JP7300654B2 - Radio wave shielding loss calculation method, radio wave shielding loss calculation device, and radio wave shielding loss calculation program - Google Patents
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Description
本発明は、電波伝搬において遮蔽物による電波遮蔽損失を算出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for calculating radio wave shielding loss due to shielding objects in radio wave propagation.
電波による通信システムにおいて、電波を受信する受信機における電波強度は、電波伝搬の経路上に存在する遮蔽物による影響を受ける。特に周波数が高く波長が短い電波は、回折性が弱く、遮蔽物による伝搬損失(電波遮蔽損失)が大きい。一方で、大きな情報量をより速く通信することができるように、通信する電波の周波数がより高い通信システム(例えば、第5世代移動通信システム)が求められている。 2. Description of the Related Art In radio wave communication systems, the radio wave intensity at a receiver that receives radio waves is affected by obstacles present on the path of radio wave propagation. In particular, radio waves with high frequencies and short wavelengths are weakly diffractive and suffer large propagation loss (radio wave shielding loss) due to shielding objects. On the other hand, in order to be able to communicate a large amount of information more quickly, there is a demand for a communication system (for example, a 5th generation mobile communication system) that uses a higher frequency radio wave for communication.
このため、通信システムを構築するに当たり、電波を放射する送信機,電波を受信する受信機,及び遮蔽物の情報から予測的に電波遮蔽損失を算出することの重要性が増している。電波遮蔽損失を算出する方法に関しては、これまで様々な技術が提案され、その検討がなされている。 Therefore, in constructing a communication system, it is becoming more and more important to predictively calculate the radio wave shielding loss from the information of a transmitter that emits radio waves, a receiver that receives radio waves, and shielding objects. As for the method of calculating the radio wave shielding loss, various techniques have been proposed and studied.
非特許文献1は、ナイフエッジ回折モデル(KEDM;Knife-Edge Diffraction Model)及び物理光学近似(PO;Physical Optics approximation)法に基づく電波遮蔽損失の算出に関する検討結果を記載している。この検討では、送信機と受信機との間に特定の距離で遮蔽物(金属物体又は人)を設置する場合において、KEDM及びPO法それぞれに基づく電波遮蔽損失を算出し、実際の電波遮蔽損失の計測結果と比較を行っている。検討結果から、PO法に基づく電波遮蔽損失の算出は複雑な形状の遮蔽物に適していることを見出している。 Non-Patent Document 1 describes the results of studies on calculation of radio wave shielding loss based on a Knife-Edge Diffraction Model (KEDM) and a Physical Optics approximation (PO) method. In this study, when a shielding object (metallic object or person) is installed at a specific distance between the transmitter and the receiver, the radio wave shielding loss based on the KEDM and the PO method is calculated, and the actual radio wave shielding loss is calculated. are compared with the measurement results of As a result of the study, it has been found that the calculation of radio wave shielding loss based on the PO method is suitable for shields with complicated shapes.
非特許文献3には、高周波電波の電波伝搬において、ナイフエッジ遮蔽物による電波遮蔽損失を算出する方法が示されている。この方法は、送信機とナイフエッジ遮蔽物との間の距離と、ナイフエッジ遮蔽物の高さと、電波の周波数から電波遮蔽損失を与えるノモグラムを作成することにより行われる。また電波伝搬の経路上に複数のナイフエッジ遮蔽物が存在する場合において、送信機と受信機を結ぶ直線と、送信機からナイフエッジ遮蔽物の先端を眺める直線と、受信機からナイフエッジ遮蔽物の先端を眺める直線により得られる三角形の頂点を先端にもつナイフエッジ遮蔽物を計算上与えることで、大きな誤差なく電波遮蔽損失を与えられることが示されている。
Non-Patent
その他、本技術分野の技術レベルを示す文献として以下の非特許文献2がある。
In addition, there is the following
非特許文献1で言及されるように、PO法に基づく従来の電波遮蔽損失の算出方法は、複雑な形状をもつ遮蔽物による電波遮蔽損失を算出するのに適している。しかしながら、PO法に基づく従来の電波遮蔽損失の算出方法においては、遮蔽物を厚みのないスクリーンにより与えて計算を行うため、遮蔽物の厚みが大きくなるほど計算精度が劣化するという課題がある。 As mentioned in Non-Patent Document 1, the conventional radio wave shielding loss calculation method based on the PO method is suitable for calculating the radio wave shielding loss due to a shield having a complicated shape. However, in the conventional method of calculating the radio wave shielding loss based on the PO method, calculation is performed using a thin screen as a shield.
本発明の1つの目的は、上述の課題を鑑みて、遮蔽物の厚みが大きい場合であっても、高い精度で電波遮蔽損失を算出することを可能にする電波遮蔽損失算出方法、電波遮蔽損失算出装置、及び電波遮蔽損失算出プログラムを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a radio wave shielding loss calculation method and a radio wave shielding loss that enable calculation of the radio wave shielding loss with high accuracy even when the thickness of the shielding object is large. It is to provide a calculation device and a radio wave shielding loss calculation program.
