JP2020031366A - 電波遮蔽損失の計算方法、計算装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】従来、電波遮蔽損失を生じさせる構造物が複雑な形状を有する場合、計算量が増大するという課題があった。【解決手段】無線通信により送信点から受信点に送信される電磁波が電波伝搬経路の構造物により遮蔽される場合の電波遮蔽損失の計算方法であって、送信点または受信点から見た構造物のシルエット図を作成するステップと、受信点に到来する複数の到来波のそれぞれについて、構造物によるフレネル半径の遮蔽割合から遮蔽損失を計算して受信点での到来波の第１の受信電界を計算するステップと、複数の到来波の第１の受信電界を合計した第１の総受信電界に対する各到来波の第１の受信電界の寄与度を求めるステップと、寄与度が予め決められた閾値より大きい場合、第２の方法により、到来波の第２の受信電界を求めるステップと、第１の受信電界と第２の受信電界とに基づいて構造物による電波遮蔽損失を計算するステップとを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電波伝搬シミュレーションにおける電波遮蔽損失の計算方法、計算装置およびプログラムに関する。

一般に、無線通信システムを構築する際に行う電波伝搬シミュレーションでは、伝搬経路上に存在する構造物による電波遮蔽損失の計算が行われている。構造物による電波遮蔽損失を計算する方法として、例えば、経路差が半波長の回転楕円体で示される第１フレネルゾーンのフレネル半径を考慮して電波遮蔽損失の計算を行う方法（例えば、非特許文献１参照）や、ナイフエッジの手法を用いて電波遮蔽損失の計算を行う方法などが知られている（例えば、非特許文献２参照）。

伊藤優希・岩井誠人・笹岡秀一,"室内環境における人体遮蔽損失のアンテナ高依存性",電子情報通信学会 信学技報,vol.117,no.181,AP2017-71,pp.19-22,2017年8月. 中村光貴・佐々木元晴・猪又 稔・鷹取泰司,"4.7GHz帯と26.4GHz帯での屋外混雑環境における複数人体遮蔽時の伝搬損失推定式",電子情報通信学会 信学技報,vol.117,no.181,AP2017-72,pp.23-28,2017年8月. Takayuki KOHAMA and Makoto ANDO,"Physical Optics Radiation Integrals with Frequency-Independent Number of Division utilizing Fresnel Zone Number Localization and Adaptive Sampling Method",IEICE Trans.Electron., vol.E97-C,no.12,pp.1134-1141,December 2014.

従来技術では、構造物の輪郭が直線と見なせる程度に滑らかであることが計算の前提となっている。しかし、構造物が樹木などである場合、構造物の輪郭は複雑な形状をしており、上記前提は必ずしも成り立たず、正確な電波遮蔽損失を考慮した電波伝搬シミュレーションを行うためには、形状に応じた複雑な計算を行わなければならない。

このように、電波遮蔽損失を生じさせる構造物が複雑な形状を有する場合、計算量の増大が問題となる。

上記課題に鑑み、本発明は、電波遮蔽損失を生じさせる構造物が複雑な形状を有する場合であっても、計算量の増大を抑えつつ、正確な電波遮蔽損失を考慮した電波伝搬シミュレーションを行うことができる電波遮蔽損失の計算方法、計算装置およびプログラムを提供することを目的とする。

第１の発明は、無線通信により送信点から受信点に送信される電磁波が電波伝搬経路上に存在する構造物により遮蔽される場合の電波遮蔽損失の計算方法であって、送信点または受信点から見た構造物のシルエット図を作成するステップと、受信点に到来する複数の到来波のそれぞれについて、構造物によるフレネル半径の遮蔽割合から遮蔽損失を計算して受信点での到来波の第１の受信電界を計算するステップと、複数の到来波の前記第１の受信電界を合計した第１の総受信電界に対する各到来波の前記第１の受信電界の寄与度を求めるステップと、前記寄与度が予め決められた閾値より大きい場合、第２の方法により、到来波の第２の受信電界を求めるステップと、前記第１の受信電界と前記第２の受信電界とに基づいて構造物による電波遮蔽損失を計算するステップとを有することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記第２の方法は、前記シルエット図を予め決められたサイズのメッシュで分割するステップと、前記送信点から前記メッシュに到来する到来波の磁界を計算するステップと、前記磁界から物理光学近似により到来波に対する等価電流を求め、前記メッシュから再放射される電界の前記受信点における値を計算するステップと、前記値から前記受信点での到来波の前記第２の受信電界を計算するステップとにより実行されることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、前記メッシュのサイズは、前記寄与度に応じて設定されることを特徴とする。

