JP3854252B2 - 受信特性推定装置及び受信特性推定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信点から放射される電波の受信点における受信特性を推定する受信特性推定装置及び受信特性推定方法に関する。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電波の受信特性を推定する受信特性推定装置及び受信特性推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動通信システムにおけるサービスエリア内の電波の受信特性を推定する受信特性推定方法として「レイトレーシング法（Ｒａｙ-ｔｒａｃｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）」が知られている。
【０００３】
図１１を参照して、レイトレーシング法を用いた電波の受信特性の推定方法について説明する。かかるレイトレーシング法では、第１に、送信点から放射される電波（レイ）の周囲の構造物による反射・回折・透過を考慮して、受信点に到達可能なレイの経路をトレースする。第２に、受信点における「伝搬損失（受信電力）」や「伝搬遅延プロファイル（遅延スプレッド）」や「到来角度プロファイル」等のレイの受信特性を、トレースされたレイの経路を介して受信点に到着したレイの「電界強度」や「伝搬遅延時間（到来時間）」や「到来角度（到来方向）」より推定する。
【０００４】
ここで、従来、送信点から受信点までのレイの経路をトレースする方法として、「イメージング法（Ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）」及び「レイランチング法（Ｒａｙ−ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）」の種類の方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
図１２を参照して、イメージング方法によって、周囲の構造物による反射を伴うレイの経路をトレースする方法について説明する。かかるイメージング法では、例えば、図１２に示すように、反射面＃１と反射面＃２とで２回反射して送信点から受信点に到達するレイの経路をトレースする場合、第１に、反射面＃１に対する「送信点のイメージ＃１」を求め、第２に、反射面＃２に対する「送信点のイメージ＃１」のイメージである「送信点のイメージ＃２」を求める。
【０００６】
第３に、「受信点」と「送信点のイメージ＃２」とを結ぶ線分と、「反射面＃２」との交点を、反射面＃２における反射点とすると共に、当該「反射面＃２における反射点」と「送信点のイメージ＃１」とを結ぶ線分と、「反射面＃１」との交点を、反射面＃１における反射点とする。
【０００７】
第４に、「送信点」と「反射面＃１における反射点」と「反射面＃２における反射点」と「受信点」とを折れ線で結ぶ。
【０００８】
この結果、イメージング法では、送信点と受信点との間のレイの経路を厳密にトレースすることができるため、イメージング方法による受信特性の推定結果には、トレース演算に起因する推定誤差は存在しない。
【０００９】
また、図１３を参照して、レイランチング法によって、周囲の構造物による反射を伴うレイの経路をトレースする方法について説明する。図１３に示すように、かかるレイランチング法では、一定の出射角度間隔Δθ毎に、送信点からレイを出射し、当該レイの経路（軌跡）を逐次トレースすることによって、受信点に到達するレイの経路を探索する。ただし、かかる場合、送信点からのレイの出射角度が離散的であることから、レイが所望の受信点に到達する確率は極めて小さい。
【００１０】
そこで、一般的に、かかるレイランチング法では、受信点の周りに大きさΔＳの受信エリアを設けて、受信エリアΔＳに到達したレイの経路が、受信点に到達可能なレイの経路であると見なす。
【００１１】
このように、レイランチング法では、レイの出射角度間隔Δθ及び受信エリアの大きさΔＳの与え方によって、受信点に到達するレイの経路の数が変わることから、レイの出射角度間隔Δθ及び受信エリアの大きさΔＳの与え方に応じて、受信特性の推定精度も変化する。
【００１２】
例えば、レイの出射角度間隔Δθに対して、受信エリアΔＳが小さすぎると、本来、受信点に到達すべきレイの経路が、受信点に到達しないレイの経路ということになり、受信特性の推定精度が劣化する。逆に、レイの出射角度間隔Δθに対して、受信エリアΔＳが大きすぎても、本来、受信点に到達しないレイの経路も、受信点に到達するレイの経路となってしまうことになり、受信特性の推定精度は劣化する。
【００１３】
したがって、かかるレイランチング法では、精度良い受信特性の推定を実現するためには、レイの出射角度間隔Δθ及び受信エリアΔＳの関係の最適化が必要となる。
【００１４】
また、このために、かかるレイランチング法では、一般的に、送信点と受信点との間に可逆性は成り立たない。なお、演算処理量は、送信点から出射されるレイの数にほぼ比例する。
【００１５】
以上が、イメージング法とレイランチング法における反射を伴うレイの経路についてのトレース演算の方法である。なお、回折および透過を伴うレイの経路に対しても同様の手順によりトレース演算を行うことが可能である。
【００１６】
【非特許文献１】
細谷良雄（監修）、「電波伝搬ハンドブック」、リアライズ社、１９９９年
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のイメージング法では、送信点と受信点との間のレイの経路について、厳密にトレース演算を行うことが可能であるが、考慮する構造物の面とエッジの数及び反射・回折・透過の最大回数を増やすと演算処理量が激増するという問題点があった。
【００１８】
具体的には、従来のイメージング法では、送信点と受信点との間で反射を伴う全てのレイの経路をトレースするためには、考慮する構造物の面についての全ての組み合わせの中から、受信点に到着可能なレイの経路を探索する必要があり、考慮する構造物の面の数及び最大反射回数を、それぞれ「Ｍr」と「Ｎr」とすると、演算処理量は、「Ｍr Ｎ r」に比例して激増する。
【００１９】
また、従来のレイランチング法では、送信点から出射されるレイの出射角度間隔Δθを変えることによって、演算処理量を容易に制御することが可能であるが、精度良い受信特性の推定を実現するためには、レイの出射角度間隔Δθ及び受信エリアΔSの関係の最適化を必要とする。
【００２０】
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、イメージング法を用いた受信特性の推定において、高い推定精度を保ちつつ、演算処理量を大幅に削減することが可能な受信特性推定装置及び受信特性推定方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、送信点から放射される電波の受信点における受信特性を推定する受信特性推定装置であって、前記送信点からの見通し内に存在する構造物である送信点側見通し構造物を探索する送信点側見通し構造物探索部と、前記受信点からの見通し内に存在する構造物である受信点側見通し構造物を探索する受信点側見通し構造物探索部と、前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物のみを考慮した場合の前記送信点から前記受信点に至る前記電波の経路をトレースするトレース演算部と、前記トレースにより得られた前記電波の経路を介して前記受信点に到着する前記電波についての前記受信特性を示す評価値を算出する受信特性評価値算出部とを具備することを要旨とする。
【００２２】
かかる発明によれば、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮して、送信点から受信点に至る電波（レイ）の経路をトレースするため、大幅な演算処理の高速化を図ることができる。
【００２３】
本発明の第１の特徴において、前記トレース演算部は、所定のしきい値に基づいて、前記トレースに用いる前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物を制限するように構成されていてもよい。
【００２４】
かかる発明によれば、トレースに用いる送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を、予め設定した所定のしきい値（例えば、高さしきい値や遅延時間しきい値等）によって更に制限するため、更に演算処理の高速化を図ることができる。
【００２５】
また、本発明の第１の特徴において、前記トレース演算部は、前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物をそれぞれ面とエッジに分割して、所定数以下の面及びエッジからなる組み合わせを求め、前記組み合わせのみを考慮して前記電波の経路をトレースし、トレースされた前記電波の経路上に前記電波の進行を妨げる構造物が存在する場合、該構造物の上部において前記電波が回折するものとして、再度、前記電波の経路をトレースするように構成されていてもよい。
【００２６】
かかる発明によれば、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮してトレースされた電波の経路上に前記電波の進行を妨げる構造物が存在する場合、電波が当該構造物の上部を回折により通過するものとして再度電波の経路をトレースするため、最終的に得られる電波の受信特性は、極めて現実的なものとなる。
【００２７】
また、本発明の第１の特徴において、前記受信特性の推定対象地域を分割した複数のメッシュごとに、該メッシュ内に存在する最も高い構造物の高さを示すメッシュ高をメッシュ情報として管理するメッシュ情報管理部を具備し、前記送信点側見通し構造物探索部及び前記受信点側見通し構造物探索部は、前記メッシュ情報を用いて、それぞれ、前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物を探索するように構成されていてもよい。
