JP5500082B2 - 電波伝搬特性推定システム及び電波伝搬特性推定方法，電波伝搬特性推定用プログラム - Google Patents

Description

本発明は、送信点から放射されて観測点に到達する電波の伝搬特性を推定する電波伝搬特性推定システム及び電波伝搬特性推定方法，電波伝搬特性推定用プログラムに関する。

無線通信システムを構築する際の基地局の配置等を援助する技術として、電波伝搬特性推定システム（電波伝搬シミュレータ）が知られている。この電波伝搬シミュレータは、電波を放射する地点である送信点の位置情報と電波を受信する地点である受信点の位置情報とを設定して受信点での電波状態を計算するシステムであり、このシステムによって算出された、任意の受信点での受信電力や遅延拡がりを評価して、基地局の設置場所又はパラメータ等を決定することが可能である。これによって、面的な通信可能エリアの確保や、配置する基地局数の削減などを効率的に行うことができる。

周知の電波伝搬シミュレータは、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。統計的手法とは、距離や周波数などを引数とする伝搬損失の推定式を与え、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を用いる手法である。

電波は、地形の起伏や建物などの構造物（以下、オブジェクトとする）で反射，透過，回折しながら伝搬するが、統計的手法によれば、受信点周囲のオブジェクトに関係なく、基地局からの距離，方位や送信電波の周波数に応じた電波の減衰量のみを推定するため、局所的な電波伝搬環境を高精度に推定することができない。

一方、決定論的手法とは、オブジェクトによって電波が被る影響を基に電波伝搬の推定を行う手法である。この決定論的手法の一つにレイトレーシング法がある。レイトレーシング法は、電波発信源のアンテナから放射される電波を多数の電波線（レイ）の集まりとし、各レイを反射や透過を繰り返しながら幾何光学的に伝搬するものとして追跡し、観測点に到達する多数のレイを合成して観測点での電波の損失や遅延量を求める手法である。レイトレーシング法は、オブジェクトでの反射，透過，回折の影響を加味して電波の伝搬推定を行うため、高精度な電波伝搬推定が可能である。

特に、建物の高層階を観測点とした場合、周辺からの見通しが確保されて、遠方にある多数の基地局から電波が到来し、干渉による電波品質の劣化やハンドオーバーの失敗といった問題が発生しやすいので、こうした建物内部の電波状況を大きな手間をかけずに把握し適切な対策方法を検討するためには、電波伝搬シミュレーションが有効であり、建物の高層階のような環境では、周辺オブジェクトでの電波の反射，回折を加味したレイトレーシング法の活用が有効である。

しかし、決定論的手法では、解析対象の領域内に多数のオブジェクトがある場合、電波の反射点，回折点が多くなるので、演算処理量が増大してしまう。具体的には、およそオブジェクト数の２乗に比例して演算処理量が増大してしまう。その結果、電波伝搬推定に多くの時間を要するという問題があった。

この問題を解決するため、特許文献１及び２には、レイトレーシング法において電波伝搬推定の演算処理を高速化する技術が開示されている。

特許文献１には、基地局を周辺建物よりも低い位置に設置するストリートマイクロセル環境において、送信点から受信点に至る道路および交差点の経路を検索してレイの経路を限定し、検索された経路から離れた位置にあるオブジェクトを除外して電波伝搬状況の推定を行う技術が開示されている。ストリートマイクロセル環境では、電波は概ね道路に沿って伝搬するので、道路沿いから離れた建物を無視したとしても、電波伝搬推定精度に対する影響が小さい。そのため、この特許文献１に開示された技術によれば、精度を大きく劣化させることなく演算処理の高速化が実現できる。

特許文献２には、送信点及び受信点からの距離に基づいて特定された領域内の建物の情報を参照して、送信点から受信点まで伝搬する電波の軌跡を追跡する技術が開示されている。この特許文献２によれば、送信点から受信点への電波伝搬特性を精度を落とさずに高速に推定できる。

特許第３０９２６５１号公報 特開２００３−３１８８１１号公報

しかしながら、前述した通り、建物の高層階では、遠方の基地局からも電波が到来するため、前述した特許文献１及び２に開示された技術では、建物の高層階を受信点とした場合、地上高を受信点とした場合に比べてシミュレート対象の領域を拡げる必要があり、対象領域の拡大に伴ってオブジェクト数が増加し、その結果、演算処理量が増大して、電波伝搬推定に要する時間が長くなると共にシステムにかかる負担も増大するという不都合があった。

具体的には、地上高において一つの基地局から到来する電波状況の把握では、建物に電波が遮られる効果により、基地局周辺２×２ｋｍ四方の領域を対象としてシミュレートすれば十分であったが、建物の高層階における電波状況を演算するには、電波の遮蔽効果が少なくなるため、シミュレート対象とする領域を基地局周辺１０×１０ｋｍ四方程度に拡大する必要がある。前述した通り、演算処理量はオブジェクト数の２乗に比例して増大するため、対象領域の拡大に比例してオブジェクト数が増大すると仮定すると、（（１０×１０）／（２×２））^２＝６２５倍も演算処理量が増加してしまう。