第４の発明は、無線通信により送信点から受信点に送信される電磁波が電波伝搬経路上に存在する構造物により遮蔽される場合の電波遮蔽損失の計算装置において、送信点または受信点から見た構造物のシルエット図を作成するシルエット作成部と、受信点に到来する複数の到来波のそれぞれについて、構造物によるフレネル半径の遮蔽割合から遮蔽損失を計算して受信点での到来波の第１の受信電界を計算し、複数の到来波の前記第１の受信電界を合計した第１の総受信電界に対する各到来波の前記第１の受信電界の寄与度を求める第１の算出部と、前記寄与度が予め決められた閾値より大きい場合、第２の方法により、到来波の第２の受信電界を求め、前記第１の受信電界と前記第２の受信電界とに基づいて構造物による電波遮蔽損失を計算する第２の算出部とを有することを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、前記第２の方法は、前記シルエット図を予め決められたサイズのメッシュで分割する分割部と、前記送信点から前記メッシュに到来する到来波の磁界を計算し、前記磁界から物理光学近似により到来波に対する等価電流を求め、前記メッシュから再放射される電界の前記受信点における値を計算し、前記値から前記受信点での到来波の前記第２の受信電界を計算する算出部とにより処理されることを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、前記メッシュのサイズは、前記寄与度に応じて設定されることを特徴とする。

第７の発明は、第４の発明から第６の発明のいずれかの電波遮蔽損失の計算装置が行う処理をコンピュータに実行させる電波遮蔽損失の計算プログラムである。

本発明は、電波遮蔽損失を生じさせる構造物が複雑な形状を有する場合であっても、電波遮蔽損失の計算量の増大を抑えつつ、正確な電波遮蔽損失を考慮した電波伝搬シミュレーションを行うことができる。

電波遮蔽損失の計算装置の一例を示す図である。 フレネル半径の遮蔽割合から各到来波の電波遮蔽損失を概算する例を示す図である。 フレネル半径で求めた到来波の受信電界の総受信電界への寄与度に基づくメッシュサイズの設定例を示す図である。 メッシュ分割して到来波の受信電界を再計算する例を示す図である。 物理光学近似による放射電界の計算方法の一例を示す図である。 電波遮蔽損失の計算装置の処理例を示す図である。 他の方法と本実施形態との比較例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る電波遮蔽損失の計算方法、計算装置およびプログラムの実施形態について説明する。

図１は、電波遮蔽損失の計算装置１００の一例を示す。図１において、電波遮蔽損失の計算装置１００は、伝搬経路に構造物がある場合に、構造物による電波遮蔽損失の計算を行う装置である。なお、電波遮蔽損失の計算装置１００は、専用のハードウェアで構成されてもよいし、予め決められた電波遮蔽損失の計算処理を行うプログラムが格納されたコンピュータで構成されてもよい。

図１において、電波遮蔽損失の計算装置１００は、構造物シルエット作成部１０１、各到来波受信電界算出部１０２、第１の総受信電界算出部１０３、各到来波再計算判定部１０４、構造物シルエット分割部１０５、各メッシュ到来波受信電界算出部１０６および第２の総受信電界算出部１０７を有する。ここで、各到来波受信電界算出部１０２を第１の受信電界算出部１０２、各メッシュ到来波受信電界算出部１０６を第２の受信電界算出部１０６、と称してもよい。

構造物シルエット作成部１０１は、送信点および受信点の位置、構造物の位置、構造物の形状などの情報を外部から入力して、送信点または受信点の方向から見たときの電波伝搬経路上に存在する構造物のシルエット図を作成する。例えば、電波伝搬経路に存在する予め作成された構造物の３Ｄモデル又は構造物の写真などの情報を外部から入力して、送信点または受信点の方向から見た構造物のシルエット図を作成する。ここで、シルエット図は、二次元図とする。

各到来波受信電界算出部１０２は、各到来波の受信点における受信電界（第１の受信電界）を算出する。具体的には、フレネル半径の遮蔽割合から各到来波の遮蔽損失を概算し、各到来波の受信電界を算出する。なお、直接波の場合は遮蔽損失だけを考慮して受信電界を算出するが、反射波の場合は反射点の材質から反射損失を概算して遮蔽損失と合わせて受信電界を算出する。

