WO2022239660A1 - リフレクタシステム、アクティブリフレクタ、及び、アクティブリフレクタの配置方法 - Google Patents

リフレクタシステム、アクティブリフレクタ、及び、アクティブリフレクタの配置方法 Download PDF

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WO2022239660A1
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active reflector
reflector
line
active
reflecting surface
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幸一郎 ▲高▼橋
修 加賀谷
翔 熊谷
眞平 長江
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Agc株式会社
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/148Reflecting surfaces; Equivalent structures with means for varying the reflecting properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/16Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device
    • H01Q3/20Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device wherein the primary active element is fixed and the reflecting device is movable
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    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
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    • H01Q3/44Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element

Definitions

  • the present invention relates to a reflector system, an active reflector, and a method of arranging the active reflector.
  • a radio communication system comprises: a first propagation channel information obtaining unit for obtaining first propagation channel information between the radio base station and the phase-controlled reflector; and a second propagation channel between the phase-controlled reflector and the terminal. a second propagation channel information obtaining unit for obtaining information;
  • the phase control reflector controls the phase of the radio signal reflected toward the terminal or the radio base station based on the first propagation channel information and the second propagation channel information (see Patent Document 1, for example). ).
  • a reflector system is provided at least partially within a boundary area located at the boundary between a line-of-sight area and a non-line-of-sight area formed by one or more shields that shield radio waves transmitted by a transmitter.
  • a first active reflector that reflects the radio waves transmitted from the transmitter with the first reflecting surface that can change the angle of reflection; and a second active reflector that is provided in the non-line-of-sight area.
  • FIG. 4 is a diagram showing a simulation model of region 1; It is a figure explaining a line-of-sight area, a non-line-of-sight area, and a dead zone area.
  • 1 is a diagram showing an example of antenna units 11 and 12 of an antenna set of a radio base station 10.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of a reflect array antenna of active reflector 110.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a circuit configuration of an active reflector 110;
  • FIG. It is a figure which shows the result of a 1st simulation. It is a figure which shows the result of a 1st simulation. It is a figure which shows the result of a 2nd simulation.
  • 11 is a diagram showing the position of the reflecting surface 111 of the active reflector 110 in the third simulation; It is a figure which shows the result of a 3rd simulation. It is a figure which shows the result of a 4th simulation. It is a figure which shows a simulation model. It is a figure which shows a simulation model. It is a figure which shows the result of a 5th simulation.
  • Embodiments to which the reflector system, the active reflector, and the active reflector arrangement method of the present disclosure are applied will be described below.
  • An XYZ coordinate system will be defined and explained below.
  • a direction parallel to the X axis (X direction), a direction parallel to the Y axis (Y direction), and a direction parallel to the Z axis (Z direction) are orthogonal to each other.
  • the ⁇ Z direction side may be referred to as the lower side or the lower side
  • the +Z direction side may be referred to as the upper side or the upper side for convenience of explanation.
  • planar viewing means viewing in the XY plane.
  • the length, thickness, thickness, etc. of each part may be exaggerated to make the configuration easier to understand.
  • words such as parallel, right angle, orthogonal, horizontal, vertical, and up and down shall be allowed to be shifted to the extent that the effects of the embodiments are not impaired.
  • FIG. 1 is a diagram showing a simulation model of area 1.
  • FIG. 1 shows, as an example, a state in which the reflector system 100 of the embodiment is arranged in area 1.
  • Reflector system 100 illustratively includes two active reflectors 110 .
  • Active reflector 110 has a reflective surface 111 .
  • One of the two active reflectors 110 is an example of a first active reflector, and one reflecting surface 111 is an example of a first reflecting surface.
  • the other active reflector 110 is an example of a second active reflector, and the other reflecting surface 111 is an example of a second reflecting surface.
  • An area 1 is, for example, a rectangular area, and includes a cross-shaped road 2 and buildings 5A to 5D arranged along the road 2. Area 1 has no ceiling, and nothing other than what is described here. Buildings 5A to 5D are examples of shields that shield radio waves.
  • the road 2 is divided into an intersection 2I, two roads 2X extending from the intersection 2I in ⁇ X directions, and two roads 2Y extending from the intersection 2I in ⁇ Y directions.
  • the intersection 2I and the roads 2X and 2Y are not particularly distinguished, and when the intersection 2I and the roads 2X and 2Y are all indicated, the road 2 is used.
  • the center of the intersection 2I on the ground surface of the cross-shaped road 2 is set as the origin of the XYZ coordinates.
  • Buildings 5A to 5D are, for example, square in plan view and are arranged so as to surround a cross-shaped road 2. Assume that the buildings 5A to 5D have a sufficient height (for example, about 30 m) and have a uniform shape in plan view up to the roof. As an example, the width of the road 2X in the Y direction and the width of the road 2Y in the X direction are 12 m, and the widths of the buildings 5A to 5D in the X and Y directions are 21 m.
  • the radio base station 10 is an example of a transmitter.
  • the radio base station 10 is arranged at the end of the road 2X on the -X direction side.
  • the height of the radio base station 10 is, for example, 1.5 m above the ground.
  • the radio base station 10 includes, for example, an antenna set comprising antenna units for transmitting streams in a distributed MIMO (Multiple Input Multiple Output) scheme. Although the details of such an antenna set will be described later, the coordinates of the center of gravity of the antenna unit group will be described here as the coordinates of the radio base station 10 .
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • the receiver 21 is placed at the end of the road 2Y in the -Y direction, the receiver 22 is placed at the end of the road 2Y in the +Y direction, and the receiver 23 is placed at the end of the road 2X in the +X direction.
  • the height of the receivers 21 to 23 is, for example, 1.5 m above the ground, which is equal to the height of the radio base station 10 . Note that the receivers 21 to 23 are referred to as the receiver 20 when they are not distinguished from each other.
  • the +Y-direction side active reflector 110 is attached to the -Y-direction end of the -X-direction side wall of the building 5A, and is provided facing the wireless base station 10 at the position closest to the intersection 2I on the road 2Y. It is The ⁇ Y direction side active reflector 110 is attached to the +Y direction side end of the ⁇ X direction side wall of the building 5D, and is provided toward the wireless base station 10 at the position closest to the intersection 2I on the road 2. It is The height of the two active reflectors 110 is, for example, 1.5m above the ground.
  • the active reflector 110 is arranged with the reflective surface 111 facing the wireless base station 10 .
  • the expression that the reflective surface 111 faces the radio base station 10 means that a straight line can be drawn from the reflective surface 111 toward the antenna of the radio base station 10 without being blocked by obstacles such as the building 5 . This straight line is the shortest optical path.
  • the radio waves radiated from the antenna of the radio base station 10 are reflected by the outer walls of the buildings 5A to 5D, etc., but the radio waves do not reach positions such as the positions of the receivers 21 and 22 that are not visible from the radio base station 10. Since a dead zone area, which is an area where no light is present, can occur, the active reflector 110 is provided in order to enable reception of radio waves even in a position where a dead zone area may occur. More specifically, the dead band region is a region in which the strength of radio waves is below the level required for receiving operation in the receivers 21 and 22 .
  • FIG. 2 is a diagram for explaining line-of-sight areas, non-line-of-sight areas, and dead zone areas.
  • FIG. 2A shows a line-of-sight area 30A and a non-line-of-sight area 30B
  • FIG. 2B shows a dead zone area.
  • the active reflector 110 is omitted in FIG. 2(A), and FIG. 2(B) shows area 1, road 2, buildings 5A to 5D, dead zone areas, and the distribution of radio wave intensity.
  • a line-of-sight area 30A indicated by dots with high density is an area that can be seen from the antenna of the radio base station 10 and is a LOS (Line Of Sight) area.
  • the non-line-of-sight area 30B is a portion of the road 2 excluding the line-of-sight area 30A, as indicated by dots with low density, and is an NLOS (Non Line Of Sight) area.
  • the area visible from the antenna of the radio base station 10 is the intersection 2I, the two roads 2X, and the portion of the two roads 2Y closer to the intersection 2I than the two dashed lines A.
  • Two dashed lines A are located in a straight line obtained by connecting the antenna of the radio base station 10 and the corners facing the intersection 2I of the buildings 5B and 5C.
  • the portion on the intersection 2I side of the two dashed lines A of the two roads 2Y is the portion Y1 (m) from the corner of the intersection 2I on the -X direction side wall of the buildings 5A and 5D. facing.
  • Y1 is 3.6 m.
  • radio wave intensity (dBm) shown in FIG. occursed.
  • the radio waves radiated from the antenna of the radio base station 10 directly reach the line-of-sight area 30A, but are reflected by the outer walls of the buildings 5A to 5D in the non-line-of-sight area 30B. Therefore, the non-line-of-sight area 30B is divided into an area where radio waves reach and a dead zone area where radio waves do not reach.
  • the distribution of the radio field intensity (dBm) shown in FIG. 2B represents the distribution at each position on the road 2 when 25 dBm of power is radiated from the antenna of the radio base station 10.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the antenna units 11 and 12 of the antenna set of the radio base station 10.
  • the radio base station 10 has a main body section 10A and antenna units 11 and 12 .
  • the antenna units 11, 12 form an antenna unit group.
  • Antenna units 11, 12 are arranged along the Y direction with a spacing d, as an example, for transmitting streams in distributed MIMO.
  • the antenna units 11 and 12 are devices that transmit and receive radio waves in a high frequency band (for example, 0.3 GHz to 300 GHz) such as microwaves including millimeter waves.
  • the antenna units 11 and 12 emit radio waves compatible with, for example, fifth-generation mobile communication systems (so-called 5G), wireless communication standards such as Bluetooth (registered trademark), and wireless LAN (Local Area Network) standards such as IEEE 802.11ac. It is formed to be able to transmit and receive.
  • the antenna units 11 and 12 may be formed to be able to transmit and receive electromagnetic waves conforming to standards other than these, or may be formed to be able to transmit and receive electromagnetic waves of a plurality of different frequencies.
  • a form in which the antenna units 11 and 12 transmit and receive radio waves corresponding to the 5G standard will be described as an example. Radio waves emitted from the antenna units 11 and 12 propagate as one beam by beam forming.
  • radio base station 10 has two antenna units 11 and 12 will be described. good. Also, for example, distributed MIMO may be realized using two or more radio base stations 10 each having one antenna unit.
  • the height at which the antenna units 11 and 12 are installed may be defined by the height from one reference plane parallel to the horizontal plane (here, the surface of the road 2).
  • the installation height of the antenna unit may be defined as the height from the outdoor ground.
  • the height of the antenna units 11 and 12 in the Z-axis direction from the surface (ground) of the road 2 is set to 1.5 m.
  • the receiver 20 may be a radio base station similar to the radio base station 10, or may be a terminal such as a smartphone or a tablet computer of a user using 5G communication. If the receiver 20 is a radio base station, it is preferably capable of communication by distributed MIMO as with the radio base station 10 . If the receiver 20 is a radio base station similar to the radio base station 10, the coordinates of the center of gravity of the antenna unit group may be used as the coordinates of the receiver 20. FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of active reflector 110.
  • Active reflector 110 is, for example, a reflect array antenna having a plurality of reflective elements 112 arranged in an array (matrix). A plurality of reflective elements 112 are positioned on one reflective surface 111 parallel to the XY plane.
  • the reflective elements 112 are rectangular in plan view and arranged on the surface of an insulating layer (not shown). Such a reflective element 112 can be produced by patterning a metal foil such as copper or aluminum provided on the surface of an insulating layer or the like. As an example, the plurality of reflective elements 112 are arranged at equal intervals in the X direction and the Y direction.
  • Each reflective element 112 has a via 112A extending from the center of the lower surface and penetrating the insulating layer. That is, each reflective element 112 is mushroom-shaped as an example.