【００２８】
また、本発明の第１の特徴において、前記メッシュを複数集めたブロックごとに、該ブロック内で最も高いメッシュ高を示すブロック高をブロック情報として管理するブロック情報管理部を具備し、前記送信点側見通し構造物探索部及び前記受信点側見通し構造物探索部は、前記ブロック情報を用いて、それぞれ、前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物を探索するように構成されていてもよい。
【００２９】
かかる発明によれば、メッシュ情報及びブロック情報を予めデータベース化しておき、かかるデータベースを用いて送信点側見通し構造物探索部及び受信点側見通し構造物を探索するため、演算処理の高速化を図ることができる。
【００３０】
また、本発明の第１の特徴において、前記メッシュ情報管理部は、前記受信点の高さを前記メッシュ高に加えた高さを基準にして、各メッシュからの見通し内に存在する構造物を探索して前記メッシュ情報に追加し、前記受信点側見通し構造物探索部は、前記メッシュ情報として管理されている前記メッシュからの見通し内に存在する構造物を、前記受信点側見通し構造物とするように構成されていてもよい。
【００３１】
本発明の第２の特徴は、送信点から放射される電波の受信点における受信特性を推定する受信特性推定方法であって、前記送信点からの見通し内の構造物である送信点側見通し構造物を探索する工程と、前記受信点からの見通し内の構造物である受信点側見通し構造物を探索する工程と、前記送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮した場合の前記送信点から前記受信点に至る前記電波の経路についてのトレース演算を行う工程と、前記トレースにより得られた前記電波の経路を介して前記受信点に到着した前記電波についての前記受信特性を示す評価値を算出する工程とを有することを要旨とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置の構成）
本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置１０の構成について、図１乃至図５を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、基地局ＢＳが「送信点」に対応し、移動局ＭＳが「受信点」に対応するものとする。また、「構造物」として、建物を想定するものとする。さらに、本実施形態では、基地局のアンテナ装置が周辺の建物より高い位置に設置され、主なサービスエリアが屋外となるマクロセル環境において、下り方向の電波の受信特性を推定するケースを想定するものとする。
【００３３】
図１は、受信特性推定装置１０によって行われるレイトレーシングの概念を示す図である。
【００３４】
第１に、受信特性推定装置１０は、基地局ＢＳ（送信点）からの見通し内の構造物である送信点側見通し構造物を探索する範囲ＲＢと、移動局ＭＳ（受信点）からの見通し内の構造物である受信点側見通し構造物を探索する範囲ＲＭを設定し、それぞれの探索範囲ＲＢ及びＲＭ内から、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を探索する。ここで、探索範囲ＲＢ及びＲＭは、任意の方法で設定可能であり、地域ごとに半径○ｍの円として設定されてもよいし、隣接する地域間で探索範囲ＲＢ及びＲＭが重なり合うように設定されてもよい。
【００３５】
第２に、受信特性推定装置１０は、イメージング法によって、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物における反射や回折を伴い、基地局ＢＳから移動局ＭＳまで到達するレイの経路をトレースする。
【００３６】
このように、レイの経路についてのトレース演算において考慮する構造物が、「基地局又は移動局からの見通し内に存在する」という条件の下で制限されることにより、処理演算の高速化を図ることができる。
【００３７】
受信特性推定装置１０は、基地局ＢＳ（送信点）から放射されるレイ（電波）の移動局ＭＳ（受信点）における受信特性を推定するものである。具体的には、図２に示すように、受信特性推定装置１０は、設定部１１と、データベース管理部１２と、送信点側構造物探索部１３と、受信点側構造物探索部１４と、演算対象構造物抽出部１５と、レイトレース演算部１６と、受信特性評価値算出部１７とを具備している。
【００３８】
設定部１１は、受信特性を推定すべき推定対象地域や、算出すべき受信特性を示す評価値や、各種データベースへのエントリ等の各種情報を設定するためのものである。
【００３９】
データベース管理部１２は、メッシュ情報データベース１２ａと、ブロック情報データベース１２ｂと、送信点側見通し構造物データベース１２ｃと、受信点側見通し構造物データベース１２ｄと、地形・構造物データベース１２ｅとを具備している。
【００４０】
本実施形態では、図３に示すように、基地局ＢＳからの見通し内に存在する構造物である「送信点側見通し構造物」及び移動局ＭＳからの見通し内に存在する構造物である「受信点側見通し構造物」を効率よく探索するために、設定部１１を介して設定された受信特性の推定対象地域が、複数のメッシュ及びブロックに分割して管理されている。図３の例では、各メッシュのサイズは、１０ｍ×１０ｍであり、各ブロックのサイズは、１００ｍ×１００ｍである。なお、複数のメッシュが集められることによってブロックが形成されるものとする。
【００４１】
メッシュ情報データベース１２ａは、各メッシュに係るメッシュ情報を管理するデータベースである。具体的に、メッシュ情報は、図４に示すように、メッシュごとに、「メッシュＩＤ」と、「ブロックＩＤ」と、「メッシュ属性」と、「メッシュ高」と、「地表高」と、「ＭＡＸ構造物情報」と、「サブ構造物情報」と、「同属メッシュＩＤ」と、「見通し構造物ＩＤ」とを関連付けて記憶する。
【００４２】
「メッシュＩＤ」は、当該メッシュを一意に特定するための情報であり、当該メッシュの位置情報であってもよい。「ブロックＩＤ」は、当該メッシュが属するブロックを一意に特定するためのブロック情報である。
【００４３】
「メッシュ属性」は、当該メッシュ内の構造物の有無を示す情報である。具体的には、「メッシュ属性」には、「構造物無し」、「メッシュの中心以外に構造物有り」又は「中心点に構造物有り」のいずれかの値が設定される。
【００４４】
「メッシュ高」は、当該メッシュ内に存在する最も高い構造物の高さを示す情報である。具体的には、「メッシュ高」には、上述のメッシュ内に存在する最も高い構造物の高さに、後述の「地表高」の値を加えた値が設定される。「地表高」は、当該メッシュの地表高を示す情報である。
【００４５】
「ＭＡＸ構造物情報」は、当該メッシュ内に存在する最も高い構造物のＩＤ及び高さを示す情報である。「サブ構造物情報」は、当該メッシュ内に存在する最も高い構造物以外の構造物の識別情報及び高さを示す情報である。メッシュ情報として、複数の「サブ構造物情報」が設定されていてもよい。
【００４６】
「同属メッシュＩＤ」は、「ＭＡＸ構造物情報」に設定されている構造物のＩＤを同じくするメッシュを一意に特定するための情報である。
【００４７】
「見通し構造物ＩＤ」は、当該メッシュからの見通し内に存在する構造物を一意に特定するための情報である。具体的には、「見通し構造物ＩＤ」には、想定する移動局ＭＳのアンテナの高さ（受信点の高さ）を「メッシュ高」の値に加えた高さを基準にして探索された当該メッシュの中心点からの見通し内に存在する構造物のＩＤが設定される。
【００４８】
ブロック情報データベース１２ｂは、各ブロックに係るブロック情報を管理するデータベースである。具体的に、ブロック情報は、図５に示すように、「ブロックＩＤ」と、「ブロック高」と、「構造物ＩＤ」と、「その他属性情報」とを関連付けて記憶する。
【００４９】
「ブロックＩＤ」は、当該ブロックを一意に特定するための情報であり、当該ブロックの位置情報であってもよい。「ブロック高」は、当該ブロック内で最も高いメッシュ高によって定義されている。
【００５０】
「構造物ＩＤ」は、当該ブロック内に存在する構造物を一意に特定するための情報である。「構造物ＩＤ」は、メッシュ情報として管理されている「ＭＡＸ構造物情報」や「サブ構造物情報」を参照して設定される。なお、ブロック情報として、複数の「構造物ＩＤ」が設定されていてもよい。
【００５１】
「その他属性情報」は、当該ブロック内の土地利用データ等の情報が設定されている。
【００５２】
送信点側見通し構造物データベース１２ｃは、送信点側見通し構造物探索部１３によって探索された送信点側見通し構造物を管理するデータベースである。受信点側見通し構造物データベース１２ｄは、受信点側見通し構造物探索部１４によって探索された受信点側見通し構造物を管理するデータベースである。地形・構造物データベース１２ｅは、受信特性を推定可能なエリアの地形や構造物に関する情報を管理するデータベースである。
【００５３】
上述のメッシュ情報及びブロック情報を用いて、送信点側構造物探索部１３は、送信点側見通し構造物を探索し、受信点側構造物探索部１４は、受信点側見通し構造物を探索するように構成されている。
【００５４】
また、受信点側見通し構造物探索部１４は、メッシュ情報として管理されている「見通し構造物」に係る構造物を、受信点側見通し構造物とするように構成されていてもよい。
【００５５】
具体的な送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物の探索方法については、後述する。
【００５６】