第１の総受信電界算出部１０３は、フレネル半径の遮蔽割合から求めた遮蔽損失を考慮した受信点における各到来波の受信電界に基づいて、総受信電界（第１の総受信電界）を算出する。なお、反射波の場合は反射損失も考慮する。

各到来波再計算判定部１０４は、複数の到来波の数をＮ（Ｎは正の整数）のうち各到来波（ｉ）（ｉは１からＮの整数）について、予め決められた閾値に基づいて、各到来波受信電界算出部１０２が算出した受信電界の再計算の有無を判定する。例えば、閾値をα、到来波（ｉ）の第１の受信電界をＥ１（ｉ）、到来波（１）から到来波（Ｎ）までのＮ個の第１の受信電界の合計を第１の総受信電界Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}とした場合、各到来波再計算判定部１０４は、到来波（ｉ）の受信電界の再計算を行うか否かを（式１）および（式２）のように判定する。

|Ｅ１（ｉ）|≦α・|Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}| …（式１）
|Ｅ１（ｉ）|＞α・|Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}| …（式２）
（式１）を満たす場合は、到来波（ｉ）の受信電界の再計算は行わない。（式２）を満たす場合は、物理光学近似の手法を用いて到来波（ｉ）の受信電界の再計算を行う。

ここで、|Ｅ１（ｉ）|／|Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}|を寄与度（または寄与率）と称する（式３）。

寄与度Ｃｒ＝|Ｅ１（ｉ）|／|Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}| …（式３）
（式１）および（式２）の判定を寄与度Ｃｒで表すと、（式４）および(式５）のように表すことができ、寄与度Ｃｒが閾値α以下の場合は、到来波（ｉ）の受信電界の再計算を行わずに第１の受信電界Ｅ１（ｉ）を用い、寄与度Ｃｒが閾値αより大きい場合は、第１の受信電界Ｅ１（ｉ）を用いずに、後述する方法で到来波（ｉ）の受信電界の再計算を行う。

Ｃｒ ≦ α …（式４）
Ｃｒ ＞ α …（式５）
構造物シルエット分割部１０５は、構造物シルエット作成部１０１が作成した構造物のシルエット図を網目状に複数の領域（メッシュ）に分割する。なお、本実施形態では、正方形のメッシュで分割するものとするが、長方形や多角形でもよい。また、メッシュサイズは、フレネル半径の遮蔽割合から求めた到来波（ｉ）の第１の受信電界Ｅ１（ｉ）と第１の総受信電界Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}との割合（|Ｅ１（ｉ）|／|Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}|（前出の寄与度に相当））に応じて予め決められた大きさに設定する。ここで、寄与度Ｃｒの値が大きいほどメッシュサイズを小さく設定することにより、構造物を介して受信点で受信される到来波の受信電界を高い精度で算出できる。なお、メッシュサイズについては、図４で詳しく説明する。

各メッシュ到来波受信電界算出部１０６は、送信点から構造物により遮蔽されていない各メッシュに到来する電磁波の磁界を計算し、その磁界から物理光学近似を用いて到来する電磁波に対する等価電流を求める。そして、求めた等価電流に基づいて各メッシュから再放射される電界の受信点における値を計算し、受信点における受信電界が求められる。なお、メッシュから再放射される電界の受信点における値Ｅの計算方法については、後で詳しく説明する。

第２の総受信電界算出部１０７は、第１の総受信電界算出部１０３で求めた寄与度Ｃｒが閾値α以下の到来波の第１の受信電界の合計と、各メッシュ到来波受信電界算出部１０６で求めた第２の受信電界の合計（第２の総受信電界）との和を受信点における最終的な総受信電界として算出する。

ここで、構造物が無い場合の総受信電界をＥ０、第１の受信電界の合計の第１の総受信電界Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}のうち、寄与度Ｃｒが閾値α以下の到来波の第１の受信電界の合計をＥ１’_{ｔｏｔａｌ}、寄与度Ｃｒが閾値αより大きい到来波の第２の受信電界の合計をＥ２_{ｔｏｔａｌ}として、構造物による電波遮蔽損失Ｌは（式６）により求められる。