本発明の一態様に係る電波遮蔽損失算出方法は、電波を放射する送信機と電波を受信する受信機との間の電波伝搬経路上に存在する遮蔽物による電波遮蔽損失を算出する方法である。この電波遮蔽損失算出方法は、送信点から放射状に広がり送信点から見た遮蔽物の外郭線上の点を通る複数の直線と、受信点から放射状に広がり受信点から見た遮蔽物の外郭線上の点を通る複数の直線との交点の位置を算出し、交点の集合を外郭線とする平面領域である等価スクリーン領域を算出する等価スクリーン算出ステップと、等価スクリーン領域で電波が遮蔽されるとして電波遮蔽損失を算出する電波遮蔽損失算出ステップとを含むことを特徴とする。 A radio wave shielding loss calculation method according to an aspect of the present invention is a method of calculating a radio wave shielding loss caused by a shield present on a radio wave propagation path between a transmitter that emits radio waves and a receiver that receives radio waves. . This radio wave shielding loss calculation method consists of a plurality of straight lines extending radially from the transmitting point and passing through points on the outline of the shield seen from the transmitting point, and an equivalent screen calculation step of calculating the positions of intersections with a plurality of straight lines passing through a point and calculating an equivalent screen area, which is a planar area having a set of intersections as an outline; and a radio wave shielding loss calculation step of calculating the shielding loss.
ここで、送信点は、送信機の電波を放射する位置である。受信点は、受信機の電波を受信する位置である。 Here, the transmission point is a position where the transmitter radiates radio waves. A receiving point is a position at which the receiver receives radio waves.
また、本発明の一態様に係る電波遮蔽損失算出装置は、電波を放射する送信機と電波を受信する受信機との間の電波伝搬経路上に存在する遮蔽物による電波遮蔽損失を算出する装置であって、メモリと、プロセッサとを備える。 Further, a radio wave shielding loss calculation device according to an aspect of the present invention is a device for calculating radio wave shielding loss caused by a shield present on a radio wave propagation path between a transmitter that emits radio waves and a receiver that receives radio waves. comprising a memory and a processor.
メモリは、送信機の電波を放射する位置である送信点の情報と、受信機の電波を受信する位置である受信点の情報と、遮蔽物の位置及び形状の情報とを記憶する。プロセッサは、メモリに記憶される情報に基づいて、送信点から放射状に広がり送信点から見た遮蔽物の外郭線上の点を通る複数の直線と、受信点から放射状に広がり受信点から見た遮蔽物の外郭線上の点を通る複数の直線との交点の位置を算出し、交点の集合を外郭線とする平面領域である等価スクリーン領域を算出する等価スクリーン算出処理と、等価スクリーン領域で電波が遮蔽されるとして電波遮蔽損失を算出する電波遮蔽損失算出処理とを実行することを特徴とする。 The memory stores information on the transmitting point, which is the position where the transmitter emits radio waves, information on the receiving point, which is the position where the receiver receives radio waves, and information on the position and shape of the shield. Based on the information stored in the memory, the processor generates a plurality of straight lines extending radially from the transmitting point and passing through points on the outline of the shield viewed from the transmitting point and the shielding extending radially from the receiving point and viewed from the receiving point. Equivalent screen calculation processing for calculating the positions of intersections with a plurality of straight lines that pass through points on the outline of an object, and calculating an equivalent screen area that is a plane area with a set of intersections as the outline; and a radio wave shielding loss calculation process for calculating the radio wave shielding loss assuming that it is shielded.
以上述べたように、本発明によれば、遮蔽物の厚みを考慮した等価スクリーン領域を与えて電波遮蔽損失を算出することで、遮蔽物の厚みが大きい場合であっても電波遮蔽損失を高い精度で算出することができる。 As described above, according to the present invention, the radio wave shielding loss is calculated by giving an equivalent screen area in consideration of the thickness of the shield, so that the radio wave shielding loss is high even when the thickness of the shield is large. It can be calculated with precision.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施形態において各要素の個数、数量、量、範囲などの数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数が特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造などは、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, when referring to the number, quantity, amount, range, etc. of each element in the embodiments shown below, unless otherwise specified or the number is clearly specified in principle, the reference The number is not intended to limit the invention. Also, the structures and the like described in the embodiments shown below are not necessarily essential to the present invention, unless otherwise specified or clearly specified in principle. In each figure, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be appropriately simplified or omitted.
