JP4304367B2 - 電波伝搬特性予測システム及びその方法並びにプログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電波伝搬特性予測システム及びその方法並びにプログラムに関し、特にいわゆるレイラウンチング処理を使用した幾何光学的手法による電波伝搬特性予測方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムにおける基地局や親機等の配置を援助するために電波伝搬シミュレータが用いられる。電波伝搬シミュレータによって任意の受信点での受信電力や、遅延拡がりを評価して、しかるべき送信局の設置場所を決定し、その結果、配置するべき基地局数の削減等の効率化が達成される。
【０００３】
電波伝搬シミュレーションは大別して、統計的手法によるものと決定論的手法によるものとがある。統計的手法では、距離や周波数などを引数とする伝搬損失推定式を与え、そのパラメータを決定する際に、伝搬損失の実測定で得られた多数のデータをもとに多変量解析等により決定する手法である。一方、決定論的手法においては、アンテナから放射される電波を多数の電波線（レイ）の集まりと考え、各レイが幾何光学的に反射透過を繰り返して伝搬し、そして観測点に到達するレイを合成して伝搬損、遅延量を求める手法である。
【０００４】
幾何光学的手法は、さらにイメージング法とレイラウンチング法とに大別される。イメージング法は送受信点間を結ぶレイの反射透過経路を、反射面に対する鏡映点を求めて決定する手法である。反射透過経路は、送受信点、反射透過物が規定された場合に一意に求まるため、イメージング法は厳密なレイの伝搬経路を探索する手法である。一方、レイラウンチング法は、アンテナから放射されるレイを受信点に関わり無く一定の方向に放射し、反射透過によるレイの伝搬経路を求め、受信点付近を通過したレイを当該受信点に到達したレイとみなす手法であり、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００５】
図１５は観測領域１００、送信点Ａ１８、受信点Ａ２０、２つの内容物Ａ０６、Ａ０９とが与えられた場合のレイラウンチング法の動作について説明する図である。本図では、簡単のため２次元平面に限定して動作の説明をするが、実際には３次元空間内で動作させる場合がある。
【０００６】
まず、送信点Ａ１８からある伝搬経路の方向にレイＡ０３を放射する。当該方向に放射したレイＡ０３が観測領域１００内に存在する内容物に衝突するか否かを観測領域内の全ての内容物に対して調べる。当該レイＡ０３は内容物Ａ０６と反射点Ａ１９において衝突し、その結果、透過レイＡ０７ならびに反射レイＡ１１が生成される。反射により生成されたレイＡ１１は、さらに内容物Ａ０９と衝突し、同じように透過レイＡ１５ならびに反射レイ１Ａ１０が生成される。反射レイＡ１０は受信点Ａ２０近傍を通過するため、当該レイを観測点における到来波として扱う。
【０００７】
具体的には、レイＡ０３、Ａ１１、Ａ１０の各伝搬距離の合計から規定される受信強度ならびに到来遅延時間が、図１６のように記録される。図１６の横軸１０１はレイが送信点Ａ１８から観測点Ａ２０まで、上記伝搬距離の合計を到達するのに要した遅延時間を示し、縦軸１０２はこの伝搬距離合計の経路を通過したレイが有する受信強度を表す。
【０００８】
送信点Ａ１８から上記伝搬経路の方向へ放射されたレイＡ０３について、透過波Ａ０７ならびにＡ１５についても、上述した伝搬経路と同様の反射透過レイ探索を繰り返し、受信点Ａ２０近傍をレイが通過した場合には、レイＡ１０の場合と同様に到来波として扱い、以上の処理を探索終了条件を満たすまで続ける。探索終了条件は、反射透過点での受信電界強度が所定値を下回った場合などとする。
【０００９】
送信点Ａ１８から上記レイＡ０３の方向へ放射されたレイの反射透過経路探索が終了した後、例えば他の伝搬経路のレイＡ２１のように、送信点Ａ１８から放射するレイの放射角度を変えて同様のラウンチング処理を行い、これを送信点Ａ１８の全ての放射方向もしくは事前に規定した一部の放射方向について調べる。最終的には、受信点Ａ２０に対する遅延プロファイルである図１７が得られる。図１７の横軸２０１は送信点Ａ１８からレイが到来するまでの遅延時間を、縦軸２０２は当該経路を通過したレイが有する受信強度を表す。受信電力は図１７に示した全てのパスの受信強度の和で与えられ、歪の程度を示す遅延拡がりは遅延時間の標準偏差により与えられる。
【００１０】
このようなレイラウンチング法は、送受信点間を結ぶレイの伝搬経路の解をイメージング法のように厳密に求めるのではなく、近似的に与える手法であるために、伝搬経路探索に要する時間が短く出来るという特徴がある。
【００１１】
図１５に示した各レイには、送信点からの伝搬距離に応じたレイスプレッドが規定される。このレイスプレッドとは、レイの近傍に規定された拡がり領域であり、その拡がりは、送信点からの距離が長くなるほど大きくなり、また送信点から放射するレイの本数が多くなるほど狭くなるように規定される。
【００１２】
図１８を参照すると、図１５と同等部分は同一符号にて示している。図１８では、レイスプレッドの包絡線を具体的に示しており、レイＡ０３に対するレイスプレッド包絡線はＡ０１、Ａ０２で規定され、レイＡ１１に対してはＡ１２、Ａ１６、レイＡ１０に対してはＡ２２、Ａ２３にて規定される。かかるレイスプレッドは、受信点Ａ２０の近傍を通過するレイを当該受信点に到達するレイと見なすか否かを決定するために用いられる。
【００１３】
具体的には、受信点Ａ２０が与えられたとき、Ａ２０とレイＡ１０との距離Ｄと当該地点でのレイスプレッドの拡がり半径Ｓとを比較し、Ｓ≧Ｄであれば、当該レイを当該観測点での到達レイとして扱い、送信点からの伝搬距離、反射回数、距離Ｄ等を加味して、当該受信点Ａ２０における遅延時間、受信強度を記録するものである。
【００１４】
以上を送信点Ａ１８から放射する他の全てのレイについて行い、受信点に取り込まれた到達レイの遅延時間、受信強度を逐一記録し、これらを合成することで当該受信点での遅延プロファイル特性を得る。
【００１５】
さて、電波伝搬における主な幾何光学成分は反射波と透過波であるが、電波伝搬特性をより正確に推定するためには、非幾何光学成分である回折波を無視することは出来ない。ここで、回折とは、レイが構造物のエッジに衝突した際に、当該レイの進行方向以外の方向へ電波が回り込んで伝搬する現象である。本来、回折波は幾何光学成分ではないが、回折現象を近似的に幾何光学の枠組みで取り扱う手法として、非特許文献１に示されているＵＴＤ法（Uniform Theory of Diffraction ）が一般的に用いられている。このＵＴＤ法は、回折エッジへの入射角と等しい放射角度をもった複数の回折レイを回折エッジの周囲に発生させることにより回折波をモデル化するものである。
【００１６】
図１９はＵＴＤ法を具体的に説明する模式図である。送信点Ｓ００１から放射されたレイＲ００１が構造物（内容物）Ｅ００１の回折エッジＥ００２へ入射する場合を想定している。ＵＴＤ法では、回折エッジＥ００２と入射レイＲ００１の成す角Ｔｉと回折エッジＥ００２と回折レイＲ００２の成す角Ｔｏが等しくなるように、回折レイＲ００２が回折点Ｄ００１から放射される。図１９では、１本の回折レイしか示されていないが、前記条件を満たす回折レイは構造物Ｅ００１の外部に設けられた円錐Ｃ００１の側面に沿って無数に生じる。
【００１７】
【特許文献１】
特開平９−３３５８４号公報
【００１８】
【非特許文献１】
"A uniform geometrical theory of diffraction for an edge in a perfectly conducting surface," Proc. IEEE, vol.62, pp.1448-1461, 1974
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
レイラウンチング法では、送信点から予め定められた間隔でレイを放射してレイと構造物との衝突を検出することにより、当該レイの経路追跡を行うものである。ところが、レイは無限小の太さを持つ３次元空間上に規定される線であるために、同様に線として与えられる構造物のエッジにレイが衝突する可能性はきわめて低い。そのため、レイラウンチング法に従来のＵＴＤ法を単純に適用しただけでは、回折波がほとんど発生せず、回折現象を正しく推定できないという問題がある。
【００２０】
