JP3498054B2 - 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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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，Mobile Systems Inc.社製P
laNet（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 model)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 equati
ons)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(determini
stic 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(representatio
ns)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４１２，４１４，４１６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４１
４，４１６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４１２，４１４，４１
６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４０
０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４１２，４１
４，４１６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３１２，３
１４，３１６はセクタ化基地局(sectored base statio
n)（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(omni-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Moto
rola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(mobileswitchin
g 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４１２，４１４，４１６内の
ほとんど全てのポイントに伝搬するように、基地局３１
２，３１４，３１６の地理的位置と、カバー・エリア４
１２，４１４，４１６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"T
he Communications Handbook," Jerry D. Gibson, Edit
or-in-Chief, CRC Press (1997), Chapter 81, pp. 114
6-1159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３１
２，３１４，３１６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３１２，３１４，３
１６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 ti
me domain）または有限要素法（ＦＥＭ：finite elemen
t 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 polarizati
on)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３０４，３０６，３０８，３１０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３
１２，３１４，３１６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(inhomogeneous 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(diffu
sion 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, Based on the Use of Photogrammetric Terrain
and Building Data," IEEE (1997), 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 Propag
ation Model for the VHF/UHF Range Considering Thre
e-Dimensional Terrain," IEEE Transactions on Anten
nas and Propagation, Vol. 40, No. 10, October 199
2, pp. 1121-1131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 Pr
opagation Prediction in Microcellular Environment
s," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vo
l. 46, No. 2, May 1997, pp. 508-517；N. Gengらによ
る"Simulation of Radio Relay Link Performance Usin
g a Deterministic 3D Wave Propagation Model," Radi
o Relay Systems, C11-14 October 1993, Conference P
ublication No. 386, IEEE, pp. 343-348；T. Kurnerら
による"Concepts and Results for 3D Digital Terrain
-Based Wave Propagation Models: An Overview," 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 forElectromagnetic R
adiation, Interference, and Interaction with Compl
ex Structures," IEEE Transactions on Electromagnet
ic Compatibility, Vol. 35,No. 2, May 1993；S.Y. Ta
nらによる"A Microcellular Communications Propagati
on Model Based on the Uniform Theory of Diffractio
n and Multiple Image Theory," IEEE Transactions on
Antennas and Propagation, Vol. 44, No. 10, Octobe
r 1996；およびJ.B. Schneiderらによる"A Monte Carlo
FDTD Technique for Rough Surface Scattering," IEE
E Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 4
3, 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、１００〜２
００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(spheric
al 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(rura
l)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(l
and cover)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３０
０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 w
ave equationscharacteristics)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(inhomog
enuity)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 images)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０８／７０
１，２５７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
（ＦＥＭ）またはモーメント法（ＭＯＭ：method of mo
ments）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(p
lane)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５１
４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、８
９０ＭＨｚ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３１２，３１４，３１
６の位置，基地局３１２，３１４，３１６のアンテナ１
９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２０
０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５
３，５４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 (56)参考文献 特開 平８−8846（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−503345（ＪＰ，Ａ) 米国特許5491644（ＵＳ，Ａ) 米国特許5301127（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 7/24 - 7/26 H04Q 7/00 - 7/38

Claims (10)

    (57)【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（ＣＤＭＡ）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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