Ｌ＝|Ｅ０|^２／|Ｅ１’_{ｔｏｔａｌ}＋Ｅ２_{ｔｏｔａｌ}|^２ …（式６）
このようにして、本実施形態に係る電波遮蔽損失の計算装置１００は、遮蔽損失の計算方法および計算パラメータを寄与度に基づいて選択し、寄与度が大きい到来波については物理光学近似を用いて遮蔽損失を計算する。これにより、本実施形態に係る電波遮蔽損失の計算装置１００は、複雑な形状を持った構造物に対する遮蔽損失の計算量を軽減しつつ、遮蔽損失を高い精度で求めることができ、正確な遮蔽損失を考慮した電波伝搬シミュレーションを行うことができる。

ここで、フレネル半径の遮蔽割合から各到来波の遮蔽損失を概算し、各到来波の受信電界を算出する方法が第１の方法、メッシュ分割して物理光学近似の手法を用いて到来波の受信電界の再計算を行う方法が第２の方法、にそれぞれ対応する。
［第１の方法］
図２は、フレネル半径の遮蔽割合から各到来波の電波遮蔽損失を概算する例を示す。図２において、送信点２０１から送信された電波は、到来波２０４（１）から到来波２０４（Ｎ）までのＮ個の到来波として、樹木などの構造物２０３に入射される。図２では、Ｎ＝３の例が示され、到来波２０４（１）と到来波２０４（Ｎ）は、構造物２０３で遮蔽されない反射波として受信点２０２に到達し、到来波２０４（ｉ）は、構造物２０３で一部が遮蔽されて再放射された到来波２０４’（ｉ）が受信点２０２に到達する。なお、到来波の数Ｎは、例えばモデル化した伝搬経路から直接波を含む反射波の数を推定して求めるが、レイトレースなどのシミュレーションで到来波の数を完全に再現可能な場合は、その値を使用する。

図２において、構造物２０３による電波遮蔽損失は、各到来波２０４のフレネル半径（第１フレネル領域２１１）における構造物２０３の遮蔽割合から概算する。図２の例では、到来波２０４(ｉ)の第１フレネル領域２１１および第２フレネル領域２１２を示し、図１で説明した各到来波受信電界算出部１０２は、到来波２０４（ｉ）の第１フレネル領域２１１における構造物２０３の遮蔽割合から電波遮蔽損失を概算する。

ここで、遮蔽割合は、例えば送信点または受信点の方向から見た二次元上の面において、第１フレネル領域２１１の面積に対する第１フレネル領域２１１内で構造物２０３が占める面積の割合である。例えば、到来波２０４(ｉ)の第１フレネル領域２１１の二次元上の面積に対して、構造物２０３が占める面積が７０％の場合、遮蔽割合は７０％となる。

ここで、構造物２０３が無い場合の到来波２０４(ｉ)の受信点２０２における受信電界Ｅ０（ｉ）は、送信点２０１での送信電力と送信点２０１と受信点２０２との間の距離などにより計算できる。そして、構造物２０３が有る場合の到来波２０４(ｉ)の受信点２０２における第１の受信電界Ｅ１（ｉ）は、図２で求めた到来波２０４(ｉ)に対する構造物２０３の遮蔽割合を用いて下記のように求めることができる。
（直接波の場合）
到来波２０４(ｉ)が図２に描かれたように直接波である場合、第１の受信電界Ｅ１（ｉ）は、（式７）で求められる。ここで、ｒ（ｉ）は、到来波２０４（ｉ）の構造物２０３による遮蔽割合を示す。

|Ｅ１（ｉ）|^２ ＝|Ｅ０（ｉ）|^２ × ｒ（ｉ） …（式７）
（反射波の場合）
到来波２０４(ｉ)が反射波である場合、第１の受信電界Ｅ１（ｉ）は、（式８）で求められる。ここで、Ｌａは、反射損失で、周辺の材質で決定される概算値が用いられる。

|Ｅ１（ｉ）|^２ ＝|Ｅ０（ｉ）|^２ × ｒ（ｉ）／Ｌａ …（式８）
このようにして、フレネル半径の遮蔽割合ｒ（ｉ）により求めた各到来波２０４(ｉ)の第１の受信電界Ｅ１（ｉ）を到来波２０４(１)から到来波２０４(Ｎ)までのＮ個の到来波についてそれぞれ求める。そして、到来波２０４(１)から到来波２０４(Ｎ)までのＮ個の各到来波２０４(ｉ)の第１の受信電界Ｅ１（ｉ）を合計し、受信点２０２における第１の総受信電界Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}が求められる（式９）。