本発明の目的は、構造物のエッジ近傍をレイが通過する際に、回折現象を正しく推定して、ラウンチング法と組み合わせることにより、高速かつ高精度の電波伝搬特性予測システム及びその方法並びにプログラムを提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明による電波伝搬特性予測システムは、三次元空間上に規定される観測空間内にエッジを有する構造物、送信点、受信点が夫々与えられ、前記送信点から異なる角度で複数の電波線（レイ）が放出され、前記レイはその進行に伴う前記構造物との衝突により反射並びに透過を繰り返し、この反射並びに透過の繰り返しの間、前記レイが前記受信点の近傍を通過した時に、通過時刻と強度とを得るレイラウンチング処理をなすようにした電波伝搬特性予測システムであって、前記レイに対して前記送信点からの伝搬距離の関数として与えられるレイスプレッドを規定するレイスプレッド規定手段と、前記レイと前記エッジとの距離を求める距離算出手段と、前記距離を定める前記レイ上の点と前記エッジ上の点を求めて、前記レイ上の点から前記送信点までの距離に対するレイスプレッド半径を求める半径算出手段と、前記レイスプレッド半径が、前記レイと前記エッジとの距離以上の場合に、前記エッジ上の点を回折点として複数の回折レイを発生させる回折レイ生成手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明による電波伝搬特性推定方法は、三次元空間上に規定される観測空間内にエッジを有する構造物、送信点、受信点が夫々与えられ、前記送信点から異なる角度で複数の電波線（レイ）が放出され、前記レイはその進行に伴う前記構造物との衝突により反射並びに透過を繰り返し、この反射並びに透過の繰り返しの間、前記レイが前記受信点の近傍を通過した時に、通過時刻と強度とを得るレイラウンチング処理をなすようにした電波伝搬特性予測方法であって、前記レイに対して前記送信点からの伝搬距離の関数として与えられるレイスプレッドを規定するレイスプレッド規定ステップと、前記レイと前記エッジとの距離を求める距離算出ステップと、前記距離を定める前記レイ上の点と前記エッジ上の点を求めて、前記レイ上の点から前記送信点までの距離に対するレイスプレッド半径を求める半径算出ステップと、前記レイスプレッド半径が、前記レイと前記エッジとの距離以上の場合に、前記エッジ上の点を回折点として複数の回折レイを発生させる回折レイ生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明によるプログラムは、三次元空間上に規定される観測空間内にエッジを有する構造物、送信点、受信点が夫々与えられ、前記送信点から異なる角度で複数の電波線（レイ）が放出され、前記レイはその進行に伴う前記構造物との衝突により反射並びに透過を繰り返し、この反射並びに透過の繰り返しの間、前記レイが前記受信点の近傍を通過した時に、通過時刻と強度とを得るレイラウンチング処理をなすようにした電波伝搬特性予測方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記レイに対して前記送信点からの伝搬距離の関数として与えられるレイスプレッドを規定するレイスプレッド規定処理と、前記レイと前記エッジとの距離を求める距離算出処理と、前記距離を定める前記レイ上の点と前記エッジ上の点を求めて、前記レイ上の点から前記送信点までの距離に対するレイスプレッド半径を求める半径算出処理と、前記レイスプレッド半径が、前記レイと前記エッジとの距離以上の場合に、前記エッジ上の点を回折点として複数の回折レイを発生させる回折レイ生成処理とを含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明の作用を述べる。レイラウンチング法では、送信点における放射間隔ならびに送信点からの伝搬距離に応じて定まるレイスプレッドが各レイにおいて夫々規定されるが、本発明では、エッジ近傍をレイが通過する際に、レイがエッジに直接衝突していなくても、当該エッジとレイとの距離がレイスプレッド半径よりも短い場合には、当該エッジで回折波を発生させるようにして、従来のレイラウンチング法と組み合わせることを容易とし、高速かつ高精度な電波伝搬特性予測方式が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳述する。図１は本発明の実施の形態において回折レイが生じる状況を示す図である。図１に示すように、以下、構造物Ｅ００１のエッジＥ００２の近傍を、送信点Ｓ００１から放射されたレイＲ００３が通過する場合について考える。ここで、レイＲ００３にはレイスプレッドＲＳ００１が規定されており、このレイスプレッドＲＳ００１はエッジＥ００２と区間Ｅ００３で交差している。
【００２６】
図２はエッジＥ００２とレイスプレットＲＳ００１との交差判定を説明する図であり、図１を上面から見た図である。交差判定は、レイＲ００３とエッジＥ００２の間の垂直距離Ｌ１を測定し、この距離Ｌ１と当該地点のレイＲ００３に対するレイスプレッドＲＳ００１の拡がり半径Ｓ１と値を比較することにより行う。すなわち、Ｓ１がＬ１以上の場合には、両者は交差するものとして判定して、回折レイの生成処理に進み、Ｓ１がＬ１より小さい場合には、回折レイは生じないものとする。
【００２７】
図３〜図６は本発明の実施の形態による回折レイの生成処理を説明する図である。図３に示すとおり、回折レイの生成処理では、まず、エッジＥ００２上で検出された交差区間Ｅ００３の端点Ｄ００２と送信点Ｓ００１とを結ぶ経路Ｒ００６に沿って、入射レイがエッジＥ００２へ入射すると考えて、従来どおりのＵＴＤ法に従い回折円錐Ｃ００２を求める。
【００２８】
次に、図４に示すように交差区間Ｅ００３のもう一方の端点Ｄ００３について、同様に回折円錐Ｃ００３を求める。こうして、２つの回折円錐Ｃ００２とＣ００３とを求めることにより、両者に挟まれた領域Ｃ００４が定まる。本実施の形態では、図２に示すような状況で得られる交差区間Ｅ００３は無数の回折点が集まって構成されたものであると考える。このとき、送信点Ｓ００１と交差区間Ｅ００３上の点を結ぶ経路に沿って、エッジＥ００２に入射するレイから生じる回折レイは、いずれも図４に示す領域Ｃ００４の内部を通過する。すなわち、本実施の形態では、領域Ｃ００４は区間Ｅ００３上の点を回折点とする無数の回折レイの集合体と等価であると考える。
【００２９】
図５は本実施の形態における回折レイの割り当て方法を説明する図である。本実施の形態では、領域Ｃ００４で表される回折レイの集合をレイラウンチング法の枠組みで近似するために、領域Ｃ００４を複数の領域に分割し、各部分領域に一本ずつ回折レイを割り当てることを考える。まず、領域Ｃ００４の水平断面上に、等間隔もしくは不等間隔に点Ｄ００５を配置し、次に区間Ｅ００３上に点Ｄ００４を設ける。本実施の形態では、点Ｄ００４を回折点として点Ｄ００４と領域Ｃ００４の断面上の各点を結ぶ経路上を、例えばＲ００８のような回折レイが伝搬すると考える。このとき、回折レイのもとになる入射レイは、送信点Ｓ００１と回折点Ｄ００４とを結ぶ経路を伝搬するレイＲ００５とする。
【００３０】
図６は回折レイＲ００８をレイラウンチング法におけるレイとみなした場合に、レイスプレッドＲＳ００２を規定する方法を説明する図である。ここでは、一例として、レイスプレッドＲＳ００２がレイＲ００８を中心軸とする円錐で規定される場合について説明する。図６に示すとおり、回折レイＲ００８に対するレイスプレッドＲＳ００２は擬似送信点Ｓ００２から放射されたレイに対する円錐型のレイスプレッドとする。このとき、擬似送信点Ｓ００２は、直線Ｄ００５−Ｄ００４を点Ｄ００４から点Ｄ００５と反対側に、線分Ｓ００１−Ｄ００４の長さと同じだけ伸ばした場所に位置する。また、レイスプレッドＲＳ００２を成す円錐の頂角は辺Ｓ００２−Ｄ００３と辺Ｓ００２−Ｄ００２との成す角に等しいとする。
【００３１】
以上の処理を、図５に示すＤ００５と同様な各点についてそれぞれ行うことにより、領域Ｃ００４は各回折レイに規定されたレイスプレッドによって近似的に細分される。なお、本実形態では、一例として、円錐形状のレイスプレッドを取り挙げたが、レイスプレッドの形状は、各レイスプレッドを合成した場合の領域が領域Ｃ００４にできる限り重複なく一致するように規定するのが望ましい。この様に、レイスプレッドとエッジとの交差線分を回析点の集合とし、この集合を波源として生じる回析レイの集合領域内に所定数の回析レイを割り当て、更にこれ等回析レイに対してレイスプレッド割り当てるようにしているからである。
【００３２】
次に、本発明による回折波の生成方法を用いた伝搬経路の追跡動作について図７を用いて説明する。図７の例では、構造物Ｂ０５、Ｂ０６、Ｂ０８、B0９、Ｂ１３が配置された空間において、送信点Ｂ１８からレイを放射した場合の経路追跡を考える。
【００３３】
送信点Ｂ１８から放射されたレイＢ０３は構造物Ｂ０６と反射点Ｂ１９にて衝突し、この点で反射・透過が発生する。透過したレイはＢ０７に示すような経路にて放出され、さらにこれ以降の経路追跡が所望の終了条件を満たすまで行われる。ここでは、反射されたレイＢ１１に着目して話を進める。反射点Ｂ１９で発生した反射レイＢ１１はさらに構造物Ｂ０９へと到達し、反射点Ｂ２０において透過レイＢ１５と反射レイＢ１０が生成される。これらの透過レイと反射レイは、いずれも以降同様に所望の終了条件を満たすまで経路追跡が行われる。
【００３４】