演算対象構造物抽出部１５は、送信点側構造物探索部１３及び受信点側構造物探索部１４によって探索された送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物の中から、受信特性を推定するレイの経路をトレースする際に考慮する送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を抽出するものである。
【００５７】
また、演算対象構造物抽出部１５は、高さしきい値や遅延時間しきい値等の所定のしきい値によって、上述のトレース演算に用いる送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を制限するように構成されていてもよい。
【００５８】
レイトレース演算部１６は、演算対象構造物抽出部１５により抽出された送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮した場合の基地局ＢＳから移動局ＭＳに至るレイの経路をトレースするものである。
【００５９】
また、レイトレース演算部１６は、演算対象構造物抽出部１５により抽出された送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物をそれぞれ面とエッジに分割して、所定数以下の面及びエッジからなる組み合わせを求め、求められた組み合わせのみを考慮してレイの経路をトレースし、トレースされた当該レイの経路上に当該レイの進行を妨げる構造物が存在する場合、当該構造物の上部において当該レイが回折するものとして、再度、当該レイの経路をトレースするように構成されていてもよい。
【００６０】
受信特性評価値算出部１７は、レイトレース演算部１６によるトレースにより得られたレイの経路を介して移動局ＭＳに到着したレイについての受信特性を示す評価値を算出するものである。ここで、受信特性を示す評価値には、伝搬損失（受信電力）や伝搬遅延プロファイル（遅延スプレッド）や到来方向プロファイル（角度スプレッド）等が含まれる。
【００６１】
（本実施形態に係る受信特性推定装置の動作）
本実施形態に係る受信特性推定装置１０が、移動局ＭＳにおけるレイの受信特性を推定する動作を、図６を参照にして説明する。
【００６２】
図６に示すように、ステップ１００１において、受信特性推定装置１０の設定部１１を介して、移動局ＭＳにおけるレイの受信特性を推定すべき推定対象地域が指定される。
【００６３】
データベース管理部１２は、ステップ１００２において、上述の推定対象地域を全て複数のメッシュに分割し、ステップ１００３において、地形・構造物データベース１２ｅを参照して、各メッシュに係るメッシュ情報を生成（取得）してメッシュ情報データベース１２ａに記憶する。
【００６４】
データベース管理部１２は、ステップ１００４において、隣接する複数のメッシュをまとめてブロック化し、ステップ１００５において、メッシュ情報データベース１２ａを参照して、各ブロックに係るブロック情報を生成（取得）してブロック情報データベース１２ｂに記憶する。
【００６５】
ステップ１００６において、データベース管理部１２は、想定される移動局ＭＳのアンテナ高を設定し、当該アンテナ高にメッシュ高を加えた高さを基準として、当該メッシュの中心点からの見通し内に存在する構造物を、全てのメッシュから探索して、探索された構造物のＩＤをメッシュ情報データベース１２ａに追加する。
【００６６】
ステップ１００１乃至ステップ１００６が、移動局ＭＳにおけるレイの受信特性を推定するための前処理である。
【００６７】
ステップ１００７において、受信特性推定装置１０の設定部１１を介して指定された推定対象となる基地局ＢＳが指定（配置）され、ステップ１００８において、送信点側見通し構造物探索部１３が、メッシュ情報データベース１２ａ及びブロック情報データベース１２ｂを参照して、送信点側見通し構造物を探索する。以下、図７及び図８を参照して、具体的な送信点側見通し構造物の探索方法について説明する。
【００６８】
図７に示すように、ステップ２００１において、送信点側見通し構造物探索部１３は、推定対象となる基地局ＢＳを中心とする探索範囲ＲＢ内の全てのブロックを抽出する（図８（ａ）参照）。
【００６９】
ステップ２００２において、送信点側見通し構造物探索部１３は、基地局ＢＳからの見込み角に基づいて、抽出した全てのブロックをソートする。
【００７０】
ステップ２００３において、送信点側見通し構造物探索部１３は、全てのブロックのブロック高がダミーレベルと同じであるか否かについて判定する。全てのブロックのブロック高がダミーレベルと同じであると判定された場合、本動作は終了し、それ以外の場合、本動作はステップ２００４に進む。なお、ダミーレベルの初期値は「０」であるものとする。
【００７１】
ステップ２００４において、送信点側見通し構造物探索部１３は、基地局ＢＳからの見込み角が最大となるブロックＢｍａｘを抽出する。図８（ｂ）の例では、ブロックＢ１２が抽出される。
【００７２】
ステップ２００５において、送信点側見通し構造物探索部１３は、ブロックＢｍａｘ内で、基地局ＢＳからの見込み角が最大のメッシュＭｍａｘを抽出する。
【００７３】
ステップ２００６において、送信点側見通し構造物探索部１３は、メッシュ情報データベース１２ａを参照して、メッシュＭｍａｘ内に構造物が存在するか否かを判定する。
【００７４】
メッシュＭｍａｘ内に構造物が存在すると判定された場合、ステップ２００７において、送信点側見通し構造物探索部１３は、当該構造物を「送信点側見通し構造物」として送信点側見通し構造物データベース１２ｃに登録する。
【００７５】
ステップ２００８において、送信点側見通し構造物探索部１３は、探索範囲ＲＢ内で、ブロックＢＭＡＸより遠方に存在し、当該送信点側見通し構造物によって見通し外になるブロック（図８（ｂ）の例では、ブロックＢ１３、Ｂ１４、Ｂ１５）のブロック高をダミーレベル（すなわち、０）に変更する。
【００７６】
ステップ２００９において、送信点側見通し構造物探索部１３は、ブロック高がダミーレベルにされなかったブロック内において、当該送信点側見通し構造物によって見通し外になるメッシュのメッシュ高をダミーレベルに変更する。ここで、かかるメッシュのメッシュ高の変更によって、必要であれば、ブロック高がダミーレベルにされなかったブロック野ブロック高を変更する。
【００７７】
ステップ２０１０において、送信点側見通し構造物探索部１３は、当該送信点側見通し構造物を構築するメッシュのメッシュ高をダミーレベルに変更する。
【００７８】
その後、本動作は、ステップ２００２に戻る。なお、図８（ｂ）の例では、次のステップ２００２乃至ステップ２０１０の動作によって、ブロックＢ１１が、「送信点側見通し構造物」として送信点側見通し構造物データベース１２ｃに登録される。
【００７９】
一方、ステップ２００６でメッシュＭｍａｘ内に構造物が存在しないと判定された場合、ステップ２０１１において、送信点側見通し構造物探索部１３は、ブロックＢｍａｘ内で、メッシュＭｍａｘと同一のメッシュ高を有するメッシュで構成されるメッシュ群ｍｇを構築する。
【００８０】
ステップ２０１２において、送信点側見通し構造物探索部１３は、探索範囲ＲＢ内で、ブロックＢＭＡＸより遠方に存在し、当該メッシュ群ｍｇによって見通し外になるブロックのブロック高をダミーレベルに変更する。
【００８１】
ステップ２０１３において、送信点側見通し構造物探索部１３は、ブロック高がダミーレベルにされなかったブロック内において、当該メッシュ群ｍｇによって見通し外になるメッシュのメッシュ高をダミーレベルに変更する。ここで、かかるメッシュのメッシュ高の変更によって、必要であれば、ブロック高がダミーレベルにされなかったブロック野ブロック高を変更する。
【００８２】
ステップ２０１４において、送信点側見通し構造物探索部１３は、当該メッシュ群ｍｇを構築するメッシュのメッシュ高をダミーレベルに変更する。
【００８３】
図６に戻り、ステップ１００９において、受信特性推定装置１０の設定部１１を介して指定された推定対象となる移動局ＭＳが指定（配置）され、ステップ１０１０において、受信点側見通し構造物探索部１４が、メッシュ情報データベース１２ａから、当該移動局ＭＳが配置されたメッシュに係るメッシュ情報の「見通し構造物ＩＤ」に係る構造物を「受信点側見通し構造物」として抽出して受信点側見通し構造物データベース１２ｄに登録する。
【００８４】
演算対象構造物抽出部１５が、ステップ１０１１において、送信点側見通し構造物データベース１２ｃ及び受信点側見通し構造物データベース１２ｄから、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を抽出し、ステップ１０１２において、予め設定してあるしきい値（高さしきい値や遅延時間しきい値）を満たす送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを実際のトレース演算対象の構造物とする。
【００８５】
図９を参照して、「高さしきい値」及び「遅延時間しきい値」に基づいて、上述のトレース演算の際に考慮する送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を制限する方法を具体的に説明する。
【００８６】
遅延時間しきい値Δｔの設定によって、図９に示す楕円が定義される。すなわち、トレース演算の際に考慮する送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物は、かかる楕円内に存在するものに制限される。
【００８７】
かかる楕円は、基地局ＢＳ及び移動局ＭＳを焦点とし、基地局ＢＳから移動局ＭＳまでのレイ（電波）の伝搬距離が「Ｌ＝Ｌ０＋Δｔ×Ｃ」で定義されるものである。ここで、Ｌ０は、基地局ＢＳと移動局ＭＳとの間の距離を示し、Ｃは、光速を示す。なお、トレース演算は、水平面内で行われるものとする。
【００８８】