［第２の方法］
次に、第１の総受信電界Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}に対する各到来波２０４(ｉ)の第１の受信電界Ｅ１（ｉ）の寄与度に基づいて、遮蔽損失の計算方法および計算パラメータを変更する方法について説明する。

（式１）から（式５）で説明したように、各到来波２０４(ｉ)の第１の受信電界Ｅ（ｉ）の第１の総受信電界Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}に対する寄与度Ｃｒに基づいて、各到来波２０４(ｉ)の受信電界を第２の方法で再計算するか否かを判別する。

ここで、第２の方法とは、構造物２０３のシルエット図をメッシュ分割して物理光学近似によりメッシュ単位で再放射される電界の受信点２０２における値を求める方法である。
（メッシュ分割による受信電界の再計算）
（式５）で説明したように、寄与度Ｃｒ＞αの場合の到来波について、構造物をメッシュで分割して各メッシュごとに物理光学近似により再放射される電界の受信点での値を再計算する。

図３は、フレネル半径で求めた到来波の受信電界の総受信電界への寄与度に基づくメッシュサイズの設定例を示す。なお、図３は、図２に対応する図である。図３では、二次元上の構造物２０３を含む部分がメッシュ２５１で分割される。

図３において、構造物２０３から再放射される到来波２０４’の電界を求めるために、構造物２０３は、複数のメッシュ２５１に分割される。メッシュを設定する範囲（以下、メッシュエリアと呼ぶ）は、フレネル半径以上である必要がある。具体的には、フレネル半径をＲ、予め設定する計算パラメータをβ（β≧１）として、半径βＲの範囲をメッシュエリアに設定する。また、メッシュエリア境界での電磁界計算の不連続性の影響を軽減するため、メッシュエリアに窓関数を適用する。窓関数としては、例えばｅｙｅ関数などを用いることができる（例えば、非特許文献３参照）。

なお、図３では、１つのメッシュ２５１は正方形とし、１辺の長さがΔｌのメッシュサイズ（計算パラメータ）とする。メッシュサイズは|Ｅ_ｉ|／|Ｅ_{ｔｏｔａｌ}|（先に説明した寄与度Ｃｒ）に基づいて決めるが、メッシュサイズを電波の波長λの１／１０より小さくしても推定精度に大きな影響はないことがシミュレーションから得られており、メッシュサイズの最小値をλ／１０程度とするのが望ましい。ここで、|Ｅ_ｉ|／|Ｅ_{ｔｏｔａｌ}|の値が大きいほど（到来波の第１の受信電界が大きいほど）、メッシュサイズを小さくする。言い換えると、メッシュサイズは、寄与度Ｃｒに反比例し、寄与度Ｃｒが大きくなるほどメッシュサイズを小さくし、逆に寄与度Ｃｒが小さくなるほどメッシュサイズを大きくするように設定される。これにより、精度の高い受信電界の計算が可能になる。

そして、各メッシュ２５１ごとに送信点２０１から構造物２０３に入射する到来波２０４（ｉ）が受信点２０２へ再放射される到来波２０４’（ｉ）の電界を物理光学近似により計算し、受信点２０２での第２の受信電界Ｅ２（ｉ）を求める。なお、図３の例では、構造物２０３を介して受信点２０２に到来するのは到来波２０４’（ｉ）だけであるが、構造物２０３を介して受信点２０２に到来する到来波が複数ある場合は、それらの第２の受信電界Ｅ２（ｉ）の合計が第２の総受信電界Ｅ２_{ｔｏｔａｌ}となる。

図４は、メッシュ２５１で分割して到来波２０４（ｉ）の受信電界を再計算する例を示す。ここで、図４に描かれた構造物２０３は、送信点２０１または受信点２０２から見たときの二次元のシルエット図である。図４において、送信点２０１から送信された電波は、到来波２０４（ｉ）として樹木などの構造物２０３に入射される。そして、構造物２０３に入射された電波は、構造物２０３から受信点２０２に向けて到来波２０４’（ｉ）として再放射される。例えば、図４の点線円２６１で囲んだ部分の１マスのメッシュ２５１に送信点２０１から入射する到来波２０４(ｉ)の入射磁界を計算し、メッシュ２５１から再放射される到来波２０４’（ｉ）の電界を物理光学近似により計算する。なお、１つの到来波が複数のメッシュに入射される場合は、それぞれのメッシュから再放射される到来波の電界を計算し、複数のメッシュから再放射される電界を合計して、当該到来波による電界とする。