一方、本発明によると図７の例の場合には、レイＢ１１からさらに回折レイも生成される。Ｂ０１、Ｂ０２およびＢ１２、Ｂ１６は、それぞれレイＢ０３およびＢ１１に対するレイスプレッドの包絡線であり、図７の例では、レイＢ１１と構造物Ｂ１３のエッジとの距離がレイスプレッドよりも小さいので、構造物Ｂ１３のエッジ上の回折点Ｂ２１を起点とする回折レイを生成する。他だし、この例では、レイＢ１１が送信点から放射された直後のレイではないので、レイＢ１１の起点となる反射点Ｂ１９から、送信点Ｂ１８と当該起点Ｂ１９の間の伝搬距離だけレイＢ１１の進行方向と逆向きに進んだ点Ｂ２２を擬似送信点とし、レイＢ１１がこの擬似送信点Ｂ２２から放射されたものとして、回折レイの生成に関する前記実施の形態を適用する。
【００３５】
なお、今回は前記起点が反射点であったが、当該起点が透過点もしくは回折点の場合も同様に、擬似送信点を設けて本発明の実施の形態を適用する。
【００３６】
前記実施の形態に従った場合に、回折点Ｂ２１に入射するレイはＢ１４であり、これに対して複数の回折レイＢ１７が生成される。これらの回折レイについては、以降同様に所望の終了条件を満たすまで経路追跡を続ける。このように、反射・透過・回折を考慮して経路追跡を行うことにより、受信点における最終的な電波伝搬特性の推定結果を導く。
【００３７】
以上のように、レイの広がりを考慮した本実施の形態による手法方法を用いると、イメージング法にＵＴＤ法を組み合わせたときに回折レイが生じる場合には、レイラウンチング法の場合でも回折レイが生成されるようになる。さらに、本発明によれば、回折点から放射された回折レイの伝搬追跡処理は、通常のレイラウンチング法の追跡処理と同様に取り扱うことができる利点がある。すなわち、擬似送信点から放射されたレイに対して構造物との衝突判定を行い、観測点との受信判定処理は回折レイに規定されたレイスプレッドを用いて行うという枠組みが維持されているため、従来のラウンチング法と組み合わせて回折現象を推定するのが容易である。
【００３８】
以上のとおり、本発明によるとレイラウンチング法の高速処理性とＵＴＤ法による高精度な回折評価機能を容易に結合することができ、高速かつ高精度な電波伝搬推定機能を提供することが可能となる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。上記の第１の実施の形態では、回折レイを生成する際に２つの回折円錐Ｃ００２とＣ００３によって規定される領域Ｃ００４の断面に、等間隔もしくは不等間隔に点を配置する方法を用いた。第２の実施形態では、仮想的な反射平面を用いて回折レイを生成する方法を用いる。
【００４０】
図８と図９は、回折レイならびにレイスプレッドの包絡線（以下、レイスプレッド包絡線）の発生方法を説明する図である。図８では、円錐形状のレイスプレッドを想定し、入射レイＲ００５および当該レイに対するレイスプレッド包絡線の一部Ｒ２１、Ｒ２２が構造物Ｅ００１の回折エッジＥ００２に入射する様子を示している。
【００４１】
ここで、回折エッジＥ００２に接し、構造物Ｅ００１と角度Ｔ２２をなす仮想反射平面ＶＲ０１を設け、当該仮想反射平面にレイＲ００５ならびにレイスプレッド包絡線Ｒ２１、Ｒ２２が入射するとして、反射レイならびに反射レイスプレッド包絡線を発生させる。このとき反射の法則により、入射レイと仮想反射平面ＶＲ０１とのなす角Ｔ２０と反射レイＲ００８と仮想反射平面ＶＲ０１とのなす角Ｔ２１は等しい。仮想反射平面ＶＲ０１は回折エッジＥ００２を含むので、なす角Ｔ２０となす角Ｔ２１はそれぞれ入射レイと反射レイが回折エッジと成す角に等しい。
【００４２】
したがって、従来のＵＴＤ法と比較すると、この方法によって生成される当該反射レイならびに当該反射レイスプレッド包絡線は、角度Ｔ２２に対する回折レイならびに当該回折レイに対するレイスプレッド包絡線に相当する。なお、図９に示したレイスプレッド包絡線はごく一部であり、入射レイＲ００５および当該入射レイに対する回折レイＲ００８を取り囲むように無数のレイスプレッド包絡線が規定される。
【００４３】
回折エッジと仮想反射平面のなす角を変化させて、他の角度についても同様に回折レイならびにレイスプレッド包絡線を発生させる。図９は、図８で規定した回折エッジと仮想反射平面のなす角Ｔ２２よりさらに角度Ｔ３２を小さくした場合の回折レイならびにレイスプレッド包絡線の一部を示している。この場合も、入射レイＲ００５と回折エッジＥ００２がなす角Ｔ２０は、回折レイＲ００９と回折エッジＥ００２とがなす角Ｔ３１と等しい。
【００４４】
このように、回折レイを生成する場合、回折エッジと仮想反射平面のなす角を離散的に変化させると有限数の回折レイが生成され、同時に入射レイのレイスプレッドに応じて回折レイのレイスプレッドも規定される。このとき、回折エッジと仮想反射平面のなす角の離散間隔は、入射レイスプレッドの拡がり具合に応じて、生成される各回折レイのレイスプレッドの和領域が領域Ｃ００４にできるだけ重複なく近似するように決められる。
【００４５】
以上の方法に従うと、第１の実施の形態と同様に、レイラウンチング法とＵＴＤ法を組み合わせて高速かつ高精度に回折波を考慮した電波伝搬推定を実現することができる。
【００４６】
図１０は上述した実施の形態の処理動作を実現するための機能ブロックを示す図である。図１０において、衝突点検出部１は送信点、反射点、透過点もしくは回折点から放射されたレイと、伝搬環境内部に設置された構造物との衝突点を検出するブロックである。反射・透過レイ生成部２は、衝突点検出部１で検出された衝突点において、反射・透過レイを生成するブロックである。レイスプレッド規定部３はこれ等レイのレイスプレッドを規定するブロックであり、当該レイに対して送信点からの伝搬距離の関数としてレイスプレッドが規定される。上記実施の形態では、当該距離が大なる程その半径が大となるようなスプレッドであり、例えば、円錐形である。
【００４７】
距離算出部４はレイと構造物のエッジとの距離算出をなすものであり、またスプレッド半径算出部は、距離算出部４による算出距離を定めるレイ上の点とエッジ上の点とをを求めて、レイ上の点から送信点までの距離に対するスプレッド半径を求めるものである。交差エッジ検出部６はレイと構造物エッジの間の距離とレイスプレッド半径を比較して、レイスプレッドとエッジの間に交差領域が存在するか否かを判定するものである。
【００４８】
入射レイ生成部７は、交差エッジ検出部６でレイスプレッドと交差するエッジが検出された場合に、エッジに入射するレイを計算するブロックである。回折レイ生成部８は、入射レイ生成部部７で計算された入射レイが交差エッジ検出部６で検出された交差エッジ領域に入射して発生する回折レイを生成するブロックである。制御部９はこれら各部１〜８を制御するものであり、記録媒体１０に記憶されているプログラムの動作手順に従って動作して各部の制御を行うものであって、ＣＰＵ（コンピュータ）からなる。記録媒体１０はＲＡＭ及びＲＯＭからなり、ＲＡＭはＣＰＵの作業用メモリであり、ＲＯＭはプログラムを格納したものである。上記の各実施の形態における動作処理手順は、予めプログラムとしてこのＲＯＭに格納しておくことで、制御可能である。
【００４９】
図１１は本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートであり、図１０の機能ブロックの動作にしたがった処理手順となっており、図１０の各部１〜８の各処理を、ステップＳ１〜Ｓ８として、それぞれ対応して示している。
【００５０】
本発明の実施の形態において、レイトレーシングによる経路追跡演算は、一般に負荷が大きく、複雑な伝搬環境を対象とする場合には膨大な計算時間を要することがある。また、図１０の回折レイ生成部８で生成する回折レイの総数が多い場合には、この経路追跡処理に要する時間がさらに増えて全体の計算時間を押し上げる。
【００５１】
本発明の実施の形態は単一ＣＰＵを用いても実現しうるが、複雑な伝搬環境を精度良く短時間で解析するには、複数のＣＰＵを用いて処理を並列化させるのが有効である。図１２は、かかる考え方に従って、本発明の実施の形態を複数ＣＰＵを用いて実現する際の基盤システムを説明する図である。Ｎ個の中央演算ユニット（ＣＰＵ１〜Ｎ）Ｆ０２〜Ｆ０５、共通記録装置Ｆ０１、ネットワークＦ０６からなり、各ＣＰＵは他の全てのＣＰＵとネットワークＦ０６を介して通信することが可能である。共通記録装置Ｆ０１は全てのＣＰＵ１〜Ｎから読み書きが可能である。
【００５２】
共通記録装置Ｆ０１はＣＰＵのいずれかの内部に配置される場合があり、この場合、当該ＣＰＵ以外のＣＰＵはネットワークＦ０６を経由して共通記録装置Ｆ０１にアクセスする。共通記録装置Ｆ０１はネットワークＦ０６上に配置される場合がある。共通記録装置Ｆ０１は、電波伝搬特性の記録や、各ＣＰＵを制御するための動作プログラムを格納する等に使用されるものである。
【００５３】