1.対象
図1は、本実施の形態に係る電波遮蔽損失算出方法が対象とする状況の一例を示す概念図である。送信機1及び受信機2は、距離を隔てて地面GNDに設置されている。送信機1及び受信機2は、直接地面GNDに設置されていても良いし、地面GND上の構造物の上に設置されていても良い。送信機1及び受信機2は、典型的には、アンテナである。この場合においてアンテナは、全方向性アンテナ(半波長ダイポールアンテナやホイップアンテナ等)であっても良いし、指向性アンテナ(パラボラアンテナや八木アンテナ等)であっても良い。
1. 1. Target FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a situation targeted by the radio wave shielding loss calculation method according to the present embodiment. A transmitter 1 and a
送信機1は、電波4を放射する。送信点Txは、送信機1における電波4を放射する位置である。受信機2は、電波4を受信する。受信点Rxは、受信機2における電波4を受信する位置である。送信機1が放射する電波4は、典型的には、ある情報を含むように変調された搬送波である。送信機1及び受信機2は、電波4によって通信を行う。
A transmitter 1 emits radio waves 4 . The transmission point Tx is a position where the radio waves 4 are emitted from the transmitter 1 . A
送信機1と受信機2との間の電波伝搬経路上には、遮蔽物3が存在している。遮蔽物3は、例えば人や樹木、建築物等である。図1の点線矢印(電波4の伝搬経路の一部を示す。)で示されるように、送信機1が放射する電波4は、遮蔽物3による吸収,反射,散乱の影響を受ける。これにより電波4の一部が遮蔽され、受信機2が受信する電波4の電波強度は、遮蔽物3が存在しない空間を電波が伝搬する場合と比べて低くなる。すなわち、遮蔽物3は伝搬損失を増加させる。
A
本実施の形態に係る電波遮蔽損失算出方法では、このような図1に示される状況を対象として、遮蔽物3による伝搬損失(電波遮蔽損失)が算出される。
In the radio wave shielding loss calculation method according to the present embodiment, the propagation loss (radio wave shielding loss) due to the
2.電波遮蔽損失算出方法
本実施の形態に係る電波遮蔽損失算出方法では、送信点Txの位置と、受信点Rxの位置と、遮蔽物3の位置及び形状の情報から平面領域である等価スクリーン領域が算出される(等価スクリーン算出ステップ)。そして遮蔽物3ではなく等価スクリーン領域ESCにより電波4が遮蔽されるとして、PO法に基づいて電波遮蔽損失が算出される(電波遮蔽損失算出ステップ)。
2. Method for Calculating Radio Wave Shielding Loss In the method for calculating radio wave shielding loss according to the present embodiment, the equivalent screen area, which is a planar area, is determined from information on the position of the transmission point Tx, the position of the reception point Rx, and the position and shape of the
ここで遮蔽物3の形状の情報は、少なくとも遮蔽物3の表面全体の空間上の位置情報を含んでいる。表面全体の空間上の位置情報は、表面全体に渡る連続的な位置情報であっても良いし、後述するように等価スクリーン領域を算出するのに十分な精度を保つ程度の離散的な位置情報であっても良い。
Here, the shape information of the
2-1.等価スクリーン算出ステップ
図2は、等価スクリーン領域ESCを算出する方法の概要を説明するための概念図である。図2中のLS1は、送信点Txから放射上に広がり送信点Txから見た遮蔽物3の外郭線上の点OP1を通る直線である。図2中のLS2は、受信点Rxから放射状に広がり受信点Rxから見た遮蔽物3の外郭線上の点OP2を通る直線である。直線LS1,及び直線LS2は、送信点Txから見た遮蔽物3の外郭線上,及び受信点Rxから見た遮蔽物3の外郭線上全体に渡る連続的又は離散的な点OP1,及び点OP2に対して得られる。図2において、直線LS1及び直線LS2はその一部のみが描かれている。
2-1. Equivalent Screen Calculation Step FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining an outline of a method for calculating the equivalent screen area ESC. LS1 in FIG. 2 is a straight line extending radially from the transmission point Tx and passing through a point OP1 on the outline of the
電波遮蔽損失算出方法では、直線LS1と直線LS2との交点IPの位置が算出される。そして、図2に示されるように、複数の直線LS1,及びLS2に対して得られる交点IPの集合を外郭線とする領域が等価スクリーン領域ESCとして算出される。ここで交点IPが離散的である場合は、隣り合う2つの交点IPを適当な直線又は曲線で結ぶことで等価スクリーン領域ESCを算出する。ここで、交点IPの位置の算出は次のように行われる。 In the radio wave shielding loss calculation method, the position of the intersection point IP between the straight lines LS1 and LS2 is calculated. Then, as shown in FIG. 2, the equivalent screen area ESC is calculated as an area whose outline is a set of intersection points IP obtained with respect to the plurality of straight lines LS1 and LS2. If the intersection points IP are discrete here, the equivalent screen area ESC is calculated by connecting two adjacent intersection points IP with an appropriate straight line or curve. Here, calculation of the position of the intersection point IP is performed as follows.