ここで、点線円２６１で囲んだ部分の１マスのメッシュ２５１に入射する到来波２０４(ｉ)の入射磁界から再放射される電界を物理光学近似により計算する方法について詳しく説明する。

図５は、物理光学近似による放射電界の計算方法の一例を示す。ここで、メッシュ２５１のサイズはΔｌの正方形とする。図５において、１つのメッシュ２５１に入射される到来波の磁界をＨとすると、物理光学近似により到来波に対する等価電流ｉは、（式１０）で計算される。

ｉ＝２ｎ×Ｈ …（式１０） （ｎ：導体表面からの単位法線ベクトル）
そして、メッシュ２５１から再放射される電界Ｅは、当該メッシュが構造物により遮蔽されている場合と遮蔽されていない場合とに応じて、次のように求められる。
・メッシュが構造物により遮蔽されている場合には、メッシュから再放射される電界Ｅは、（式１１）となる。

Ｅ＝０ …（式１１）
・メッシュが構造物により遮蔽されていない場合（フレネル半径内のメッシュについては、メッシュ内に構造物が存在しない場合、およびメッシュ内に構造物が存在しかつ一部のみが遮蔽されている場合の双方を含み、フレネル半径外のメッシュについては、メッシュ内に構造物が存在しかつ一部のみが遮蔽されている場合）には、メッシュから再放射される電界の受信点における値Ｅは、（式１２）で計算できる。

ここで、ｉは等価電流、Δｌはメッシュサイズ、ｄ_１は送信点からメッシュの中央までの距離、ｄ_２はメッシュの中央から受信点までの距離、θはメッシュの中央からの電波の送信角度、μは透磁率、εは誘電率、ｋは波数、ｊは虚数単位である。

このようにして、構造物を含む分割した全メッシュから再放射される電界の受信点における値Ｅを合計して、第２の総受信電界を求めることができる。なお、受信電力は、受信点における電界と、受信アンテナの実効長やインピーダンスに応じて求めることができる。

図６は、電波遮蔽損失の計算装置１００の処理例を示す。なお、図６の処理は、図１で説明した電波遮蔽損失の計算装置１００の各ブロックにより実行される。

（ステップＳ１０１）電波遮蔽損失の計算装置１００は、無線通信システムの送信点と受信点との間の電波伝搬経路に存在する構造物の情報を含む通信環境に関する情報を外部から入力して、電波遮蔽損失の計算を開始する。ここで、通信環境に関する情報は、例えば、送信点および受信点の位置（例えば三次元座標）、距離、送信電力、周波数、通信帯域、送信方向などの情報である。また、電波伝搬経路上に存在する構造物の情報は、例えば、構造物の位置、３Ｄモデルや写真などの形状を示す情報である。

（ステップＳ１０２）構造物シルエット作成部１０１は、構造物の３Ｄモデルまたは構造物の写真などに基づいて、送信点または受信点の方向から見た構造物のシルエット図を作成する。ここで、シルエット図は、例えば図２から図４に描かれた構造物２０３のような二次元図である。

（ステップＳ１０３）各到来波受信電界算出部１０２は、図２で説明したように、フレネル半径の遮蔽割合から各到来波の電波遮蔽損失を概算し、各到来波の第１の受信電界を求める。例えば、Ｎ個の到来波がある場合、Ｎ個の到来波のそれぞれについて、構造物のシルエット図における第１フレネル領域の遮蔽割合を求め、電波遮蔽損失を概算し、到来波ごとに第１の受信電界を求める。そして、第１の総受信電界算出部１０３は、各到来波受信電界算出部１０２が求めた全ての到来波の第１の受信電界を合計して第１の総受信電界を計算する。