そこで、本発明は、前記各特許文献に開示された技術の不都合を改善し、電波の伝搬特性の推定を、精度を落とさず高速に実行し得る電波伝搬特性推定システムおよび電波伝搬特性推定方法，電波伝搬特性推定用プログラムを提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電波伝搬特性推定システムは、送信点及びこれより高い高度に位置する観測点の周辺領域内に在る構造物の位置及び立体形状を示す構造物情報を含む地図情報を記憶した地図情報記憶部と、前記送信点及び前記観測点の各高度に基づいて前記構造物の高さの判定基準である１つの仮想基準ラインを特定する基準ライン特定手段と、前記地図情報記憶部から前記地図情報を読み出して、当該地図情報に含まれている前記構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ライン以上の高さである一部の構造物を選択するオブジェクト選択手段と、前記送信点及び前記観測点の位置情報と前記オブジェクト選択手段に選択された構造物に係る構造物情報のみを用いて当該送信点から放射された電波が当該構造物の存在に起因して反応する地点を探索し、当該電波が前記観測点に到達するまでの伝搬経路を算出する電波伝搬経路算出手段と、この算出された伝搬経路に基づいて前記観測点に至る電波の伝搬特性を推定する電波伝搬特性推定手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明の電波伝搬特性推定方法は、送信点から放射されて観測点に到達する電波の伝搬特性を、当該送信点及び当該観測点の周辺領域内に在る構造物の位置及び立体形状を示す構造物情報を含む地図情報に基づいて推定する電波伝搬特性推定方法であって、前記送信点及びこれより高い高度に位置する前記観測点の各高度に基づいて基準ライン特定手段が前記構造物の高さの判定基準である１つの仮想基準ラインを特定し、地図情報記憶部に予め記憶された前記地図情報をオブジェクト選択手段が読み出し、この読み出した地図情報に含まれている前記構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ライン以上の高さである一部の構造物をオブジェクト選択手段が選択し、前記送信点及び前記観測点の位置情報と前記選択された構造物に係る構造物情報のみを用いて電波伝搬経路算出手段が、当該送信点から放射された電波が当該構造物の存在に起因して反応する地点を探索して当該電波が前記観測点に到達するまでの伝搬経路を算出し、この算出された伝搬経路に基づいて前記観測点に至る電波の伝搬特性を電波伝搬特性推定手段が推定することを特徴とする電波伝搬特性推定方法。

また、本発明の電波伝搬特性推定用プログラムは、電波の送信点及びこれより高い高度に位置する観測点の各高度に基づいて前記構造物の高さの判定基準である１つの仮想基準ラインを特定する基準ライン特定機能と、前記送信点及び観測点の周辺領域内に在る構造物の位置及び立体形状を示す構造物情報を含む地図情報を入力し当該構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ライン以上の高さである一部の構造物を選択するオブジェクト選択機能と、前記送信点及び前記観測点の位置情報と前記選択された構造物に係る構造物情報のみを用いて当該送信点から放射された電波が当該構造物の存在に起因して反応する地点を探索し当該電波が当該観測点に到達するまでの伝搬経路を算出する電波伝搬経路算出機能と、この算出された伝搬経路に基づいて前記観測点に至る電波の伝搬特性を推定する電波伝搬特性推定機能とをコンピュータに実現させることを特徴とする。

本発明は、以上のように構成され機能するため、精度を劣化させることなく高速に電波の伝搬特性の推定を実行することができる。

本発明にかかる第１の実施形態の電波伝搬特性推定システムの構成を示す機能ブロック図である。 図１に開示した実施形態における地図情報記憶部に記憶された地図情報の一例のイメージを表す図である。 図２に示す地図情報のイメージの断面を示す図である。 図１に開示した実施形態における基地局情報記憶部に保持された基地局情報の一例を示す図である。 図１に開示した実施形態の電波伝搬特性推定システムの動作の一例を示すフローチャートである。 本発明にかかる第２の実施形態の電波伝搬特性推定システムの構成を示す機能ブロック図である。 図６に開示した実施形態におけるエリア分類手段に分類されてできた複数のエリアの一例を示す説明図である。 図６に開示した実施形態の電波伝搬特性推定システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図６に開示した実施形態の電波伝搬特性推定システムの動作の他の例を示すフローチャートである。

以下、本発明における一実施形態を、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る第１の実施形態の電波伝搬特性推定システムの構成を示す機能ブロック図である。本第１実施形態の電波伝搬特性推定システムは、無線基地局に関する基地局情報を記憶した基地局情報記憶部２３と、基地局から放射された電波の伝搬状況を観測する位置として設定された観測領域の位置情報を記憶した観測領域情報記憶部２２と、基地局（送信点）から放射されて観測領域に到達する電波の伝搬経路を送信点及び観測領域の位置情報に基づいて算出する電波伝搬経路算出手段１３と、この算出された電波伝搬経路に基づいて観測領域における電波の伝搬特性を推定する電波伝搬特性推定手段１４と、電波伝搬情報推定手段１４によって推定された電波伝搬特性を出力する電波伝搬推定結果出力手段１５とを備えている。

さらに、本第１実施形態の電波伝搬特性推定システムは、基地局（送信点）及び観測領域の周辺領域内に在る地形及び地物などの構造物（オブジェクト）の位置と立体形状を示す構造物情報を含む３次元地図情報を記憶した地図情報記憶部２１と、その地図情報を読み出して構造物情報が示すオブジェクトから一部のオブジェクトをその高さに応じて選択するオブジェクト選択手段１２とを備えており、電波伝搬経路算出手段１３が、オブジェクト選択手段１２に選択されたオブジェクトに係る構造物情報に基づいて送信点から放射された電波の経路を探索して当該電波が観測領域に到達するまでの伝搬経路を算出する機能を備えている。

ここで、基地局から放射された電波の伝搬状況を観測する位置を、３次元領域である観測領域としているので、電波伝搬経路算出手段１３はこの観測領域を通る電波線を追跡するように構成されるが、これに限らず、電波の伝搬状況を観測する位置を一点である観測点と定めて、電波伝搬経路算出手段１３は基地局（送信点）から観測点に到達する電波の伝搬経路を算出するようにしてもよい。

図１に示すとおり、本第１実施形態の電波伝搬特性推定システムは、さらに、システム全体の動作を制御する主制御部１０と、オブジェクト選択手段１２で要するオブジェクトの高さ基準である仮想基準ラインを基地局（送信点）の位置情報に基づいて設定する基準ライン特定手段１１とを備えており、オブジェクト選択手段１２は、基地局情報記憶部２３から指定の基地局の位置情報を読み出してこの基地局の位置を含む高度方向の直線を軸に仮想基準ラインを回転させてできる面を基準面として構造物情報に示されたオブジェクトのうち基準面を超える高さのオブジェクトを選択する機能を備えている。