図3は、交点IPの位置を算出する方法を説明するための概念図である。図3は、送信点Tx、受信点Rx、及び交点IPを通る平面による遮蔽物3の断面(点線)を覗く図を示している。図3中のaは、送信点Txから遮蔽物3までの距離である。図3中のbは、受信点Rxから遮蔽物3までの距離である。図3中のcは、遮蔽物3の厚みである。図3中のhは、送信点Txと受信点Rxを通る直線から点OP1,及び点OP2までの高さである。ここで遮蔽物3は、厚みをもつ方向に高さhの変化はないとしている。距離a、距離b、厚みc、及び高さhは、遮蔽物3の形状の情報により与えられる値である。
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating the position of the intersection point IP. FIG. 3 shows a view looking into a cross section (dotted line) of the
交点IPの位置は、遮蔽物3の送信点Tx側の面を基点とする交点IPの水平方向の距離xと、送信点Txと受信点Rxを通る直線を基点とする交点IPの垂直方向の高さyにより与えられる。
The position of the intersection point IP is the horizontal distance x of the intersection point IP with the surface of the
図3に示すそれぞれの値について、辺の長さの比の関係から、次の関係式(1)が得られる。 For each value shown in FIG. 3, the following relational expression (1) is obtained from the relationship between the side length ratios.
式(1)より、交点IPの位置として距離x及び高さhが次の式(2)及び式(3)により算出される。 From the equation (1), the distance x and the height h as the position of the intersection point IP are calculated by the following equations (2) and (3).
2-2.電波遮蔽損失算出ステップ
本実施の形態に係る電波遮蔽損失算出方法では、遮蔽物3が存在しないと仮定した場合に、PO法に基づく等価スクリーン領域ESCから放射される散乱波が受信点Rxに誘起する電界を、等価スクリーン領域ESCにより遮蔽される電界であるとして電波遮蔽損失が算出される。
2-2. Radio Wave Shielding Loss Calculation Step In the radio wave shielding loss calculation method according to the present embodiment, when it is assumed that the shielding
また本実施の形態に係る電波遮蔽損失算出方法では、等価スクリーン領域をメッシュで分割し、メッシュ毎に散乱波の電界(以下「散乱電界」とも称する。)が算出される。そして、メッシュ毎の散乱電界をメッシュ全体で足し合わせることにより、受信点Rxにおける散乱電界(散乱波が受信点Rxに誘起する電界)を与えることで電波遮蔽損失が算出される。 Further, in the radio wave shielding loss calculation method according to the present embodiment, the equivalent screen area is divided into meshes, and the electric field of scattered waves (hereinafter also referred to as "scattered electric field") is calculated for each mesh. Then, by summing up the scattered electric field of each mesh for the entire mesh, the radio wave shielding loss is calculated by giving the scattered electric field at the receiving point Rx (the electric field induced by the scattered wave at the receiving point Rx).
図4は、電波遮蔽損失算出ステップにおいて電波遮蔽損失を算出する手順を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flow chart showing the procedure for calculating the radio wave shielding loss in the radio wave shielding loss calculation step.
ステップS200では、等価スクリーン領域ESCをメッシュで分割するメッシュ分割が行われる。 In step S200, mesh division is performed to divide the equivalent screen area ESC into meshes.
ここで図5に、等価スクリーン領域ESCのメッシュ分割を説明するための概念図を示す。等価スクリーン領域ESCを分割するメッシュは、図5に示すように、例えば直角二等辺三角形である。あるいは等価スクリーン領域ESC全体を覆うことが可能な適当な図形であっても良い。メッシュのサイズは、電波4の波長λの0.1倍程度とする。 Here, FIG. 5 shows a conceptual diagram for explaining the mesh division of the equivalent screen area ESC. The mesh that divides the equivalent screen area ESC is, for example, an isosceles right triangle, as shown in FIG. Alternatively, it may be a suitable figure capable of covering the entire equivalent screen area ESC. The mesh size is about 0.1 times the wavelength λ of the radio waves 4 .
それぞれのメッシュに対して、その空間上の位置の情報が与えられる。図5では、メッシュの位置を送信点Txからメッシュまでの距離rmにより与えている。 Each mesh is given information on its position in space. In FIG. 5, the position of the mesh is given by the distance rm from the transmission point Tx to the mesh.
再度図4を参照する。ステップS200を行った後、手順はステップS210に進む。 Please refer to FIG. 4 again. After performing step S200, the procedure proceeds to step S210.
ステップS210,ステップS220,及びステップS230の手順で、PO法に基づいて受信点Rxにおける散乱電界を算出する。ここで図6に、PO法に基づいて受信点Rxにおける散乱電界を算出する場合のそれぞれの値を説明するための概念図を示す。図6では、位置rmであるメッシュに対して電波遮蔽損失の算出を行う場合を示している。 In steps S210, S220, and S230, the scattered electric field at the reception point Rx is calculated based on the PO method. Here, FIG. 6 shows a conceptual diagram for explaining each value when calculating the scattered electric field at the receiving point Rx based on the PO method. FIG. 6 shows a case where the radio wave shielding loss is calculated for the mesh at the position rm.
メッシュの位置rm及び受信点Rxの位置rを、図6に示すように、送信点Txを基準点とする位置ベクトルにより与える。このとき、メッシュを始点、受信点Rxを終点とするベクトルはr-rmである。また図6中のnは、等価スクリーン領域ESC上の単位法線ベクトルである。 The position rm of the mesh and the position r of the reception point Rx are given by a position vector with the transmission point Tx as the reference point, as shown in FIG. At this time, a vector starting from the mesh and ending at the receiving point Rx is r-rm. Also, n in FIG. 6 is a unit normal vector on the equivalent screen area ESC.