また、演算対象構造物抽出部１５は、楕円内に存在する送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物の中から、考慮すべき構造物の高さしきい値を基準にして、実際にトレース演算対象とする構造物を抽出する。例えば、演算対象構造物抽出部１５は、高さしきい値以上の構造物を、考慮すべき構造物として抽出することができる。
【００８９】
ステップ１０１３において、レイトレース演算部１６が、トレース演算の対象となった全ての送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を「面（反射を引き起こす点）」と「エッジ（回折を引き起こす点）」に分割する。また、レイトレース演算部１６は、計算条件（反射・回折の最大回数）を参照して、所定数以下の面とエッジの組み合わせを導出する。なお、所定数は、計算条件によって定義される。
【００９０】
ステップ１０１４において、レイトレース演算部１６が、上述の面とエッジの組み合わせのみを考慮して、イメージング法によってレイの経路をトレースする。
【００９１】
ステップ１０１５において、レイトレース演算部１６は、トレースされたレイの経路の存在判定を行う、すなわち、トレースされたレイの経路上にレイの進行を妨げる構造物が存在するか否かについて判定する。換言すると、レイトレース演算部１６は、トレースされたレイの経路が、所望の反射回数及び回折回数で、送信点から受信点まで達するか否かについての判定を行う。
【００９２】
肯定的結果の場合、本動作はステップ１０１７に進み、否定的結果の場合、本動作はステップ１０１６に進む。
【００９３】
ステップ１０１６において、レイトレース演算部１６は、レイの進行を妨げる構造物（以下、途中の構造物）の上部において当該レイが回折するものとして、再度、レイの経路をトレースする。換言すると、レイトレース演算部１６は、途中の構造物による透過が必要であると判定されたレイの経路に対して、簡易回折点によるレイの経路の再トレースを行う。以下、図１０を参照して、かかるレイの経路の再トレース方法について、具体的に説明する。
【００９４】
一般的に、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物に限定してトレースされるレイの経路は、途中の構造物による透過を考慮しなければ、レイの経路の存在判定において棄却される確率が極めて高い。
【００９５】
また、基地局ＢＳ及び移動局ＭＳが共に屋外に存在する場合のレイの伝搬では、一般的に、構造物の内部を透過する透過波よりも、同じ構造物の屋上で回折する回折波の方が、受信特性を示す評価値に対する寄与が大きい。
【００９６】
そこで、本実施形態では、初期トレースより得られたレイの経路が存在判定において棄却の候補と判定される場合、当該レイの経路は、途中の構造物の屋上（上部）で回折するよう再度トレースを実行する。
【００９７】
具体的には、図１０に示すように、第１に、レイトレース演算部１６は、初期トレースにより得られたレイの経路に対して、レイの経路の存在判定を行う。
【００９８】
第２に、レイトレース演算部１６は、当該存在判定結果より、途中の構造物（レイの進行を妨げる構造物）が検出された場合には、当該構造物における透過点（初期透過点）を便宜上求める。
【００９９】
第３に、レイトレース演算部１６は、当該初期透過点を当該構造物の屋上のエッジまで垂直移動させ簡易回折点とする。
【０１００】
第４に、レイトレース演算部１６は、簡易回折点を固定して、初期トレースで得られている反射点と回折点の位置を反射条件と回折条件を満たすように補正する。
【０１０１】
第５に、レイトレース演算部１６は、補正された反射点と補正された回折点と簡易回折点とを経由して、基地局ＢＳから移動局ＭＳに至るレイの経路を再トレースする。
【０１０２】
ステップ１０１７において、受信特性評価値算出部１７は、トレースされたレイの経路を介して移動局ＭＳに到着したレイについての受信特性（例えば、受信電力や遅延スプレッド等）を示す評価値を算出する。
【０１０３】
（本実施形態に係る受信特性推定装置の作用・効果）
本実施形態に係る受信特性推定装置によれば、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮して、基地局ＢＳから移動局ＭＳに至るレイの経路をトレースするため、大幅な演算処理の高速化を図ることができる。
【０１０４】
また、本実施形態に係る受信特性推定装置によれば、トレースに用いる送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を、予め設定した所定のしきい値（例えば、高さしきい値や遅延時間しきい値等）によって更に制限するため、更に演算処理の高速化を図ることができる。
【０１０５】
また、本実施形態に係る受信特性推定装置によれば、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮してトレースされたレイの経路上に、レイの進行を妨げる構造物（途中の構造物）が存在する場合、レイが当該構造物の上部（簡易回折点）を回折により通過するものとして再度レイの経路をトレースするため、最終的に得られる電波の受信特性は、極めて現実的なものとなる。
【０１０６】
また、本実施形態に係る受信特性推定装置によれば、メッシュ情報及びブロック情報を予めデータベース化しておき、かかるデータベースを用いて送信点側見通し構造物探索部及び受信点側見通し構造物を探索するため、演算処理の高速化を図ることができる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、イメージング法を用いた受信特性の推定において、高い推定精度を保ちつつ、演算処理量を大幅に削減することが可能な受信特性推定装置及び受信特性推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置におけるレイトレーシングの概念を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置で用いられるメッシュ及びブロックについて説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置のメッシュ情報データベースにより管理されるメッシュ情報の内容を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置のブロック情報データベースにより管理されるブロック情報の内容を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置において、送信点側見通し構造物又は受信点側見通し構造物を探索する動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置において、送信点側見通し構造物又は受信点側見通し構造物を探索する動作を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置において、レイの経路のトレースに用いる送信点側見通し構造物又は受信点側見通し構造物を制限する動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置において、レイの経路を再トレースの動作を説明するための図である。
【図１１】従来のレイトレーシング法による受信特性の推定方法を説明するための図である。
【図１２】従来のイメージング法を説明するための図である。
【図１３】従来のレイランチング法を説明するための図である。
【符号の説明】
ＢＳ…基地局
ＭＳ…移動局
１０…受信特性推定装置
１１…設定部
１２…データベース管理部
１２ａ…メッシュ情報データベース
１２ｂ…ブロック情報データベース
１２ｃ…送信点側見通し構造物データベース
１２ｄ…受信点側見通し構造物データベース
１２ｅ…地形・構造物データベース
１３…送信点側構造物探索部
１４…受信点側構造物探索部
１５…演算対象構造物抽出部
１６…レイトレース演算部
１７…受信特性評価値算出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信点から放射される電波の受信点における受信特性を推定する受信特性推定装置及び受信特性推定方法に関する。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電波の受信特性を推定する受信特性推定装置及び受信特性推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動通信システムにおけるサービスエリア内の電波の受信特性を推定する受信特性推定方法として「レイトレーシング法（Ｒａｙ-ｔｒａｃｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）」が知られている。
【０００３】
図１１を参照して、レイトレーシング法を用いた電波の受信特性の推定方法について説明する。かかるレイトレーシング法では、第１に、送信点から放射される電波（レイ）の周囲の構造物による反射・回折・透過を考慮して、受信点に到達可能なレイの経路をトレースする。第２に、受信点における「伝搬損失（受信電力）」や「伝搬遅延プロファイル（遅延スプレッド）」や「到来角度プロファイル」等のレイの受信特性を、トレースされたレイの経路を介して受信点に到着したレイの「電界強度」や「伝搬遅延時間（到来時間）」や「到来角度（到来方向）」より推定する。
【０００４】
ここで、従来、送信点から受信点までのレイの経路をトレースする方法として、「イメージング法（Ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）」及び「レイランチング法（Ｒａｙ−ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）」の種類の方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
