによって算出する。あるいは、図２に示すように、送信点と受信点とを結ぶ線分を基準として、この線分を基準とした平均の地形地物高を用いてもよい。

次に、地図ＤＢ６０において、地形や地物のオブジェクト情報がグリッド中心位置における高さで格納されている場合の解析方法を、図３を用いて説明する。図３の上図は、送受信点とグリッドを上から見た図、下図は送受信間を結ぶ線分における断面図（横から見た図）を表している。

ここで、地図ＤＢ６０に格納される地図データは、地形データに関してはその高さ情報は標高で記載されるが、地物データに関しては地面からの高さで記載されることが多い。このような地物データに関しては、対象グリッドにおける地形データの標高を基準として、この値に地物高を加えた値を当該グリッドの標高とする。また、送受信間を結ぶ線分における断面図は、図３に示すとおり、当該線分への距離が所定位置以下となるグリッド（図３で黒丸で示すグリッド）から線分へ垂線を下ろし、交点における標高を当該グリッドの標高で代用することにより得られる。こうして得られた断面図を幾何学的に解析することにより、平均地形地物高を算出する。平均地形地物高の算出においては、地図ＤＢ６０が多角形データの場合と同様に、送信点あるいは受信点の高さを基準とする相対高として算出する。

伝搬損失算出手段４０は、送信点と受信点との間の伝搬損失を、断面解析手段３０で算出された平均地形地物高を用いて算出する。具体的には、非特許文献１に開示された平面大地伝搬モデル、非特許文献３に開示された奥村−秦モデル、非特許文献４に開示された坂上モデル、非特許文献５に開示されたＩＴＵ−Ｒ勧告のＰ．１５４６モデルなどの電波伝搬推定方式を用いて、ベースとなる伝搬損失を算出する機能を有す。なお、ここで用いられる電波伝搬推定方式は、送受信間の地形や地物の影響は考慮しない方式であることが好ましい。また、伝搬損失算出手段４０は、電波の周波数と断面解析手段３０で算出された平均地形地物高を用いて、等価的な地形地物高を算出する。ここで、等価的な地形地物高とは、断面図の幾何学的な情報だけではなく、電波の周波数を加味した地形地物高であって、波長に依存した幅を持つ電波のフレネルゾーンと地形起伏との重畳具合によって変化する伝搬特性を算出するためのものである。概念的には、電波が感じる地形地物高とも言える。具体的には、電波の周波数をｆ（単位：ＭＨｚ）、平均地形地物高を＜ｈ＞（単位：ｍ）としたとき、等価的な地形地物高＜ｈ’＞の一例は次の式（５）で与えられる。

ここで、α、ａ、ｂ、ｃ、は定数であるが、たとえばα＝０．５のとき、０＜ａ≦０．１、−０．５≦ｂ≦１．０、−２０≦ｃ≦２０の範囲にある値が用いられる。さらに等価的な地形地物高＜ｈ’＞の別の一例は次の式（６）で与えられる。

ここで、ａ、ｂ、ｃは定数であるが、たとえば０＜ａ≦１、−１．５≦ｂ≦１．５、−２０≦ｃ≦２０の範囲にある値が用いられる。さらに、伝搬損失算出手段４０は、算出された等価的な地形地物高を補正値として用いて、ベースとなる伝搬損失を補正する。

ＶＨＦ帯あるいはその近傍の周波数では、平均地形地物高による補正は、周波数によってその最適値が異なる。そのため、本実施の形態で述べたとおり、地形・地物の幾何学的な形状によって算出される平均地形地物高＜ｈ＞を周波数に依存する等価的な地形地物高＜ｈ’＞に変換し、この等価的な地形地物高を用いて補正を行う。

基地局ＤＢ５０と地図ＤＢ６０については、先に述べたとおりである。制御部７０は、送信点規定手段１０と、受信点規定手段２０と、断面解析手段３０と、伝搬損失算出手段４０とを制御する。制御部７０は、例えばＣＰＵによって実現される。また、メモリ８０は作業用のメモリである。