  • a via 112A of each reflecting element 112 is provided with a PIN (P-Intrinsic-N) diode for RF (Radio Frequency), a variable capacitor, or the like.
  • PIN diode or a variable capacitor is provided to change the electrical characteristics such as the potential or capacitance of the reflective element 112, and is connected to the drive circuit 113, for example.
  • the PIN diode is switched on/off according to the drive signal output from the drive circuit 113 .
  • the capacitance of the variable capacitor is switched according to the drive signal output from the drive circuit 113 .
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the active reflector 110.
  • FIG. FIG. 5A shows a circuit example in which a variable capacitor 114A is connected between vias 112A of two reflective elements 112.
  • FIG. The capacitance of the variable capacitor 114A is switched by a drive signal output from the drive circuit 113.
  • FIG. 5A Although two reflective elements 112 are shown in FIG. 5A, two other reflective elements 112 are similarly connected to the variable capacitor 114A.
  • FIG. 5(B) shows a circuit example in which a PIN diode 114B is connected between vias 112A of two reflective elements 112.
  • FIG. ON/OFF of the PIN diode 114B is switched by a drive signal output from the drive circuit 113.
  • FIG. 5B shows two reflective elements 112 in FIG. 5B, two other reflective elements 112 are similarly connected to the PIN diode 114B.
  • FIG. 5(C) shows a circuit example in which a PIN diode 114C is connected in series between the via 112A of each reflective element 112 and the ground layer 112B.
  • the PIN diode 114 ⁇ /b>C is turned on/off by a drive signal output from the drive circuit 113 .
  • three reflective elements 112 are shown in FIG. 5C, the other reflective elements 112 are similarly connected to the PIN diode 114C.
  • the active reflector 110 adjusts the phase of reflection of incident waves (beams) incident on adjacent reflecting elements 112 by switching the electrical characteristics of each reflecting element 112 with a driving signal output from a driving circuit 113 . can change the reflection angle of the beam formed by the reflected waves reflected by all the reflecting elements 112 to a direction other than specular reflection.
  • the active reflector 110 depends on the driving power that drives the variable capacitor 114A, the PIN diode 114B, or the PIN diode 114C connected to each reflecting element 112. It can be set according to the signal pattern.
  • the drive circuit 113 is configured by a microcomputer, and data representing the pattern of the drive signal is stored in the memory of the microcomputer. Diode 114B or PIN diode 114C may be driven.
  • the active reflector 110 having the reflecting element 112 shown in FIGS. 4 and 5 has been described. As long as it can be done, it may have a configuration other than the configuration described here.
  • FIG. 6A shows paths (1) to (3) in which the position of the active reflector 110 is changed in the simulation model of region 1.
  • FIG. 6(B), 7(A), and 7(B) show the radio base station when the position of the active reflector 110 is changed along paths (1), (2), and (3), respectively.
  • 10 shows the channel capacity (bit/s/Hz) when the radio waves transmitted from 10 are received by the receivers 21-23.
  • the size of the reflecting surface 111 of the active reflector 110 is 300 mm long and 300 mm wide, and the area is 0.09 m 2 .
  • the position of active reflector 110 is the position of the center of gravity of reflective surface 111 .
  • the active reflector 110 swung the reflection angle at intervals of 1 degree within a range of ⁇ 90 degrees with respect to the normal vector of the reflecting surface 111 in the XY plan view.
  • Channel capacity represents the density of signals that can be multiplexed without interference in a certain frequency propagation channel.
  • channel capacity is high, different information transmitted by the MIMO antenna improves the communication speed, and the same information transmitted by the MIMO antenna improves the signal-to-noise ratio (SNR) at the receiver side.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • Channel capacity represents a communication performance indicator between MIMO antennas.
  • active reflector 110 is located within line-of-sight area 30A.
  • active reflector 110 is located within non-line-of-sight region 30B.
  • the receivers 21 to 23 received shows the channel capacity in the case of Since the channel capacity of receivers 21 and 22 in non-line-of-sight region 30B is approximately zero when active reflector 110 is not in region 1, receivers 21 and 22 are located within the deadband region.
  • the channel capacity of the receiver 23 existing within the line-of-sight area 30A tends to be higher overall than when the active reflector 110 is not present. It is considered that the number of radio waves reaching the receiver 23 has increased due to the increase in reflected waves even within the line-of-sight area 30A.
  • the channel capacity of the receiver 21 is higher than that of the receiver 22 when the position of the active reflector 110 in the Y direction is -10 m to -7 m, the reflected wave reaching the receiver 21 located near the active reflector 110 was found to increase. Further, when the position of the active reflector 110 in the Y direction is 7 m to 10 m, the channel capacity of the receiver 22 is higher than that of the receiver 21. Therefore, the reflected wave reaching the receiver 22 located near the active reflector 110 was found to increase.
  • the channel is more channel-oriented than when the active reflector 110 is not present. A tendency for the capacity to increase was confirmed. It is believed that the presence of the active reflector 110 near the intersection 2I increased the number of reflected waves even within the line-of-sight area 30A, and the number of radio waves reaching the receiver 23 increased.
  • the channel capacity of the receivers 21 to 23 is -20 m when the position of the active reflector 110 in the Y direction is -20 m.
  • ⁇ -7m and 7m to 20m tended to be higher than the channel capacity without the active reflector 110 present.
  • the channel capacity of the receiver 21 is higher than that of the receiver 22 when the position of the active reflector 110 in the Y direction is -20 m to -7 m, the reflected wave reaching the receiver 21 located near the active reflector 110 was found to increase.
  • the position of the active reflector 110 in the Y direction is 7 m to 20 m, the channel capacity of the receiver 22 is higher than that of the receiver 21. Therefore, the reflected wave reaching the receiver 22 located near the active reflector 110 was found to increase.
  • the receiver The channel capacities of 21 and 22 were particularly high. Since the active reflector 110 is arranged in the line-of-sight area 30A on the +Y direction side and the ⁇ Y direction side in the road 2Y with the reflecting surface 111 facing the radio base station 10, the reflecting surface 111 is directly reached from the radio base station 10. This is probably because the presence of radio waves increases the number of reflected waves, and the number of reflected waves reaching the receivers 21 and 22 in the non-line-of-sight area 30B increases.
  • the receiver 23 existing within the line-of-sight area 30A, when the position of the active reflector 110 in the Y direction is ⁇ 9 m, ⁇ 8 m, ⁇ 7 m, 7 m, 8 m, and 9 m, It was also confirmed that the channel capacity tends to increase. It is believed that the number of reflected waves reaching the receiver 23 within the line-of-sight area 30A also increased due to the placement of the active reflectors 110 in the line-of-sight area 30A on the +Y direction side and the ⁇ Y direction side of the road 2Y. .
  • the active reflector 110 is installed near the intersection 2I, the reflected waves reaching the receivers 21 and 22 placed within the dead zone area can be increased.
  • the reflected waves reaching the receivers 21 and 22 placed within the dead zone area was found to be significantly increased.
  • FIG. 8 is a diagram showing the results of the second simulation.
  • the channel capacity is the channel capacity (bit/s/Hz) when the radio waves transmitted from the radio base station 10 are received by the receivers 21-23.
  • the positions of radio base station 10 and receivers 21 to 23 are the same as in the first simulation.
  • the result for the area of the active reflector 110 of 0 m 2 represents the result when the active reflector 110 is not installed.
  • the area of the active reflector 110 is set to 0.09 m 2 (300 mm ⁇ 300 mm) and 0.64 m 2 (800 mm ⁇ 800 mm)
  • the channel capacities of the receivers 21 and 22 are reduced compared to when the active reflector 110 is not installed. increased dramatically.
  • About 50% to 60% larger values were obtained when the area of the active reflector 110 was 0.64 m 2 than when the area was 0.09 m 2 .
  • the results of setting the area of the active reflector 110 to 0.09 m 2 (300 mm ⁇ 300 mm) and 0.64 m 2 (800 mm ⁇ 800 mm) are shown, but up to 1.00 m 2 (1000 mm ⁇ 1000 mm), there is an increasing tendency. I was able to confirm that it shows. Also, when the area of the active reflector 110 is made smaller than 0.09 m 2 , the channel capacity of the receivers 21 and 22 is 0.01 m 2 (100 mm ⁇ 100 mm) or more when the active reflector 110 is not installed. It was confirmed that the
  • a second simulation revealed that a larger size of the active reflector 110 can increase reflected waves reaching the receivers 21 and 22 located within the dead zone region. It was found that the size of the reflecting surface 111 of the active reflector 110 is preferably 0.01 m 2 to 1.00 m 2 .
  • FIG. 9 is a diagram showing the position of the reflecting surface 111 of the active reflector 110 in the third simulation.
  • the channel capacities of the receivers 21 to 23 were calculated when the active reflectors 110 were placed at 12 positions and placed at each position.
  • FIG. 9 shows the outer wall of the building 5A on the -X direction side.
  • the positions of radio base station 10 and receivers 21 to 23 are the same as in the first simulation.
  • the size of the active reflector 110 is 0.09 m 2 (300 mm ⁇ 300 mm).
  • the active reflector 110 swung the reflection angle at intervals of 1 degree within a range of ⁇ 90 degrees with respect to the normal vector of the reflecting surface 111 in the XY plan view.
  • (X, Y, Z) (5, 7, 1.5), (5, 7, 3), (5, 7, 6), (5, 8, 1.5), (5, 8, 3) ), (5,8,6), (5,9,1.5), (5,9,3), (5,9,6) are within the line-of-sight area 30A, and the active reflector 110 is located on the road 2Y Since the reflective surface 111 is arranged to face the radio base station 10 within the line-of-sight area 30A on the +Y direction side, a straight line (shortest optical path) connecting the reflective surface 111 and the radio base station 10 exists.
  • FIG. 10 is a diagram showing the results of the third simulation.
  • differences in the channel capacities (bit/s/Hz) of the receivers 21 to 23 with respect to differences in the height of the active reflector 110 and differences in the line-of-sight area 30A/non-line-of-sight area 30B were calculated.
  • the active reflector 110 is within the line-of-sight area 30A, since there is a straight line (shortest optical path) connecting the reflecting surface 111 and the wireless base station 10 for the entire reflecting surface 111, radio waves directly arriving from the wireless base station 10 This is probably because the radio waves that have directly arrived are reflected by the reflecting surface 111 and the reflected waves that reach the receivers 21 and 22 within the dead zone area are increased.
  • the increase in channel capacity of receiver 22 located within road 2Y on the same +Y direction side as active reflector 110 was greater than that of receiver 21 .
  • the increase in channel capacity of receiver 22 located within road 2Y on the same +Y direction side as active reflector 110 was greater than that of receiver 21 .
  • the increase in the channel capacity of the receiver 22 located within the road 2Y on the same +Y direction side as the active reflector 110 was greater than that of the receiver 21 .
  • FIG. 11 is a diagram showing the results of the fourth simulation.
  • 11(A), 11(B), and 11(C) show direct waves that directly reach the receivers 21, 22, and 23 from the radio base station 10, and waves reflected on the way.
  • An optical path (ray path) with an arriving reflected wave is shown.
  • the reflecting surface 111 faces the -X direction.
  • the size of the reflecting surface 111 of the active reflector 110 is 300 mm long and 300 mm wide, and its area is 0.09 m 2 .
  • the position of active reflector 110 is the position of the center of gravity of reflective surface 111 .
  • the active reflector 110 swung the reflection angle at intervals of 1 degree within a range of ⁇ 90 degrees with respect to the normal vector of the reflecting surface 111 in the XY plan view.
  • 11(A), 11(B), and 11(C) show only the layout of the buildings 5A to 5D, and the receivers 21, 22, and 23 and other Components and their symbols are omitted.
  • the active reflector 110 is positioned within the line-of-sight area 30A.
  • active reflector 110 is located within non-line-of-sight area 30B but near the boundary with line-of-sight area 30A.