図１２を参照して、イメージング方法によって、周囲の構造物による反射を伴うレイの経路をトレースする方法について説明する。かかるイメージング法では、例えば、図１２に示すように、反射面＃１と反射面＃２とで２回反射して送信点から受信点に到達するレイの経路をトレースする場合、第１に、反射面＃１に対する「送信点のイメージ＃１」を求め、第２に、反射面＃２に対する「送信点のイメージ＃１」のイメージである「送信点のイメージ＃２」を求める。
【０００６】
第３に、「受信点」と「送信点のイメージ＃２」とを結ぶ線分と、「反射面＃２」との交点を、反射面＃２における反射点とすると共に、当該「反射面＃２における反射点」と「送信点のイメージ＃１」とを結ぶ線分と、「反射面＃１」との交点を、反射面＃１における反射点とする。
【０００７】
第４に、「送信点」と「反射面＃１における反射点」と「反射面＃２における反射点」と「受信点」とを折れ線で結ぶ。
【０００８】
この結果、イメージング法では、送信点と受信点との間のレイの経路を厳密にトレースすることができるため、イメージング方法による受信特性の推定結果には、トレース演算に起因する推定誤差は存在しない。
【０００９】
また、図１３を参照して、レイランチング法によって、周囲の構造物による反射を伴うレイの経路をトレースする方法について説明する。図１３に示すように、かかるレイランチング法では、一定の出射角度間隔Δθ毎に、送信点からレイを出射し、当該レイの経路（軌跡）を逐次トレースすることによって、受信点に到達するレイの経路を探索する。ただし、かかる場合、送信点からのレイの出射角度が離散的であることから、レイが所望の受信点に到達する確率は極めて小さい。
【００１０】
そこで、一般的に、かかるレイランチング法では、受信点の周りに大きさΔＳの受信エリアを設けて、受信エリアΔＳに到達したレイの経路が、受信点に到達可能なレイの経路であると見なす。
【００１１】
このように、レイランチング法では、レイの出射角度間隔Δθ及び受信エリアの大きさΔＳの与え方によって、受信点に到達するレイの経路の数が変わることから、レイの出射角度間隔Δθ及び受信エリアの大きさΔＳの与え方に応じて、受信特性の推定精度も変化する。
【００１２】
例えば、レイの出射角度間隔Δθに対して、受信エリアΔＳが小さすぎると、本来、受信点に到達すべきレイの経路が、受信点に到達しないレイの経路ということになり、受信特性の推定精度が劣化する。逆に、レイの出射角度間隔Δθに対して、受信エリアΔＳが大きすぎても、本来、受信点に到達しないレイの経路も、受信点に到達するレイの経路となってしまうことになり、受信特性の推定精度は劣化する。
【００１３】
したがって、かかるレイランチング法では、精度良い受信特性の推定を実現するためには、レイの出射角度間隔Δθ及び受信エリアΔＳの関係の最適化が必要となる。
【００１４】
また、このために、かかるレイランチング法では、一般的に、送信点と受信点との間に可逆性は成り立たない。なお、演算処理量は、送信点から出射されるレイの数にほぼ比例する。
【００１５】
以上が、イメージング法とレイランチング法における反射を伴うレイの経路についてのトレース演算の方法である。なお、回折および透過を伴うレイの経路に対しても同様の手順によりトレース演算を行うことが可能である。
【００１６】
【非特許文献１】
細谷良雄（監修）、「電波伝搬ハンドブック」、リアライズ社、１９９９年
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のイメージング法では、送信点と受信点との間のレイの経路について、厳密にトレース演算を行うことが可能であるが、考慮する構造物の面とエッジの数及び反射・回折・透過の最大回数を増やすと演算処理量が激増するという問題点があった。
【００１８】
具体的には、従来のイメージング法では、送信点と受信点との間で反射を伴う全てのレイの経路をトレースするためには、考慮する構造物の面についての全ての組み合わせの中から、受信点に到着可能なレイの経路を探索する必要があり、考慮する構造物の面の数及び最大反射回数を、それぞれ「Ｍr」と「Ｎr」とすると、演算処理量は、「Ｍr Ｎ r」に比例して激増する。
【００１９】
また、従来のレイランチング法では、送信点から出射されるレイの出射角度間隔Δθを変えることによって、演算処理量を容易に制御することが可能であるが、精度良い受信特性の推定を実現するためには、レイの出射角度間隔Δθ及び受信エリアΔSの関係の最適化を必要とする。
【００２０】
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、イメージング法を用いた受信特性の推定において、高い推定精度を保ちつつ、演算処理量を大幅に削減することが可能な受信特性推定装置及び受信特性推定方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、送信点から放射される電波の受信点における受信特性を推定する受信特性推定装置であって、前記送信点からの見通し内に存在する構造物である送信点側見通し構造物を探索する送信点側見通し構造物探索部と、前記受信点からの見通し内に存在する構造物である受信点側見通し構造物を探索する受信点側見通し構造物探索部と、前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物のみを考慮した場合の前記送信点から前記受信点に至る前記電波の経路をトレースするトレース演算部と、前記トレースにより得られた前記電波の経路を介して前記受信点に到着する前記電波についての前記受信特性を示す評価値を算出する受信特性評価値算出部とを具備することを要旨とする。
【００２２】
かかる発明によれば、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮して、送信点から受信点に至る電波（レイ）の経路をトレースするため、大幅な演算処理の高速化を図ることができる。
【００２３】
本発明の第１の特徴において、前記トレース演算部は、所定のしきい値に基づいて、前記トレースに用いる前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物を制限するように構成されていてもよい。
【００２４】
かかる発明によれば、トレースに用いる送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を、予め設定した所定のしきい値（例えば、高さしきい値や遅延時間しきい値等）によって更に制限するため、更に演算処理の高速化を図ることができる。
【００２５】
また、本発明の第１の特徴において、前記トレース演算部は、前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物をそれぞれ面とエッジに分割して、所定数以下の面及びエッジからなる組み合わせを求め、前記組み合わせのみを考慮して前記電波の経路をトレースし、トレースされた前記電波の経路上に前記電波の進行を妨げる構造物が存在する場合、該構造物の上部において前記電波が回折するものとして、再度、前記電波の経路をトレースするように構成されていてもよい。
【００２６】
かかる発明によれば、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮してトレースされた電波の経路上に前記電波の進行を妨げる構造物が存在する場合、電波が当該構造物の上部を回折により通過するものとして再度電波の経路をトレースするため、最終的に得られる電波の受信特性は、極めて現実的なものとなる。
【００２７】
また、本発明の第１の特徴において、前記受信特性の推定対象地域を分割した複数のメッシュごとに、該メッシュ内に存在する最も高い構造物の高さを示すメッシュ高をメッシュ情報として管理するメッシュ情報管理部を具備し、前記送信点側見通し構造物探索部及び前記受信点側見通し構造物探索部は、前記メッシュ情報を用いて、それぞれ、前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物を探索するように構成されていてもよい。
【００２８】
また、本発明の第１の特徴において、前記メッシュを複数集めたブロックごとに、該ブロック内で最も高いメッシュ高を示すブロック高をブロック情報として管理するブロック情報管理部を具備し、前記送信点側見通し構造物探索部及び前記受信点側見通し構造物探索部は、前記ブロック情報を用いて、それぞれ、前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物を探索するように構成されていてもよい。
【００２９】
かかる発明によれば、メッシュ情報及びブロック情報を予めデータベース化しておき、かかるデータベースを用いて送信点側見通し構造物探索部及び受信点側見通し構造物を探索するため、演算処理の高速化を図ることができる。
【００３０】
また、本発明の第１の特徴において、前記メッシュ情報管理部は、前記受信点の高さを前記メッシュ高に加えた高さを基準にして、各メッシュからの見通し内に存在する構造物を探索して前記メッシュ情報に追加し、前記受信点側見通し構造物探索部は、前記メッシュ情報として管理されている前記メッシュからの見通し内に存在する構造物を、前記受信点側見通し構造物とするように構成されていてもよい。
【００３１】
本発明の第２の特徴は、送信点から放射される電波の受信点における受信特性を推定する受信特性推定方法であって、前記送信点からの見通し内の構造物である送信点側見通し構造物を探索する工程と、前記受信点からの見通し内の構造物である受信点側見通し構造物を探索する工程と、前記送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮した場合の前記送信点から前記受信点に至る前記電波の経路についてのトレース演算を行う工程と、前記トレースにより得られた前記電波の経路を介して前記受信点に到着した前記電波についての前記受信特性を示す評価値を算出する工程とを有することを要旨とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置の構成）