図6中の4mstは、電波4が位置rmのメッシュ上に誘起する等価面電流及び等価面磁流に伴ってメッシュから放射する散乱波である。図6中のEi、Hi,及びkiは、それぞれ電波4により位置rmのメッシュに入射する電波の電界,磁界,及び波数ベクトルである。図6中のEms,及びksは、それぞれ散乱波4mstの散乱電界、及び波数ベクトルである。 4mst in FIG. 6 is a scattered wave radiated from the mesh accompanying the equivalent surface current and equivalent surface magnetic current induced on the mesh at the position rm by the radio wave 4 . Ei, Hi, and ki in FIG. 6 are the electric field, magnetic field, and wave vector of radio waves incident on the mesh at position rm by the radio waves 4, respectively. Ems and ks in FIG. 6 are the scattered electric field and wave vector of the scattered wave 4 mst, respectively.
再度図4を参照する。ステップS210では、位置rmのメッシュ上に誘起する等価面電流J及び等価面磁流Mが算出される。等価面電流J及び等価面磁流Mは、それぞれ以下の式(4)及び式(5)により与えられる。 Please refer to FIG. 4 again. In step S210, the equivalent surface current J and the equivalent surface magnetic current M induced on the mesh at the position rm are calculated. Equivalent surface current J and equivalent surface magnetic current M are given by the following equations (4) and (5), respectively.
ここで、Ev,及びEhは、電界Eiの、入射面垂直方向成分,及び水平方向成分である。Hv,及びHhは、磁界Hiの、入射面垂直方向成分,及び水平方向成分である。Rv,及びRhは、メッシュの位置rmにおける等価スクリーン領域ESCの、垂直偏波の反射係数,及び水平偏波の反射係数でありスカラーである。 Here, Ev and Eh are the component of the electric field Ei in the direction perpendicular to the plane of incidence and the component in the horizontal direction. Hv and Hh are the incident surface vertical component and horizontal component of the magnetic field Hi. Rv and Rh are the vertical and horizontal polarization reflection coefficients and scalars of the equivalent screen area ESC at the mesh position rm.
いま等価スクリーン領域ESCは、等価スクリーン算出ステップで算出した何ら物理量を持たない領域であるから、反射係数Rv,及びRhは0となる。よって、式(4)及び式(5)から、等価面電流J,及び等価面磁流Mは次の式(6)及び式(7)で与えられる。 Since the equivalent screen area ESC is an area having no physical quantity calculated in the equivalent screen calculation step, the reflection coefficients Rv and Rh are zero. Therefore, from the equations (4) and (5), the equivalent surface current J and the equivalent surface magnetic current M are given by the following equations (6) and (7).
これら式(6)及び式(7)により、等価面電流J,及び等価面磁流Mが算出される。ここで、電界Ei,及び磁界Hiは、電波4の情報及び伝搬する空間の情報と、メッシュの位置rmにより算出される。単位法線ベクトルnは、等価スクリーン領域ESCにより与えられる。 The equivalent surface current J and the equivalent surface magnetic current M are calculated by these equations (6) and (7). Here, the electric field Ei and the magnetic field Hi are calculated from the information of the radio wave 4, the information of the propagating space, and the position rm of the mesh. The unit normal vector n is given by the equivalent screen area ESC.
ステップS210を行った後、手順はステップS220に進む。 After performing step S210, the procedure proceeds to step S220.
ステップS220において、等価面電流J,及び等価面磁流Mに対する電気型ベクトルポテンシャルA,及び磁気型ベクトルポテンシャルBが算出される。 In step S220, the electric vector potential A and the magnetic vector potential B for the equivalent surface current J and the equivalent surface magnetic current M are calculated.
電気型ベクトルポテンシャルA,及び磁気型ベクトルポテンシャルBは、等価面電流J,及び等価面磁流Mに伴う散乱波4mstがメッシュを開口面として放射されるとして、次の式(8)及び式(9)により算出される。電気型ベクトルポテンシャルA,及び磁気型ベクトルポテンシャルBは、位置rの関数である。 The electric vector potential A and the magnetic vector potential B are obtained by the following equations (8) and ( 9). The electric vector potential A and the magnetic vector potential B are functions of the position r.
ここで、eはネイピア数、jは虚数単位である。Smは、メッシュの領域を表し、式(8)及び式(9)における積分がメッシュの領域を積分範囲とする面積分であることを示す。 where e is Napier's number and j is the imaginary unit. Sm represents the area of the mesh, and indicates that the integration in the equations (8) and (9) is an area integral with the area of the mesh as the integration range.
ステップS220を行った後、手順はステップS230に進む。 After performing step S220, the procedure proceeds to step S230.