  • the active reflector 110 is located at a distance of 5 m or more from the line-of-sight area 30A within the non-line-of-sight area 30B. This simulation was performed on a simulator that seeks ray paths.
  • reflected waves reflected by the outer walls of the buildings 5B and 5C also entered the active reflector 110 from the wireless base station 10 .
  • the reflected wave reflected by the active reflector 110 may reach the receiver 21 directly, or may reach the receiver 21 after being reflected by the outer wall of the building 5C on the +X direction side.
  • reflected waves reflected by the outer walls of the buildings 5B and 5C also entered the active reflector 110 from the wireless base station 10 . It was also confirmed that the reflected wave reflected by the active reflector 110 may reach the receiver 22 directly, or may reach the receiver 22 after being reflected by the outer walls of the buildings 5A and 5B.
  • the reflected waves from the radio base station 10 did not reach the active reflector 110 directly, but were reflected by the outer walls of the buildings 5A, 5B, and 5C. It was also confirmed that the reflected wave reflected by the active reflector 110 may reach the receiver 21 directly, or may reach the receiver 21 after being reflected by the outer walls of the buildings 5A and 5C.
  • 12 and 13 are diagrams showing simulation models. 12 and 13 show five simulation models 1A, 1B, 1C, 1D and 1E. 12 and 13 show only the layout of buildings 5A-5D and active reflectors 110, 110A and 110B, omitting receivers 21, 22 and 23 and other components and their reference numerals.
  • the size of the active reflectors 110, 110A, and 110B is 0.09 m 2 (300 mm ⁇ 300 mm).
  • the active reflectors 110, 110A, and 110B swung the reflection angle at intervals of 5 degrees within a range of ⁇ 90 degrees with respect to the normal vector of the reflecting surface 111 in the XY plan view.
  • the two active reflectors 110A, 110B of simulation models 1C-1E have the same configuration as the single active reflector 110 of simulation model 1B.
  • a simulation model 1A shown in FIG. 12(A) is a simulation model for comparison, and the active reflector 110 is not arranged.
  • the reflective surface 111 faces the -X direction and faces the radio base station 10 .
  • the reflecting surfaces 111 of the two active reflectors 110A and 110B both face the -X direction and are directed toward the radio base station 10.
  • FIG. The two active reflectors 110A and 110B are arranged adjacent to each other across the intersection 2I. Since the intersection 2I is the line-of-sight area 30A, the two active reflectors 110A and 110B are arranged adjacent to each other with the line-of-sight area 30A interposed therebetween. Since the position of active reflector 110A is the same as the position of active reflector 110 of simulation model 1B, simulation model 1C has a configuration in which active reflector 110B is added to simulation model 1B.
  • the simulation model 1C shown in FIG. 12(C) is a simulation model including the reflector system 100.
  • Active reflector 110A is an example of a first active reflector
  • reflective surface 111 of active reflector 110A is an example of a first reflective surface.
  • the active reflector 110B is an example of a second active reflector
  • the reflecting surface 111 of the active reflector 110B is an example of a second reflecting surface.
  • a simulation model 1D shown in FIG. 13(A) is a simulation model including the reflector system 100 .
  • the reflecting surface 111 of the active reflector 110A faces the -X direction and faces the radio base station 10.
  • the reflecting surface 111 of the active reflector 110B faces the +X direction, and faces the reflecting surface 111 of the active reflector 110A across the non-line-of-sight area 30B of the road 2Y on the +Y direction side.
  • the simulation model 1D has a configuration in which the active reflector 110B is added to the simulation model 1B.
  • Active reflector 110A is an example of a first active reflector
  • reflective surface 111 of active reflector 110A is an example of a first reflective surface.
  • the active reflector 110B is an example of a second active reflector
  • the reflecting surface 111 of the active reflector 110B is an example of a second reflecting surface.
  • a simulation model 1E shown in FIG. 13(B) is a simulation model including the reflector system 100 .
  • the reflecting surface 111 of the active reflector 110A faces the -X direction and faces the radio base station 10.
  • the reflecting surface 111 of the active reflector 110B faces the +X direction.
  • the reflecting surfaces 111 of the two active reflectors 110A and 110B are obliquely opposed to each other across the intersection 2I. Since the intersection 2I is the line-of-sight area 30A, the reflecting surfaces 111 of the two active reflectors 110A and 110B are arranged obliquely across the line-of-sight area 30A.
  • the simulation model 1E has a configuration in which the active reflector 110B is added to the simulation model 1B.
  • Active reflector 110A is an example of a first active reflector
  • reflective surface 111 of active reflector 110A is an example of a first reflective surface.
  • the active reflector 110B is an example of a second active reflector
  • the reflecting surface 111 of the active reflector 110B is an example of a second reflecting surface.
  • FIG. 14 is a diagram showing the results of the fifth simulation.
  • the channel capacities of receivers 21-23 in simulation models 1A-1E were calculated.
  • the channel capacities of the receivers 21-23 are shown as bar graphs.
  • Channel capacities in simulation models 1A-1E are shown from left to right for each of receivers 21-23.
  • the channel capacity of the receiver 21 of simulation models 1B-1E in which active reflector 110 or 110A and 110B are placed is compared to simulation model 1A in which active reflectors 110, 110A and 110B are not placed. increased significantly. It has been found that placing the active reflectors 110, 110A, 110B at each of the locations described above can significantly increase the channel capacity of the receiver 21 located within the deadband region.
  • simulation model 1C The greatest increase in the channel capacity of the receiver 21 was obtained with the simulation model 1C, where the best results were obtained by placing two active reflectors 110A, 110B side by side facing the radio base station 10 across the intersection 2I. was taken. Also, simulation models 1D and 1E, which include two active reflectors 110A and 110B, slightly increase the channel capacity of receiver 21 compared to simulation model 1B, which includes one active reflector 110. FIG. Simulation models 1D and 1E are obtained by adding facing and diagonally facing active reflectors 110B to simulation model 1B. Therefore, it was confirmed that the number of reflected waves reaching the receiver 21 increases by adding the active reflector 110B that does not face the radio base station 10. FIG.
  • simulation models 1D and 1E including two active reflectors 110A and 110B slightly increased the channel capacity of the receiver 21 compared to the simulation model 1B including one active reflector 110. Therefore, it was confirmed that the number of reflected waves reaching the receiver 22 increases by adding the active reflector 110B that does not face the radio base station 10 as in the case of the receiver 21 .
  • the channel capacities of the receivers 21 and 22 within the dead band region can be increased more than the simulation model 1B including only one active reflector 110. It turns out there is. That is, it has been found that the use of reflector system 100 can increase the channel capacity of receivers 21 and 22 within the deadband region, rather than using active reflector 110 alone.
  • the second active reflector 110 does not have to face the radio base station 10, but if it faces the radio base station 10 as in the simulation model 1C, the receivers 21 and 22 within the dead zone region are channel capacity can be increased more effectively. For this reason, when using the reflector system 100, it is presumed that the number of active reflectors 110 facing the radio base station 10 should be large.
  • the channel capacity of the receivers 21-23 is also increased when in the non-line-of-sight area 30B.
  • the position where the reflective surface 111 of the active reflector 110 is arranged should be within the boundary area located at the boundary between the line-of-sight area 30A and the non-line-of-sight area 30B.
  • the active reflector 110 should be provided so that at least part of the reflective surface 111 is positioned within the boundary area between the line-of-sight area 30A and the non-line-of-sight area 30B. By placing active reflector 110 in this manner, the channel capacity of receivers 21 and 22 within the deadband region can be increased.
  • a method of arranging active reflector 110 is to calculate line-of-sight area 30A and non-line-of-sight area 30B and position active reflector 110 so that at least a portion of reflective surface 111 is located in the boundary area between line-of-sight area 30A and non-line-of-sight area 30B. is a method of arranging
  • the active reflector 110 when the active reflector 110 is provided with the reflecting surface 111 facing the radio base station 10 as in the route (3), the active reflector 110 is installed without facing the reflecting surface 111 toward the radio base station 10 as in the route (2).
  • the channel capacity of receivers 21 and 22 within the deadband region has increased over the placement. Therefore, by providing the active reflector 110 with the reflecting surface 111 facing the radio base station 10, the dead zone region can be eliminated more efficiently.
  • the size of the reflecting surface 111 of the active reflector 110 is preferably 0.09 m 2 to 1.00 m 2 . Therefore, by setting the size of the reflecting surface 111 to 0.09 m 2 to 1.00 m 2 , the dead zone area can be eliminated more efficiently.
  • the height was 1.5 m or more and 5 m or less.
  • the channel capacity of receivers 21 and 22 in the area has increased.
  • the tendency of this Y-direction position was the same as in the first simulation. Therefore, by setting the height of the reflecting surface 111 of the active reflector 110 to 1.5 m or more and 5 m or less, the dead zone region can be eliminated more efficiently.
  • the channels of the receivers 21 and 22 within the deadband region are reduced more than the simulation model 1B including only one active reflector 110. increased capacity. Therefore, it is possible to provide the reflector system 100 that can efficiently eliminate the dead band region.
  • the channel capacity of the receivers 21 and 22 within the dead band area was increased more when both of the two active reflectors 110A and 110B faced the radio base station 10. Therefore, by arranging the reflecting surfaces 111 of the two active reflectors 110A and 110B both facing the radio base station 10 and adjacent to each other with the line-of-sight area 30A interposed therebetween, the dead zone area can be eliminated more efficiently. 100 can be provided. Active reflector 110B, which is an example of the second active reflector, may be arranged adjacent to active reflector 110 within non-line-of-sight region 30B.
  • the active reflector 110A and the non-line-of-sight area 30B may be placed opposite each other, or the line-of-sight area 30A may be placed diagonally opposite the active reflector 110A.
  • a reflector system 100 can be provided.
  • the line-of-sight region 30A and the non-line-of-sight region 30B are separated in the XY plane. It may be divided in a direction oblique to the X-axis, Y-axis, or Z-axis. In either case, the active reflector 110 should be installed in the boundary area between the line-of-sight area 30A and the non-line-of-sight area 30B.
  • the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments and is not intended to be limited to Various modifications and changes are possible without departing from the scope of the claims.