地図情報記憶部２１は、基地局及び観測領域の周辺領域内に在る地形や建物などの構造物（オブジェクト）の構成面を座標データ（緯度，経度，高度）で表わした構造物情報を含む３次元地図情報を記憶している。観測領域情報記憶部２２は、電波受信状態を推定する対象の領域である観測領域の位置情報である座標データ（緯度，経度，高度）を記憶している。基地局情報記憶部２３は、無線基地局の位置情報（緯度，経度，高度），送信電力，送信周波数などを示す基地局情報を記憶している。

図２は、地図情報記憶部２１に記憶されている３次元地図情報の一例のイメージを示す図である。この図２に示すイメージは、地図情報記憶部２１に記憶された地図情報２１１の平面図のイメージである。地図情報記憶部２１は、図２に示すように、所定領域内の３次元地図情報２１１を記憶しており、この地図情報２１１には、地形や建物などのオブジェクトの位置，形状を示す構造物情報が含まれている。例えば、国土地理院発行の５０ｍメッシュ標高データを用いて、その格子中心の各高度データから三角形のプレーンオブジェクトを構成し、このプレーンオブジェクトの頂点座標を地形に関する構造物情報とし、株式会社ゼンリン製の「Ｚｍａｐ Ｔｏｗｎ ２」などから得られる個々の建物ポリゴンの頂点座標を建物に関する構造物情報としてもよい。

また、図２には、地図情報２１１のイメージ上に、基地局情報記憶部２３から電波の送信点として選出された基地局ａの位置と、観測領域情報記憶部２２に記憶された観測領域ｂの位置とが記されており、基地局ａの位置と観測領域ｂの代表位置とを含み水平面に垂直な面ｃを表す線分が記されている。

図３は、図２に示す地図情報２１１のイメージを、基地局ａの位置と観測領域ｂの代表位置とを含み水平面に垂直な面ｃを切断面とする断面図である。ここで、図３に示す断面図は、説明の便宜上簡略化されている。

図３に示す例では、観測領域ｂが建物３１１の高層階にあると設定されている。この場合、観測領域情報記憶部２２は、観測領域ｂの境界を表す座標を観測領域の位置情報として格納していてもよいし、観測領域ｂ内の離散的なグリッドにおいて電波伝搬を推定するならば、当該グリッドの中心座標を観測領域の位置情報として格納していてもよい。ここで、図３に示す図では、観測領域ｂは一つの建物内にあるとしたが、複数の建物にまたがる領域であってもよいし、図２に示す領域Ｄ（円の外側の領域）のような面的に広域な領域であってもよい。

図４は、基地局情報記憶部２３に記憶された基地局情報の一例を示す図である。図４に示すように、基地局情報記憶部２３には、基地局（送信点）の位置情報（経度，緯度，高度）と、送信周波数と、送信電力容量と、アンテナ高と、アンテナパタンと、アンテナ方位角と、アンテナチルト角とが、無線基地局識別子および無線セル識別子と対応付けて記憶された基地局情報が記憶されている。

基準ライン特定手段１１は、基地局情報記憶部２３に格納されている指定の基地局の位置情報を入力し、その基地局の位置を含む高度方向の直線上の点から高度方向以外の方向に向かう線を構造物選別用の仮想基準ラインに特定する機能を備えている。この仮想基準ラインと基地局の位置を含む高度方向の直線との交点座標，仮想基準ラインの形については、電波伝搬特性の推定に対して精度及び速度のどちらを重要視するかに応じて、予め設定しておく。

例えば、図３に示す例のように、基地局ａから送信されて観測領域ｂに到達する電波の伝搬特性を推定する場合、基地局ａと観測領域ｂとを結ぶ線ｆを仮想基準ラインに特定するようにしてもよい。また、基地局ａの位置座標を含む高度方向の直線に交わる高度一定の直線を仮想基準ラインとするようにしてもよい。後者の場合、仮想基準ラインの高度を観測領域ｂの高度に設定してもよいし基地局ａの高度に設定してもよく、仮想基準ラインの高度を変えて、電波伝搬特性の推定にかかる計算時間や、推定結果の精度を調整するようにしてもよい。

オブジェクト選択手段１２は、基準ライン特定手段１１に特定された仮想基準ラインを、指定の基地局（送信点）を含む鉛直線を軸にして回転させてできる面を基準面とし、構造物情報に示された構造物から基準面より小さい高度のオブジェクトを選択対象から除外し、残りのオブジェクトを選択する機能を備えている。例えば、図３に示すように基地局ａから送信されて観測領域ｂに到達する電波の伝搬特性を推定する場合、建物３０３〜３１１それぞれの頂点の座標（緯度，経度，高度）と、仮想基準ラインｆを母線として基地局ａの位置座標を含む鉛直線を軸に回転させてできる錐面とを比較し、錐面を上回る高度を有する建物３１０，３１１を選択し、錐面を下回る高度の建物３０３〜３０９を除外する。

電波伝搬経路算出手段１３は、オブジェクト選択手段１２に選択されたオブジェクトに係る構造物情報に基づいて指定の基地局（送信点）から放射された電波の経路を探索して当該電波が観測領域に到達するまでの伝搬経路を計算する機能を備えている。電波伝搬経路算出手段１３は、オブジェクト選択手段１２によって選択された各オブジェクトに対応して指定の基地局（送信点）から放射された電波が反応する地点を探索し、観測領域（観測点）までの電波の伝搬経路を計算する。電波が反応する地点とは、反射点，回折点，透過点など、電波が物理現象を起こす地点である。本実施形態の電波伝搬経路算出手段１３は、１つ以上の物理現象について探索するよう構成されており、どの物理現象について探索するか予め設定されている。例えば、電波の反射点と回折点と透過点の３種類を探索するように設定してもよいし、反射点のみ、もしくは回折点のみなど１種類だけを探索するように設定してもよい。