ステップS230において、位置rmのメッシュにおける散乱電界Emsが算出される。そしてメッシュ毎の散乱電界Emsをメッシュ全体で足し合わせることで、受信点Rxにおける散乱電界Esが算出される。 In step S230, the scattered electric field Ems in the mesh at the position rm is calculated. Then, the scattered electric field Es at the reception point Rx is calculated by summing the scattered electric fields Ems for each mesh over the entire mesh.
一般にメッシュと受信点Rxとの距離|r-rm|は、電波4の波長λより十分大きい。またメッシュのサイズは前述するように波長λの0.1倍程度としている。よって散乱電界Emsは遠方界として、次の式(10)により算出される。散乱電界Emsは、位置rの関数である。 Generally, the distance |r−rm| between the mesh and the receiving point Rx is sufficiently larger than the wavelength λ of the radio wave 4 . The size of the mesh is about 0.1 times the wavelength λ as described above. Therefore, the scattered electric field Ems is calculated by the following equation (10) as the far field. The scattered electric field Ems is a function of position r.
ここで、εは真空誘電率、μは真空透磁率、ηは波動インピーダンス、ωは電波4の角周波数である。ksnは、波数ベクトルksの方向を持つ単位ベクトルである。 Here, ε is the vacuum permittivity, μ is the vacuum permeability, η is the wave impedance, and ω is the angular frequency of the radio wave 4 . ksn is a unit vector with the direction of the wave vector ks.
受信点Rxにおける散乱電界Esは、次の式(11)により算出される。散乱電界Esは、位置rの関数である。 The scattered electric field Es at the receiving point Rx is calculated by the following equation (11). The scattered electric field Es is a function of position r.
ここで、aTH,及びaTEは、それぞれ送信機1の方位角方向放射パターン及び仰角方向放射パターンにより与えられるゲインである。aRH,aREはそれぞれ受信機2の方位角方向放射パターン及び仰角方向放射パターンにより与えられるゲインである。これらの放射パターンは、送信機1,及び受信機2の情報として与えられる。Cは、メッシュ全体の集合を表し、式(11)における和がメッシュ全体で計算されることを示している。
where aTH and aTE are the gains provided by the azimuth and elevation radiation patterns of transmitter 1, respectively. aRH and aRE are the gains provided by the azimuth and elevation radiation patterns of
ステップS230を行った後、手順はステップS240に進む。 After performing step S230, the procedure proceeds to step S240.
ステップS240において、受信点Rxの位置rにおける散乱電界Esが等価スクリーン領域ESCにより遮蔽される電界であるとして、次の式(12)が電波遮蔽損失として算出される。 In step S240, assuming that the scattered electric field Es at the position r of the receiving point Rx is the electric field shielded by the equivalent screen area ESC, the following equation (12) is calculated as the radio wave shielding loss.
さらに、受信点Rxにおいて受信する電波の電力レベルが次の式(13)により算出されても良い。 Furthermore, the power level of radio waves received at the receiving point Rx may be calculated by the following equation (13).
ここでEfreeは、遮蔽物3が存在しない空間において、受信点Rxが受信する電波4の電界である。電界Efreeは、送信機1の情報と、受信機2の情報と、電波4の情報と、伝搬する空間の情報から算出される。
Here, Efree is the electric field of the radio wave 4 received by the receiving point Rx in a space where the
3.電波遮蔽損失算出装置
本実施の形態に係る電波遮蔽損失算出方法は、以下に示す電波遮蔽損失算出装置により実行される。
3. Radio Wave Shielding Loss Calculation Apparatus The radio wave shielding loss calculation method according to the present embodiment is executed by the radio wave shielding loss calculation apparatus described below.