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Abstract

不感帯領域を効率的に解消可能なリフレクタシステム、アクティブリフレクタ、及び、アクティブリフレクタの配置方法を提供する。 リフレクタシステムは、送信機が送信する電波を遮蔽する1又は複数の遮蔽物によって形成される見通し領域及び非見通し領域の境界部に位置する境界領域内に少なくとも一部が設けられる第1反射面を有し、反射角度を変更可能な前記第1反射面で前記送信機から送信される前記電波を反射する、第1アクティブリフレクタと、前記非見通し領域内に設けられる第2反射面、又は、前記境界領域内に少なくとも一部が設けられる第2反射面を有し、反射角度を変更可能な前記第2反射面で、前記送信機から送信される前記電波、又は、前記第1アクティブリフレクタによって反射された電波を反射する、第2アクティブリフレクタとを含む。

Description

リフレクタシステム、アクティブリフレクタ、及び、アクティブリフレクタの配置方法
 本発明は、リフレクタシステム、アクティブリフレクタ、及び、アクティブリフレクタの配置方法に関する。
 従来より、無線基地局または端末からの無線信号を反射する位相制御リフレクタを含む無線通信システムがある。無線通信システムは、前記無線基地局と前記位相制御リフレクタとの間の第1伝搬チャネル情報を取得する第1伝搬チャネル情報取得部と、前記位相制御リフレクタと前記端末との間の第2伝搬チャネル情報を取得する第2伝搬チャネル情報取得部とを備える。前記位相制御リフレクタは、前記第1伝搬チャネル情報及び前記第2伝搬チャネル情報に基づいて、前記端末または前記無線基地局に向けて反射する前記無線信号の位相を制御する(例えば、特許文献1参照)。
国際公開第2021/024611号
 ところで、無線基地局、端末、及び位相制御リフレクタ等が配置される環境には無線信号のような電波を遮蔽する遮蔽物が存在するため、無線基地局から見通せる見通し領域と、無線基地局から見通せない非見通し領域とが存在する。このような見通し領域と非見通し領域とが存在する環境下において、位相制御リフレクタをどこに配置するかは、極めて重要な問題である。位相制御リフレクタの位置によって、電波の届かない不感帯領域の解消度合が大きく異なるからである。
 しかしながら、従来の無線通信システムでは、位相制御リフレクタを配置する位置については、特に考慮されておらず、特段の開示は存在しない。
 そこで、不感帯領域を効率的に解消可能なリフレクタシステム、アクティブリフレクタ、及び、アクティブリフレクタの配置方法を提供することを目的とする。
 本発明の実施形態のリフレクタシステムは、送信機が送信する電波を遮蔽する1又は複数の遮蔽物によって形成される見通し領域及び非見通し領域の境界部に位置する境界領域内に少なくとも一部が設けられる第1反射面を有し、反射角度を変更可能な前記第1反射面で前記送信機から送信される前記電波を反射する、第1アクティブリフレクタと、前記非見通し領域内に設けられる第2反射面、又は、前記境界領域内に少なくとも一部が設けられる第2反射面を有し、反射角度を変更可能な前記第2反射面で、前記送信機から送信される前記電波、又は、前記第1アクティブリフレクタによって反射された電波を反射する、第2アクティブリフレクタとを含む。
 不感帯領域を効率的に解消可能なリフレクタシステム、アクティブリフレクタ、及び、アクティブリフレクタの配置方法を提供できる。
領域1のシミュレーションモデルを示す図である。 見通し領域、非見通し領域、及び不感帯領域を説明する図である。 無線基地局10のアンテナセットのアンテナユニット11、12の一例を示す図である。 アクティブリフレクタ110のリフレクトアレイアンテナの一例を示す図である。 アクティブリフレクタ110の回路構成の一例を示す図である。 第1シミュレーションの結果を示す図である。 第1シミュレーションの結果を示す図である。 第2シミュレーションの結果を示す図である。 第3シミュレーションにおけるアクティブリフレクタ110の反射面111の位置を示す図である。 第3シミュレーションの結果を示す図である。 第4シミュレーションの結果を示す図である。 シミュレーションモデルを示す図である。 シミュレーションモデルを示す図である。 第5シミュレーションの結果を示す図である。
 <実施形態>
 以下、本開示のリフレクタシステム、アクティブリフレクタ、及び、アクティブリフレクタの配置方法を適用した実施形態について説明する。以下では、XYZ座標系を定義して説明する。X軸に平行な方向(X方向)、Y軸に平行な方向(Y方向)、Z軸に平行な方向(Z方向)は、互いに直交する。また、以下では、説明の便宜上、-Z方向側を下側又は下、+Z方向側を上側又は上と称す場合がある。また、平面視とはXY面視することをいう。また、以下では構成が分かり易くなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。また、平行、直角、直交、水平、垂直、上下等の文言は、実施形態の効果を損なわない程度のずれを許容するものとする。
 <領域1のシミュレーションモデルとリフレクタシステム100>
 図1は、領域1のシミュレーションモデルを示す図である。図1には、一例として、領域1に実施形態のリフレクタシステム100を配置した状態を示す。リフレクタシステム100は、一例として2つのアクティブリフレクタ110を含む。アクティブリフレクタ110は、反射面111を有する。2つのアクティブリフレクタ110のうちの一方は第1アクティブリフレクタの一例であり、一方の反射面111は第1反射面の一例である。他方のアクティブリフレクタ110は第2アクティブリフレクタの一例であり、他方の反射面111は第2反射面の一例である。
 領域1は、一例として矩形状の領域であり、十字状の道路2と、道路2に沿って配置される建物5A~5Dとが存在する。領域1には天井は存在せず、また、ここで説明する物以外は存在しない。建物5A~5Dは、電波を遮蔽する遮蔽物の一例である。道路2は、交差点2Iと、交差点2Iから±X方向に延在する2つの道路2Xと、交差点2Iから±Y方向に延在する2つの道路2Yとに分けられる。交差点2I、道路2X、2Yを特に区別しない場合と、交差点2Iと道路2X、2Yとのすべてを示す場合には道路2と称す。また、一例として、十字状の道路2の地表面のうちの交差点2Iの中心をXYZ座標の原点にする。道路2は平坦であってXY平面に平行である。このため、道路2のZ座標は、全ての位置においてZ=0である。
 建物5A~5Dは、一例として平面視で正方形であり、十字状の道路2を囲むように配置されている。建物5A~5Dは、十分な高さ(例えば30m程度)を有し、平面視での形状は屋上まで一定であるとする。一例として、道路2XのY方向の幅と道路2YのX方向の幅とは12m、建物5A~5DのX方向及びY方向の幅は21mである。
 領域1には、1つの無線基地局10と、3つの受信器21~23とが配置されている。無線基地局10は送信機の一例である。一例として、無線基地局10は道路2Xの-X方向側の端に配置されている。無線基地局10の座標は(X,Y,Z)=(-26,0,1.5)である。無線基地局10の高さは、一例として地上1.5mである。無線基地局10は、一例として分散MIMO(Multiple Input Multiple Output)方式でストリームを送信するアンテナユニット群を備えるアンテナセットを含む。このようなアンテナセットの詳細については後述するが、ここではアンテナユニット群の重心の座標を無線基地局10の座標として説明する。
 受信器21は道路2Yの-Y方向側の端に配置され、受信器22は道路2Yの+Y方向側の端に配置され、受信器23は道路2Xの+X方向側の端に配置される。受信器21の座標は(X,Y,Z)=(0,-26,1.5)であり、受信器22の座標は(X,Y,Z)=(0,26,1.5)であり、受信器23の座標は(X,Y,Z)=(26,0,1.5)である。このため、無線基地局10から受信器23は見えるが、受信器21、23は、建物5B、5Cに遮られて直接は見えない位置関係である。受信器21~23の高さは、一例として地上1.5mであり、無線基地局10の高さと等しい。なお、受信器21~23を特に区別しない場合には受信器20と称す。
 +Y方向側のアクティブリフレクタ110は、建物5Aの-X方向側の外壁の-Y方向側の端に取り付けられており、道路2Yの交差点2Iに最も近い位置で、無線基地局10に向けて設けられている。-Y方向側のアクティブリフレクタ110は、建物5Dの-X方向側の外壁の+Y方向側の端に取り付けられており、道路2の交差点2Iに最も近い位置で、無線基地局10に向けて設けられている。2つのアクティブリフレクタ110の高さは、一例として地上1.5mである。
 アクティブリフレクタ110は、反射面111を無線基地局10に向けて配置されている。ここで、反射面111が無線基地局10に向くとは、反射面111から無線基地局10のアンテナに向けて、建物5等の遮蔽物に遮られずに直線を引けることをいう。この直線は、最短光路である。
 無線基地局10のアンテナから放射される電波は、建物5A~5Dの外壁等で反射されるが、受信器21、22の位置のように無線基地局10から見えない位置には、電波が届かない領域である不感帯領域が生じうるため、不感帯領域が生じうるような位置でも電波を受信可能にするために、アクティブリフレクタ110を設ける。不感帯領域は、より具体的には、電波の強度が受信器21、22における受信動作に必要なレベル未満の領域である。
 <見通し領域、非見通し領域、及び不感帯領域>
 図2は、見通し領域、非見通し領域、及び不感帯領域を説明する図である。図2(A)には見通し領域30Aと非見通し領域30Bとを示し、図2(B)には不感帯領域を示す。図2(A)ではアクティブリフレクタ110を省略し、図2(B)には、領域1、道路2、建物5A~5D、及び不感帯領域と、電波強度の分布とを示す。
 図2(A)に示すように、密度の高いドットで示す見通し領域30Aは、無線基地局10のアンテナから見える領域であり、LOS(Line Of Sight)領域である。非見通し領域30Bは、密度の低いドットで示すように、道路2から見通し領域30Aを除いた部分であり、NLOS(Non Line Of Sight)領域である。無線基地局10のアンテナから見える領域(見通し領域30A)は、交差点2Iと、2つの道路2Xと、2つの道路2Yのうちの2本の破線Aよりも交差点2I側の部分とである。2本の破線Aは、無線基地局10のアンテナと、建物5B、5Cの交差点2Iに面する角とを結んで得られる直線状に位置する。見通し領域30Aのうち、2つの道路2Yのうちの2本の破線Aよりも交差点2I側の部分は、建物5A及び5Dの-X方向側の外壁の交差点2Iの角からY1(m)の部分に面している。Y1は3.6mである。
 また、図2(B)に示す電波強度(dBm)の分布から分かるように、無線基地局10のアンテナから放射された電波が届かない不感帯領域は、2つの道路2Yの±Y方向の端に生じた。無線基地局10のアンテナから放射される電波は、見通し領域30A内には直接届くが、非見通し領域30Bでは、建物5A~5Dの外壁等で反射される。このため、非見通し領域30Bは、電波が届く領域と、電波が届かない不感帯領域とに分かれる。なお、図2(B)に示す電波強度(dBm)の分布は、無線基地局10のアンテナから25dBmの電力を放射した場合の道路2の各位置における分布を表す。
 <無線基地局10>
 図3は、無線基地局10のアンテナセットのアンテナユニット11、12の一例を示す図である。無線基地局10は、本体部10Aと、アンテナユニット11、12とを有する。アンテナユニット11、12は、アンテナユニット群を構築する。アンテナユニット11、12は、分散MIMOでストリームを送信するために、一例として間隔dでY方向に沿って配置されている。
 アンテナユニット11、12は、ミリ波を含むマイクロ波等の高周波数帯(例えば、0.3GHz~300GHz)の電波の送受信を行う機器である。アンテナユニット11、12は、例えば、第5世代移動通信システム(いわゆる、5G)、ブルートゥース(登録商標)等の無線通信規格、IEEE802.11ac等の無線LAN(Local Area Network)規格に対応する電波を送受可能に形成されている。アンテナユニット11、12は、これら以外の規格に対応する電磁波を送受可能に形成されてもよいし、複数の異なる周波数の電磁波を送受可能に形成されてもよい。ここでは、アンテナユニット11、12が一例として5G規格に対応する電波を送受信する形態について説明する。アンテナユニット11、12から出射される電波は、ビームフォーミングによって1つのビームとなって伝搬する。
 また、ここでは無線基地局10が2つのアンテナユニット11、12を有する形態について説明するが、分散MIMOを実現するにはアンテナユニットの数は2つ以上あればよく、3つ以上であってもよい。また、例えば、1つのアンテナユニットを有する無線基地局10を2つ以上用いて分散MIMOを実現してもよい。
 分散MIMOでは、ストリームを送信する複数のアンテナユニットを、ある程度離して設置することが求められるため、間隔dを隔てて配置している。アンテナユニット11、12が設置される高さは、水平面に平行な一の基準面(ここでは道路2の表面)からの高さで定義すればよい。例えば、屋外に向けて電波を放射するアンテナユニットが屋外に設置される場合は、当該アンテナユニットの設置高さは、屋外の地面からの高さで定義すればよい。ここでは一例として、アンテナユニット11、12が道路2の表面(地面)からZ軸方向の高さが1.5mに設定されることとする。
