JP6582976B2 - 推定装置、推定方法、および推定プログラム - Google Patents

推定装置、推定方法、および推定プログラム Download PDF

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Description

本件は、推定装置、推定方法、および推定プログラムに関する。
無線機器の設置箇所の設計のために、リンクごとの受信電力のバラツキを予め取得しておくことが好ましい。例えば、送信機および受信機の配置から電波が届く範囲を算出する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−304255号公報
しかしながら、上記技術では、送信機と受信機との間における移動体の影響が考慮されていない。そこで、移動体の影響を考慮するために、シミュレーションにより受信電力のバラツキを算出することが考えられる。しかしながら、レイトレースなどのシミュレーションなどでは、移動体に起因する受信電力のバラツキを見積もるためには、人の動きをモデル化して多数のシミュレーションを行う必要があるため、労力がかかる。
1つの側面では、本発明は、低労力で受信電力のバラツキを推定することができる推定装置、推定方法、および推定プログラムを提供することを目的とする。
1つの態様では、推定装置は、送信機から無線信号を受信する受信機と、前記送信機と前記受信機との間の電波伝搬路を撮像する撮像装置と、前記電波伝搬路における移動体の占有度と、前記受信機が前記無線信号を受信する際の受信電力のバラツキとの関係を予め記憶する記憶部と、前記撮像装置の撮像結果から前記電波伝搬路における移動体の占有度を算出する占有度算出部と、前記占有度算出部によって算出された前記占有度と、前記記憶部に予め記憶された関係とから、前記受信機の受信電力のバラツキを推定する推定部と、を備える。
低労力で受信電力のバラツキを推定することができる。
(a)は実施例1に係る推定装置の全体構成を例示する図であり、(b)はバラツキ特定部のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。 フレネル領域を例示する図である。 第1データベースに保存されているデータのテーブルを例示する図である。 蓄積処理および推定処理の詳細を表すフローチャートの一例である。 (a)は受信電力算出部が算出したRSSIの時系列データを例示する図であり、(b)は得られた累積分布関数を例示する図である。 (a)および(b)はカメラの画角内の画像である。 (a)〜(e)は推定装置100を用いて受信機の設置箇所を設計する具体例である。 実施例2に係る推定装置の全体構成を例示する図である。 実施例2に係る蓄積処理および推定処理の詳細を表すフローチャートの一例である。 (a)は設置環境分類処理の詳細を表すフローチャートの一例であり、(b)は第1データベースに保存されているデータのテーブルを例示する図である。 (a)および(b)は第1データベース40のデータ量が十分であるか否かを判断する他の手法を例示する図である。
以下、図面を参照しつつ、実施例について説明する。
図1(a)は、実施例1に係る推定装置100の全体構成を例示する図である。推定装置100は、受信電力のバラツキを推定する装置である。図1(a)で例示するように、推定装置100は、受信機10、カメラ20、推定部30、第1データベース40、第2データベース50、シミュレータ60などを備える。推定部30は、制御部31、受信電力算出部32、バラツキ算出部33、占有度算出部34、蓄積部35、バラツキ推定部36、出力部37などを備える。
図1(b)は、推定部30のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図1(b)で例示するように、推定部30は、CPU101、RAM102、記憶装置103、インタフェース104などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。CPU(Central Processing Unit)101は、中央演算処理装置である。CPU101は、1以上のコアを含む。RAM(Random Access Memory)102は、CPU101が実行するプログラム、CPU101が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置103は、不揮発性記憶装置である。記憶装置103として、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ(SSD)、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。記憶装置103に記憶されている推定プログラムをCPU101が実行することによって、推定装置100に推定部30および第1データベース40が実現される。または、CPU101が特定プログラムを実行することによって、推定装置100に推定部30、第1データベース40、第2データベース50およびシミュレータ60が実現されてもよい。