図１３は経路追跡処理を複数ＣＰＵで分散処理する方法について説明する図である。送信点と受信点を結ぶレイの伝搬経路は、送信点を起点とする方位ごとに互いに重複なく分類することができる。したがって、送信点を起点とする各方位ごとの経路探索処理を異なるＣＰＵに割り当てれば全体の経路探索処理を並列化することができる。図１３はこの方法に従ってレイの経路追跡を並列分散処理する構成を説明する図である。Ｃ０１〜Ｃ０４で示される互いに異なるＭ個の方位の経路追跡処理がＣ１１〜Ｃ１３で示される複数のＣＰＵに割り当てられる様子が示されている。この方法に従えば、経路追跡処理を並列化して短時間で演算を終えることができる。
【００５４】
上記実施の形態に従った伝搬解析システムはスタンドアロン型の計算機を用いても実現できるが、個々のユーザが独自にシステムを構築するとコスト高になる傾向が否めない。図１４は伝搬解析部分をネットワークを介して複数のユーザ間で共用するシステムモデルを説明する図である。このモデルでは、ユーザ端末２００が広域ネットワーク２０１を介してサーバ２０２にアクセスする。サーバ２００にはユーザ認証機能と伝搬解析機能が含まれており、前記実施例で述べた単数もしくは複数ＣＰＵを利用した伝搬解析システムはこの部分に集約される。
【００５５】
図１４のシステムにおいて、ユーザはまず、ユーザ端末内に格納されている編集クライアントを用いて環境データの編集を行う（Ｐ１００）。環境データには、解析対象となる空間の構造情報が記されており、伝搬解析シミュレータはこの構造情報をもとにレイトレーシングを行う。また、環境データには解析対象となる無線システムの仕様に関する特性情報が記される場合もあり、個々の機器特性に応じたエンジンの振る舞いをこの環境データを介してエンジンに指示することもできる。
【００５６】
次に、作成した環境データをサーバへ転送するためにサーバ２０２との間でユーザ認証を行い（Ｐ１０１）、アクセス許可を得る（Ｐ１０２）。サーバとユーザ端末の間で交換されるデータは、認証系によるアクセス制御と通信路の暗号化によって機密保持が行われており、環境データの記載内容や解析データが当該ユーザ外の第三者に漏れることのないようにしてある。
【００５７】
認証処理が済んだ後は、ユーザの環境データをサーバへ転送し（Ｐ１０３）、サーバ側では受信した環境データをもとに伝搬解析を行う（Ｐ１０４）。解析が終了すると、解析結果をユーザ端末に転送し（Ｐ１０５）、ユーザは端末で解析結果を表示する（Ｐ１０６）。
【００５８】
以上のように、この方法に従えば、伝搬解析シミュレータのような高コスト部を集約して共有することで、解析コストを低く抑えることができる。また、システムの中心部分を一元管理できるため、メンテナンスが容易になるという利点もある。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、レイラウンチング方によって電波伝搬特性の推定を行うに際して、構造物のエッジ付近をレイが通過する場合、このエッジとレイとの距離がレイスプレッドの半径よりも小なるときは、当該エッジで回折波を発生させるようにすることにより、従来のレイラウンチング法と組み合わせが容易になり、レイの回折波をも考慮した高速で高精度の電波伝搬特性の推定が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における回折レイの発生状況を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態における回折レイ生成判定について説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における回折円錐を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における回折円錐を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における回折レイ通過点の配置を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態における回折レイの生成方法を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における経路追跡動作を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における回折レイの生成方法を説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における回折レイの生成方法を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態における経路追跡の機能ブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態における動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態を複数ＣＰＵを用いて実行する基盤システムの構成図である。
【図１３】本発明の実施形態のプロセスを複数ＣＰＵに割り当てる方法を説明する図である。
【図１４】本発明の実施形態による電波伝搬推定システムの構成図である。
【図１５】レイラウンチング法を模式的に説明する図である。
【図１６】一本のレイに対する観測点におけるパスプロファイルの例を示す図である。
【図１７】レイラウンチング法により得られる観測点におけるパスプロファイルの例を示す図である。
【図１８】レイラウンチング法を模式的に説明する他の図である。
【図１９】ＵＴＤ（Uniform Theory of Diffraction ）法を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 衝突検出部
２ 反射・透過レイ生成部
３ レイスプレッド規定部
４ 距離算出部
５ スプレッド半径算出部
６ 交差エッジ検出部
７ 入射レイ生成部
８ 回折レイ生成部
９ 制御部
１０ 記録媒体
Ｃ００２，Ｃ００３ 回折円錐
Ｃ００４ 回折円錐Ｃ００２，Ｃ００３間の領域
Ｄ００２，Ｄ００３ 交差区間端点
Ｄ００４ 回折点
Ｅ００１ 構造物（内容物）
Ｅ００２ エッジ
Ｅ００３ 交差区間
Ｒ００３ レイ
ＲＳ００１ スプレッド
Ｓ００１ 送信点
ＶＲ０１ 仮想反射平面
【発明の属する技術分野】
本発明は電波伝搬特性予測システム及びその方法並びにプログラムに関し、特にいわゆるレイラウンチング処理を使用した幾何光学的手法による電波伝搬特性予測方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムにおける基地局や親機等の配置を援助するために電波伝搬シミュレータが用いられる。電波伝搬シミュレータによって任意の受信点での受信電力や、遅延拡がりを評価して、しかるべき送信局の設置場所を決定し、その結果、配置するべき基地局数の削減等の効率化が達成される。
【０００３】
電波伝搬シミュレーションは大別して、統計的手法によるものと決定論的手法によるものとがある。統計的手法では、距離や周波数などを引数とする伝搬損失推定式を与え、そのパラメータを決定する際に、伝搬損失の実測定で得られた多数のデータをもとに多変量解析等により決定する手法である。一方、決定論的手法においては、アンテナから放射される電波を多数の電波線（レイ）の集まりと考え、各レイが幾何光学的に反射透過を繰り返して伝搬し、そして観測点に到達するレイを合成して伝搬損、遅延量を求める手法である。
【０００４】
幾何光学的手法は、さらにイメージング法とレイラウンチング法とに大別される。イメージング法は送受信点間を結ぶレイの反射透過経路を、反射面に対する鏡映点を求めて決定する手法である。反射透過経路は、送受信点、反射透過物が規定された場合に一意に求まるため、イメージング法は厳密なレイの伝搬経路を探索する手法である。一方、レイラウンチング法は、アンテナから放射されるレイを受信点に関わり無く一定の方向に放射し、反射透過によるレイの伝搬経路を求め、受信点付近を通過したレイを当該受信点に到達したレイとみなす手法であり、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００５】
図１５は観測領域１００、送信点Ａ１８、受信点Ａ２０、２つの内容物Ａ０６、Ａ０９とが与えられた場合のレイラウンチング法の動作について説明する図である。本図では、簡単のため２次元平面に限定して動作の説明をするが、実際には３次元空間内で動作させる場合がある。
【０００６】
まず、送信点Ａ１８からある伝搬経路の方向にレイＡ０３を放射する。当該方向に放射したレイＡ０３が観測領域１００内に存在する内容物に衝突するか否かを観測領域内の全ての内容物に対して調べる。当該レイＡ０３は内容物Ａ０６と反射点Ａ１９において衝突し、その結果、透過レイＡ０７ならびに反射レイＡ１１が生成される。反射により生成されたレイＡ１１は、さらに内容物Ａ０９と衝突し、同じように透過レイＡ１５ならびに反射レイ１Ａ１０が生成される。反射レイＡ１０は受信点Ａ２０近傍を通過するため、当該レイを観測点における到来波として扱う。
【０００７】