また、本実施形態において、送信点規定手段１０、受信点規定手段２０、断面解析手段３０、伝搬損失算出手段４０は、例えばプログラムに従って動作するＣＰＵによって実現される。なお、送信点規定手段１０、受信点規定手段２０、断面解析手段３０、伝搬損失算出手段４０は、それぞれ別々のユニットとして実現されていてもよい。

次に、本実施形態の動作について説明する。図４は、本実施形態の電波伝搬推定システムの動作の一例を示すフローチャートである。図４を用いて、本実施形態における送受信間の電波伝搬状況の推定方法について説明する。本実施形態では、地形や地物の平均的な影響を考慮することにより、送受信間の電波伝搬状況を高精度に推定する。

図４に示す例では、送信点規定手段１０が、まず、評価するエリアの内部に、送信点の位置、電波の周波数、送信側のアンテナゲインパタン、アンテナの水平方向・垂直方向の回転角度、送信出力など、伝搬推定に必要な送信点を規定するためのパラメータを規定する（ステップＳ１０）。具体的には、基地局ＤＢ５０から所定の送信点パラメータを抽出する。あるいは、基地局ＤＢ５０は使用せずに、ユーザが手動で送信点パラメータを入力することで、送信点を規定してもよい。

次に、評価するエリアの内部に、受信点の位置、受信側のアンテナゲインパタン、アンテナの水平方向・垂直方向の回転角度など、伝搬推定に必要な受信点を規定するためのパラメータを規定する（ステップＳ２０）。具体的には、送信点の周辺エリアにおいて所定の間隔で規定されたグリッド状に配置されるように受信点パラメータ（特に位置）を規定することで受信点を規定してもよい。あるいは、ユーザが手動で受信点の位置やアンテナゲインパタン、方位など、所定の受信点パラメータを入力することで、受信点を規定してもよい。

その後、規定された送信点と受信点から１点ずつを抽出し、当該送受信間の断面を解析して、平均地形地物高を算出する（ステップＳ３０）。具体的な解析手法については、断面解析手段３０において説明したとおりである。続いて、電波の周波数とステップＳ３０で算出された平均地形地物高を用いて、等価的な地形地物高を算出し（ステップＳ４０）、これを用いて当該送信点と当該受信点との間の伝搬損失を算出する（ステップＳ５０）。ステップＳ４０とステップＳ５０の具体的な処理については、伝搬損失算出手段４０において説明したとおりである。

続いて、当該送信点に対して、全ての受信点において伝搬損失が算出されているか否かを判定し（ステップＳ６０）、全ての受信点で算出がなされていなければ、それらの受信点から１点を抽出して同様にステップＳ３０からステップＳ５０を行う。当該送信点に対して、全ての受信点において伝搬損失が算出されていれば、今度は全ての送信点に対して伝搬損失の算出が行われているかを判定する（ステップＳ７０）。伝搬損失の算出が行われていない送信点が残っていれば、それらの送信点から１点を抽出して、ステップＳ３０〜６０を実行する。全ての送信点において伝搬損失の算出が行われていれば、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高と同等であるという条件下において（具体的には、ＶＨＦ帯あるいはその近傍の周波数において）、高精度な電波伝搬推定を行うことができる。なぜなら、平均地形地物高といった送受信間の幾何学的な地形地物高と、周波数とを合わせた要素を用いて電波推定を行っているからである。

実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態の電波伝搬推定システムの構成例を示すブロック図である。図５に示す電波伝搬推定システムは、第１の実施形態と比べて、さらに推定方式選定手段９０を備える点が異なる。また、断面解析手段３１と伝搬損失算出手段４１とが、第１の実施形態における断面解析手段３０と伝搬損失算出手段４０と比べて一部異なる機能を有す。