 <受信器20>
 受信器20は、無線基地局10と同様の無線基地局であってもよいし、5G通信を利用する利用者等のスマートフォンやタブレットコンピュータ等の端末機であってもよい。受信器20が無線基地局である場合には、無線基地局10と同様に分散MIMOによる通信が可能であることが好ましい。受信器20が無線基地局10と同様の無線基地局である場合には、アンテナユニット群の重心の座標を受信器20の座標とすればよい。
 <アクティブリフレクタ110>
 図4は、アクティブリフレクタ110の構成の一例を示す図である。アクティブリフレクタ110は、一例として、アレイ状(マトリクス状)に配列される複数の反射素子112を有するリフレクトアレイアンテナである。複数の反射素子112は、XY平面に平行な1つの反射面111上に位置する。
 反射素子112は、平面視で矩形状であり、図示しない絶縁層等の表面に配列されている。このような反射素子112は、絶縁層等の表面に設けた銅やアルミニウム等の金属箔をパターニングすることで作製することができる。複数の反射素子112は、一例としてX方向及びY方向に等間隔で配列されている。
 各反射素子112は、下面の中央から延在し、絶縁層を貫通するビア112Aを有する。すなわち、各反射素子112は、一例としてマッシュルーム型である。各反射素子112のビア112Aには、RF(Radio Frequency)用のPIN(P-Intrinsic-N)ダイオード又は可変コンデンサ等が設けられている。PINダイオード又は可変コンデンサは、反射素子112の電位又は静電容量等の電気的特性を変更可能にするために設けられており、一例として、駆動回路113に接続されている。PINダイオードは、駆動回路113から出力される駆動信号に応じてオン/オフが切り替えられる。また、可変コンデンサは、駆動回路113から出力される駆動信号に応じて静電容量が切り替えられる。
 図5は、アクティブリフレクタ110の回路構成の一例を示す図である。図5(A)には、2つの反射素子112のビア112Aの間に可変コンデンサ114Aが接続されている回路例を示す。可変コンデンサ114Aの静電容量は、駆動回路113から出力される駆動信号によって切り替えられる。図5(A)には2つの反射素子112を示すが、他の反射素子112も2つずつ同様に可変コンデンサ114Aに接続されている。
 図5(B)には、2つの反射素子112のビア112Aの間にPINダイオード114Bが接続されている回路例を示す。PINダイオード114Bのオン/オフは、駆動回路113から出力される駆動信号によって切り替えられる。図5(B)には2つの反射素子112を示すが、他の反射素子112も2つずつ同様にPINダイオード114Bに接続されている。
 図5(C)には、各反射素子112のビア112Aとグランド層112Bとの間にPINダイオード114Cが直列に接続されている回路例を示す。PINダイオード114Cのオン/オフは、駆動回路113から出力される駆動信号によって切り替えられる。図5(C)には3つの反射素子112を示すが、他の反射素子112も同様にPINダイオード114Cに接続されている。
 アクティブリフレクタ110は、駆動回路113から出力する駆動信号で各反射素子112の電気的特性を切り替えることにより、隣り合う反射素子112に入射する入射波(ビーム)を反射する際の位相を調整することによって、すべての反射素子112で反射される反射波によって形成されるビームの反射角度を鏡面反射以外の方向に変更可能である。
 アクティブリフレクタ110で入射波であるビームをどのような反射角度でどのような周期で反射するかは、各反射素子112に接続される可変コンデンサ114A、PINダイオード114B、又はPINダイオード114Cを駆動する駆動信号のパターンによって設定することができる。一例として、駆動回路113をマイクロコンピュータで構成し、マイクロコンピュータのメモリに駆動信号のパターンを表すデータを格納しておき、駆動信号のパターンを表すデータに基づいて駆動回路113が可変コンデンサ114A、PINダイオード114B、又はPINダイオード114Cを駆動すればよい。なお、ここでは、一例として図4及び図5に示す反射素子112を有するアクティブリフレクタ110について説明したが、アクティブリフレクタ110は、無線基地局10から送信されるビームを任意の反射角度の方向に反射できるものであればよく、ここで説明した構成以外の構成を有していてもよい。
 <第1シミュレーション>
 図6及び図7は、第1シミュレーションの結果を示す図である。図6(A)には、領域1のシミュレーションモデルにおいてアクティブリフレクタ110の位置を変更した経路(1)~(3)を示す。図6(B)、図7(A)、図7(B)は、それぞれ、アクティブリフレクタ110の位置を経路(1)、(2)、(3)に沿って変更した場合に、無線基地局10から送信される電波を受信器21~23が受信した場合のチャネル容量(bit/s/Hz)を示す。
 ここでは一例として、アクティブリフレクタ110の反射面111のサイズは、縦300mm、横300mmであり、面積では0.09mである。アクティブリフレクタ110の位置は、反射面111の重心の位置である。また、アクティブリフレクタ110は、XY平面視で反射面111の法線ベクトルに対して±90度の範囲で1度間隔で反射角度を振った。
 チャネル容量は、ある周波数の伝搬チャネルにおいて、干渉せずに多重化可能な信号の密度を表している。チャネル容量が高い場合、異なる情報がMIMOアンテナにより送信されると、通信速度が向上し、同一の情報がMIMOアンテナにより送信されると、受信側の信号雑音比(SN比)が改善する。チャネル容量は、MIMOアンテナ間の通信性能指標を表す。
 経路(1)は、アクティブリフレクタ110の反射面111を-Y方向側に向けて、アクティブリフレクタ110の位置を座標(X,Y,Z)=(-25,5,1.5)から(25,5,1.5)までX方向に変更する経路である。経路(1)では、アクティブリフレクタ110は見通し領域30A内に位置する。
 経路(2)は、アクティブリフレクタ110の反射面111を+X方向側に向けて、アクティブリフレクタ110の位置を座標(X,Y,Z)=(-5,-25,1.5)から(-5,25,1.5)までY方向に変更する経路である。経路(2)では、アクティブリフレクタ110は非見通し領域30B内に位置する。
 経路(3)は、アクティブリフレクタ110の反射面111を-X方向側に向けて、アクティブリフレクタ110の位置を座標(X,Y,Z)=(5,-25,1.5)から(5,25,1.5)までY方向に変更する経路である。経路(3)はX=5mの直線状でアクティブリフレクタ110の位置を変更する。X=5mの位置では、図1に示す破線Aが示す見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの境界は、Y=9.3mとY=-9.3mの位置である。このため、経路(3)の場合は、Y方向の位置が-9m、-8m、-7m、7m、8m、9mのときにアクティブリフレクタ110が見通し領域30A内に位置することになる。
 なお、図6(B)のX=0mと図7(A)及び図7(B)のY=0mには、アクティブリフレクタ110が領域1内に存在しない場合に受信器21~23が受信した場合のチャネル容量を示す。非見通し領域30B内の受信器21及び22のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110が領域1内に存在しない場合は略ゼロであるため、受信器21及び22は不感帯領域内に位置している。
 図6(B)に示すように、アクティブリフレクタ110が存在しない場合には受信器21及び22のチャネル容量は略ゼロであった。経路(1)に沿ってアクティブリフレクタ110の位置を変更した場合には、受信器21及び22のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110が交差点2Iに近づくにつれてアクティブリフレクタ110が存在しない場合のチャネル容量よりも高くなる傾向を示した。なお、交差点2IはX=-6m~6mの範囲に存在する。受信器22よりも受信器21のチャネル容量の方が高かったのは、アクティブリフレクタ110の反射面111が-Y方向側を向いていて、交差点2Iよりも-Y方向側の非見通し領域30B内に存在する受信器21に到達する反射波が増えたためと考えられる。
 また、見通し領域30A内に存在する受信器23については、アクティブリフレクタ110が存在しない場合よりも全体的にチャネル容量が高くなる傾向を確認できた。見通し領域30A内でも反射波が増えることによって受信器23に到達する電波が増えたためと考えられる。
 なお、アクティブリフレクタ110の位置がX=-25m、-20mのときに受信器23のチャネル容量が非常に高い値を示したのは、無線基地局10の近くにアクティブリフレクタ110が配置されることによって、無線基地局10から出射されてアクティブリフレクタ110で反射された反射波が受信器23に入射したことによる影響と考えられる。また、アクティブリフレクタ110の位置がX=20m、25mのときに受信器23のチャネル容量が非常に高い値を示したのは、受信器23の近くにアクティブリフレクタ110が配置されることによって、無線基地局10から出射されてアクティブリフレクタ110で反射された反射波が受信器23に入射したことによる影響と考えられる。
 図7(A)に示すように、経路(2)に沿ってアクティブリフレクタ110の位置を変更した場合には、受信器21~23のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110のY方向の位置が-10m~-7m、7m~10mの範囲内のときに、アクティブリフレクタ110が存在しない場合のチャネル容量よりも高くなる傾向を示した。なお、交差点2IはY=-6m~6mの範囲に存在する。
 アクティブリフレクタ110のY方向の位置が-10m~-7mのときには受信器22よりも受信器21のチャネル容量の方が高いことから、アクティブリフレクタ110の近くに位置する受信器21に到達する反射波が増えることが分かった。また、アクティブリフレクタ110のY方向の位置が7m~10mのときには受信器21よりも受信器22のチャネル容量の方が高いことから、アクティブリフレクタ110の近くに位置する受信器22に到達する反射波が増えることが分かった。
 また、見通し領域30A内に存在する受信器23については、アクティブリフレクタ110のY方向の位置が-10m~-7m、7m~10mの範囲内のときに、アクティブリフレクタ110が存在しない場合よりもチャネル容量が高くなる傾向を確認できた。アクティブリフレクタ110が交差点2Iの近くに位置することにより、見通し領域30A内でも反射波が増えて受信器23に到達する電波が増えたためと考えられる。
 図7(B)に示すように、経路(3)に沿ってアクティブリフレクタ110の位置を変更した場合には、受信器21~23のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110のY方向の位置が-20m~-7m、7m~20mの範囲内のときに、アクティブリフレクタ110が存在しない場合のチャネル容量よりも高くなる傾向を示した。
 アクティブリフレクタ110のY方向の位置が-20m~-7mのときには受信器22よりも受信器21のチャネル容量の方が高いことから、アクティブリフレクタ110の近くに位置する受信器21に到達する反射波が増えることが分かった。また、アクティブリフレクタ110のY方向の位置が7m~20mのときには受信器21よりも受信器22のチャネル容量の方が高いことから、アクティブリフレクタ110の近くに位置する受信器22に到達する反射波が増えることが分かった。
 また、アクティブリフレクタ110が道路2Y内の+Y方向側と-Y方向側の見通し領域30A内に位置するY方向の位置が-9m、-8m、-7m、7m、8m、9mのときに受信器21及び22のチャネル容量が特に高くなった。アクティブリフレクタ110が反射面111を無線基地局10に向けて道路2Y内の+Y方向側と-Y方向側の見通し領域30A内に配置されるため、無線基地局10から反射面111に直接到達する電波があることで、反射波が増えて、非見通し領域30B内にある受信器21及び22に到達する反射波が増えたためと考えられる。
 また、見通し領域30A内に存在する受信器23については、アクティブリフレクタ110のY方向の位置が-9m、-8m、-7m、7m、8m、9mのときに、アクティブリフレクタ110が存在しない場合よりもチャネル容量が高くなる傾向を確認できた。見通し領域30A内にある受信器23においても、道路2Y内の+Y方向側と-Y方向側の見通し領域30A内にアクティブリフレクタ110が配置されることで、到達する反射波が増えたためと考えられる。
 第1シミュレーションによって、アクティブリフレクタ110を交差点2Iの近くに設置すると、不感帯領域内に配置される受信器21及び22に到達する反射波を増やすことができることが分かった。特に、経路(3)の結果が示すように、反射面111を無線基地局10に向けて、見通し領域30A内に配置すると、不感帯領域内に配置される受信器21及び22に到達する反射波を大幅に増やすことができることが分かった。
 <第2シミュレーション>