具体的には、レイＡ０３、Ａ１１、Ａ１０の各伝搬距離の合計から規定される受信強度ならびに到来遅延時間が、図１６のように記録される。図１６の横軸１０１はレイが送信点Ａ１８から観測点Ａ２０まで、上記伝搬距離の合計を到達するのに要した遅延時間を示し、縦軸１０２はこの伝搬距離合計の経路を通過したレイが有する受信強度を表す。
【０００８】
送信点Ａ１８から上記伝搬経路の方向へ放射されたレイＡ０３について、透過波Ａ０７ならびにＡ１５についても、上述した伝搬経路と同様の反射透過レイ探索を繰り返し、受信点Ａ２０近傍をレイが通過した場合には、レイＡ１０の場合と同様に到来波として扱い、以上の処理を探索終了条件を満たすまで続ける。探索終了条件は、反射透過点での受信電界強度が所定値を下回った場合などとする。
【０００９】
送信点Ａ１８から上記レイＡ０３の方向へ放射されたレイの反射透過経路探索が終了した後、例えば他の伝搬経路のレイＡ２１のように、送信点Ａ１８から放射するレイの放射角度を変えて同様のラウンチング処理を行い、これを送信点Ａ１８の全ての放射方向もしくは事前に規定した一部の放射方向について調べる。最終的には、受信点Ａ２０に対する遅延プロファイルである図１７が得られる。図１７の横軸２０１は送信点Ａ１８からレイが到来するまでの遅延時間を、縦軸２０２は当該経路を通過したレイが有する受信強度を表す。受信電力は図１７に示した全てのパスの受信強度の和で与えられ、歪の程度を示す遅延拡がりは遅延時間の標準偏差により与えられる。
【００１０】
このようなレイラウンチング法は、送受信点間を結ぶレイの伝搬経路の解をイメージング法のように厳密に求めるのではなく、近似的に与える手法であるために、伝搬経路探索に要する時間が短く出来るという特徴がある。
【００１１】
図１５に示した各レイには、送信点からの伝搬距離に応じたレイスプレッドが規定される。このレイスプレッドとは、レイの近傍に規定された拡がり領域であり、その拡がりは、送信点からの距離が長くなるほど大きくなり、また送信点から放射するレイの本数が多くなるほど狭くなるように規定される。
【００１２】
図１８を参照すると、図１５と同等部分は同一符号にて示している。図１８では、レイスプレッドの包絡線を具体的に示しており、レイＡ０３に対するレイスプレッド包絡線はＡ０１、Ａ０２で規定され、レイＡ１１に対してはＡ１２、Ａ１６、レイＡ１０に対してはＡ２２、Ａ２３にて規定される。かかるレイスプレッドは、受信点Ａ２０の近傍を通過するレイを当該受信点に到達するレイと見なすか否かを決定するために用いられる。
【００１３】
具体的には、受信点Ａ２０が与えられたとき、Ａ２０とレイＡ１０との距離Ｄと当該地点でのレイスプレッドの拡がり半径Ｓとを比較し、Ｓ≧Ｄであれば、当該レイを当該観測点での到達レイとして扱い、送信点からの伝搬距離、反射回数、距離Ｄ等を加味して、当該受信点Ａ２０における遅延時間、受信強度を記録するものである。
【００１４】
以上を送信点Ａ１８から放射する他の全てのレイについて行い、受信点に取り込まれた到達レイの遅延時間、受信強度を逐一記録し、これらを合成することで当該受信点での遅延プロファイル特性を得る。
【００１５】
さて、電波伝搬における主な幾何光学成分は反射波と透過波であるが、電波伝搬特性をより正確に推定するためには、非幾何光学成分である回折波を無視することは出来ない。ここで、回折とは、レイが構造物のエッジに衝突した際に、当該レイの進行方向以外の方向へ電波が回り込んで伝搬する現象である。本来、回折波は幾何光学成分ではないが、回折現象を近似的に幾何光学の枠組みで取り扱う手法として、非特許文献１に示されているＵＴＤ法（Uniform Theory of Diffraction ）が一般的に用いられている。このＵＴＤ法は、回折エッジへの入射角と等しい放射角度をもった複数の回折レイを回折エッジの周囲に発生させることにより回折波をモデル化するものである。
【００１６】
図１９はＵＴＤ法を具体的に説明する模式図である。送信点Ｓ００１から放射されたレイＲ００１が構造物（内容物）Ｅ００１の回折エッジＥ００２へ入射する場合を想定している。ＵＴＤ法では、回折エッジＥ００２と入射レイＲ００１の成す角Ｔｉと回折エッジＥ００２と回折レイＲ００２の成す角Ｔｏが等しくなるように、回折レイＲ００２が回折点Ｄ００１から放射される。図１９では、１本の回折レイしか示されていないが、前記条件を満たす回折レイは構造物Ｅ００１の外部に設けられた円錐Ｃ００１の側面に沿って無数に生じる。
【００１７】
【特許文献１】
特開平９−３３５８４号公報
【００１８】
【非特許文献１】
"A uniform geometrical theory of diffraction for an edge in a perfectly conducting surface," Proc. IEEE, vol.62, pp.1448-1461, 1974
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
レイラウンチング法では、送信点から予め定められた間隔でレイを放射してレイと構造物との衝突を検出することにより、当該レイの経路追跡を行うものである。ところが、レイは無限小の太さを持つ３次元空間上に規定される線であるために、同様に線として与えられる構造物のエッジにレイが衝突する可能性はきわめて低い。そのため、レイラウンチング法に従来のＵＴＤ法を単純に適用しただけでは、回折波がほとんど発生せず、回折現象を正しく推定できないという問題がある。
【００２０】
本発明の目的は、構造物のエッジ近傍をレイが通過する際に、回折現象を正しく推定して、ラウンチング法と組み合わせることにより、高速かつ高精度の電波伝搬特性予測システム及びその方法並びにプログラムを提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明による電波伝搬特性予測システムは、三次元空間上に規定される観測空間内にエッジを有する構造物、送信点、受信点が夫々与えられ、前記送信点から異なる角度で複数の電波線（レイ）が放出され、前記レイはその進行に伴う前記構造物との衝突により反射並びに透過を繰り返し、この反射並びに透過の繰り返しの間、前記レイが前記受信点の近傍を通過した時に、通過時刻と強度とを得るレイラウンチング処理をなすようにした電波伝搬特性予測システムであって、前記レイに対して前記送信点からの伝搬距離の関数として与えられるレイスプレッドを規定するレイスプレッド規定手段と、前記レイと前記エッジとの距離を求める距離算出手段と、前記距離を定める前記レイ上の点と前記エッジ上の点を求めて、前記レイ上の点から前記送信点までの距離に対するレイスプレッド半径を求める半径算出手段と、前記レイスプレッド半径が、前記レイと前記エッジとの距離以上の場合に、前記エッジ上の点を回折点として複数の回折レイを発生させる回折レイ生成手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明による電波伝搬特性推定方法は、三次元空間上に規定される観測空間内にエッジを有する構造物、送信点、受信点が夫々与えられ、前記送信点から異なる角度で複数の電波線（レイ）が放出され、前記レイはその進行に伴う前記構造物との衝突により反射並びに透過を繰り返し、この反射並びに透過の繰り返しの間、前記レイが前記受信点の近傍を通過した時に、通過時刻と強度とを得るレイラウンチング処理をなすようにした電波伝搬特性予測方法であって、前記レイに対して前記送信点からの伝搬距離の関数として与えられるレイスプレッドを規定するレイスプレッド規定ステップと、前記レイと前記エッジとの距離を求める距離算出ステップと、前記距離を定める前記レイ上の点と前記エッジ上の点を求めて、前記レイ上の点から前記送信点までの距離に対するレイスプレッド半径を求める半径算出ステップと、前記レイスプレッド半径が、前記レイと前記エッジとの距離以上の場合に、前記エッジ上の点を回折点として複数の回折レイを発生させる回折レイ生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明によるプログラムは、三次元空間上に規定される観測空間内にエッジを有する構造物、送信点、受信点が夫々与えられ、前記送信点から異なる角度で複数の電波線（レイ）が放出され、前記レイはその進行に伴う前記構造物との衝突により反射並びに透過を繰り返し、この反射並びに透過の繰り返しの間、前記レイが前記受信点の近傍を通過した時に、通過時刻と強度とを得るレイラウンチング処理をなすようにした電波伝搬特性予測方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記レイに対して前記送信点からの伝搬距離の関数として与えられるレイスプレッドを規定するレイスプレッド規定処理と、前記レイと前記エッジとの距離を求める距離算出処理と、前記距離を定める前記レイ上の点と前記エッジ上の点を求めて、前記レイ上の点から前記送信点までの距離に対するレイスプレッド半径を求める半径算出処理と、前記レイスプレッド半径が、前記レイと前記エッジとの距離以上の場合に、前記エッジ上の点を回折点として複数の回折レイを発生させる回折レイ生成処理とを含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明の作用を述べる。レイラウンチング法では、送信点における放射間隔ならびに送信点からの伝搬距離に応じて定まるレイスプレッドが各レイにおいて夫々規定されるが、本発明では、エッジ近傍をレイが通過する際に、レイがエッジに直接衝突していなくても、当該エッジとレイとの距離がレイスプレッド半径よりも短い場合には、当該エッジで回折波を発生させるようにして、従来のレイラウンチング法と組み合わせることを容易とし、高速かつ高精度な電波伝搬特性予測方式が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳述する。図１は本発明の実施の形態において回折レイが生じる状況を示す図である。図１に示すように、以下、構造物Ｅ００１のエッジＥ００２の近傍を、送信点Ｓ００１から放射されたレイＲ００３が通過する場合について考える。ここで、レイＲ００３にはレイスプレッドＲＳ００１が規定されており、このレイスプレッドＲＳ００１はエッジＥ００２と区間Ｅ００３で交差している。