（ステップＳ１０４）各到来波再計算判定部１０４は、物理光学近似の手法を用いて到来波の受信電界の再計算を行うか否かを判定する。判定は、（式３）で説明したように、到来波（ｉ）の第１の受信電界Ｅ１（ｉ）の第１の総受信電界Ｅ１_{ｔｏｔａｌ}に対する寄与度Ｃｒに基づいて行い、（式４）および（式５）で説明したように、寄与度Ｃｒが閾値αより大きい場合は、ステップＳ１０５からステップＳ１０７の処理を実行して、到来波（ｉ）の受信電界の再計算を行う。なお、寄与度Ｃｒが予め決められた閾値α以下の場合は、到来波（ｉ）の受信電界の再計算を行わず、第１の受信電界を当該到来波（ｉ）の最終的な受信電界とする。

（ステップＳ１０５）構造物シルエット分割部１０５は、構造物のシルエット図を複数の領域（メッシュ）に分割する。例えば、構造物シルエット分割部１０５は、図４で説明したように、メッシュは、例えば１辺が到来波の波長λの１／１０程度を最小値とするΔｌの正方形で、寄与度に応じてメッシュサイズΔｌの長さを設定する。

（ステップＳ１０６）各メッシュ到来波受信電界算出部１０６は、例えば図５および（式１０）で説明したように、送信点から各メッシュに到来する電波の磁界Ｈを計算し、物理光学近似により到来波に対する等価電流を計算する。

（ステップＳ１０７）各メッシュ到来波受信電界算出部１０６は、ステップＳ１０６で計算した等価電流に基づいて各メッシュから再放射される電界の受信点における値Ｅを第２の受信電界として求める。ここで、各メッシュ到来波受信電界算出部１０６は、メッシュが構造物により遮蔽されている場合と遮蔽されていない場合とに応じて、（式１１）および（式１２）で説明したように、メッシュから再放射される電界Ｅを求める。

（ステップＳ１０８）第２の総受信電界算出部１０７は、メッシュから再放射される到来波の第２の受信電界を合計して第２の総受信電界を計算する。ここで、寄与度Ｃｒが閾値α以下の到来波についてはステップＳ１０３で求めた第１の受信電界を合計し、寄与度Ｃｒが閾値αよりも大きい到来波については第２の総受信電界を用いて、（式６）で説明したように、電波遮蔽損失Ｌを求めることができる。

（ステップＳ１０９）電波遮蔽損失の計算装置１００は、電波遮蔽損失の計算を終了する。そして、電波遮蔽損失の計算装置１００は、ステップＳ１０１からステップＳ１０８で計算した各到来波の第１の受信電界、第１の総受信電界、第２の受信電界および第２の総受信電界などを用いて電波伝搬シミュレーションを行うことができる。

このようにして、本実施形態に係る電波遮蔽損失の計算装置１００は、遮蔽損失の計算方法および計算パラメータを寄与度に基づいて選択するので、複雑な形状を持った構造物に対する遮蔽損失の計算量を軽減しつつ、遮蔽損失を高い精度で求めることができ、正確な遮蔽損失を考慮した電波伝搬シミュレーションを行うことができる。

ここで、本実施形態に係る電波遮蔽損失の計算装置１００は、図１に示した各ブロックを有する装置として説明したが、上記の処理に対応するプログラムと、当該プログラムを実行するコンピュータによっても実現できる。なお、プログラムは、記録媒体に記録して提供されてもよいし、ネットワークを通して提供されてもよい。

図７は、他の方法と本実施形態との比較例を示す。図７（ａ）は、フレネル半径ベースで受信電力を求める方法を示し、第１フレネル領域２１１における構造物２０３による遮蔽割合から到来波の受信電力を概算する方法である。この方法は、計算負荷は小さいが、飽くまでも遮蔽割合による概算なので精度は期待できない。図７（ｂ）は、構造物２０３のエッジ２７１を無限長の直線と見なしてナイフエッジベースで損失を計算する方法である。この方法は、構造物２０３が複雑な形状の場合、計算精度が劣化するという問題がある。図７（ｃ）は、本実施形態で説明した受信電界の再計算の方法を示し、寄与度が大きい到来波に対して寄与度に応じて構造物２０３をメッシュ２５１で分割し、各メッシュ毎に物理光学近似により再放射される電界を計算して受信電界を求める。本実施形態で説明した方法は、メッシュ毎に物理光学近似を用いてメッシュから再放射される到来波の受信電界を計算する。特に、本実施形態では、受信電界に対する寄与度が大きい到来波については、メッシュサイズを小さくして計算を行うので、固定のメッシュサイズで行う場合に比べて計算精度が向上する。