電波伝搬情報推定手段１４は、電波伝搬経路算出手段１３に計算された、指定の基地局から観測領域に到着した各電波線の伝搬経路に基づいて、当該観測領域における電波の伝搬特性を推定する機能を備えている。具体的に、電波伝搬情報推定手段１４は、指定の基地局（送信点）から観測領域（観測点）に到着した各電波線の伝搬経路の経路長と、この対象基地局に関する基地局情報に含まれる送信電力，周波数等とに基づいて、観測領域の伝搬損失又は遅延拡がりを算出する。

電波伝搬推定結果出力手段１５は、電波伝搬情報推定手段１４による電波伝搬特性の推定結果を出力する。例えば、観測領域内のグリッドを、指定の基地局からの電波の電界強度に応じた色で塗りつぶしこれを地図に重畳して表示してもよいし、あるいは、ユーザによって指定された観測領域内の評価対象地点における電波伝搬特性の推定結果を数値で表示するものでもあってもよい。

ここで、本第１実施形態における基準ライン特定手段１１と、オブジェクト選択手段１２と、電波伝搬経路算出手段１３と、電波伝搬特性推定手段１４と、電波伝搬推定結果出力手段１５とについては、その機能内容をプログラム化してコンピュータに実行させるように構成してもよい。

このように、本第１実施形態の電波伝搬特性推定システムでは、３次元空間に規定された建物や地形などの構造物（オブジェクト）を考慮して空間内の送信点から観測領域に至る電波の伝搬特性を推定する際に、送信点の位置と観測領域の位置との幾何的関係に応じて、一部のオブジェクトを選択し、この選択されたオブジェクトのみを考慮して電波伝搬特性の推定を行うので、全てのオブジェクトを考慮する場合に比べて高速に推定処理を実行できる。

次に、本第１実施形態の電波伝搬特性推定システムの動作について説明する。ここで、以下の動作説明は、本発明の電波伝搬特性推定方法の実施形態となる。

図５は、本第１実施形態の電波伝搬特性推定システムの動作の一例を示すフローチャートである。本第１実施形態では、まず、基準ライン特定手段１１が、観測領域情報記憶部２２に格納されている観測領域の位置情報と基地局情報記憶部２３に格納されている指定の基地局の位置情報とを読み出し（図５のステップＳ５１）、この基地局の高度と観測領域の高度との少なくとも一方に基づいて基準高度を特定する（図５のステップＳ５２）。例えば、指定の基地局（送信点）の位置と観測領域（観測点）の位置とを結ぶ直線を算出して、この直線を基地局の位置を含む鉛直線を中心軸にして回転してできる円錐面を計算し、この円錐面の各高度を基準高度に設定する。

続いて、オブジェクト選択手段１２が、地図情報記憶部２１に記憶された３次元地図情報に含まれている構造物情報に係るオブジェクトのうち基準高度以上の高さのオブジェクトを選択する（図５のステップＳ５３）。すなわち、基準高度より低いオブジェクトを選択対象から除外し、残りのオブジェクトにかかる構造物情報のみを選択する。そして、オブジェクト選択手段１２は、地図情報に含まれる全てのオブジェクトについて確認を行う（図５のステップＳ５４）。

続いて、電波伝搬経路算出手段１３が、オブジェクト選択手段１２に選択されたオブジェクトに係る構造物情報に基づいて、指定基地局（送信点）から放射された電波の経路を探索して当該電波が観測領域に到達するまでの伝搬経路を計算する（図５のステップＳ５５）。

電波伝搬情報推定手段１４が、電波伝搬経路算出手段１３に計算された伝搬経路に基づいて、指定基地局（送信点）から放射された電波の観測領域における伝搬特性を推定する（図５のステップＳ５６）。そして、電波伝搬推定結果出力手段１５が、電波伝搬情報推定手段１４による推定結果を出力する（図５のステップＳ５７）。

このように、本第１実施形態の電波伝搬特性推定システムによれば、電波伝搬特性の推定に用いる地図情報に示されたオブジェクトのうち、基準より低いオブジェクトを除外し、一部のオブジェクトを除いた地図情報に基づいて電波の伝搬特性を推定するので、建物の高層階内に観測領域を設定して電波の伝搬特性を推定する場合に、伝搬特性の推定に対する影響が少ない低層のオブジェクトを除外することができる。よって、全てのオブジェクトを残したまま推定を行うのに比べて伝搬経路の計算量を有効に減少させることができ、精度を劣化させること無く高速に電波の伝搬特性の推定を実行することができる。これにより、従来は実時間内で推定できなかった基地局から遠方の高層エリアにおける電波伝搬特性の推定を、高速かつ高精度に行うことが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明にかかる第２の実施形態について説明する。

本第２実施形態の電波伝搬特性推定システムは、指定の基地局（送信点）の周辺領域全体における電波の伝搬特性の分布を推定するように構成されている。例えば、図２及び図３に示す例のような地図情報の場合、基地局ａから遠方、地表高（地表面）から高層部に至るまでの全空間領域を格子状に複数の観測領域（観測点）に分割し、指定の基地局から放射される電波の各観測領域における伝搬特性を推定し、この結果として、指定の基地局から放射された電波の全空間領域における伝搬特性の分布を推定する。

図６は、本第２実施形態の電波伝搬特性推定システムの構成を示すブロック図である。ここで、図６においては、前述した第１実施形態の電波伝搬特性推定システムに備えられた構成要素と同様の機能を有する構成要素には、図１と同一の符号を付している。

図６に示すように、本第２実施形態の電波伝搬特性推定システムは、地図情報記憶部２１に記憶された３次元地図情報が示す空間領域の全領域が観測領域となるため、観測領域情報を記憶する手段を備えていない。そして、本第２実施形態の電波伝搬特性推定システムは、エリア分類用閾値情報取得手段６６と、エリア分類手段６７と、基準ライン特定手段６１と、オブジェクト選択手段６２と、電波伝搬経路算出手段６３と、電波伝搬特性推定手段６４と、電波伝搬推定結果出力手段６５とを備えている。