【００２６】
図２はエッジＥ００２とレイスプレットＲＳ００１との交差判定を説明する図であり、図１を上面から見た図である。交差判定は、レイＲ００３とエッジＥ００２の間の垂直距離Ｌ１を測定し、この距離Ｌ１と当該地点のレイＲ００３に対するレイスプレッドＲＳ００１の拡がり半径Ｓ１と値を比較することにより行う。すなわち、Ｓ１がＬ１以上の場合には、両者は交差するものとして判定して、回折レイの生成処理に進み、Ｓ１がＬ１より小さい場合には、回折レイは生じないものとする。
【００２７】
図３〜図６は本発明の実施の形態による回折レイの生成処理を説明する図である。図３に示すとおり、回折レイの生成処理では、まず、エッジＥ００２上で検出された交差区間Ｅ００３の端点Ｄ００２と送信点Ｓ００１とを結ぶ経路Ｒ００６に沿って、入射レイがエッジＥ００２へ入射すると考えて、従来どおりのＵＴＤ法に従い回折円錐Ｃ００２を求める。
【００２８】
次に、図４に示すように交差区間Ｅ００３のもう一方の端点Ｄ００３について、同様に回折円錐Ｃ００３を求める。こうして、２つの回折円錐Ｃ００２とＣ００３とを求めることにより、両者に挟まれた領域Ｃ００４が定まる。本実施の形態では、図２に示すような状況で得られる交差区間Ｅ００３は無数の回折点が集まって構成されたものであると考える。このとき、送信点Ｓ００１と交差区間Ｅ００３上の点を結ぶ経路に沿って、エッジＥ００２に入射するレイから生じる回折レイは、いずれも図４に示す領域Ｃ００４の内部を通過する。すなわち、本実施の形態では、領域Ｃ００４は区間Ｅ００３上の点を回折点とする無数の回折レイの集合体と等価であると考える。
【００２９】
図５は本実施の形態における回折レイの割り当て方法を説明する図である。本実施の形態では、領域Ｃ００４で表される回折レイの集合をレイラウンチング法の枠組みで近似するために、領域Ｃ００４を複数の領域に分割し、各部分領域に一本ずつ回折レイを割り当てることを考える。まず、領域Ｃ００４の水平断面上に、等間隔もしくは不等間隔に点Ｄ００５を配置し、次に区間Ｅ００３上に点Ｄ００４を設ける。本実施の形態では、点Ｄ００４を回折点として点Ｄ００４と領域Ｃ００４の断面上の各点を結ぶ経路上を、例えばＲ００８のような回折レイが伝搬すると考える。このとき、回折レイのもとになる入射レイは、送信点Ｓ００１と回折点Ｄ００４とを結ぶ経路を伝搬するレイＲ００５とする。
【００３０】
図６は回折レイＲ００８をレイラウンチング法におけるレイとみなした場合に、レイスプレッドＲＳ００２を規定する方法を説明する図である。ここでは、一例として、レイスプレッドＲＳ００２がレイＲ００８を中心軸とする円錐で規定される場合について説明する。図６に示すとおり、回折レイＲ００８に対するレイスプレッドＲＳ００２は擬似送信点Ｓ００２から放射されたレイに対する円錐型のレイスプレッドとする。このとき、擬似送信点Ｓ００２は、直線Ｄ００５−Ｄ００４を点Ｄ００４から点Ｄ００５と反対側に、線分Ｓ００１−Ｄ００４の長さと同じだけ伸ばした場所に位置する。また、レイスプレッドＲＳ００２を成す円錐の頂角は辺Ｓ００２−Ｄ００３と辺Ｓ００２−Ｄ００２との成す角に等しいとする。
【００３１】
以上の処理を、図５に示すＤ００５と同様な各点についてそれぞれ行うことにより、領域Ｃ００４は各回折レイに規定されたレイスプレッドによって近似的に細分される。なお、本実形態では、一例として、円錐形状のレイスプレッドを取り挙げたが、レイスプレッドの形状は、各レイスプレッドを合成した場合の領域が領域Ｃ００４にできる限り重複なく一致するように規定するのが望ましい。この様に、レイスプレッドとエッジとの交差線分を回析点の集合とし、この集合を波源として生じる回析レイの集合領域内に所定数の回析レイを割り当て、更にこれ等回析レイに対してレイスプレッド割り当てるようにしているからである。
【００３２】
次に、本発明による回折波の生成方法を用いた伝搬経路の追跡動作について図７を用いて説明する。図７の例では、構造物Ｂ０５、Ｂ０６、Ｂ０８、B0９、Ｂ１３が配置された空間において、送信点Ｂ１８からレイを放射した場合の経路追跡を考える。
【００３３】
送信点Ｂ１８から放射されたレイＢ０３は構造物Ｂ０６と反射点Ｂ１９にて衝突し、この点で反射・透過が発生する。透過したレイはＢ０７に示すような経路にて放出され、さらにこれ以降の経路追跡が所望の終了条件を満たすまで行われる。ここでは、反射されたレイＢ１１に着目して話を進める。反射点Ｂ１９で発生した反射レイＢ１１はさらに構造物Ｂ０９へと到達し、反射点Ｂ２０において透過レイＢ１５と反射レイＢ１０が生成される。これらの透過レイと反射レイは、いずれも以降同様に所望の終了条件を満たすまで経路追跡が行われる。
【００３４】
一方、本発明によると図７の例の場合には、レイＢ１１からさらに回折レイも生成される。Ｂ０１、Ｂ０２およびＢ１２、Ｂ１６は、それぞれレイＢ０３およびＢ１１に対するレイスプレッドの包絡線であり、図７の例では、レイＢ１１と構造物Ｂ１３のエッジとの距離がレイスプレッドよりも小さいので、構造物Ｂ１３のエッジ上の回折点Ｂ２１を起点とする回折レイを生成する。他だし、この例では、レイＢ１１が送信点から放射された直後のレイではないので、レイＢ１１の起点となる反射点Ｂ１９から、送信点Ｂ１８と当該起点Ｂ１９の間の伝搬距離だけレイＢ１１の進行方向と逆向きに進んだ点Ｂ２２を擬似送信点とし、レイＢ１１がこの擬似送信点Ｂ２２から放射されたものとして、回折レイの生成に関する前記実施の形態を適用する。
【００３５】
なお、今回は前記起点が反射点であったが、当該起点が透過点もしくは回折点の場合も同様に、擬似送信点を設けて本発明の実施の形態を適用する。
【００３６】
前記実施の形態に従った場合に、回折点Ｂ２１に入射するレイはＢ１４であり、これに対して複数の回折レイＢ１７が生成される。これらの回折レイについては、以降同様に所望の終了条件を満たすまで経路追跡を続ける。このように、反射・透過・回折を考慮して経路追跡を行うことにより、受信点における最終的な電波伝搬特性の推定結果を導く。
【００３７】
以上のように、レイの広がりを考慮した本実施の形態による手法方法を用いると、イメージング法にＵＴＤ法を組み合わせたときに回折レイが生じる場合には、レイラウンチング法の場合でも回折レイが生成されるようになる。さらに、本発明によれば、回折点から放射された回折レイの伝搬追跡処理は、通常のレイラウンチング法の追跡処理と同様に取り扱うことができる利点がある。すなわち、擬似送信点から放射されたレイに対して構造物との衝突判定を行い、観測点との受信判定処理は回折レイに規定されたレイスプレッドを用いて行うという枠組みが維持されているため、従来のラウンチング法と組み合わせて回折現象を推定するのが容易である。
【００３８】
以上のとおり、本発明によるとレイラウンチング法の高速処理性とＵＴＤ法による高精度な回折評価機能を容易に結合することができ、高速かつ高精度な電波伝搬推定機能を提供することが可能となる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。上記の第１の実施の形態では、回折レイを生成する際に２つの回折円錐Ｃ００２とＣ００３によって規定される領域Ｃ００４の断面に、等間隔もしくは不等間隔に点を配置する方法を用いた。第２の実施形態では、仮想的な反射平面を用いて回折レイを生成する方法を用いる。
【００４０】
図８と図９は、回折レイならびにレイスプレッドの包絡線（以下、レイスプレッド包絡線）の発生方法を説明する図である。図８では、円錐形状のレイスプレッドを想定し、入射レイＲ００５および当該レイに対するレイスプレッド包絡線の一部Ｒ２１、Ｒ２２が構造物Ｅ００１の回折エッジＥ００２に入射する様子を示している。
【００４１】