断面解析手段３１は、第１の実施の形態における断面解析手段３０に示した機能のほか、送受信間の見通し状況を判定する。ここで、送受信間が見通しであるとは、幾何学的に送受信間を遮る地物や地形がないことで定義する場合と、電波のフレネルゾーンを考慮し、第１フレネルゾーンの領域に地物や地形がないことで定義する場合とがあるが、ここではいずれの方法を用いても良い。さらには、見通し外の状態を、地形や地物が見通しをわずかに遮る状態（たとえば第１フレネルゾーンの一部を遮る状態）と、見通しを大きく遮る状態（たとえば第１フレネルゾーンの全体を遮る状態）とを区別し、部分見通し外、全部見通し外として区別してもよい。

推定方式選定手段９０は、送信点規定手段１０で設定されたパラメータや、断面解析手段３１で算出された平均地形地物高を基に、適切な電波伝搬推定方式を選択する。たとえば、断面解析手段３１で見通し内あるいは部分見通し外と判定された場合は、以下に示す３つの方式を選択的に用いる。つまり、送信点規定手段１０で指定された電波の周波数と、断面解析手段３１で算出された平均地形地物高とを比較し、電波の波長が平均地形地物高に比べて著しく長い場合（たとえば１０倍以上の場合）には、第１の電波伝搬推定方式を選択してもよい。一方、電波の波長が平均地形地物高に比べて著しく短い場合（たとえば１／１０以下の場合）には、第２の電波伝搬推定方式を選択してもよい。そして、これらのいずれにも分類されない場合（たとえば、電波の波長が平均地形地物高の１／１０以上１０倍以下の場合）には、第１の実施形態で示した電波伝搬推定方式（等価的な地形地物高を用いた電波伝搬推定方式）を選択してもよい。一方、断面解析手段３１で見通し外あるいは全部見通し外と判定された場合は、たとえば、「細谷良雄（監修）、「電波伝搬ハンドブック」、リアライズ社、１９９９年、ｐ．２３−２７」（非特許文献６）に記載された回折モデルを用いた電波伝搬推定方式（以下、第６の電波伝搬推定方式という。）を選択してもよい。

伝搬損失算出手段４１は、第１の実施形態における伝搬損失算出手段４０に示した機能のほか、他の電波伝搬推定方式を用いて伝搬損失を算出する機能を有す。他の電波伝搬推定方式の例としては、第１〜第６の電波伝搬推定方式がある。

図６は、第２の実施形態の電波伝搬推定システムの動作の一例を示すフローチャートである。図６に示す例によれば、まず第１の実施形態と同様に、送信点及び受信点の規定を行う（ステップＳ１０、ステップＳ２０）。次に、第１の実施形態と同様に送受信間の断面を解析して平均地形地物高を算出するとともに、送受信間の見通し状況を判定する（ステップＳ３１）。

その後、電波の周波数と、対象とする送受信間の平均地形地物高とを用いて、当該送受信間の伝搬損失を推定するための推定方式を選定する（ステップＳ９０）。ここで、選定された推定方式において等価的な地形地物高による補正が必要か否かを判定し（ステップＳ４１）、必要である場合には、等価的な地形地物高を算出する（ステップＳ４０）。必要ではない場合には、ステップＳ４０は省略する。その後、当該送受信間の伝搬損失を推定する（ステップＳ５１）。これらの処理を、第１の実施形態と同様に全ての送信点、受信点の組み合わせに対して実施する。

また、図７は、第２の実施形態の電波伝搬推定システムの動作の別の一例を示すフローチャートである。図７に示す例によれば、まず第１の実施形態と同様に、送信点及び受信点の規定を行う（ステップＳ１０、ステップＳ２０）。次に、送受信間の断面を解析して平均地形地物高の算出と見通し状況の判定を行う処理（ステップＳ３１）を、全ての送信点、受信点の組み合わせに対して実施する。その後、電波の周波数と、全ての送信点、受信点の組み合わせにおける平均地形地物高とを用いて、伝搬損失を推定するための推定方式を１つ選定する（ステップＳ９１）。