 図8は、第2シミュレーションの結果を示す図である。第2シミュレーションでは、アクティブリフレクタ110のサイズ(面積)の違いに対するチャネル容量(bit/s/Hz)の違いを計算した。チャネル容量は、無線基地局10から送信される電波を受信器21~23が受信した場合のチャネル容量(bit/s/Hz)である。なお、無線基地局10と受信器21~23との位置は、第1シミュレーションと同一である。
 また、第2シミュレーションでは、アクティブリフレクタ110の位置は、第1シミュレーションにおける経路(3)のY=9mの場合と同一であり、(X,Y,Z)=(5,9,1.5)である。すなわち、アクティブリフレクタ110は、道路2Y内の+Y方向側の見通し領域30A内で反射面111を無線基地局10に向けて配置される。また、アクティブリフレクタ110は、XY平面視で反射面111の法線ベクトルに対して±90度の範囲で1度間隔で反射角度を振った。
 アクティブリフレクタ110の面積が0mの結果は、アクティブリフレクタ110を設置しない場合の結果を表す。アクティブリフレクタ110の面積を0.09m(300mm×300mm)と0.64m(800mm×800mm)に設定したところ、受信器21及び22のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110を設置しない場合に比べて劇的に増大した。アクティブリフレクタ110の面積が0.09mの場合よりも0.64mの場合の方が約50%~60%大きい値が得られた。ここではアクティブリフレクタ110の面積を0.09m(300mm×300mm)と0.64m(800mm×800mm)とに設定した結果を示すが、1.00m(1000mm×1000mm)までは増加傾向を示すことが確認できた。また、アクティブリフレクタ110の面積を0.09mよりも小さくしたところ、受信器21及び22のチャネル容量は、面積が0.01m(100mm×100mm)以上であればアクティブリフレクタ110を設置しない場合に比べて増大することが確認できた。
 第2シミュレーションによって、アクティブリフレクタ110のサイズが大きい方が、不感帯領域内に配置される受信器21及び22に到達する反射波を増やすことができることが分かった。アクティブリフレクタ110の反射面111のサイズは、0.01m~1.00mが好適であることが分かった。
 <第3シミュレーション>
 図9は、第3シミュレーションにおけるアクティブリフレクタ110の反射面111の位置を示す図である。第3シミュレーションでは、アクティブリフレクタ110を12箇所に配置して、各位置に配置した場合の受信器21~23のチャネル容量を計算した。図9には、建物5Aの-X方向側の外壁を示す。なお、無線基地局10と受信器21~23との位置は、第1シミュレーションと同一である。また、アクティブリフレクタ110のサイズは、0.09m(300mm×300mm)である。また、アクティブリフレクタ110は、XY平面視で反射面111の法線ベクトルに対して±90度の範囲で1度間隔で反射角度を振った。
 アクティブリフレクタ110の12箇所の位置のうちの4つは、第1シミュレーションにおける経路(3)のY=7m、8m、9m、10mの場合と同一であり、(X,Y,Z)=(5,7,1.5)、(5,8,1.5)、(5,9,1.5)、(5,10,1.5)である。残りの8つは、高さが異なり、3mと6mである。すなわち、12箇所の位置は、(X,Y,Z)=(5,7,1.5)、(5,7,3)、(5,7,6)、(5,8,1.5)、(5,8,3)、(5,8,6)、(5,9,1.5)、(5,9,3)、(5,9,6)、(5,10,1.5)、(5,10,3)、(5,10,6)である。
 (X,Y,Z)=(5,7,1.5)、(5,7,3)、(5,7,6)、(5,8,1.5)、(5,8,3)、(5,8,6)、(5,9,1.5)、(5,9,3)、(5,9,6)は見通し領域30A内にあり、アクティブリフレクタ110は、道路2Y内の+Y方向側の見通し領域30A内で反射面111を無線基地局10に向けて配置されるため、反射面111と無線基地局10との間を結ぶ直線(最短光路)は存在する。(X,Y,Z)=(5,10,1.5)、(5,10,3)、(5,10,6)は非見通し領域30B内にあるため、アクティブリフレクタ110は、道路2Y内の+Y方向側の非見通し領域30B内に配置される。反射面111と無線基地局10との間を結ぶ直線は存在しない。なお、図9に示す見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの位置は、X=5mにおける位置である。建物5Aの-X方向側の外壁はX=6mの位置にあるため、反射面111は建物5Aの-X方向側の外壁よりも1mだけ-X方向側に位置する。
 図10は、第3シミュレーションの結果を示す図である。第3シミュレーションでは、アクティブリフレクタ110の高さの違いと、見通し領域30A/非見通し領域30Bの違いとに対する受信器21~23のチャネル容量(bit/s/Hz)の違いを計算した。なお、図10のY=0mには、アクティブリフレクタ110が領域1内に存在しない場合に受信器21~23が受信した場合のチャネル容量を示す。
 図10(A)には、アクティブリフレクタ110の高さが1.5m(Z=1.5m)の場合の受信器21~23のチャネル容量を示す。受信器21及び22のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110が見通し領域30A内にあるY=7m、8m、9mの場合に、アクティブリフレクタ110が存在しない場合に比べて大幅に増大した。アクティブリフレクタ110が見通し領域30A内にある場合は、反射面111の全体について、反射面111と無線基地局10とを結ぶ直線(最短光路)が存在するため、無線基地局10から直接到達する電波があり、直接到達した電波が反射面111で反射されて、不感帯領域内にある受信器21及び22に到達する反射波が増えたためと考えられる。特に、見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの境界に近いY=8mの場合におけるチャネル容量の増大量が大きかった。Y=7mの場合には、アクティブリフレクタ110と同じ+Y方向側の道路2Y内内に位置する受信器22のチャネル容量の増大が、受信器21に比べて大きかった。
 また、受信器21及び22のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110が非見通し領域30B内にあるY=10mの場合には、見通し領域30A内にある場合よりは低いが、アクティブリフレクタ110が存在しない場合に比べて増大した。Y=10mの位置は非見通し領域30B内であるが、見通し領域30Aに近いため、建物5A~5Dで反射された反射波が反射面111で反射されることによって、不感帯領域内にある受信器21及び22に到達する反射波が増えたためと考えられる。
 また、受信器23のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110が見通し領域30A内にあるY=7m、8m、9mの場合に、アクティブリフレクタ110が存在しない場合に比べて増大した。アクティブリフレクタ110が見通し領域30A内にあることで、無線基地局10から反射面111に直接到達する電波が建物5B等で反射され、見通し領域30A内にある受信器23に到達する反射波が増えたためと考えられる。特に、見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの境界に近いY=9mの場合におけるチャネル容量の増大量が大きかった。また、受信器23のチャネル容量は、Y=10mの場合は、アクティブリフレクタ110が存在しない場合と同程度であった。
 図10(B)には、アクティブリフレクタ110の高さが3.0m(Z=3m)の場合の受信器21~23のチャネル容量を示す。受信器21及び22のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110が見通し領域30A内にあるY=7m、8m、9mの場合に、アクティブリフレクタ110が存在しない場合に比べて大幅に増大した。特に、見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの境界に近いY=7m、8mの場合におけるチャネル容量の増大量が大きかった。Y=7m、8mの場合には、アクティブリフレクタ110と同じ+Y方向側の道路2Y内内に位置する受信器22のチャネル容量の増大が、受信器21に比べて大きかった。Z=1.5mの場合と同様に、反射面111の全体について、反射面111と無線基地局10とを結ぶ直線(最短光路)が存在するため、無線基地局10から直接到達する電波があり、直接到達した電波が反射面111で反射されて、不感帯領域内にある受信器21及び22に到達する反射波が増えたためと考えられる。
 また、受信器21及び22のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110が非見通し領域30B内にあるY=10mの場合には、見通し領域30A内にある場合よりは低いが、アクティブリフレクタ110が存在しない場合に比べて増大した。Z=1.5mの場合と同様に、Y=10mの位置は非見通し領域30B内であるが、見通し領域30Aに近いため、建物5A~5Dで反射された反射波が反射面111で反射されることによって、不感帯領域内にある受信器21及び22に到達する反射波が増えたためと考えられる。
 また、受信器23のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110が見通し領域30A内にあるY=7m、8m、9mの場合と、非見通し領域30B内にあるY=10mの場合とにおいて、アクティブリフレクタ110が存在しない場合に比べて増大した。見通し領域30Aについては、Z=1.5mの場合と同様に、アクティブリフレクタ110が見通し領域30A内にあることで、無線基地局10から反射面111に直接到達する電波が建物5B等で反射され、見通し領域30A内にある受信器23に到達する反射波が増えたためと考えられる。特に、見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの境界に近いY=9mの場合におけるチャネル容量の増大量が大きかった。
 また、受信器23のチャネル容量は、Y=10mの場合は、Y=7m、8mの場合と同程度のチャネル容量が得られた。Y=10mの位置は非見通し領域30B内であるが、見通し領域30Aに近いため、建物5A~5Dで反射された反射波が反射面111で反射されることによって、見通し領域30A内にある受信器23に到達する反射波が増えたためと考えられる。以上のように、Z=3mの場合は、全体的に、Z=1.5mの場合よりも良好な傾向が見られた。
 図10(C)には、アクティブリフレクタ110の高さが6.0m(Z=6m)の場合の受信器21~23のチャネル容量を示す。受信器21及び22のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110が見通し領域30A内にあるY=7m、8m、9mの場合に、アクティブリフレクタ110が存在しない場合に比べて増大したが、Z=1.5m、3mの場合よりは増大量が少なかった。Y=7mの場合には、アクティブリフレクタ110と同じ+Y方向側の道路2Y内に位置する受信器22のチャネル容量の増大が、受信器21に比べて大きかった。Z=1.5m、3mの場合と同様に、反射面111の全体について、反射面111と無線基地局10とを結ぶ直線(最短光路)が存在するため、無線基地局10から直接到達する電波があり、直接到達した電波が反射面111で反射されて、不感帯領域内にある受信器21及び22に到達する反射波が増えたためと考えられる。
 また、受信器21及び22のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110が非見通し領域30B内にあるY=10mの場合には、アクティブリフレクタ110が存在しない場合よりは高い値が得られたが、増大量は少なかった。ここには示さないが、Z=5mの場合に比べてZ=6mの場合は、チャネル容量が小さくなった。
 また、受信器23のチャネル容量は、Y=7m、8m、9m、10mのすべての場合において、アクティブリフレクタ110が存在しない場合と同程度であった。ここには示さないが、Z=5mの場合に比べてZ=6mの場合は、受信器23のチャネル容量が小さくなった。以上より、アクティブリフレクタ110の高さは、1.5m以上で5m以下が好適であることが分かった。
 <第4シミュレーション>
 図11は、第4シミュレーションの結果を示す図である。図11(A)、図11(B)、及び図11(C)には、無線基地局10から受信器21、22、23のそれぞれに直接的に到達する直接波と、途中で反射して到達する反射波との光路(レイパス)を示す。図11(A)、図11(B)、及び図11(C)におけるアクティブリフレクタ110の座標は、それぞれ(X,Y,Z)=(5,7,1.5)、(5,10,1.5)、及び(5,15,1.5)である。反射面111は-X方向側を向いている。
 アクティブリフレクタ110の反射面111のサイズは、縦300mm、横300mmであり、面積では0.09mである。アクティブリフレクタ110の位置は、反射面111の重心の位置である。また、アクティブリフレクタ110は、XY平面視で反射面111の法線ベクトルに対して±90度の範囲で1度間隔で反射角度を振った。なお、図11(A)、図11(B)、及び図11(C)では、レイパスを見易くするために、建物5A~5Dの配置のみを示し、受信器21、22、及び23やその他の構成要素と、その符号を省略する。