エリア分類用閾値情報取得手段６６は、地図情報記憶部２１に記憶された３次元地図情報が示す空間領域（周辺領域）を複数のエリアに分類するための閾値情報を外部入力により取得する。この閾値情報は、空間を複数に分けたときの境界面を定義するための情報であり、例えば、基地局情報記憶部２３に示された指定の基地局からの距離を示す値，海抜高度を示す値又は地面からの距離の値である。

エリア分類手段６７は、エリア分類用閾値情報取得手段６６に取得された閾値情報を基に、地図情報記憶部２１に記憶された３次元地図情報に示す空間領域（周辺領域）を複数の領域に分類する。図７は、地図情報記憶部２１に記憶された３次元地図情報の一例のイメージを表す図であり、指定の基地局ａの位置を含む断面図である。この図７に示す例では、基地局ａからの距離で示す水平方向の閾値情報に基づく境界面７２と、海抜高度で示す鉛直方向の閾値情報に基づく境界面７３とが設定されている。

図７に示す例では、基地局ａからの距離が水平方向の閾値情報以下のエリア（境界面７２から基地局ａ側のエリア）を基地局近傍エリア７４とし、基地局ａからの距離が水平方向の閾値情報を越えるエリアで高度が鉛直方向の閾値情報以下のエリア（境界面７２から基地局ａの反対側でのエリア内で境界面７３より低層側のエリア）を基地局遠方低層エリア７５とし、基地局ａからの距離が水平方向の閾値情報を越えて且つ高度が鉛直方向の閾値情報を越えるエリア（境界面７２から基地局ａの反対側でのエリア内で境界面７３より高層側のエリア）を基地局遠方高層エリア７６とする。

基準ライン特定手段６１は、基地局情報記憶部２３に格納されている指定の基地局の高度か、観測領域の高度の少なくともいずれかに基づいて、仮想基準ラインを設定する機能を備えている。本第２実施形態の基準ライン特定手段６１は、エリア分類用閾値情報取得手段６６に取得された閾値情報を超えた位置に観測領域がある場合に、仮想基準ラインを設定するように構成されていてもよい。

オブジェクト選択手段６２は、地図情報を参照し、エリア分類手段６７によって分類されてできた複数のエリアごとに、当該エリア内における電波の伝搬特性を推定するために用いるオブジェクトを選択する。例えば、図７に示す例では、基地局近傍エリア７４に観測領域がある場合は、基地局近傍エリア７４内にあるオブジェクトのみを選択し、基地局遠方低層エリア７５に観測領域がある場合は、全てのオブジェクトを選択し、基地局遠方高層エリア７６に観測領域がある場合は、基準ライン特定手段６１に設定された仮想基準ラインに基づく基準面を超える高さを有するオブジェクトを選択する。

電波伝搬経路算出手段６３は、オブジェクト選択手段１２に選択されたオブジェクトに係る構造物情報に基づいて、指定の基地局（送信点）から放射された電波の経路を探索して当該電波が観測領域に到達するまでの伝搬経路を計算する。

電波伝搬特性推定手段６４は、電波伝搬経路算出手段６３に計算された電波の伝搬経路に基づいて、観測領域における電波の伝搬特性の推定を行う。本第２実施形態の電波伝搬特性推定手段６４は、エリア分類手段６７によって分類されてできた複数のエリアのどのエリアに観測領域を設定したかによって伝搬特性の推定方法を変える機能を備えていてもよい。

例えば、図７に示す例では、基地局近傍エリア７４あるいは基地局遠方高層エリア７６に観測領域がある場合は、周辺オブジェクトによる局所的な電波の変動が大きいため、電波伝搬経路算出手段６３に計算された電波の伝搬経路に基づいて、すなわちレイトレーシング法を用いた推定を行う。一方、基地局遠方低層エリア７５に観測領域がある場合は、多数のオブジェクトによる統計多重効果が得られるため、統計的手法を用いた推定を行う。電波伝搬推定結果出力手段６５は、電波伝搬特性推定手段６４による推定結果を出力する。

ここで、基地局遠方低層エリア７５に観測領域がある場合に、オブジェクト選択手段６２が、全オブジェクトを選択することとし、基地局遠方低層エリア７５に観測領域がある場合に、電波伝搬特性推定手段６４が統計的手法を用いて伝搬推定を行うように構成する場合は、統計的手法を適用するために必要な地図情報（統計地図情報）を地図情報記憶部２１が記憶し、オブジェクト選択手段１２が、この統計地図情報を選択する機能を備えていてもよい。統計地図情報とは、具体的には建物占有面積率や平均建物高などの値である。

また、前述した、図７に示す例では、エリア分類手段６７が、空間領域を基地局近傍エリア７４と基地局遠方低層エリア７５と基地局遠方高層エリア７６との３つのエリアに分類しているが、これに限らず、高度が水平方向の閾値情報を超えるエリアを基地局ａからの距離に関わらず高層エリアとし、高度が水平方向の閾値情報以下であって基地局ａからの距離が鉛直方向の閾値情報以下のエリアを基地局近傍低層エリア，鉛直方向の閾値情報を超えるエリアを基地局遠方低層エリアという３つのエリアに分類するように構成してもよい。この場合、オブジェクト選択手段６２は、観測領域が高層エリアにある場合に、構造物情報に示された構造物から基準面を超える高さの構造物を選択する。

ここで、本第２実施形態における基準ライン特定手段６１と、オブジェクト選択手段６２と、電波伝搬経路算出手段６３と、電波伝搬特性推定手段６４と、電波伝搬推定結果出力手段６５と、エリア分類用閾値情報取得手段６６と、エリア分類手段６７とについては、その機能内容をプログラム化してコンピュータに実行させるように構成してもよい。