3-1.構成例
図7は、本実施の形態に係る電波遮蔽損失算出装置10の構成例を示すブロック図である。電波遮蔽損失算出装置10は、典型的には、各種情報処理を行うコンピュータである。電波遮蔽損失算出装置10は、メモリ11と、プロセッサ12とを備えている。電波遮蔽損失算出装置10は、電波が伝搬する環境を示す伝搬環境情報が入力として与えられ、電波遮蔽損失を出力する。
3-1. Configuration Example FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the radio wave shielding
伝搬環境情報は、送信機1の情報と、受信機2の情報と、遮蔽物3の情報と、伝搬する空間の情報を含んでいる。送信機1の情報は、少なくとも送信点Txの位置と、送信機1の方位角方向及び仰角方向それぞれの放射パターンと、送信機1が放射する電波4の情報(電界、磁界、及び波数ベクトル)を含んでいる。受信機2の情報は、少なくとも受信点Rxの位置と、受信機2の方位角方向及び仰角方向それぞれの放射パターンを含んでいる。伝搬する空間の情報は、少なくとも誘電率と、透磁率を含んでいる。
The propagation environment information includes information on the transmitter 1, information on the
電波遮蔽損失算出装置10は、通信システムを構築する為の事前の調査を目的として、電波伝搬シミュレーション装置(例えばレイトレーシングを用いたシミュレーション装置)の一部として適用されても良いし、通信システムを運用している間に存在する遮蔽物3の影響を評価する評価装置として適用されても良い。
The radio wave shielding
伝搬環境情報は、電波遮蔽損失算出装置10がシミュレーション装置として適用される場合、シミュレーション条件として予め与えられる。一方で電波遮蔽損失算出装置10が通信システムを運用している間の評価装置として適用される場合は、送信機1、受信機2、及び伝搬する空間に関する情報は既知の情報として予め与えられ、遮蔽物3に関する情報はカメラ,レーダー等のセンサ装置により検出された値が与えられる。
The propagation environment information is given in advance as simulation conditions when the radio wave shielding
メモリ11は、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、プロセッサ12で実行可能な制御プログラムや制御プログラムに関連する種々のデータを記憶するROM(Read Only Memory)とを含んでいる。電波遮蔽損失算出装置10に与えられる伝搬環境情報は、メモリ11に記憶される。
The
プロセッサ12は、電波遮蔽損失算出プログラムPGMを実行し、メモリ11から読みだす電波環境情報に基づいて電波遮蔽損失を算出する。ここで電波遮蔽損失算出プログラムPGMは、図7に示されるように、メモリ11に記憶され、プロセッサ12は、メモリ11から電波遮蔽損失算出プログラムPGMを読み出して実行する。あるいは、電波遮蔽損失算出装置10が図示されないネットワークに接続され、ネットワークを介して電波遮蔽損失算出プログラムPGMが電波遮蔽損失算出装置10に提供されることで、プロセッサ12は、電波遮蔽損失算出プログラムPGMを実行しても良い。
The
3-2.電波遮蔽損失算出プログラム
図8は、プロセッサ12が電波遮蔽損失算出プログラムPGMの実行により行う処理を示すブロック図である。プロセッサ12は、電波遮蔽損失算出プログラムPGMの実行により、等価スクリーン算出処理PRC1と、電波遮蔽損失算出処理PRC2とを行う。
3-2. Radio Wave Shielding Loss Calculation Program FIG. 8 is a block diagram showing processing performed by the
等価スクリーン算出処理PRC1において、プロセッサ12は、前述する等価スクリーン算出ステップにおいて示されるように、送信点Txの位置と、受信点Rxの位置と、遮蔽物3の位置及び形状の情報から等価スクリーン領域ESCを算出する。送信点Txの位置、受信点Rxの位置、及び遮蔽物3の位置及び形状の情報は、伝搬環境情報により与えられる。
In the equivalent screen calculation process PRC1, the
電波遮蔽損失算出処理PRC2において、プロセッサ12は、前述する電波遮蔽損失算出ステップにおいて示されるように、伝搬環境情報及び等価スクリーン領域ESCに基づいて電波遮蔽損失を算出する。
In the radio wave shielding loss calculation process PRC2, the
電波遮蔽損失算出処理PRC2においてプロセッサ12が実行する処理は、図4に示すフローチャートと同一である。従って、ここでの説明は省略する。
The processing executed by the
4.効果
以上説明したように、本実施の形態に係る電波遮蔽損失算出方法,及び電波遮蔽損失算出装置では、等価スクリーン算出ステップ(等価スクリーン算出処理PRC1)で遮蔽物3の厚みを考慮した等価スクリーン領域ESCが算出される。そして電波遮蔽損失算出ステップ(電波遮蔽損失算出処理PRC2)で、遮蔽物3ではなく等価スクリーン領域ESCにより電波4が遮蔽されるとして、PO法に基づいて電波遮蔽損失が算出される。これにより、遮蔽物3の厚みを考慮した電波遮蔽損失を算出することができ、遮蔽物3の厚みが大きい場合であっても電波遮蔽損失を高い精度で計算することができる。
4. Effect As described above, in the radio wave shielding loss calculation method and the radio wave shielding loss calculation apparatus according to the present embodiment, the equivalent screen area considering the thickness of the
1 送信機
2 受信機
3 遮蔽物
10 電波遮蔽損失算出装置
11 メモリ
12 プロセッサ
PGM 電波遮蔽損失算出プログラム
PRC1 等価スクリーン算出処理
PRC2 電波遮蔽損失算出処理
ESC 等価スクリーン領域
Tx 送信点
Rx 受信点
OP1 送信点から見た遮蔽物の外郭線上の点
OP2 受信点から見た遮蔽物の外郭線上の点
LS1 送信点と点OP1を通る直線
LS2 受信点と点OP2を通る直線
IP 直線LS1と直線LS2の交点
1
Claims (6)
送信点は、前記送信機の前記電波を放射する位置であり、
受信点は、前記受信機の前記電波を受信する位置であり、
前記送信点から放射状に広がり前記送信点から見た前記遮蔽物の外郭線上の点を通る複数の直線と、前記受信点から放射状に広がり前記受信点から見た前記遮蔽物の外郭線上の点を通る複数の直線との交点の位置を算出し、前記交点の集合を外郭線とする平面領域である等価スクリーン領域を算出する等価スクリーン算出ステップと、
前記等価スクリーン領域で前記電波が遮蔽されるとして前記電波遮蔽損失を算出する電波遮蔽損失算出ステップと、
を含むことを特徴とする電波遮蔽損失算出方法。 A radio wave shielding loss calculation method for calculating the radio wave shielding loss of the radio wave caused by a shield present on a radio wave propagation path between a transmitter that emits radio waves and a receiver that receives the radio waves,
A transmission point is a position where the transmitter emits the radio waves,
The reception point is a position where the receiver receives the radio waves,
A plurality of straight lines extending radially from the transmitting point and passing through points on the outline of the shield viewed from the transmitting point, and points on the outline of the shield extending radially from the receiving point and viewed from the receiving point. an equivalent screen calculation step of calculating positions of intersections with a plurality of straight lines passing through and calculating an equivalent screen region, which is a plane region having a set of intersections as an outline;