このように、本実施形態に係る電波遮蔽損失の計算方法は、電波遮蔽損失を生じさせる構造物が複雑な形状を有する場合であっても、他の方法に比べて計算量の増大を抑えつつ精度の高い電波遮蔽損失を考慮した電波伝搬シミュレーションを行うことができる。

１００・・・電波遮蔽損失の計算装置；１０１・・・構造物シルエット作成部；１０２・・・各到来波受信電界算出部；１０３・・・第１の総受信電界算出部；１０４・・・各到来波再計算判定部；１０５・・・構造物シルエット分割部；１０６・・・各メッシュ到来波受信電界算出部；１０７・・・第２の総受信電界算出部；２０１・・・送信点；２０２・・・受信点；２０３・・・構造物；２０４・・・到来波；２５１・・・メッシュ

Claims (7)

1. 無線通信により送信点から受信点に送信される電磁波が電波伝搬経路上に存在する構造物により遮蔽される場合の電波遮蔽損失の計算方法であって、
   送信点または受信点から見た構造物のシルエット図を作成するステップと、
   受信点に到来する複数の到来波のそれぞれについて、構造物によるフレネル半径の遮蔽割合から遮蔽損失を計算して受信点での到来波の第１の受信電界を計算するステップと、
   複数の到来波の前記第１の受信電界を合計した第１の総受信電界に対する各到来波の前記第１の受信電界の寄与度を求めるステップと、
   前記寄与度が予め決められた閾値より大きい場合、第２の方法により、到来波の第２の受信電界を求めるステップと、
   前記第１の受信電界と前記第２の受信電界とに基づいて構造物による電波遮蔽損失を計算するステップと
   を有することを特徴とする電波遮蔽損失の計算方法。
2. 請求項１に記載の電波遮蔽損失の計算方法において、
   前記第２の方法は、
   前記シルエット図を予め決められたサイズのメッシュで分割するステップと、
   前記送信点から前記メッシュに到来する到来波の磁界を計算するステップと、
   前記磁界から物理光学近似により到来波に対する等価電流を求め、前記メッシュから再放射される電界の前記受信点における値を計算するステップと、
   前記値から前記受信点での到来波の前記第２の受信電界を計算するステップと
   により実行されることを特徴とする電波遮蔽損失の計算方法。
3. 請求項２に記載の電波遮蔽損失の計算方法において、
   前記メッシュのサイズは、前記寄与度に応じて設定されることを特徴とする電波遮蔽損失の計算方法。
4. 無線通信により送信点から受信点に送信される電磁波が電波伝搬経路上に存在する構造物により遮蔽される場合の電波遮蔽損失の計算装置において、
   送信点または受信点から見た構造物のシルエット図を作成するシルエット作成部と、
   受信点に到来する複数の到来波のそれぞれについて、構造物によるフレネル半径の遮蔽割合から遮蔽損失を計算して受信点での到来波の第１の受信電界を計算し、複数の到来波の前記第１の受信電界を合計した第１の総受信電界に対する各到来波の前記第１の受信電界の寄与度を求める第１の算出部と、
   前記寄与度が予め決められた閾値より大きい場合、第２の方法により、到来波の第２の受信電界を求め、前記第１の受信電界と前記第２の受信電界とに基づいて構造物による電波遮蔽損失を計算する第２の算出部と
   を有することを特徴とする電波遮蔽損失の計算装置。
5. 請求項４に記載の電波遮蔽損失の計算装置において、
   前記第２の方法は、
   前記シルエット図を予め決められたサイズのメッシュで分割する分割部と、
   前記送信点から前記メッシュに到来する到来波の磁界を計算し、前記磁界から物理光学近似により到来波に対する等価電流を求め、前記メッシュから再放射される電界の前記受信点における値を計算し、前記値から前記受信点での到来波の前記第２の受信電界を計算する算出部と
   により処理されることを特徴とする電波遮蔽損失の計算装置。
6. 請求項５に記載の電波遮蔽損失の計算装置において、
   前記メッシュのサイズは、前記寄与度に応じて設定されることを特徴とする電波遮蔽損失の計算装置。
7. 請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の電波遮蔽損失の計算装置が行う処理をコンピュータに実行させることを特徴とする電波遮蔽損失の計算プログラム。

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