次に、本第２実施形態の電波伝搬特性推定システムの動作について説明する。ここで、以下の動作説明は、本発明の電波伝搬特性推定方法の実施形態となる。

図８は、本第２実施形態の電波伝搬特性推定システムの動作を示すフローチャートである。本第２実施形態では、まず、エリア分類用閾値情報取得手段６６が、地図情報に示された領域を複数のエリアに分類するための閾値情報を取得する（図８のステップＳ８１）。エリア分類手段６７が、取得された閾値情報を基に、地図情報に示された空間領域を複数のエリアに分類する（図８のステップＳ８２）。

続いて、電波伝搬特性推定手段６４が、分類されてできた全てのエリアに対して、電波伝搬推定処理が完了しているか否かを判定する（図８のステップＳ８３）。電波伝搬推定処理が完了していないエリアが残っていれば、そのうちの一つのエリアを抽出する。抽出されたエリアに応じて、オブジェクト選択手段６２が電波伝搬推定を行うために必要なオブジェクトを選択する（図８のステップＳ８４）。そして、電波伝搬情報推定手段６４は、選択されたオブジェクトの情報に基づいて、エリアに応じた方式を用いて電波の伝搬特性の推定を行う（図８のステップＳ８５）。

一方、全エリアに対して電波伝搬推定処理が完了していれば、電波伝搬推定結果出力手段６５が、分類されてできた複数のエリアにおける推定結果を合算し（図８のステップＳ８６）、この合算した推定結果を出力する（図８のステップＳ８７）。

ここで、本第２実施形態におけるエリア分類用閾値情報取得手段６６は、地図情報に示された領域を複数のエリアに分類するための閾値情報を、外部入力により取得するように構成されているが、これに限らず、電波伝搬解析の条件に基づいて閾値情報を算出するように構成してもよい。これにより、ユーザが閾値情報を入力する手間を削減できるという効果がある。例えば、図７に示す、水平方向の閾値情報（境界面７２を定義する情報）と鉛直方向の閾値情報（境界面７３を定義する情報）を計算する方法は、以下に説明する２つの方法のいずれかを用いるとよい。

第１の方法は、基地局遠方低層エリア７５に対する電波伝搬推定の際に統計的手法を用いると設定した場合に当該統計的手法の適用範囲に基づいて閾値を決定する方法である。例えば、電波伝搬特性推定手段６４が基地局遠方低層エリア７５に対する電波伝搬推定の際に「奥村一秦モデル」を用いるように構成された場合、「奥村一秦モデル」の適用距離の下限は１ｋｍであるので、水平方向の閾値情報を１ｋｍとし、「奥村一秦モデル」の移動局アンテナ高の上限は１０ｍであるので、鉛直方向の閾値情報を１０ｍと算出する。

第２の方法は、見込まれる電波の到達範囲を基に閾値を決定する方法である。例えば、伝搬環境が都市部で、観測領域で電波を受信する装置として携帯電話を想定した場合、地表高に電波が到達するのは基地局からの距離が約数ｋｍ以内なので、これをもとに、水平方向の閾値情報（基地局からの距離）を、例えば３ｋｍと決定する。また、他の例としては、観測領域の位置を周辺の建物の高さよりも高い場所に設定した場合、水平方向の閾値情報を超えても電波到達が見込めるため、鉛直方向の閾値情報として全オブジェクトの高度の平均値を算出する。後者の例では、基地局から遠方で鉛直方向の閾値情報を下回るエリアに対して電波伝搬推定を行わないようにシステムを構成してもよい。

この場合の電波伝搬特性推定システムの動作について図９に基づいて説明する。まず、エリア分類用閾値情報取得手段（エリア分類用閾値情報計算手段）６６が、地図情報に示された領域を複数のエリアに分類するための閾値情報を計算する（図９のステップＳ９１）。エリア分類手段６７が、閾値情報を基に、地図情報に示された空間領域を複数のエリアに分類する（図９のステップＳ９２）。続いて、電波伝搬特性推定手段６４が、分類されてできた全てのエリアに対して、電波伝搬推定が完了しているか否かを判定する（図９のステップＳ９３）。電波伝搬推定が完了していないエリアが残っていれば、そのうちの一つのエリアを抽出する。

オブジェクト選択手段６２が、抽出されたエリアに応じて、電波伝搬推定を行うために必要なオブジェクトを選択する（図９のステップＳ９４）。そして、電波伝搬情報推定手段６４は、選択されたオブジェクトの情報に基づいて、電波の伝搬特性の推定を行う（図９のステップＳ９５）。一方、全エリアに対して電波伝搬推定が完了していれば、電波伝搬推定結果出力手段６５が、分類されてできた複数のエリアにおける推定結果を合算し（図９のステップＳ９６）、この合算した推定結果を出力する（図９のステップＳ９７）。

このように、本第２実施形態の電波伝搬特性推定システムによれば、送信点周辺の地図情報上の空間領域を複数のエリアに分類して、エリア毎に最適な手法を用いて電波の伝搬特性を推定することができ、その結果、電波の伝搬特性のエリア分布を精度を落とさずに高速で推定することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明にかかる第３の実施形態について説明する。

本第３実施形態の電波伝搬特性推定システムは、送信点から放射されて観測点に到達する電波の伝搬経路を予め設定された当該送信点及び当該観測点の位置情報に基づいて算出する電波伝搬経路算出手段と、この算出された電波伝搬経路に基づいて観測点における電波の伝搬特性を推定する電波伝搬特性推定手段とを備えており、送信点及び観測点の周辺領域内に在る構造物の位置及び立体形状を示す構造物情報を含む地図情報を記憶した地図情報記憶部と、この地図情報記憶部から地図情報を読み出してそれに含まれた構造物情報に示された構造物から一部の構造物をその高さに応じて選択するオブジェクト選択手段とを備えている。