受信機10は、特定の箇所に固定されている。受信機10は、特定の箇所に固定されている送信機201から送信される無線信号を受信する。受信機10と送信機201との組み合わせを、以下、リンクと称することがある。カメラ20は、当該無線信号の電波伝搬路を撮像する撮像装置である。カメラ20は、複数台設けられていてもよい。カメラ20は、当該電波伝搬路を、動画像として取得してもよく、所定の時間間隔で複数の静止画像として取得してもよい。
電波伝搬路の大半は、フレネル領域を通過する。図2は、送信機201と受信機10との間に現れるフレネル領域202を例示する図である。フレネル領域とは、無線信号の電波のエネルギの大半が通過する領域である。したがって、フレネル領域202は、送信機201から受信機10に送信される無線信号の電波のエネルギの大半が通過する領域である。フレネル領域202の半径Rは、下記式(1)のように表される。下記式(1)において、dは、送信機201からフレネル領域202の中心点203までの距離を表す。dは、受信機10からフレネル領域202の中心点203までの距離を表す。λは、無線信号の波長を表す。中心点203は、LOS線204を通る。LOS線204は、送信機201と受信機10との間の見通し線である。
Figure 0006582976
推定部30は、カメラ20が取得する画像を用いて、受信電力(RSSI:Received Signal Strength Indication)のバラツキを推定する。本実施例においては、推定部30は、第1データベース40のデータ量が閾値以上であれば、第1データベース40のデータと、カメラ20が取得する画像とを用いて、受信電力のバラツキを推定する(推定処理)。推定部30は、第1データベース40のデータ量が閾値未満であれば、受信電力のバラツキを推定するためのデータを第1データベース40に蓄積する(蓄積処理)。
第1データベース40は、受信電力のバラツキを推定するためのデータとして、占有度とRSSIのバラツキとを関連付けたデータを記憶している。占有度とは、電波伝搬路に占める移動体の占有度のことである。図3は、第1データベース40に保存されているデータのテーブルを例示する図である。図3で例示するように、第1データベース40には、異なる複数の占有度に受信電力のバラツキが関連付けられている。
以下、蓄積処理および推定処理について説明する。図4は、蓄積処理および推定処理の詳細を表すフローチャートの一例である。図4で例示するように、制御部31は、第1データベース40内のデータ量が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS1)。ステップS1で「No」と判定された場合、蓄積処理が行われる。
具体的には、規定の時間範囲において、占有度算出部34はカメラ20が取得する画像を取得し、受信電力算出部32は所定の時間周期で送信機201から受信機10が受信した無線信号のRSSI(dBm)を算出する(ステップS2)。例えば、上記の規定の時間範囲は、カメラ20が取得する動画像のフレーム間隔である。図5(a)は、受信電力算出部32が上記規定期間に算出したRSSIの時系列データを例示する図である。
次に、受信電力算出部32は、図5(a)の時系列データを累積分布関数(CDF:Cumulative Distribution Function)に変換する。図5(b)は、得られた累積分布関数を例示する図である。バラツキ算出部33は、得られた累積分布関数から、RSSIのバラツキを算出する(ステップS3)。バラツキとして、例えば、標準偏差、分散などを用いることができる。または、バラツキとして、ライス分布のk−factor、CDFの99%値と1%値との幅などを用いることもできる。本実施例においては、バラツキとしてCDFの99%値と1%値との幅を用いる。
次に、占有度算出部34は、上記規定の時間範囲にカメラ20が取得する画像から、電波伝搬経路に占める移動体の占有度を算出する(ステップS4)。占有度は、上記規定の時間範囲において時間軸で積分することで得られる値であってもよい。または、占有度は、上記規定の時間範囲の平均値であってもよく、上記規定の時間範囲の部分的な期間の平均値であってもよく、上記規定の時間範囲のいずれかの時点における値であってもよい。
例えば、占有度として遮蔽度を用いることができる。遮蔽度は、例えば、下記式(2)で表すことができる。物体とは、フレネル領域202を移動する移動体のことである。移動体が複数ある場合には、遮蔽度は、各移動体に係る下記式(2)の遮蔽度の総和である。フレネル領域にかかる面積とは、LOS線204に垂直な断面に占める移動体の面積である。面積以外に、LOS線204に垂直な断面に占める移動体の反射率、LOS線204に垂直な断面に占める移動体の誘電率などの電気的特性を反映させてもよい。
遮蔽度=f{(物体がフレネル領域にかかる面積)/(LOS線からの物体の重心の距離)} (2)
