WO2024004182A1 - 置局設計装置、置局設計方法、及びプログラム - Google Patents

置局設計装置、置局設計方法、及びプログラム Download PDF

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WO2024004182A1
WO2024004182A1 PCT/JP2022/026404 JP2022026404W WO2024004182A1 WO 2024004182 A1 WO2024004182 A1 WO 2024004182A1 JP 2022026404 W JP2022026404 W JP 2022026404W WO 2024004182 A1 WO2024004182 A1 WO 2024004182A1
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WO
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reflector
candidate
positions
base station
terminal
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PCT/JP2022/026404
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English (en)
French (fr)
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俊朗 中平
大輔 村山
元晴 佐々木
聡 高谷
貴庸 守山
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日本電信電話株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/18—Network planning tools
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/26—Cell enhancers or enhancement, e.g. for tunnels, building shadow
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices
    • H04W88/04—Terminal devices adapted for relaying to or from another terminal or user

Definitions

  • the present invention relates to a station placement design device, a station placement design method, and a program.
  • a station location design device is known that designs appropriate installation locations for wireless base stations to construct a wireless area. Furthermore, with the expansion of the use of high frequency bands in wireless communication systems, the effects of attenuation and shielding are increasing, and technical studies are being conducted on station placement designs that utilize reflectors.
  • Non-Patent Document 1 describes a method of converting a fluctuating NLoS area into a line-of-sight area without adding base stations by installing a metal reflector in the area whose reflection direction can be controlled, and an NLoS environment. Area shift technology to maximize the number of terminals in the area is being considered.
  • Embodiments of the present invention have been made in view of the above-mentioned problems, and are designed to combine a base station and a reflector to realize a station placement design that satisfies necessary communication requirements at low cost. do.
  • a station placement design device that designs the placement of base stations and reflectors for constructing a wireless area, and includes shielding objects.
  • an arrangement unit configured to arrange, within the wireless area, a plurality of terminal positions that are evaluation points and a plurality of candidate positions that are candidates for installation positions of the base station or the reflector; and the plurality of candidate positions for each different number of base stations; a first selection unit configured to select candidate positions for the base station of the number of base stations from among the base stations;
  • a second selection unit configured to select a candidate position of the reflector and an orientation of the reflector that can accommodate the unaccommodated terminal position in combination with the candidate position of the base station; Select the base station and reflector that minimizes the cost of the wireless area from among the candidate positions of the base station, or the combinations of the candidate positions of the base station, the candidate positions of the reflector, and the orientations of the reflectors.
  • a determining unit configured to determine the
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a station location design device according to the present embodiment. It is a flow chart which shows an example of station placement design processing concerning this embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram (1) for explaining station location design processing according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram (2) for explaining the station placement design process according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram (3) for explaining the station location design process according to the present embodiment. It is a figure showing an example of the evaluation list concerning this embodiment.
  • 7 is a flowchart illustrating an example of second selection processing according to the first embodiment.
  • 7 is a flowchart illustrating an example of second selection processing according to the second embodiment. It is a flowchart which shows an example of the 1st selection process based on this embodiment. It is a flow chart which shows another example of the 1st selection processing concerning this embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the station location design device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a station location design device according to this embodiment.
  • the station location design device 100 is an information processing device having a computer configuration, or a system including a plurality of computers.
  • the station placement design device 100 performs station placement design to design the arrangement of base stations and reflectors for constructing a wireless area.
  • the reflector is, for example, a reflector plate that improves the problem of radio waves not reaching places other than line-of-sight and makes it possible to control the direction of reflected waves.
  • the reflector selectively reflects radio waves in a predetermined frequency band.
  • the station location design device 100 has an area setting unit 101, a placement unit 102, a calculation unit 103, and a first selection unit by a computer included in the station location design device 100 executing a program stored in a storage medium or the like. 104, a second selection unit 105, a determination unit 106, an input/output unit 107, and the like. Note that at least some of the above functional configurations may be realized by hardware. Furthermore, the station location design device 100 realizes the storage unit 108 using, for example, a storage device of a computer included in the station location design device 100.