図６に示したフローでは、各送受信の組み合わせに対して個別に推定方式を選択したが、本フローでは、全ての送受信の組み合わせに対して共通な一つの推定方式を選択するものである。ここで選定する推定方式は、各送受信間で個別に選定される推定方式のうち、最も多いものを選択しても良いし、送受信間の組み合わせで重要度の定義が可能な場合は、これを考慮して１つの推定方式を選択しても良い。その後、図６に示したフローと同様に、選定された推定方式において等価的な地形地物高による補正が必要である場合には、等価的な地形地物高を算出する（ステップＳ４０）。さらに、当該送受信間の伝搬損失を推定する（ステップＳ５１）。これらの処理を、第１の実施形態と同様に全ての送信点、受信点の組み合わせに対して実施する。

以上のように、本実施形態によれば、電波の周波数や送受信間の断面構造を用いて、第１の実施形態に示した電波伝搬推定方式が有効に機能する条件であるかを自動で判定することができる。第１の実施形態に示した電波伝搬推定方式が有効に機能する条件でない場合には、既存の電波伝搬推定方式のうち適した方式が自動で選択される。このため、利用者の負荷を大きく低減しつつ、電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高と同等であるという条件下においても高精度な電波伝搬推定を行うことができる。

図８は、前述の図１６または図１７に示した状況において測定された受信電力（ＲＳＳＩ）と、本発明の電波伝搬推定方式（電波に依存する等価的な地物地形高を用いた電波伝搬推定方式）による電波伝搬推定によって算出された受信電力とを比較したものである。線が推定結果、点が実測結果を表している。また、横軸は受信点ＩＤである。送受信間の距離は３０〜４７００ｍであり、４５０点のうち約半数では送受信間が見通せる状況であった。送信アンテナ高、受信アンテナ高は共に２ｍであった。本測定はＶＨＦ帯の電波を用いて実施し、電波の波長が送受信間の地形起伏高や地物高と同等であるという条件であった。図８に示すように、送受信間が図９に示す受信点６０または図１０に示す受信点３７０のような窪地であっても、良好な推定精度が得られることがわかる。

次に、本発明の概要について説明する。図１８は、本発明の概要を示すブロック図である。図１８に示す電波伝搬推定システムは、伝搬損失推定手段１を備える。

伝搬損失推定手段１（例えば、伝搬損失算出手段４０，４１）は、送信点と受信点との間の地形あるいは地物状況の情報と、電波の周波数の情報とに基づき、電波の周波数に依存する等価的な地形地物高を算出し、算出された前記等価的な地形地物高に基づいて電波の伝搬損失を推定する。

また、伝搬損失推定手段１は、地形地物高を用いて電波伝搬損失を算出する所定のモデルに対して、算出された等価的な地形地物高を地形地物高の補正値として用いることによって、伝搬損失を推定してもよい。

より具体的には、平面大地伝搬モデル、奥村−秦モデル、坂上モデル、ＩＴＵ−Ｒ勧告のＰ．１５４６モデルのうちいずれか１つのモデルに対して、算出された等価的な地形地物高を地形地物高の補正値として用いて計算することによって、伝搬損失を推定してもよい。

等価的な地形地物高は、例えば、電波の周波数をｆ、送信点と受信点との間の平均的地形地物高を＜ｈ＞としたとき、ａ，ｂ，ｃ，αをそれぞれ定数とする式（５）で与えられてもよい。

また、等価的な地形地物高は、例えば、電波の周波数をｆ、送信点と受信点との間の平均的地形地物高を＜ｈ＞としたとき、ａ，ｂ，ｃをそれぞれ定数とする式（６）で与えられてもよい。

また、伝搬損失推定手段１は、平均地形地物高が電波の波長の０．１倍以上１０倍以下の範囲内である場合に、等価的な地形地物高を適用してもよい。

なお、図１８に示すように、伝搬損失推定手段１が、等価的な地形地物高を算出する等価的地形地物高算出処理部と、算出された前記等価的な地形地物高に基づいて電波の伝搬損失を推定する伝搬損失算出処理部とを含む構成として実装することも可能である。