占有度の他の例として、電波伝搬路が通過する所定の空間における移動体の体積占有率を用いることができる。例えば、占有度算出部34は、フレネル領域202、またはフレネル領域202を含む所定の空間を定義し、カメラ20が取得する画像から定義された空間に存在する移動体の体積占有率を算出する。図6(a)および図6(b)は、カメラ20の画角205内の画像である。図6(a)は体積占有率大の場合であり、図6(b)は体積占有率小の場合である。
次に、蓄積部35は、バラツキ算出部33が算出したバラツキを、上記規定の時間範囲において占有度算出部34が算出した占有度と関連付けて、第1データベース40に保存する(ステップS5)。次に、出力部37は、バラツキ算出部33が算出したバラツキと、静止物体に起因するRSSIのバラツキとを足し合わせ、得られたバラツキを出力する(ステップS6)。
静止物体に起因するRSSIのバラツキは、シミュレータ60のシミュレーション結果から得られる。シミュレータ60は、例えば、レイトレースシミュレータである。シミュレータ60は、例えば、第2データベース50に保存されているアンテナ放射パターンを用いて、送信機201と受信機10との間に設置された静止物体に起因するRSSIのバラツキを算出する。この場合のバラツキとして、例えば、反射波に起因して定在波が引き起こす場所によるRSSIの強弱の差を用いることができる。
ステップS1で「Yes」と判定された場合、占有度算出部34は、規定の時間範囲においてカメラ20が取得する画像を取得する(ステップS7)。上記規定の時間範囲は、例えば、カメラ20が取得する動画像のフレーム間隔である。次に、占有度算出部34は、上記規定の時間範囲にカメラ20が取得する画像から、電波伝搬路に占める移動体の占有度を算出する(ステップS8)。次に、バラツキ推定部36は、第1データベース40内のデータを補間することにより、ステップS8で算出された占有度に対応するRSSIのバラツキを推定する(ステップS9)。次に、出力部37は、バラツキ推定部36が算出したバラツキと、静止物体に起因するRSSIのバラツキとを足し合わせ、得られたバラツキを出力する(ステップS6)。
RSSIのバラツキが得られれば、RSSIの平均値などを用いてRSSIの下限値を得ることができる。得られた下限値が閾値以上であれば、受信機10の当該箇所への設置が許容される。このように、RSSIのバラツキを得ることによって、受信機10の設置箇所を判定することができる。すなわち、受信機10の設置箇所の設計が可能となる。第1データベース40のデータ数が閾値以上となれば、RSSIの算出を行わずにRSSIのバラツキを推定することができる。すなわち、電測しなくても受信機10の設置箇所の設計を行うことができる。
続いて、図7(a)〜図7(e)を参照して、本実施例に係る推定装置100を用いて受信機10の設置箇所を設計する具体例について説明する。図7(a)は、送信機201が設置された、ショッピングモールなどの室内空間を例示する図である。図7(a)の例では、14個の送信機201が設置されている。この室内空間において受信機10の設置箇所の候補を検討する。受信機10の設置箇所の候補は、位置1〜位置4の4箇所である。
まず、3Dスキャナ、フロアマップなどを用いて、図7(a)の室内空間に対して3Dモデリングを行う。それにより、シミュレータ60に、当該室内空間の構造物を再現することができる。次に、図7(b)で例示するように、位置1の受信機10と各送信機201との間において、送信機201から無線信号を受信した場合におけるRSSIを、シミュレータ60を用いて算出する。これにより、静止物体に起因するRSSIのバラツキを特定することができる。例えば、CDFの1%値および99%値を特定する。なお、このRSSIのバラツキは、リンク数分だけ特定される。すなわち、位置1について、14個のバラツキが得られることになる。図7(c)で例示するように、この処理を残りの位置2〜位置4についても行う。
次に、図7(d)で例示するように、推定部30を用いて、位置1の受信機10と各送信機201との間において、占有度とRSSIとの関係を取得する。図7(d)は、いずれかのリンクにおける占有度とRSSIとの関係を例示する。占有度とRSSIとの関係を取得することで、移動体に起因するRSSIのバラツキを特定することができる。例えば、CDFの1%値および99%値を特定する。なお、このRSSIのバラツキは、リンク数分だけ特定される。すなわち、位置1について、14個のバラツキが得られることになる。この処理を残りの位置2〜位置4についても行う。
次に、図7(e)で例示するように、各リンクについて、静止物体に起因するRSSIのバラツキと、移動体に起因するRSSIのバラツキとを足し合わせる。例えば、静止物体に起因するRSSIのCDF1%値から、移動体に起因するRSSIのバラツキの幅(CDF99%値と1%値との幅)を差し引く。これにより、各リンクのRSSIの下限値が得られる。
例えば、各位置において、全てのリンクにおいてRSSIの下限値が閾値以上となる位置を、受信機10の位置として選択することができる。全てのリンクにおいてRSSIの下限値が閾値以上となる位置が複数ある場合には、RSSIの下限値の平均値が高い方の位置を、受信機10の位置として選択してもよい。