本第３実施形態における電波伝搬経路算出手段は、オブジェクト選択手段に選択された構造物に係る構造物情報に基づいて送信点から放射された電波の経路を探索し当該電波が前記観測点に到達するまでの伝搬経路を算出する機能を備えている。

本第３実施形態の電波伝搬特性推定システムの動作は、まず、オブジェクト選択手段が、地図情報記憶部に予め記憶された地図情報を読み出して、当該地図情報に含まれている構造物情報に示された構造物から一部の構造物をその高さに応じて選択し、電波伝搬経路算出手段が、この選択された構造物に係る構造物情報と送信点及び観測点の位置情報とに基づいて送信点から放射された電波の経路を探索して当該電波が当該観測点に到達するまでの伝搬経路を算出し、電波伝搬特性推定手段が、この算出された伝搬経路に基づいて観測点における電波の伝搬特性を推定する。

以上のように、本第３実施形態の電波伝搬特性推定システムによれば、建物の高層階を観測点に設定した場合に、当該観測点における電波伝搬特性に与える影響が小さい構造物である低い高さの構造物を除外して伝搬経路の計算を行うことが可能となり、精度を劣化させることなく高速に電波の伝搬特性の推定を実行することができる。

以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は２００９年２月３日に出願された日本出願特願２００９−０２２８３８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明によれば、移動通信における無線エリア設計において、基地局を設置する前にサービスエリア内の電波状況を把握するといった用途や、現状の基地局設計において弱電や電波干渉が生じて問題となっているエリアを把握し、適切な対策方法を検討するといった用途に適用可能である。特に、建物の高層階における電波干渉の影響を把握するといった用途に適用可能である。

１０ 制御部
１１，６１ 基準ライン特定手段
１２，６２ オブジェクト選択手段
１３，６３ 電波伝搬経路算出手段
１４，６４ 電波伝搬特性推定手段
１５，６５ 電波伝搬推定結果出力手段
２１ 地図情報記憶部
２２ 観測領域情報記憶部
２３ 基地局情報記憶部
６６ エリア分類用閾値情報取得手段
６７ エリア分類手段
ａ 基地局（送信点）
ｂ 観測領域（観測点）
ｃ 切断面
Ｄ 地図情報のイメージの平面図
ｆ 仮想基準ラインの一例
３０３〜３１２ オブジェクト（構造物）
７２ 水平方向の閾値情報に基づく面
７３ 鉛直方向の閾値情報に基づく面
７４ 基地局近傍エリア
７５ 基地局遠方低層エリア
７６ 基地局遠方高層エリア
２１１ 地図情報のイメージ

Claims (18)