本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置１０の構成について、図１乃至図５を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、基地局ＢＳが「送信点」に対応し、移動局ＭＳが「受信点」に対応するものとする。また、「構造物」として、建物を想定するものとする。さらに、本実施形態では、基地局のアンテナ装置が周辺の建物より高い位置に設置され、主なサービスエリアが屋外となるマクロセル環境において、下り方向の電波の受信特性を推定するケースを想定するものとする。
【００３３】
図１は、受信特性推定装置１０によって行われるレイトレーシングの概念を示す図である。
【００３４】
第１に、受信特性推定装置１０は、基地局ＢＳ（送信点）からの見通し内の構造物である送信点側見通し構造物を探索する範囲ＲＢと、移動局ＭＳ（受信点）からの見通し内の構造物である受信点側見通し構造物を探索する範囲ＲＭを設定し、それぞれの探索範囲ＲＢ及びＲＭ内から、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を探索する。ここで、探索範囲ＲＢ及びＲＭは、任意の方法で設定可能であり、地域ごとに半径○ｍの円として設定されてもよいし、隣接する地域間で探索範囲ＲＢ及びＲＭが重なり合うように設定されてもよい。
【００３５】
第２に、受信特性推定装置１０は、イメージング法によって、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物における反射や回折を伴い、基地局ＢＳから移動局ＭＳまで到達するレイの経路をトレースする。
【００３６】
このように、レイの経路についてのトレース演算において考慮する構造物が、「基地局又は移動局からの見通し内に存在する」という条件の下で制限されることにより、処理演算の高速化を図ることができる。
【００３７】
受信特性推定装置１０は、基地局ＢＳ（送信点）から放射されるレイ（電波）の移動局ＭＳ（受信点）における受信特性を推定するものである。具体的には、図２に示すように、受信特性推定装置１０は、設定部１１と、データベース管理部１２と、送信点側構造物探索部１３と、受信点側構造物探索部１４と、演算対象構造物抽出部１５と、レイトレース演算部１６と、受信特性評価値算出部１７とを具備している。
【００３８】
設定部１１は、受信特性を推定すべき推定対象地域や、算出すべき受信特性を示す評価値や、各種データベースへのエントリ等の各種情報を設定するためのものである。
【００３９】
データベース管理部１２は、メッシュ情報データベース１２ａと、ブロック情報データベース１２ｂと、送信点側見通し構造物データベース１２ｃと、受信点側見通し構造物データベース１２ｄと、地形・構造物データベース１２ｅとを具備している。
【００４０】
本実施形態では、図３に示すように、基地局ＢＳからの見通し内に存在する構造物である「送信点側見通し構造物」及び移動局ＭＳからの見通し内に存在する構造物である「受信点側見通し構造物」を効率よく探索するために、設定部１１を介して設定された受信特性の推定対象地域が、複数のメッシュ及びブロックに分割して管理されている。図３の例では、各メッシュのサイズは、１０ｍ×１０ｍであり、各ブロックのサイズは、１００ｍ×１００ｍである。なお、複数のメッシュが集められることによってブロックが形成されるものとする。
【００４１】
メッシュ情報データベース１２ａは、各メッシュに係るメッシュ情報を管理するデータベースである。具体的に、メッシュ情報は、図４に示すように、メッシュごとに、「メッシュＩＤ」と、「ブロックＩＤ」と、「メッシュ属性」と、「メッシュ高」と、「地表高」と、「ＭＡＸ構造物情報」と、「サブ構造物情報」と、「同属メッシュＩＤ」と、「見通し構造物ＩＤ」とを関連付けて記憶する。
【００４２】
「メッシュＩＤ」は、当該メッシュを一意に特定するための情報であり、当該メッシュの位置情報であってもよい。「ブロックＩＤ」は、当該メッシュが属するブロックを一意に特定するためのブロック情報である。
【００４３】
「メッシュ属性」は、当該メッシュ内の構造物の有無を示す情報である。具体的には、「メッシュ属性」には、「構造物無し」、「メッシュの中心以外に構造物有り」又は「中心点に構造物有り」のいずれかの値が設定される。
【００４４】
「メッシュ高」は、当該メッシュ内に存在する最も高い構造物の高さを示す情報である。具体的には、「メッシュ高」には、上述のメッシュ内に存在する最も高い構造物の高さに、後述の「地表高」の値を加えた値が設定される。「地表高」は、当該メッシュの地表高を示す情報である。
【００４５】
「ＭＡＸ構造物情報」は、当該メッシュ内に存在する最も高い構造物のＩＤ及び高さを示す情報である。「サブ構造物情報」は、当該メッシュ内に存在する最も高い構造物以外の構造物の識別情報及び高さを示す情報である。メッシュ情報として、複数の「サブ構造物情報」が設定されていてもよい。
【００４６】
「同属メッシュＩＤ」は、「ＭＡＸ構造物情報」に設定されている構造物のＩＤを同じくするメッシュを一意に特定するための情報である。
【００４７】
「見通し構造物ＩＤ」は、当該メッシュからの見通し内に存在する構造物を一意に特定するための情報である。具体的には、「見通し構造物ＩＤ」には、想定する移動局ＭＳのアンテナの高さ（受信点の高さ）を「メッシュ高」の値に加えた高さを基準にして探索された当該メッシュの中心点からの見通し内に存在する構造物のＩＤが設定される。
【００４８】
ブロック情報データベース１２ｂは、各ブロックに係るブロック情報を管理するデータベースである。具体的に、ブロック情報は、図５に示すように、「ブロックＩＤ」と、「ブロック高」と、「構造物ＩＤ」と、「その他属性情報」とを関連付けて記憶する。
【００４９】
「ブロックＩＤ」は、当該ブロックを一意に特定するための情報であり、当該ブロックの位置情報であってもよい。「ブロック高」は、当該ブロック内で最も高いメッシュ高によって定義されている。
【００５０】
「構造物ＩＤ」は、当該ブロック内に存在する構造物を一意に特定するための情報である。「構造物ＩＤ」は、メッシュ情報として管理されている「ＭＡＸ構造物情報」や「サブ構造物情報」を参照して設定される。なお、ブロック情報として、複数の「構造物ＩＤ」が設定されていてもよい。
【００５１】
「その他属性情報」は、当該ブロック内の土地利用データ等の情報が設定されている。
【００５２】
送信点側見通し構造物データベース１２ｃは、送信点側見通し構造物探索部１３によって探索された送信点側見通し構造物を管理するデータベースである。受信点側見通し構造物データベース１２ｄは、受信点側見通し構造物探索部１４によって探索された受信点側見通し構造物を管理するデータベースである。地形・構造物データベース１２ｅは、受信特性を推定可能なエリアの地形や構造物に関する情報を管理するデータベースである。
【００５３】
上述のメッシュ情報及びブロック情報を用いて、送信点側構造物探索部１３は、送信点側見通し構造物を探索し、受信点側構造物探索部１４は、受信点側見通し構造物を探索するように構成されている。
【００５４】
また、受信点側見通し構造物探索部１４は、メッシュ情報として管理されている「見通し構造物」に係る構造物を、受信点側見通し構造物とするように構成されていてもよい。
【００５５】
具体的な送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物の探索方法については、後述する。
【００５６】
演算対象構造物抽出部１５は、送信点側構造物探索部１３及び受信点側構造物探索部１４によって探索された送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物の中から、受信特性を推定するレイの経路をトレースする際に考慮する送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を抽出するものである。
【００５７】
また、演算対象構造物抽出部１５は、高さしきい値や遅延時間しきい値等の所定のしきい値によって、上述のトレース演算に用いる送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を制限するように構成されていてもよい。
【００５８】
レイトレース演算部１６は、演算対象構造物抽出部１５により抽出された送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮した場合の基地局ＢＳから移動局ＭＳに至るレイの経路をトレースするものである。
【００５９】
また、レイトレース演算部１６は、演算対象構造物抽出部１５により抽出された送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物をそれぞれ面とエッジに分割して、所定数以下の面及びエッジからなる組み合わせを求め、求められた組み合わせのみを考慮してレイの経路をトレースし、トレースされた当該レイの経路上に当該レイの進行を妨げる構造物が存在する場合、当該構造物の上部において当該レイが回折するものとして、再度、当該レイの経路をトレースするように構成されていてもよい。
【００６０】
受信特性評価値算出部１７は、レイトレース演算部１６によるトレースにより得られたレイの経路を介して移動局ＭＳに到着したレイについての受信特性を示す評価値を算出するものである。ここで、受信特性を示す評価値には、伝搬損失（受信電力）や伝搬遅延プロファイル（遅延スプレッド）や到来方向プロファイル（角度スプレッド）等が含まれる。
【００６１】
（本実施形態に係る受信特性推定装置の動作）