本発明は、高精度な電波伝搬推定を行うことができるため、無線通信システムにおけるサービスエリアや通信可能範囲を適切に設計するといった用途に適用可能である。特に、ＶＨＦ帯あるいはその近傍の周波数を用いる無線通信システムのサービスエリア、通信可能範囲の設定の用途に好適に適用可能である。

１ 伝搬損失推定手段
１０ 送信点規定手段
２０ 受信点規定手段
３０，３１ 断面解析手段
４０，４１ 伝搬損失算出手段
５０ 基地局データベース
６０ 地図データベース
７０ 制御部
８０ メモリ
９０ 推定方式選定手段

Claims (10)

1. 送信点と受信点との間の地形あるいは地物状況の情報と、電波の周波数の情報とに基づき、電波の周波数に依存する等価的な地形地物高を算出し、算出された前記等価的な地形地物高に基づいて電波の伝搬損失を推定する伝搬損失推定手段を備えた
   ことを特徴とする電波伝搬推定システム。
2. 伝搬損失推定手段は、地形地物高を用いて電波伝搬損失を算出する所定のモデルに対して、算出された等価的な地形地物高を地形地物高の補正値として用いることによって、伝搬損失を推定する
   請求項１に記載の電波伝搬推定システム。
3. 伝搬損失推定手段は、平面大地伝搬モデル、奥村−秦モデル、坂上モデル、ＩＴＵ−Ｒ勧告のＰ．１５４６モデルのうちいずれか１つのモデルに対して、算出された等価的な地形地物高を地形地物高の補正値として用いて伝搬損失を推定する
   請求項１または請求項２に記載の電波伝搬推定システム。
4. 等価的な地形地物高は、電波の周波数をｆ、送信点と受信点との間の平均的地形地物高を＜ｈ＞としたとき、ａ，ｂ，ｃ，αをそれぞれ定数とする以下の式で与えられる
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の電波伝搬推定システム。
   

   
5. 等価的な地形地物高は、電波の周波数をｆ、送信点と受信点との間の平均的地形地物高を＜ｈ＞としたとき、ａ，ｂ，ｃをそれぞれ定数とする以下の式で与えられる
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の電波伝搬推定システム。
   

   
6. 伝搬損失推定手段は、平均地形地物高が電波の波長の０．１倍以上１０倍以下の範囲内である場合に、等価的な地形地物高を適用する
   請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の電波伝搬推定システム。
7. 送信点と受信点との間の地形あるいは地物状況の情報と、電波の周波数の情報とに基づき、電波の周波数に依存する等価的な地形地物高を算出する等価的地形地物高算出ステップと、
   算出された前記等価的な地形地物高に基づいて、電波の伝搬損失を推定する伝搬損失推定ステップとを含む
   ことを特徴とする電波伝搬推定方法。
8. 伝搬損失推定ステップでは、地形地物高を用いて電波伝搬損失を算出する所定のモデルに対して、算出された等価的な地形地物高を地形地物高の補正値として用いることによって、伝搬損失を推定する
   請求項７に記載の電波伝搬推定方法。
9. コンピュータに、
   送信点と受信点との間の地形あるいは地物状況の情報と、電波の周波数の情報とに基づき、電波の周波数に依存する等価的な地形地物高を算出する等価的地形地物高算出処理と、
   算出された前記等価的な地形地物高に基づいて、電波の伝搬損失を推定する伝搬損失推定処理と
   を実行させるための電波伝搬推定プログラム。
10. 伝搬損失推定処理で、地形地物高を用いて電波伝搬損失を算出する所定のモデルに対して、算出された等価的な地形地物高を地形地物高の補正値として用いることによって、伝搬損失を推定させる
    請求項９に記載の電波伝搬推定プログラム。

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