本実施例によれば、カメラ20などの撮像装置の撮像結果から、送信機201と受信機10との間の電波伝搬路における移動体の占有度が算出される。この占有度と、送信機201から受信機10への受信電力のバラツキとの関係を第1データベース40に記憶することにより、当該情報を、移動体に起因する受信電力のバラツキを得るための情報として利用することができる。第1データベース40に予め記憶された関係と、算出された占有度とから、受信機10の受信電力のバラツキを推定することができる。レイトレースシミュレータなどで移動体の占有度をシミュレーションしなくてもよいため、低労力で受信電力のバラツキを推定することができる。占有度として、遮蔽度を用いることで、簡易な演算で占有度を求めることができる。また、占有度として電波伝搬路における体積占有率を用いることで、より簡易な演算で占有度を求めることができる。
以下、推定装置100を用いた工数について検討する。回線設計の工数を電測の工数とシミュレーションの工数とに分ける。1案件10点当たりの電測が2人日、シミュレーション(3Dモデル作成、画像撮影と画像からの占有度合計算も含む)が0.5人日とする。10件回線設計したら、工数は2.5×10件=25人日である。しかしながら、同様の設置環境においては、それ以降は電測が必要なくなるため、20件でのトータル工数は(25+0.5×10=30人日、40件で40人日…、「25+0.5×(件数−10)」となる。
一方、本実施例に係る推定装置100を用いなければ、毎回電測とシミュレーションが必要になるから「2.5×件数」である。100件こなすと、本実施例に係る推定装置100を使用すれば、使用しないときと比較して工数は約0.28倍、1000件で約0.21倍となる。
図8は、実施例2に係る推定装置100aの全体構成を例示する図である。図8で例示するように、推定装置100aが図1の推定装置100と異なる点は、推定部30に分類部38が備わっている点である。分類部38は、カメラ20の撮像結果に応じて、送信機201および受信機10の設置環境を分類する。設置環境とは、例えば、室内および屋外である。室内および室外を、さらに、静的および動的に分類してもよい。室内および室外の分類は、カメラ20の撮像結果において光量や影の移動などに基づいて行うことができる。静的および動的の分類は、カメラ20の撮像結果において移動体の移動速度や移動量などに基づいて行うことができる。
続いて、本実施例に係る蓄積処理および推定処理について説明する。図9は、実施例2に係る蓄積処理および推定処理の詳細を表すフローチャートの一例である。図9で例示するように、図4のフローチャートと異なる点は、ステップS4の実行後に設置環境分類処理(ステップS11)が実行され、ステップS8の実行後にも設置環境分類処理(ステップS12)が実行される点である。
図10(a)は、設置環境分類処理の詳細を表すフローチャートの一例である。図10(a)で例示するように、分類部38は、カメラ20の撮像結果に応じて、送信機201および受信機10が設置されている箇所が室内であるか室外であるかを判定する(ステップS21)。次に、分類部38は、送信機201および受信機10が設置されている箇所が動的であるか静的であるかを判定する(ステップS22)。例えば、光量などに応じて室内であるか室外であるか判定することができる。移動体の移動量、移動速度などに応じて動的であるか静的であるか判定することができる。
ステップS5においては、蓄積部35は、バラツキ算出部33が算出したバラツキをおよび占有度算出部34が算出した占有度を、分類部38が取得した設置環境と関連付けて、第1データベース40に保存する。ステップS9においては、バラツキ推定部36は、第1データベース40内の分類部38が取得した設置環境に対応するデータを補間することにより、ステップS8で算出された占有度に対応するRSSIのバラツキを推定する。なお、図10(b)は、第1データベース40に保存されているデータのテーブルを例示する図である。
本実施例によれば、受信電力のバラツキおよび占有度の関係に、送信機201および受信機10の設置環境を関連付けることにより、移動体に起因する受信電力のバラツキの推定精度が向上する。なお、本実施例においては、分類部38がカメラ20の撮像結果に応じて自動的に設置環境を関連付けているが、ユーザが入力装置などを用いて設置環境に係る情報を入力してもよい。
(ステップS1の他の例)
上記各例では、第1データベース40のデータ量が十分であるか否かを、第1データベース40内のデータ数に応じて判断していたが、他の手法を用いてもよい。図11(a)および図11(b)は、他の手法を例示する図である。制御部31は、第1データベース40に保存されているRSSIと占有度との関係の近似曲線を算出する。制御部31は、第1データベース40に新たにデータが追加された場合、RSSIと占有度との関係の近似曲線を算出する。制御部31は、両近似曲線の相違が大きい場合に、第1データベース40のデータ量が不十分であると判定する。例えば、両近似曲線の最小二乗誤差の差が閾値以上である場合に、両近似曲線の相違が大きいと判定することができる。