ここで、回折エッジＥ００２に接し、構造物Ｅ００１と角度Ｔ２２をなす仮想反射平面ＶＲ０１を設け、当該仮想反射平面にレイＲ００５ならびにレイスプレッド包絡線Ｒ２１、Ｒ２２が入射するとして、反射レイならびに反射レイスプレッド包絡線を発生させる。このとき反射の法則により、入射レイと仮想反射平面ＶＲ０１とのなす角Ｔ２０と反射レイＲ００８と仮想反射平面ＶＲ０１とのなす角Ｔ２１は等しい。仮想反射平面ＶＲ０１は回折エッジＥ００２を含むので、なす角Ｔ２０となす角Ｔ２１はそれぞれ入射レイと反射レイが回折エッジと成す角に等しい。
【００４２】
したがって、従来のＵＴＤ法と比較すると、この方法によって生成される当該反射レイならびに当該反射レイスプレッド包絡線は、角度Ｔ２２に対する回折レイならびに当該回折レイに対するレイスプレッド包絡線に相当する。なお、図９に示したレイスプレッド包絡線はごく一部であり、入射レイＲ００５および当該入射レイに対する回折レイＲ００８を取り囲むように無数のレイスプレッド包絡線が規定される。
【００４３】
回折エッジと仮想反射平面のなす角を変化させて、他の角度についても同様に回折レイならびにレイスプレッド包絡線を発生させる。図９は、図８で規定した回折エッジと仮想反射平面のなす角Ｔ２２よりさらに角度Ｔ３２を小さくした場合の回折レイならびにレイスプレッド包絡線の一部を示している。この場合も、入射レイＲ００５と回折エッジＥ００２がなす角Ｔ２０は、回折レイＲ００９と回折エッジＥ００２とがなす角Ｔ３１と等しい。
【００４４】
このように、回折レイを生成する場合、回折エッジと仮想反射平面のなす角を離散的に変化させると有限数の回折レイが生成され、同時に入射レイのレイスプレッドに応じて回折レイのレイスプレッドも規定される。このとき、回折エッジと仮想反射平面のなす角の離散間隔は、入射レイスプレッドの拡がり具合に応じて、生成される各回折レイのレイスプレッドの和領域が領域Ｃ００４にできるだけ重複なく近似するように決められる。
【００４５】
以上の方法に従うと、第１の実施の形態と同様に、レイラウンチング法とＵＴＤ法を組み合わせて高速かつ高精度に回折波を考慮した電波伝搬推定を実現することができる。
【００４６】
図１０は上述した実施の形態の処理動作を実現するための機能ブロックを示す図である。図１０において、衝突点検出部１は送信点、反射点、透過点もしくは回折点から放射されたレイと、伝搬環境内部に設置された構造物との衝突点を検出するブロックである。反射・透過レイ生成部２は、衝突点検出部１で検出された衝突点において、反射・透過レイを生成するブロックである。レイスプレッド規定部３はこれ等レイのレイスプレッドを規定するブロックであり、当該レイに対して送信点からの伝搬距離の関数としてレイスプレッドが規定される。上記実施の形態では、当該距離が大なる程その半径が大となるようなスプレッドであり、例えば、円錐形である。
【００４７】
距離算出部４はレイと構造物のエッジとの距離算出をなすものであり、またスプレッド半径算出部は、距離算出部４による算出距離を定めるレイ上の点とエッジ上の点とをを求めて、レイ上の点から送信点までの距離に対するスプレッド半径を求めるものである。交差エッジ検出部６はレイと構造物エッジの間の距離とレイスプレッド半径を比較して、レイスプレッドとエッジの間に交差領域が存在するか否かを判定するものである。
【００４８】
入射レイ生成部７は、交差エッジ検出部６でレイスプレッドと交差するエッジが検出された場合に、エッジに入射するレイを計算するブロックである。回折レイ生成部８は、入射レイ生成部部７で計算された入射レイが交差エッジ検出部６で検出された交差エッジ領域に入射して発生する回折レイを生成するブロックである。制御部９はこれら各部１〜８を制御するものであり、記録媒体１０に記憶されているプログラムの動作手順に従って動作して各部の制御を行うものであって、ＣＰＵ（コンピュータ）からなる。記録媒体１０はＲＡＭ及びＲＯＭからなり、ＲＡＭはＣＰＵの作業用メモリであり、ＲＯＭはプログラムを格納したものである。上記の各実施の形態における動作処理手順は、予めプログラムとしてこのＲＯＭに格納しておくことで、制御可能である。
【００４９】
図１１は本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートであり、図１０の機能ブロックの動作にしたがった処理手順となっており、図１０の各部１〜８の各処理を、ステップＳ１〜Ｓ８として、それぞれ対応して示している。
【００５０】
本発明の実施の形態において、レイトレーシングによる経路追跡演算は、一般に負荷が大きく、複雑な伝搬環境を対象とする場合には膨大な計算時間を要することがある。また、図１０の回折レイ生成部８で生成する回折レイの総数が多い場合には、この経路追跡処理に要する時間がさらに増えて全体の計算時間を押し上げる。
【００５１】
本発明の実施の形態は単一ＣＰＵを用いても実現しうるが、複雑な伝搬環境を精度良く短時間で解析するには、複数のＣＰＵを用いて処理を並列化させるのが有効である。図１２は、かかる考え方に従って、本発明の実施の形態を複数ＣＰＵを用いて実現する際の基盤システムを説明する図である。Ｎ個の中央演算ユニット（ＣＰＵ１〜Ｎ）Ｆ０２〜Ｆ０５、共通記録装置Ｆ０１、ネットワークＦ０６からなり、各ＣＰＵは他の全てのＣＰＵとネットワークＦ０６を介して通信することが可能である。共通記録装置Ｆ０１は全てのＣＰＵ１〜Ｎから読み書きが可能である。
【００５２】
共通記録装置Ｆ０１はＣＰＵのいずれかの内部に配置される場合があり、この場合、当該ＣＰＵ以外のＣＰＵはネットワークＦ０６を経由して共通記録装置Ｆ０１にアクセスする。共通記録装置Ｆ０１はネットワークＦ０６上に配置される場合がある。共通記録装置Ｆ０１は、電波伝搬特性の記録や、各ＣＰＵを制御するための動作プログラムを格納する等に使用されるものである。
【００５３】
図１３は経路追跡処理を複数ＣＰＵで分散処理する方法について説明する図である。送信点と受信点を結ぶレイの伝搬経路は、送信点を起点とする方位ごとに互いに重複なく分類することができる。したがって、送信点を起点とする各方位ごとの経路探索処理を異なるＣＰＵに割り当てれば全体の経路探索処理を並列化することができる。図１３はこの方法に従ってレイの経路追跡を並列分散処理する構成を説明する図である。Ｃ０１〜Ｃ０４で示される互いに異なるＭ個の方位の経路追跡処理がＣ１１〜Ｃ１３で示される複数のＣＰＵに割り当てられる様子が示されている。この方法に従えば、経路追跡処理を並列化して短時間で演算を終えることができる。
【００５４】
上記実施の形態に従った伝搬解析システムはスタンドアロン型の計算機を用いても実現できるが、個々のユーザが独自にシステムを構築するとコスト高になる傾向が否めない。図１４は伝搬解析部分をネットワークを介して複数のユーザ間で共用するシステムモデルを説明する図である。このモデルでは、ユーザ端末２００が広域ネットワーク２０１を介してサーバ２０２にアクセスする。サーバ２００にはユーザ認証機能と伝搬解析機能が含まれており、前記実施例で述べた単数もしくは複数ＣＰＵを利用した伝搬解析システムはこの部分に集約される。
【００５５】
図１４のシステムにおいて、ユーザはまず、ユーザ端末内に格納されている編集クライアントを用いて環境データの編集を行う（Ｐ１００）。環境データには、解析対象となる空間の構造情報が記されており、伝搬解析シミュレータはこの構造情報をもとにレイトレーシングを行う。また、環境データには解析対象となる無線システムの仕様に関する特性情報が記される場合もあり、個々の機器特性に応じたエンジンの振る舞いをこの環境データを介してエンジンに指示することもできる。
【００５６】
次に、作成した環境データをサーバへ転送するためにサーバ２０２との間でユーザ認証を行い（Ｐ１０１）、アクセス許可を得る（Ｐ１０２）。サーバとユーザ端末の間で交換されるデータは、認証系によるアクセス制御と通信路の暗号化によって機密保持が行われており、環境データの記載内容や解析データが当該ユーザ外の第三者に漏れることのないようにしてある。
【００５７】
認証処理が済んだ後は、ユーザの環境データをサーバへ転送し（Ｐ１０３）、サーバ側では受信した環境データをもとに伝搬解析を行う（Ｐ１０４）。解析が終了すると、解析結果をユーザ端末に転送し（Ｐ１０５）、ユーザは端末で解析結果を表示する（Ｐ１０６）。
【００５８】