 すなわち、図11(A)では、アクティブリフレクタ110は見通し領域30A内に位置する。図11(B)ではアクティブリフレクタ110は、非見通し領域30B内であるが見通し領域30Aとの境界の近くに位置する。また、図11(C)ではアクティブリフレクタ110は、非見通し領域30B内で見通し領域30Aから5m以上離れた位置にある。このシミュレーションは、レイパスを求めるシミュレータで行ったものである。
 図11(A)に示すように、Y=7mの場合における受信器21には、アクティブリフレクタ110で反射された反射波が届きやすくなったことが分かった。無線基地局10からアクティブリフレクタ110には直接波に加えて、建物5B、5Cの外壁で反射された反射波も入射した。また、アクティブリフレクタ110で反射された反射波は、受信器21に直接到達する場合と、建物5Cの+X方向側の外壁で反射されて到達する場合とがあることを確認できた。
 また、図11(A)に示すように、Y=7mの場合における受信器22には、アクティブリフレクタ110で反射された反射波が届きやすくなったことが分かった。無線基地局10からアクティブリフレクタ110には直接波に加えて、建物5B、5Cの外壁で反射された反射波も入射した。また、アクティブリフレクタ110で反射された反射波は、受信器22に直接到達する場合と、建物5A、5Bの外壁で反射されて到達する場合とがあることを確認できた。
 また、図11(A)に示すように、Y=7mの場合における受信器23には、無線基地局10からの直接波と、建物5A~5Dの外壁で反射された反射波とに加えて、レイパスは少ないが、アクティブリフレクタ110で反射された反射波が届くことが分かった。無線基地局10からアクティブリフレクタ110には直接波に加えて、建物5B、5Cの外壁で反射された反射波も入射した。また、アクティブリフレクタ110で反射された反射波は、受信器23に直接到達するのではなく、建物5A、5Dの外壁で反射されて到達することを確認できた。
 図11(A)に示すように、アクティブリフレクタ110の位置がY=7mの場合には、不感帯領域内にある受信器21及び22へのレイパスが得られる効果が大きかった。
 図11(B)に示すように、Y=10mの場合には、アクティブリフレクタ110は非見通し領域30B内にあるが、見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの境界に近いため、受信器21には、建物5B、5Cの外壁で反射されてから、さらにアクティブリフレクタ110で反射された反射波が届きやすくなったことが分かった。また、アクティブリフレクタ110で反射された反射波は、受信器21に直接到達する場合と、建物5Cの+X方向側の外壁で反射されて到達する場合と、道路2Yの表面で反射されてからさらに建物5Cの+X方向側の外壁で反射されて到達する場合とがあることを確認できた。Y=7mの場合に比べて、反射回数が増えたことが分かった。
 また、図11(B)に示すように、Y=10mの場合における受信器22には、受信器21の場合と同様に、建物5B、5Cの外壁で反射されてから、さらにアクティブリフレクタ110で反射された反射波が届きやすくなったことが分かった。また、アクティブリフレクタ110で反射された反射波は、受信器21に直接到達する場合と、建物5Bの+X方向側の外壁で反射されて到達する場合と、道路2Yの表面で反射されてからさらに建物5Bの+X方向側の外壁で反射されて到達する場合とがあることを確認できた。アクティブリフレクタ110は、非見通し領域30B内にあるが、Y=7mの場合よりも受信器22に近いため、アクティブリフレクタ110から受信器22に直接到達するレイパスがY=7mの場合よりも増えた。
 また、図11(B)に示すように、Y=10mの場合における受信器23には、無線基地局10からの直接波と、建物5A~5Dの外壁で反射された反射波とに加えて、アクティブリフレクタ110で反射され、さらに建物5Bで反射された反射波が届くレイパスが生じたことが分かった。
 図11(B)に示すように、アクティブリフレクタ110の位置がY=10mの場合には、不感帯領域内にある受信器21及び22へのレイパスが得られるとともに、受信器23へのレイパスが増えた。
 図11(C)に示すように、Y=15mの場合における受信器21には、アクティブリフレクタ110で反射された反射波が届くことが分かった。無線基地局10からアクティブリフレクタ110には直接到達することはなく、建物5A、5B、5Cの外壁で反射された反射波が入射した。また、アクティブリフレクタ110で反射された反射波は、受信器21に直接到達する場合と、建物5A、5Cの外壁で反射されて到達する場合とがあることを確認できた。
 また、図11(C)に示すように、Y=15mの場合における受信器22には、アクティブリフレクタ110で反射された反射波が届くなったことが分かった。アクティブリフレクタ110は、非見通し領域30B内にあるため、受信器22に到達するレイパスの反射回数はY=7m、10mの場合よりも増えた。
 また、図11(C)に示すように、Y=15mの場合における受信器23には、無線基地局10からの直接波と、建物5A~5Dの外壁で反射された反射波とが入射し、アクティブリフレクタ110で反射された反射波が届くレイパスは認められなかった。
 図11(C)に示すように、アクティブリフレクタ110の位置がY=15mの場合には、不感帯領域内にある受信器21及び22へのレイパスは得られるが、受信器23へのレイパスは増えなかった。
 図11(A)、図11(B)、及び図11(C)の結果から、不感帯領域内の受信器21及び22へのレイパスを増やしつつ、見通し領域30Aの受信器23へのレイパスを増やすには、反射面111を無線基地局10に向けたアクティブリフレクタ110のY方向における位置は、Y=7mとY=10mが好適であることが分かった。
 <第5シミュレーション>
 図12及び図13は、シミュレーションモデルを示す図である。図12及び図13には、5つのシミュレーションモデル1A、1B、1C、1D、1Eを示す。図12及び図13では、建物5A~5Dの配置、及び、アクティブリフレクタ110、110A、110Bのみを示し、受信器21、22、及び23やその他の構成要素と、その符号を省略する。なお、アクティブリフレクタ110、110A、110Bのサイズは、0.09m(300mm×300mm)である。また、アクティブリフレクタ110、110A、110Bは、XY平面視で反射面111の法線ベクトルに対して±90度の範囲で5度間隔で反射角度を振った。シミュレーションモデル1C~1Eの2つのアクティブリフレクタ110A、110Bは、シミュレーションモデル1Bの1つのアクティブリフレクタ110と同一の構成を有する。
 図12(A)に示すシミュレーションモデル1Aは、比較用のシミュレーションモデルであり、アクティブリフレクタ110は配置されていない。図12(B)に示すシミュレーションモデル1Bは、(X,Y,Z)=(5,7,1.5)の位置に配置される1つのアクティブリフレクタ110を含む。反射面111は-X方向側を向いており、無線基地局10に向けられている。
 図12(C)に示すシミュレーションモデル1Cは、2つのアクティブリフレクタ110A、110Bを含み、それぞれ、(X,Y,Z)=(5,7,1.5)、(5,-7,1.5)の位置に配置されている。2つのアクティブリフレクタ110A、110Bの反射面111は、ともに-X方向側を向いており、無線基地局10に向けられている。2つのアクティブリフレクタ110A、110Bは、交差点2Iを挟んで隣り合って配置されている。交差点2I内は見通し領域30Aであるため、2つのアクティブリフレクタ110A、110Bは、見通し領域30Aを挟んで隣り合って配置されている。アクティブリフレクタ110Aの位置は、シミュレーションモデル1Bのアクティブリフレクタ110の位置と同一であるため、シミュレーションモデル1Cは、シミュレーションモデル1Bにアクティブリフレクタ110Bを追加した構成を有する。
 2つのアクティブリフレクタ110A、110Bは、リフレクタシステム100を構築するため、図12(C)に示すシミュレーションモデル1Cは、リフレクタシステム100を含むシミュレーションモデルである。アクティブリフレクタ110Aは、第1アクティブリフレクタの一例であり、アクティブリフレクタ110Aの反射面111は第1反射面の一例である。また、アクティブリフレクタ110Bは、第2アクティブリフレクタの一例であり、アクティブリフレクタ110Bの反射面111は第2反射面の一例である。
 図13(A)に示すシミュレーションモデル1Dは、リフレクタシステム100を含むシミュレーションモデルである。2つのアクティブリフレクタ110A、110Bは、それぞれ、(X,Y,Z)=(5,7,1.5)、(-5,7,1.5)の位置に配置されている。アクティブリフレクタ110Aの反射面111は、-X方向側を向いており、無線基地局10に向けられている。アクティブリフレクタ110Bの反射面111は、+X方向側を向いており、アクティブリフレクタ110Aの反射面111と+Y方向側の道路2Yの非見通し領域30Bを挟んで向かい合っている。
 アクティブリフレクタ110Aの位置は、シミュレーションモデル1Bのアクティブリフレクタ110の位置と同一であるため、シミュレーションモデル1Dは、シミュレーションモデル1Bにアクティブリフレクタ110Bを追加した構成を有する。アクティブリフレクタ110Aは、第1アクティブリフレクタの一例であり、アクティブリフレクタ110Aの反射面111は第1反射面の一例である。また、アクティブリフレクタ110Bは、第2アクティブリフレクタの一例であり、アクティブリフレクタ110Bの反射面111は第2反射面の一例である。
 図13(B)に示すシミュレーションモデル1Eは、リフレクタシステム100を含むシミュレーションモデルである。2つのアクティブリフレクタ110A、110Bは、それぞれ、(X,Y,Z)=(5,7,1.5)、(-5,-7,1.5)の位置に配置されている。アクティブリフレクタ110Aの反射面111は、-X方向側を向いており、無線基地局10に向けられている。アクティブリフレクタ110Bの反射面111は、+X方向側を向いている。2つのアクティブリフレクタ110A、110Bの反射面111は、交差点2Iを挟んで斜向かいの位置関係である。交差点2Iは見通し領域30Aであるため、2つのアクティブリフレクタ110A、110Bの反射面111は、見通し領域30Aを挟んで斜向かいに配置されている。
 アクティブリフレクタ110Aの位置は、シミュレーションモデル1Bのアクティブリフレクタ110の位置と同一であるため、シミュレーションモデル1Eは、シミュレーションモデル1Bにアクティブリフレクタ110Bを追加した構成を有する。アクティブリフレクタ110Aは、第1アクティブリフレクタの一例であり、アクティブリフレクタ110Aの反射面111は第1反射面の一例である。また、アクティブリフレクタ110Bは、第2アクティブリフレクタの一例であり、アクティブリフレクタ110Bの反射面111は第2反射面の一例である。
 図14は、第5シミュレーションの結果を示す図である。第5シミュレーションでは、シミュレーションモデル1A~1Eにおける受信器21~23のチャネル容量を計算した。ここでは受信器21~23のチャネル容量を棒グラフで示す。受信器21~23の各々について、左側から右側にかけてシミュレーションモデル1A~1Eにおけるチャネル容量を示す。
 図14に示すように、アクティブリフレクタ110、又は、110A及び110Bが配置されるシミュレーションモデル1B~1Eの受信器21のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110、110A、110Bが配置されないシミュレーションモデル1Aに比べて大幅に増大した。アクティブリフレクタ110、110A、110Bを上述した各位置に配置することで、不感帯領域内に配置される受信器21のチャネル容量を大幅に増大できることが分かった。
 受信器21のチャネル容量が最も増大したのは、シミュレーションモデル1Cであり、2つのアクティブリフレクタ110A、110Bを無線基地局10に向けて交差点2Iを挟んで隣り合わせて配置することで最良の結果が得られた。また、2つのアクティブリフレクタ110A、110Bを含むシミュレーションモデル1D及び1Eは、1つのアクティブリフレクタ110を含むシミュレーションモデル1Bに比べて、僅かながら受信器21のチャネル容量が増大した。シミュレーションモデル1D及び1Eは、シミュレーションモデル1Bに対して、向かい合わせ及び斜向かいのアクティブリフレクタ110Bを追加したものである。このため、無線基地局10を向いていないアクティブリフレクタ110Bを追加することによって、受信器21に到達する反射波が増えることを確認できた。
 シミュレーションモデル1B~1Eの受信器22のチャネル容量についても、アクティブリフレクタ110、110A、110Bが配置されないシミュレーションモデル1Aに比べて大幅に増大することが確認できた。受信器22のチャネル容量が最も増大したのは、シミュレーションモデル1Cであり、2つのアクティブリフレクタ110A、110Bを無線基地局10に向けて交差点2Iを挟んで隣り合わせて配置することで最良の結果が得られた。