本実施形態に係る受信特性推定装置１０が、移動局ＭＳにおけるレイの受信特性を推定する動作を、図６を参照にして説明する。
【００６２】
図６に示すように、ステップ１００１において、受信特性推定装置１０の設定部１１を介して、移動局ＭＳにおけるレイの受信特性を推定すべき推定対象地域が指定される。
【００６３】
データベース管理部１２は、ステップ１００２において、上述の推定対象地域を全て複数のメッシュに分割し、ステップ１００３において、地形・構造物データベース１２ｅを参照して、各メッシュに係るメッシュ情報を生成（取得）してメッシュ情報データベース１２ａに記憶する。
【００６４】
データベース管理部１２は、ステップ１００４において、隣接する複数のメッシュをまとめてブロック化し、ステップ１００５において、メッシュ情報データベース１２ａを参照して、各ブロックに係るブロック情報を生成（取得）してブロック情報データベース１２ｂに記憶する。
【００６５】
ステップ１００６において、データベース管理部１２は、想定される移動局ＭＳのアンテナ高を設定し、当該アンテナ高にメッシュ高を加えた高さを基準として、当該メッシュの中心点からの見通し内に存在する構造物を、全てのメッシュから探索して、探索された構造物のＩＤをメッシュ情報データベース１２ａに追加する。
【００６６】
ステップ１００１乃至ステップ１００６が、移動局ＭＳにおけるレイの受信特性を推定するための前処理である。
【００６７】
ステップ１００７において、受信特性推定装置１０の設定部１１を介して指定された推定対象となる基地局ＢＳが指定（配置）され、ステップ１００８において、送信点側見通し構造物探索部１３が、メッシュ情報データベース１２ａ及びブロック情報データベース１２ｂを参照して、送信点側見通し構造物を探索する。以下、図７及び図８を参照して、具体的な送信点側見通し構造物の探索方法について説明する。
【００６８】
図７に示すように、ステップ２００１において、送信点側見通し構造物探索部１３は、推定対象となる基地局ＢＳを中心とする探索範囲ＲＢ内の全てのブロックを抽出する（図８（ａ）参照）。
【００６９】
ステップ２００２において、送信点側見通し構造物探索部１３は、基地局ＢＳからの見込み角に基づいて、抽出した全てのブロックをソートする。
【００７０】
ステップ２００３において、送信点側見通し構造物探索部１３は、全てのブロックのブロック高がダミーレベルと同じであるか否かについて判定する。全てのブロックのブロック高がダミーレベルと同じであると判定された場合、本動作は終了し、それ以外の場合、本動作はステップ２００４に進む。なお、ダミーレベルの初期値は「０」であるものとする。
【００７１】
ステップ２００４において、送信点側見通し構造物探索部１３は、基地局ＢＳからの見込み角が最大となるブロックＢｍａｘを抽出する。図８（ｂ）の例では、ブロックＢ１２が抽出される。
【００７２】
ステップ２００５において、送信点側見通し構造物探索部１３は、ブロックＢｍａｘ内で、基地局ＢＳからの見込み角が最大のメッシュＭｍａｘを抽出する。
【００７３】
ステップ２００６において、送信点側見通し構造物探索部１３は、メッシュ情報データベース１２ａを参照して、メッシュＭｍａｘ内に構造物が存在するか否かを判定する。
【００７４】
メッシュＭｍａｘ内に構造物が存在すると判定された場合、ステップ２００７において、送信点側見通し構造物探索部１３は、当該構造物を「送信点側見通し構造物」として送信点側見通し構造物データベース１２ｃに登録する。
【００７５】
ステップ２００８において、送信点側見通し構造物探索部１３は、探索範囲ＲＢ内で、ブロックＢＭＡＸより遠方に存在し、当該送信点側見通し構造物によって見通し外になるブロック（図８（ｂ）の例では、ブロックＢ１３、Ｂ１４、Ｂ１５）のブロック高をダミーレベル（すなわち、０）に変更する。
【００７６】
ステップ２００９において、送信点側見通し構造物探索部１３は、ブロック高がダミーレベルにされなかったブロック内において、当該送信点側見通し構造物によって見通し外になるメッシュのメッシュ高をダミーレベルに変更する。ここで、かかるメッシュのメッシュ高の変更によって、必要であれば、ブロック高がダミーレベルにされなかったブロック野ブロック高を変更する。
【００７７】
ステップ２０１０において、送信点側見通し構造物探索部１３は、当該送信点側見通し構造物を構築するメッシュのメッシュ高をダミーレベルに変更する。
【００７８】
その後、本動作は、ステップ２００２に戻る。なお、図８（ｂ）の例では、次のステップ２００２乃至ステップ２０１０の動作によって、ブロックＢ１１が、「送信点側見通し構造物」として送信点側見通し構造物データベース１２ｃに登録される。
【００７９】
一方、ステップ２００６でメッシュＭｍａｘ内に構造物が存在しないと判定された場合、ステップ２０１１において、送信点側見通し構造物探索部１３は、ブロックＢｍａｘ内で、メッシュＭｍａｘと同一のメッシュ高を有するメッシュで構成されるメッシュ群ｍｇを構築する。
【００８０】
ステップ２０１２において、送信点側見通し構造物探索部１３は、探索範囲ＲＢ内で、ブロックＢＭＡＸより遠方に存在し、当該メッシュ群ｍｇによって見通し外になるブロックのブロック高をダミーレベルに変更する。
【００８１】
ステップ２０１３において、送信点側見通し構造物探索部１３は、ブロック高がダミーレベルにされなかったブロック内において、当該メッシュ群ｍｇによって見通し外になるメッシュのメッシュ高をダミーレベルに変更する。ここで、かかるメッシュのメッシュ高の変更によって、必要であれば、ブロック高がダミーレベルにされなかったブロック野ブロック高を変更する。
【００８２】
ステップ２０１４において、送信点側見通し構造物探索部１３は、当該メッシュ群ｍｇを構築するメッシュのメッシュ高をダミーレベルに変更する。
【００８３】
図６に戻り、ステップ１００９において、受信特性推定装置１０の設定部１１を介して指定された推定対象となる移動局ＭＳが指定（配置）され、ステップ１０１０において、受信点側見通し構造物探索部１４が、メッシュ情報データベース１２ａから、当該移動局ＭＳが配置されたメッシュに係るメッシュ情報の「見通し構造物ＩＤ」に係る構造物を「受信点側見通し構造物」として抽出して受信点側見通し構造物データベース１２ｄに登録する。
【００８４】
演算対象構造物抽出部１５が、ステップ１０１１において、送信点側見通し構造物データベース１２ｃ及び受信点側見通し構造物データベース１２ｄから、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を抽出し、ステップ１０１２において、予め設定してあるしきい値（高さしきい値や遅延時間しきい値）を満たす送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを実際のトレース演算対象の構造物とする。
【００８５】
図９を参照して、「高さしきい値」及び「遅延時間しきい値」に基づいて、上述のトレース演算の際に考慮する送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を制限する方法を具体的に説明する。
【００８６】
遅延時間しきい値Δｔの設定によって、図９に示す楕円が定義される。すなわち、トレース演算の際に考慮する送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物は、かかる楕円内に存在するものに制限される。
【００８７】
かかる楕円は、基地局ＢＳ及び移動局ＭＳを焦点とし、基地局ＢＳから移動局ＭＳまでのレイ（電波）の伝搬距離が「Ｌ＝Ｌ０＋Δｔ×Ｃ」で定義されるものである。ここで、Ｌ０は、基地局ＢＳと移動局ＭＳとの間の距離を示し、Ｃは、光速を示す。なお、トレース演算は、水平面内で行われるものとする。
【００８８】
また、演算対象構造物抽出部１５は、楕円内に存在する送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物の中から、考慮すべき構造物の高さしきい値を基準にして、実際にトレース演算対象とする構造物を抽出する。例えば、演算対象構造物抽出部１５は、高さしきい値以上の構造物を、考慮すべき構造物として抽出することができる。
【００８９】
ステップ１０１３において、レイトレース演算部１６が、トレース演算の対象となった全ての送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を「面（反射を引き起こす点）」と「エッジ（回折を引き起こす点）」に分割する。また、レイトレース演算部１６は、計算条件（反射・回折の最大回数）を参照して、所定数以下の面とエッジの組み合わせを導出する。なお、所定数は、計算条件によって定義される。
【００９０】
ステップ１０１４において、レイトレース演算部１６が、上述の面とエッジの組み合わせのみを考慮して、イメージング法によってレイの経路をトレースする。
【００９１】
ステップ１０１５において、レイトレース演算部１６は、トレースされたレイの経路の存在判定を行う、すなわち、トレースされたレイの経路上にレイの進行を妨げる構造物が存在するか否かについて判定する。換言すると、レイトレース演算部１６は、トレースされたレイの経路が、所望の反射回数及び回折回数で、送信点から受信点まで達するか否かについての判定を行う。
【００９２】
肯定的結果の場合、本動作はステップ１０１７に進み、否定的結果の場合、本動作はステップ１０１６に進む。
【００９３】
ステップ１０１６において、レイトレース演算部１６は、レイの進行を妨げる構造物（以下、途中の構造物）の上部において当該レイが回折するものとして、再度、レイの経路をトレースする。換言すると、レイトレース演算部１６は、途中の構造物による透過が必要であると判定されたレイの経路に対して、簡易回折点によるレイの経路の再トレースを行う。以下、図１０を参照して、かかるレイの経路の再トレース方法について、具体的に説明する。