1. 送信点及びこれより高い高度に位置する観測点の周辺領域内に在る構造物の位置及び立体形状を示す構造物情報を含む地図情報を記憶した地図情報記憶部と、
   前記送信点及び前記観測点の各高度に基づいて前記構造物の高さの判定基準である１つの仮想基準ラインを特定する基準ライン特定手段と、
   前記地図情報記憶部から前記地図情報を読み出して、当該地図情報に含まれている前記構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ライン以上の高さである一部の構造物を選択するオブジェクト選択手段と、
   前記送信点及び前記観測点の位置情報と前記オブジェクト選択手段に選択された構造物に係る構造物情報のみを用いて当該送信点から放射された電波が当該構造物の存在に起因して反応する地点を探索し、当該電波が前記観測点に到達するまでの伝搬経路を算出する電波伝搬経路算出手段と、
   この算出された伝搬経路に基づいて前記観測点に至る電波の伝搬特性を推定する電波伝搬特性推定手段と、を有することを特徴とした電波伝搬特性推定システム。
2. 前記請求項１に記載の電波伝搬特性推定システムにおいて、
   前記基準ライン特定手段は、前記送信点と前記観測点とを結ぶ線を前記仮想基準ラインとして特定する機能を備えたことを特徴とする電波伝搬特性推定システム。
3. 前記請求項１に記載の電波伝搬特性推定システムにおいて、
   前記基準ライン特定手段は、前記送信点を含む高度方向の直線に交わり且つ前記観測点以下に位置する高度一定の線を前記仮想基準ラインとすることを特徴とした電波伝搬特性推定システム。
4. 前記請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電波伝搬特性推定システムにおいて、
   前記地図情報に示された前記周辺領域を前記送信点の位置情報に応じて前記送信点から近傍の領域，遠方低層の領域，遠方高層の領域に分類するエリア分類手段を備え、
   前記オブジェクト選択手段は、前記観測点が前記遠方高層の領域にある場合に、前記地図情報に含まれている構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ラインを超える高さの構造物を選択することを特徴とする電波伝搬特性推定システム。
5. 前記請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電波伝搬特性推定システムにおいて、
   前記地図情報に示された前記周辺領域を前記送信点の位置情報に応じて高層領域及び低層領域に分類するエリア分類手段を備え、
   前記オブジェクト選択手段は、前記観測点が前記高層領域にある場合に、前記地図情報に含まれている構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ラインを超える高さの構造物を選択することを特徴とする電波伝搬特性推定システム。
6. 前記請求項１乃至５の何れか１つに記載の電波伝搬特性推定システムにおいて、
   前記オブジェクト選択手段が、前記送信点を含む高度方向の直線を軸にして前記仮想基準ラインを回転させてできる面を基準面として、前記地図情報に含まれている構造物情報に示された構造物の中から当該基準面を越える高さの構造物を選択することを特徴とする電波伝搬特性推定システム。
7. 送信点から放射されて観測点に到達する電波の伝搬特性を、当該送信点及び当該観測点の周辺領域内に在る構造物の位置及び立体形状を示す構造物情報を含む地図情報に基づいて推定する電波伝搬特性推定方法であって、
   前記送信点及びこれより高い高度に位置する前記観測点の各高度に基づいて基準ライン特定手段が前記構造物の高さの判定基準である１つの仮想基準ラインを特定し、
   地図情報記憶部に予め記憶された前記地図情報をオブジェクト選択手段が読み出し、
   この読み出した地図情報に含まれている前記構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ライン以上の高さである一部の構造物をオブジェクト選択手段が選択し、
   前記送信点及び前記観測点の位置情報と前記選択された構造物に係る構造物情報のみを用いて電波伝搬経路算出手段が、当該送信点から放射された電波が当該構造物の存在に起因して反応する地点を探索して当該電波が前記観測点に到達するまでの伝搬経路を算出し、
   この算出された伝搬経路に基づいて前記観測点に至る電波の伝搬特性を電波伝搬特性推定手段が推定することを特徴とする電波伝搬特性推定方法。
8. 前記請求項７に記載の電波伝搬特性推定方法において、
   前記送信点と前記観測点とを結ぶ線を前記基準ライン特定手段が前記仮想基準ラインとして特定すること特徴とした電波伝搬特性推定方法。
9. 前記請求項７に記載の電波伝搬特性推定方法において、
   前記仮想基準ラインを、前記送信点を含む高度方向の直線に交わり且つ前記観測点以下に位置する高度一定の直線として前記基準ライン特定手段が特定することを特徴とした電波伝搬特性推定方法。
10. 前記請求項７乃至９の何れか１つに記載の電波伝搬特性推定方法において、
    前記オブジェクト選択手段が構造物の選択をする前に、
    前記地図情報に示された前記周辺領域をエリア分類手段が前記送信点の位置情報に応じて前記送信点から近傍の領域，遠方低層の領域，遠方高層の領域に分類し、
    前記オブジェクト選択手段が構造物の選択をするに際しては、前記観測点が前記遠方高層の領域にある場合に、前記地図情報に含まれている構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ラインを超える高さの構造物を選択することを特徴とする電波伝搬特性推定方法。
11. 前記請求項７乃至９の何れか１つに記載の電波伝搬特性推定方法において、
    前記オブジェクト選択手段が構造物の選択をする前に、
    前記地図情報に示された前記周辺領域をエリア分類手段が前記送信点の位置情報に応じて高層領域及び低層領域に分類し、
    前記オブジェクト選択手段が構造物の選択をするに際しては、前記観測点が前記高層領域にある場合に、前記地図情報に含まれている構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ラインを超える高さの構造物を選択することを特徴とする電波伝搬特性推定方法。
12. 前記請求項７乃至１１の何れか１つに記載の電波伝搬特性推定方法において、
    前記構造物を選択するに際して前記オブジェクト選択手段が、前記送信点を含む高度方向の直線を軸にして前記仮想基準ラインを回転させてできる面を基準面として前記地図情報に含まれている構造物情報に示された構造物の中から当該基準面を越える高さの構造物を選択することを特徴とする電波伝搬特性推定方法。
13. 電波の送信点及びこれより高い高度に位置する観測点の各高度に基づいて前記構造物の高さの判定基準である１つの仮想基準ラインを特定する基準ライン特定機能と、
    前記送信点及び観測点の周辺領域内に在る構造物の位置及び立体形状を示す構造物情報を含む地図情報を入力し当該構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ライン以上の高さである一部の構造物を選択するオブジェクト選択機能と、
    前記送信点及び前記観測点の位置情報と前記選択された構造物に係る構造物情報のみを用いて当該送信点から放射された電波が当該構造物の存在に起因して反応する地点を探索し当該電波が当該観測点に到達するまでの伝搬経路を算出する電波伝搬経路算出機能と、
    この算出された伝搬経路に基づいて前記観測点に至る電波の伝搬特性を推定する電波伝搬特性推定機能とをコンピュータに実現させることを特徴とする電波伝搬特性推定用プログラム。
14. 前記請求項１３に記載の電波伝搬特性推定用プログラムにおいて、
    前記基準ライン特定機能が、前記送信点と前記観測点とを結ぶ線を前記仮想基準ラインとして特定する機能であることを特徴とする電波伝搬特性推定用プログラム。
15. 前記請求項１３に記載の電波伝搬特性推定用プログラムにおいて、
    前記基準ライン特定機能は、前記送信点を含む高度方向の直線に交わり且つ前記観測点以下に位置する高度一定の線を前記仮想基準ラインとする機能であることを特徴とする電波伝搬特性推定用プログラム。
16. 前記請求項１３乃至１５のいずれか１つに記載の電波伝搬特性推定用プログラムにおいて、
    前記地図情報に示された前記周辺領域を前記送信点の位置情報に応じて低層領域及び高層領域に分類するエリア分類機能と共に、
    前記オブジェクト選択機能を、前記観測点が前記高層領域にある場合に、前記地図情報に含まれている構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ラインを超える高さの構造物を選択するようにその機能内容を特定して前記コンピュータに実現させることを特徴とする電波伝搬特性推定用プログラム。
17. 前記請求項１３乃至１５のいずれか１つに記載の電波伝搬特性推定用プログラムにおいて、
    前記地図情報に示された前記周辺領域を前記送信点の位置情報に応じて前記送信点から近傍の領域，遠方低層の領域，遠方高層の領域に分類するエリア分類機能と共に、
    前記オブジェクト選択機能を、前記遠方高層の領域に前記観測点がある場合に、前記地図情報に含まれている構造物情報に示された構造物の中から前記仮想基準ラインを超える高さの構造物を選択するようにその機能内容を特定して前記コンピュータに実現させることを特徴とする電波伝搬特性推定用プログラム。
18. 前記請求項１３乃至１７の何れか１つに記載の電波伝搬特性推定用プログラムにおいて、
    前記オブジェクト選択機能が、前記送信点を含む高度方向の直線を軸に前記仮想基準ラインを回転させてできる面を基準面として、前記地図情報に含まれている構造物情報に示された構造物の中から当該基準面を越える高さの構造物を選択する機能であることを特徴とする電波伝搬特性推定用プログラム。

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