 また、2つのアクティブリフレクタ110A、110Bを含むシミュレーションモデル1D及び1Eは、1つのアクティブリフレクタ110を含むシミュレーションモデル1Bに比べて、僅かながら受信器21のチャネル容量が増大した。このため、受信器21と同様に、無線基地局10を向いていないアクティブリフレクタ110Bを追加することによって、受信器22に到達する反射波が増えることを確認できた。
 また、シミュレーションモデル1B~1Eの受信器23のチャネル容量は、アクティブリフレクタ110、110A、110Bが配置されないシミュレーションモデル1Aに比べて僅かながら増大することが確認できた。
 以上より、第5シミュレーションでは、2つ目のアクティブリフレクタ110Bを追加することにより、1つのアクティブリフレクタ110のみを含むシミュレーションモデル1Bよりも不感帯領域内の受信器21及び22のチャネル容量を増大可能であることが分かった。すなわち、アクティブリフレクタ110を単独で用いるよりもリフレクタシステム100を用いる方が、不感帯領域内の受信器21及び22のチャネル容量を増大可能であることが分かった。
 また、2つ目のアクティブリフレクタ110は、無線基地局10を向いていなくても良いが、シミュレーションモデル1Cのように無線基地局10を向いている方が、不感帯領域内の受信器21及び22のチャネル容量をより効果的に増大可能であることが分かった。このため、リフレクタシステム100を用いる場合には、無線基地局10を向いているアクティブリフレクタ110の数が多い方が良いと推定される。
 <第1乃至第5シミュレーションのまとめ>
 上述のように、第1乃至第5シミュレーションを行った。第1シミュレーションの経路(1)~(3)では、経路(1)におけるX=±25m、±20mの場合を除くと、アクティブリフレクタ110を交差点2Iの近くに配置した場合に、アクティブリフレクタ110が存在しない場合に比べて受信器21~23のチャネル容量が大きく増大することが分かった。
 経路(1)~(3)においてアクティブリフレクタ110が交差点2Iの近くに位置する場合には、アクティブリフレクタ110の位置は、見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの境界に近い。アクティブリフレクタ110が見通し領域30A内にある場合だけではなく、経路(2)においてY=±7m、±9m、±10mの場合、及び、経路(3)におけるY=±10mの場合のように、非見通し領域30B内にある場合にも受信器21~23のチャネル容量が増大した。
 このことから、アクティブリフレクタ110の反射面111を配置する位置は、見通し領域30Aと非見通し領域30Bの境界部に位置する境界領域内であればよいと考えられる。境界領域は、見通し領域30Aと非見通し領域30Bの境界を含む境界部に位置し、Y方向に幅を持つ三次元領域である。境界領域のY方向の幅は、一例としてX=5mの場合に、Y=7m~10m、及び、Y=-7m~-10m程度である。また、アクティブリフレクタ110は、反射面111の全体が境界領域内に位置していなくても、少なくとも反射面111の一部が境界領域内に位置していればよい。
 以上より、見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの境界部に位置する境界領域内に反射面111の少なくとも一部が位置するように、アクティブリフレクタ110を設ければよい。このようにアクティブリフレクタ110を配置することにより、不感帯領域内にある受信器21及び22のチャネル容量を増大させることができる。
 したがって、不感帯領域を効率的に解消可能なアクティブリフレクタ110、及び、アクティブリフレクタ110の配置方法を提供することができる。アクティブリフレクタ110の配置方法は、見通し領域30Aと非見通し領域30Bとを計算して、反射面111の少なくとも一部が見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの境界領域に位置するようにアクティブリフレクタ110を配置する方法である。
 また、経路(3)のように反射面111を無線基地局10に向けてアクティブリフレクタ110を設けると、経路(2)のように反射面111を無線基地局10に向けずにアクティブリフレクタ110を配置する場合よりも、不感帯領域内の受信器21及び22のチャネル容量が増大した。このことから、反射面111を無線基地局10に向けてアクティブリフレクタ110を設けることによって、不感帯領域をより効率的に解消可能である。
 また、第2シミュレーションでは、アクティブリフレクタ110の反射面111のサイズは、0.09m~1.00mが好適であることが分かった。したがって、反射面111のサイズを0.09m~1.00mに設定することにより、不感帯領域をより効率的に解消可能である。
 また、第3シミュレーションでは、経路(3)において高さとY方向位置が異なる12箇所にアクティブリフレクタ110の反射面111を位置させた結果、高さについては1.5m以上で5m以下の場合に不感帯領域内の受信器21及び22のチャネル容量が増大した。また、Y方向位置については、一例としてX=5の場合にY=7m~10mの範囲内に反射面111を位置させると不感帯領域内の受信器21及び22のチャネル容量が増大した。このY方向位置の傾向は、第1シミュレーションと同様であった。したがって、アクティブリフレクタ110の反射面111の高さを1.5m以上、5m以下に設定することで、不感帯領域をより効率的に解消可能である。
 また、第4シミュレーションでは、見通し領域30Aの受信器23へのレイパスを増やすには、反射面111を無線基地局10に向けたアクティブリフレクタ110のY方向位置がY=7とY=10の場合に、不感帯領域内の受信器21及び22のチャネル容量が増大した。このY方向位置の傾向は、第1シミュレーションと同様であった。
 また、第5シミュレーションでは、2つ目のアクティブリフレクタ110Bを追加したリフレクタシステム100を導入することにより、1つのアクティブリフレクタ110のみを含むシミュレーションモデル1Bよりも不感帯領域内の受信器21及び22のチャネル容量が増大した。したがって、不感帯領域を効率的に解消可能なリフレクタシステム100を提供することができる。
 また、リフレクタシステム100では、2つアクティブリフレクタ110A、110Bの両方が無線基地局10を向いている方が、不感帯領域内の受信器21及び22のチャネル容量をより増大した。したがって、2つのアクティブリフレクタ110A、110Bの反射面111をともに無線基地局10に向けて、見通し領域30Aを挟んで隣り合うように配置することで、不感帯領域をより効率的に解消可能なリフレクタシステム100を提供することができる。なお、第2アクティブリフレクタの一例としてのアクティブリフレクタ110Bは、非見通し領域30B内でアクティブリフレクタ110と隣り合うように配置されてもよい。
 また、2つ目のアクティブリフレクタ110Bが無線基地局10を向いていない場合は、アクティブリフレクタ110Aと非見通し領域30Bを挟んで向かい合わせ、又は、見通し領域30Aを挟んで斜向かいに位置させることで、1つのアクティブリフレクタ110のみを含む場合よりも不感帯領域内の受信器21及び22のチャネル容量が増大した。したがって、2つ目のアクティブリフレクタ110Bをアクティブリフレクタ110Aと非見通し領域30Bを挟んで向かい合わせ、又は、見通し領域30Aを挟んで斜向かいに位置させることで、不感帯領域をより効率的に解消可能なリフレクタシステム100を提供することができる。
 なお、以上では、見通し領域30Aと非見通し領域30BとがXY平面内で分けられている形態について説明したが、見通し領域30Aと非見通し領域30Bとは上下方向で分けられていてもよいし、X軸、Y軸、又はZ軸に対して斜めの方向において分けられていてもよい。いずれの場合でも、見通し領域30Aと非見通し領域30Bとの境界領域にアクティブリフレクタ110を設置すればよい。
 以上、本発明の例示的な実施形態のリフレクタシステム、アクティブリフレクタ、及び、アクティブリフレクタの配置方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
 なお、本国際出願は、2021年5月13日に出願した日本国特許出願2021-081556に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
 1 領域
 1A~1E シミュレーションモデル
 10 無線基地局
 11、12 アンテナユニット
 30A 見通し領域
 30B 非見通し領域
 100 リフレクタシステム
 110、110A、110B アクティブリフレクタ
 111 反射面
 112 反射素子

Claims (15)

  1.  送信機が送信する電波を遮蔽する1又は複数の遮蔽物によって形成される見通し領域及び非見通し領域の境界部に位置する境界領域内に少なくとも一部が設けられる第1反射面を有し、反射角度を変更可能な前記第1反射面で前記送信機から送信される前記電波を反射する、第1アクティブリフレクタと、
     前記非見通し領域内に設けられる第2反射面、又は、前記境界領域内に少なくとも一部が設けられる第2反射面を有し、反射角度を変更可能な前記第2反射面で、前記送信機から送信される前記電波、又は、前記第1アクティブリフレクタによって反射された電波を反射する、第2アクティブリフレクタと
     を含む、リフレクタシステム。
  2.  前記第1アクティブリフレクタは、前記第1反射面を前記送信機に向けて設けられる、請求項1に記載のリフレクタシステム。
  3.  前記第2アクティブリフレクタは、前記第2反射面を前記送信機又は前記第1反射面に向けて設けられる、請求項1又は2に記載のリフレクタシステム。
  4.  前記第1アクティブリフレクタ及び前記第2アクティブリフレクタは、前記第1反射面及び前記第2反射面が前記見通し領域又は前記非見通し領域を挟んで向かい合うように配置される、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のリフレクタシステム。
  5.  前記第2アクティブリフレクタは、前記第2反射面の少なくとも一部が前記境界領域内に設けられており、
     前記第1アクティブリフレクタ及び前記第2アクティブリフレクタは、前記第1反射面及び前記第2反射面が前記見通し領域又は前記非見通し領域を挟んで隣り合うように配置される、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のリフレクタシステム。
  6.  前記第1反射面又は前記第2反射面の高さ位置は、地上1.5m以上で5m以下の高さ位置である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のリフレクタシステム。
  7.  前記第1アクティブリフレクタは駆動信号に応じて前記第1反射面の反射角度を変更する、又は、前記第2アクティブリフレクタは駆動信号に応じて前記第2反射面の反射角度を変更する、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のリフレクタシステム。
  8.  前記送信機は、MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)方式で前記電波を送信する送信機であり、
     前記第1アクティブリフレクタ及び前記第2アクティブリフレクタは、前記第1反射面及び前記第2反射面でMIMO方式の前記電波を反射する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のリフレクタシステム。
  9.  前記第1反射面及び前記第2反射面のサイズは、0.01m以上、1m以下である、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のリフレクタシステム。
  10.  送信機が送信する電波を遮蔽する1又は複数の遮蔽物によって形成される見通し領域及び非見通し領域の境界部に位置する境界領域内に少なくとも一部が設けられる反射面を有し、反射角度を変更可能な前記反射面で前記送信機から送信される前記電波を反射する、アクティブリフレクタ。
  11.  前記反射面は前記送信機に向けて設けられる、請求項10に記載のアクティブリフレクタ。
  12.  前記反射面の高さ位置は、地上1.5m以上で5m以下の高さ位置である、請求項10又は11に記載のアクティブリフレクタ。
  13.  前記送信機は、MIMO方式で前記電波を送信する送信機であり、
     前記反射面でMIMO方式の前記電波を反射する、請求項10乃至12のいずれか1項に記載のアクティブリフレクタ。
  14.  前記反射面のサイズは、0.01m以上、1m以下である、請求項10乃至13のいずれか1項に記載のアクティブリフレクタ。
  15.  反射角度を変更可能な反射面で送信機から送信される電波を反射するように前記反射面を有するアクティブリフレクタを配置するアクティブリフレクタの配置方法であって、
     前記反射面の少なくとも一部が、送信機から送信される電波を遮蔽する1又は複数の遮蔽物によって形成される見通し領域及び非見通し領域の境界部に位置する境界領域内に配置されるように、前記アクティブリフレクタを配置する、アクティブリフレクタの配置方法。
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