図11(a)は、両近似曲線の相違が大きい場合の例である。図11(b)は、両近似曲線の相違が小さい場合の例である。例えば、送信機201および受信機10の設置密度が高く、互いの干渉を避けるために精度の高い設計が必要な場合には、上記閾値を小さくしてもよい。一方、送信機201および受信機10の設置密度が低く、精度の低い設計で十分な場合には、上記閾値を大きくしてもよい。
上記各例において、カメラ20が、送信機と受信機との間の電波伝搬路を撮像する撮像装置の一例として機能する。第1データベース40が、電波伝搬路における移動体の占有度と、受信機が無線信号を受信する際の受信電力のバラツキとの関係を予め記憶する記憶部の一例として機能する。バラツキ推定部36が、占有度算出部によって算出された占有度と、記憶部に予め記憶された関係とから、受信機の受信電力のバラツキを推定する推定部の一例として機能する。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10 受信機
20 カメラ
30 推定部
31 制御部
32 受信電力算出部
33 バラツキ算出部
34 占有度算出部
35 蓄積部
36 バラツキ推定部
37 出力部
38 分類部
40 第1データベース
50 第2データベース
60 シミュレータ
100 推定装置

Claims (10)

  1. 送信機から無線信号を受信する受信機と、
    前記送信機と前記受信機との間の電波伝搬路を撮像する撮像装置と、
    前記電波伝搬路における移動体の占有度と、前記受信機が前記無線信号を受信する際の受信電力のバラツキとの関係を予め記憶する記憶部と、
    前記撮像装置の撮像結果から前記電波伝搬路における移動体の占有度を算出する占有度算出部と、
    前記占有度算出部によって算出された前記占有度と、前記記憶部に予め記憶された関係とから、前記受信機の受信電力のバラツキを推定する推定部と、を備えることを特徴とする推定装置。
  2. 前記占有度算出部は、前記電波伝搬路のフレネル領域における前記移動体の大きさと、前記フレネル領域の中心からの前記移動体の距離とに応じて、前記占有度を算出することを特徴とする請求項1記載の推定装置。
  3. 前記占有度算出部は、前記移動体の電気的特性を前記占有度に反映させることを特徴とする請求項2記載の推定装置。
  4. 前記占有度算出部は、前記電波伝搬路のフレネル領域における前記移動体の体積占有率を前記占有度として算出することを特徴とする請求項1記載の推定装置。
  5. 前記記憶部は、前記受信電力のバラツキおよび前記占有度に、前記送信機および前記受信機の設置環境を関連付けることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の推定装置。
  6. 前記撮像装置の撮像結果に応じて前記設置環境を分類する分類部を備えることを特徴とする請求項5記載の推定装置。
  7. 前記受信機が前記無線信号を受信する際の受信電力のバラツキを算出するバラツキ算出部を備え、
    前記記憶部が予め記憶する関係は、前記占有度算出部が算出した占有度と前記バラツキ算出部が算出した受信電力のバラツキとから得られたものであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の推定装置。
  8. 前記推定部は、前記記憶部が予め記憶する関係の作成過程において、前記記憶部に記憶された前記占有度と前記受信電力のバラツキとの関係の近似曲線と、前記記憶部に前記占有度と前記受信電力のバラツキとを関連付けたデータが新たに記憶された後の前記占有度と前記受信電力のバラツキとの関係の近似曲線と、の相違が閾値以上であれば、前記受信電力のバラツキを推定しないことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の推定装置。
  9. 送信機と受信機との間の電波伝搬路を、撮像装置が撮像し、
    前記撮像装置の撮像結果から前記電波伝搬路における移動体の占有度を占有度算出部が算出し、
    前記電波伝搬路における移動体の占有度と、前記受信機が無線信号を受信する際の受信電力のバラツキとの関係を記憶部が予め記憶し、
    前記占有度算出部によって算出された前記占有度と、前記記憶部に予め記憶された関係とから、前記受信機の受信電力のバラツキを推定部が推定する、ことを特徴とする推定方法。
  10. コンピュータに、
    送信機と受信機との間の電波伝搬路を、撮像装置を用いて撮像する処理と、
    前記撮像装置の撮像結果から前記電波伝搬路における移動体の占有度を算出する処理と、
    前記電波伝搬路における移動体の占有度と、前記受信機が無線信号を受信する際の受信電力のバラツキとの関係を予め記憶する処理と、
    算出された前記占有度と、予め記憶された前記関係とから、前記受信機の受信電力のバラツキを推定する処理と、を実行させることを特徴とする推定プログラム。
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