以上のように、この方法に従えば、伝搬解析シミュレータのような高コスト部を集約して共有することで、解析コストを低く抑えることができる。また、システムの中心部分を一元管理できるため、メンテナンスが容易になるという利点もある。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、レイラウンチング方によって電波伝搬特性の推定を行うに際して、構造物のエッジ付近をレイが通過する場合、このエッジとレイとの距離がレイスプレッドの半径よりも小なるときは、当該エッジで回折波を発生させるようにすることにより、従来のレイラウンチング法と組み合わせが容易になり、レイの回折波をも考慮した高速で高精度の電波伝搬特性の推定が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における回折レイの発生状況を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態における回折レイ生成判定について説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における回折円錐を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における回折円錐を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における回折レイ通過点の配置を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態における回折レイの生成方法を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における経路追跡動作を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における回折レイの生成方法を説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における回折レイの生成方法を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態における経路追跡の機能ブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態における動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態を複数ＣＰＵを用いて実行する基盤システムの構成図である。
【図１３】本発明の実施形態のプロセスを複数ＣＰＵに割り当てる方法を説明する図である。
【図１４】本発明の実施形態による電波伝搬推定システムの構成図である。
【図１５】レイラウンチング法を模式的に説明する図である。
【図１６】一本のレイに対する観測点におけるパスプロファイルの例を示す図である。
【図１７】レイラウンチング法により得られる観測点におけるパスプロファイルの例を示す図である。
【図１８】レイラウンチング法を模式的に説明する他の図である。
【図１９】ＵＴＤ（Uniform Theory of Diffraction ）法を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 衝突検出部
２ 反射・透過レイ生成部
３ レイスプレッド規定部
４ 距離算出部
５ スプレッド半径算出部
６ 交差エッジ検出部
７ 入射レイ生成部
８ 回折レイ生成部
９ 制御部
１０ 記録媒体
Ｃ００２，Ｃ００３ 回折円錐
Ｃ００４ 回折円錐Ｃ００２，Ｃ００３間の領域
Ｄ００２，Ｄ００３ 交差区間端点
Ｄ００４ 回折点
Ｅ００１ 構造物（内容物）
Ｅ００２ エッジ
Ｅ００３ 交差区間
Ｒ００３ レイ
ＲＳ００１ スプレッド
Ｓ００１ 送信点
ＶＲ０１ 仮想反射平面
Claims (13)
- 三次元空間上に規定される観測空間内にエッジを有する構造物、送信点、受信点が夫々与えられ、前記送信点から異なる角度で複数の電波線（レイ）が放出され、前記レイはその進行に伴う前記構造物との衝突により反射並びに透過を繰り返し、この反射並びに透過の繰り返しの間、前記レイが前記受信点の近傍を通過した時に、通過時刻と強度とを得るレイラウンチング処理をなすようにした電波伝搬特性予測システムであって、
前記レイに対して前記送信点からの伝搬距離の関数として与えられるレイスプレッドを規定するレイスプレッド規定手段と、
前記レイと前記エッジとの距離を求める距離算出手段と、
前記距離を定める前記レイ上の点と前記エッジ上の点を求めて、前記レイ上の点から前記送信点までの距離に対するレイスプレッド半径を求める半径算出手段と、
前記レイスプレッド半径が、前記レイと前記エッジとの距離以上の場合に、前記エッジ上の点を回折点として複数の回折レイを発生させる回折レイ生成手段と、
を含むことを特徴とする電波伝搬特性推定システム。 - 前記レイスプレッド規定手段は、前記送信点からの前記レイの伝搬距離が大になるにしたがって、前記レイスプレッドの半径が大になるような関数として規定することを特徴とする請求項１記載の電波伝搬特性推定システム。
- 前記回折レイ生成手段は、前記回折レイの生成に係る入射レイとして、前記回折点と送信点、もしくは前記レイの最直近の反射点、透過点、回折点から求まる擬似送信点と前記回折点を結ぶ線とすることを特徴とする請求項１または２記載の電波伝搬特性推定システム。
- 前記回折レイ生成手段は、前記レイスプレッドと前記エッジとの交差線分を回折点の集合とし、この回折点の集合を波源として生じる回折レイの集合領域内に所定数の回折レイを割り当て、さらにこれら各回折レイに対してレイスプレッドを割り当てることを特徴とする請求項１または２記載の電波伝搬特性推定システム。
- 前記回折レイ生成手段は、前記エッジに接する複数の仮想平面を仮定し、各仮想平面上で前記入射レイを入射波とする反射波を生成し、これらを回折レイとすることを特徴とする請求項３記載の電波伝搬特性推システム。
- 前記送信点を起点とするレイの方位ごとに、前記各手段を設けて、並列に実行するようにしたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の電波伝搬特性推システム。
- 三次元空間上に規定される観測空間内にエッジを有する構造物、送信点、受信点が夫々与えられ、前記送信点から異なる角度で複数の電波線（レイ）が放出され、前記レイはその進行に伴う前記構造物との衝突により反射並びに透過を繰り返し、この反射並びに透過の繰り返しの間、前記レイが前記受信点の近傍を通過した時に、通過時刻と強度とを得るレイラウンチング処理をなすようにした電波伝搬特性予測方法であって、
前記レイに対して前記送信点からの伝搬距離の関数として与えられるレイスプレッドを規定するレイスプレッド規定ステップと、
前記レイと前記エッジとの距離を求める距離算出ステップと、
前記距離を定める前記レイ上の点と前記エッジ上の点を求めて、前記レイ上の点から前記送信点までの距離に対するレイスプレッド半径を求める半径算出ステップと、
前記レイスプレッド半径が、前記レイと前記エッジとの距離以上の場合に、前記エッジ上の点を回折点として複数の回折レイを発生させる回折レイ生成ステップと、
を含むことを特徴とする電波伝搬特性推定方法。 - 前記レイスプレッド規定ステップは、前記送信点からの前記レイの伝搬距離が大になるにしたがって、前記レイスプレッドの半径が大になるような関数として規定することを特徴とする請求項７記載の電波伝搬特性推定方法。
- 前記回折レイ生成ステップは、前記回折レイの生成に係る入射レイとして、前記回折点と送信点、もしくは前記レイの最直近の反射点、透過点、回折点から求まる擬似送信点と前記回折点を結ぶ線とすることを特徴とする請求項７または８記載の電波伝搬特性推定方法。
- 前記回折レイ生成ステップは、前記レイスプレッドと前記エッジとの交差線分を回折点の集合とし、この回折点の集合を波源として生じる回折レイの集合領域内に所定数の回折レイを割り当て、さらにこれら各回折レイに対してレイスプレッドを割り当てることを特徴とする請求項７または８記載の電波伝搬特性推定方法。
- 前記回折レイ生成ステップは、前記エッジに接する複数の仮想平面を仮定し、各仮想平面上で前記入射レイを入射波とする反射波を生成し、これらを回折レイとすることを特徴とする請求項９記載の電波伝搬特性推方法。
- 前記送信点を起点とするレイの方位ごとに、前記各ステップを、並列に実行するようにしたことを特徴とする請求項７〜１１いずれか記載の電波伝搬特性推方法。
- 三次元空間上に規定される観測空間内にエッジを有する構造物、送信点、受信点が夫々与えられ、前記送信点から異なる角度で複数の電波線（レイ）が放出され、前記レイはその進行に伴う前記構造物との衝突により反射並びに透過を繰り返し、この反射並びに透過の繰り返しの間、前記レイが前記受信点の近傍を通過した時に、通過時刻と強度とを得るレイラウンチング処理をなすようにした電波伝搬特性予測方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記レイに対して前記送信点からの伝搬距離の関数として与えられるレイスプレッドを規定するレイスプレッド規定処理と、
前記レイと前記エッジとの距離を求める距離算出処理と、
前記距離を定める前記レイ上の点と前記エッジ上の点を求めて、前記レイ上の点から前記送信点までの距離に対するレイスプレッド半径を求める半径算出処理と、
前記レイスプレッド半径が、前記レイと前記エッジとの距離以上の場合に、前記エッジ上の点を回折点として複数の回折レイを発生させる回折レイ生成処理と、
を含むことを特徴とするコンピュータ読取り可能なプログラム。
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