a radio wave shielding loss calculation step of calculating the radio wave shielding loss assuming that the radio waves are shielded by the equivalent screen area;
A radio wave shielding loss calculation method, comprising:
前記電波遮蔽損失算出ステップは、
前記遮蔽物が存在しないと仮定した場合に前記等価スクリーン領域から放射される散乱波が前記受信点に誘起する電界が、前記等価スクリーン領域で遮蔽される電界であるとして前記電波遮蔽損失を算出する
ことを特徴とする電波遮蔽損失算出方法。 2. The method of claim 1, wherein
The radio wave shielding loss calculation step includes:
The radio wave shielding loss is calculated by assuming that the electric field induced at the receiving point by the scattered waves emitted from the equivalent screen area when the shield does not exist is the electric field shielded by the equivalent screen area. A radio wave shielding loss calculation method characterized by:
前記電波遮蔽損失算出ステップは、
前記等価スクリーン領域をメッシュで分割し、
それぞれの前記メッシュ毎に前記電波遮蔽損失を算出し、前記メッシュ毎の前記電波遮蔽損失を前記メッシュ全体で足し合わせることで前記電波遮蔽損失を算出する
ことを特徴とする電波遮蔽損失算出方法。 3. A method according to claim 1 or 2,
The radio wave shielding loss calculation step includes:
dividing the equivalent screen area by a mesh;
A radio wave shielding loss calculation method, comprising: calculating the radio wave shielding loss for each of the meshes; and calculating the radio wave shielding loss by adding the radio wave shielding loss for each mesh to the entire mesh.
メモリと、
プロセッサと、
を備え、
前記メモリは、
前記送信機の前記電波を放射する位置である送信点の情報と、
前記受信機の前記電波を放射する位置である受信点の情報と、
前記遮蔽物の位置及び形状の情報と、を記憶し、
前記プロセッサは、
前記メモリに記憶される情報に基づいて、前記送信点から放射状に広がり前記送信点から見た前記遮蔽物の外郭線上の点を通る複数の直線と、前記受信点から放射状に広がり前記受信点から見た前記遮蔽物の外郭線上の点を通る複数の直線との交点の位置を算出し、前記交点の集合を外郭線とする平面領域である等価スクリーン領域を算出する等価スクリーン算出処理と、
前記等価スクリーン領域で前記電波が遮蔽されるとして前記電波遮蔽損失を算出する電波遮蔽損失算出処理と、
を実行することを特徴とする電波遮蔽損失算出装置。 A radio wave shielding loss calculation device for calculating the radio wave shielding loss of the radio wave due to a shield present on the radio wave propagation path between a transmitter that emits the radio wave and a receiver that receives the radio wave,
memory;
a processor;
with
The memory is
Information on a transmission point, which is a position from which the transmitter emits the radio wave;
Information on a receiving point, which is the position of the receiver from which the radio waves are emitted;
storing information on the position and shape of the shield, and
The processor
Based on the information stored in the memory, a plurality of straight lines extending radially from the transmission point and passing through points on the outline of the shield seen from the transmission point, and a plurality of straight lines extending radially from the reception point and extending from the reception point Equivalent screen calculation processing for calculating the positions of intersections with a plurality of straight lines passing through points on the contour line of the viewed shield, and calculating an equivalent screen region, which is a plane region having the set of intersections as the contour line;
radio wave shielding loss calculation processing for calculating the radio wave shielding loss assuming that the radio wave is shielded in the equivalent screen area;
A radio wave shielding loss calculation device characterized by executing
前記電波遮蔽損失算出処理において、前記プロセッサは、
前記遮蔽物が存在しないと仮定した場合に前記等価スクリーン領域から放射される散乱波が前記受信点に誘起する電界を、前記等価スクリーン領域で遮蔽される電界として前記電波遮蔽損失を算出する
ことを特徴とする電波遮蔽損失算出装置。 The radio wave shielding loss calculation device according to claim 4,
In the radio wave shielding loss calculation process, the processor
Calculating the radio wave shielding loss assuming that the electric field induced at the receiving point by the scattered waves emitted from the equivalent screen area when the shield does not exist is the electric field shielded by the equivalent screen area. A radio shielding loss calculator characterized by:
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