【００９４】
一般的に、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物に限定してトレースされるレイの経路は、途中の構造物による透過を考慮しなければ、レイの経路の存在判定において棄却される確率が極めて高い。
【００９５】
また、基地局ＢＳ及び移動局ＭＳが共に屋外に存在する場合のレイの伝搬では、一般的に、構造物の内部を透過する透過波よりも、同じ構造物の屋上で回折する回折波の方が、受信特性を示す評価値に対する寄与が大きい。
【００９６】
そこで、本実施形態では、初期トレースより得られたレイの経路が存在判定において棄却の候補と判定される場合、当該レイの経路は、途中の構造物の屋上（上部）で回折するよう再度トレースを実行する。
【００９７】
具体的には、図１０に示すように、第１に、レイトレース演算部１６は、初期トレースにより得られたレイの経路に対して、レイの経路の存在判定を行う。
【００９８】
第２に、レイトレース演算部１６は、当該存在判定結果より、途中の構造物（レイの進行を妨げる構造物）が検出された場合には、当該構造物における透過点（初期透過点）を便宜上求める。
【００９９】
第３に、レイトレース演算部１６は、当該初期透過点を当該構造物の屋上のエッジまで垂直移動させ簡易回折点とする。
【０１００】
第４に、レイトレース演算部１６は、簡易回折点を固定して、初期トレースで得られている反射点と回折点の位置を反射条件と回折条件を満たすように補正する。
【０１０１】
第５に、レイトレース演算部１６は、補正された反射点と補正された回折点と簡易回折点とを経由して、基地局ＢＳから移動局ＭＳに至るレイの経路を再トレースする。
【０１０２】
ステップ１０１７において、受信特性評価値算出部１７は、トレースされたレイの経路を介して移動局ＭＳに到着したレイについての受信特性（例えば、受信電力や遅延スプレッド等）を示す評価値を算出する。
【０１０３】
（本実施形態に係る受信特性推定装置の作用・効果）
本実施形態に係る受信特性推定装置によれば、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮して、基地局ＢＳから移動局ＭＳに至るレイの経路をトレースするため、大幅な演算処理の高速化を図ることができる。
【０１０４】
また、本実施形態に係る受信特性推定装置によれば、トレースに用いる送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物を、予め設定した所定のしきい値（例えば、高さしきい値や遅延時間しきい値等）によって更に制限するため、更に演算処理の高速化を図ることができる。
【０１０５】
また、本実施形態に係る受信特性推定装置によれば、送信点側見通し構造物及び受信点側見通し構造物のみを考慮してトレースされたレイの経路上に、レイの進行を妨げる構造物（途中の構造物）が存在する場合、レイが当該構造物の上部（簡易回折点）を回折により通過するものとして再度レイの経路をトレースするため、最終的に得られる電波の受信特性は、極めて現実的なものとなる。
【０１０６】
また、本実施形態に係る受信特性推定装置によれば、メッシュ情報及びブロック情報を予めデータベース化しておき、かかるデータベースを用いて送信点側見通し構造物探索部及び受信点側見通し構造物を探索するため、演算処理の高速化を図ることができる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、イメージング法を用いた受信特性の推定において、高い推定精度を保ちつつ、演算処理量を大幅に削減することが可能な受信特性推定装置及び受信特性推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置におけるレイトレーシングの概念を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置で用いられるメッシュ及びブロックについて説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置のメッシュ情報データベースにより管理されるメッシュ情報の内容を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置のブロック情報データベースにより管理されるブロック情報の内容を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置において、送信点側見通し構造物又は受信点側見通し構造物を探索する動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置において、送信点側見通し構造物又は受信点側見通し構造物を探索する動作を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置において、レイの経路のトレースに用いる送信点側見通し構造物又は受信点側見通し構造物を制限する動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る受信特性推定装置において、レイの経路を再トレースの動作を説明するための図である。
【図１１】従来のレイトレーシング法による受信特性の推定方法を説明するための図である。
【図１２】従来のイメージング法を説明するための図である。
【図１３】従来のレイランチング法を説明するための図である。
【符号の説明】
ＢＳ…基地局
ＭＳ…移動局
１０…受信特性推定装置
１１…設定部
１２…データベース管理部
１２ａ…メッシュ情報データベース
１２ｂ…ブロック情報データベース
１２ｃ…送信点側見通し構造物データベース
１２ｄ…受信点側見通し構造物データベース
１２ｅ…地形・構造物データベース
１３…送信点側構造物探索部
１４…受信点側構造物探索部
１５…演算対象構造物抽出部
１６…レイトレース演算部
１７…受信特性評価値算出部
Claims (7)
- 送信点から放射される電波の受信点における受信特性を推定する受信特性推定装置であって、
前記送信点からの見通し内に存在する構造物である送信点側見通し構造物を探索する送信点側見通し構造物探索部と、
前記受信点からの見通し内に存在する構造物である受信点側見通し構造物を探索する受信点側見通し構造物探索部と、
前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物のみを考慮した場合の前記送信点から前記受信点に至る前記電波の経路をトレースするトレース演算部と、
前記トレースにより得られた前記電波の経路を介して前記受信点に到着した前記電波についての前記受信特性を示す評価値を算出する受信特性評価値算出部とを具備することを特徴とする受信特性推定装置。 - 前記トレース演算部は、所定のしきい値に基づいて、前記トレースに用いる前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物を制限することを特徴とする請求項１に記載の受信特性推定装置。
- 前記トレース演算部は、
前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物をそれぞれ面とエッジに分割して、所定数以下の面及びエッジからなる組み合わせを求め、
前記組み合わせのみを考慮して前記電波の経路をトレースし、
トレースされた前記電波の経路上に前記電波の進行を妨げる構造物が存在する場合、該構造物の上部において前記電波が回折するものとして、再度、前記電波の経路をトレースすることを特徴とする請求項１又は２に記載の受信特性推定装置。 - 前記受信特性の推定対象地域を分割した複数のメッシュごとに、該メッシュ内に存在する最も高い構造物の高さを示すメッシュ高をメッシュ情報として管理するメッシュ情報管理部を具備し、
前記送信点側見通し構造物探索部及び前記受信点側見通し構造物探索部は、前記メッシュ情報を用いて、それぞれ、前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物を探索することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受信特性推定装置。 - 前記メッシュを複数集めたブロックごとに、該ブロック内で最も高いメッシュ高を示すブロック高をブロック情報として管理するブロック情報管理部を具備し、
前記送信点側見通し構造物探索部及び前記受信点側見通し構造物探索部は、前記ブロック情報を用いて、それぞれ、前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物を探索することを特徴とする請求項４に記載の受信特性推定装置。 - 前記メッシュ情報管理部は、前記受信点の高さを前記メッシュ高に加えた高さを基準にして、各メッシュからの見通し内に存在する構造物を探索して前記メッシュ情報に追加し、
前記受信点側見通し構造物探索部は、前記メッシュ情報として管理されている前記メッシュからの見通し内に存在する構造物を、前記受信点側見通し構造物とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の受信特性推定装置。 - 送信点から放射される電波の受信点における受信特性を推定する受信特性推定方法であって、
前記送信点からの見通し内の構造物である送信点側見通し構造物を探索する工程と、
前記受信点からの見通し内の構造物である受信点側見通し構造物を探索する工程と、
前記送信点側見通し構造物及び前記受信点側見通し構造物のみを考慮した場合の前記送信点から前記受信点に至る前記電波の経路をトレースする工程と、
前記トレースにより得られた前記電波の経路を介して前記受信点に到着した前記電波についての前記受信特性を示す評価値を算出する工程とを有することを特徴とする受信特性推定方法。
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