  • the area setting unit 101 sets a wireless area to be designed.
  • the wireless area to be designed includes, for example, objects that serve as shields, such as walls, desks, and shelves.
  • the area setting unit 101 may set a wireless area to be designed based on a building DB (Database) representing the structure of a building, a three-dimensional CAD (Computer Aided Design), or the like.
  • the area setting unit 101 sets a wireless area to be designed based on 3D data acquired by a 3D sensor such as LiDAR (Light Detection And Ranging or Laser Imaging Detection And Ranging) or a depth camera. You may.
  • the placement unit 102 arranges a plurality of terminal positions, which are evaluation points for evaluating received power, and a plurality of candidate positions, which are candidates for base station or reflector installation positions, in a wireless area to be designed. Execute processing.
  • the calculation unit 103 executes calculation processing to calculate the received power between the terminal position placed by the placement unit 102 and the candidate position, and the received power between the candidate position and other candidate positions. For example, the calculation unit 103 calculates the received power received from each candidate position at each terminal position using a radio wave propagation simulation technique such as ray tracing. Furthermore, in this embodiment, at each candidate position, the received power received from each other candidate position is further calculated.
  • a first selection process for selecting is executed. For example, the first selection unit 104 divides the plurality of terminal positions placed by the placement unit 102 into clusters with the number of base stations n, and for each divided cluster, more terminal positions are allocated to a predetermined communication quality (e.g. Select a candidate location of a base station that satisfies (received power).
  • the first selection unit 104 uses a greedy method to select candidate base station positions in order from base station candidate positions where more terminal positions satisfy a predetermined communication quality until the number of base stations reaches n.
  • the second selection unit 105 selects a terminal position that cannot be accommodated in combination with the base station candidate position.
  • a candidate position of a reflector that can accommodate the position and an installation direction of the reflector are selected. Note that the installation direction of the reflector is an example of the direction of the reflector.
  • the second selection unit 105 selects one of the candidate positions excluding the base station candidate position selected by the first selection unit 104 from among the plurality of candidate positions based on the received power calculated by the calculation unit 103. From this, candidate positions that can accommodate the terminal positions that cannot be accommodated are extracted. Further, the second selection unit 105 calculates reflector transmission power at the extracted candidate position from the radio wave propagation attenuation from the base station candidate position to the extracted candidate position and the reflectance of the reflector. Furthermore, based on the calculated reflector transmission power, the second selection unit 105 selects, from among the extracted candidate positions, a candidate position where the reception power at the terminal position that cannot be accommodated is equal to or higher than a predetermined value, as a reflector candidate position. do.
  • the second selection unit 105 selects, for example, a radio wave arrival direction vector in which the power is maximum in the direction of the base station candidate position as seen from the reflector candidate position, and a radio wave arrival direction vector in which the power is maximum in the direction of the terminal position that cannot be accommodated.
  • the second selection unit 105 evaluates a plurality of installation directions of the reflector to be installed at the candidate position of the reflector, and selects the installation direction in which the received power from the reflector is maximum at the terminal position that cannot be accommodated. It may also be the direction in which the device is installed.
  • the determining unit 106 selects a base station and reflector that minimizes the cost of the wireless area from among the above-mentioned base station candidate positions or combinations of the base station candidate positions, reflector candidate positions, and reflector installation directions. Execute a determination process to determine the placement of the vessels. For example, the determining unit 106 determines the installation position of the base station, the installation position of the reflector, and the installation direction of the reflector in which the cost of the wireless area is minimized.
  • the input/output unit 107 performs, for example, output processing for outputting the base station and reflector installation method determined by the determining unit 106 to an external device, and input processing for accepting input of design conditions and the like from the external device.
  • the storage unit 108 stores, for example, data on the wireless area set by the area setting unit 101, data on a plurality of terminal positions and a plurality of candidate positions arranged by the arrangement unit 102, data on received power calculated by the calculation unit 103, etc. do.
  • the storage unit 108 also stores the candidate position of the base station selected by the first selection unit 104, the candidate position and installation direction of the reflector selected by the second selection unit 105, and the like.
  • the functional configuration of the station placement design device 100 shown in FIG. 1 is an example.
  • the storage unit 108 may be realized by a storage server, a classed service, or the like that can be accessed by the station location design device 100 via a communication network.
  • each functional configuration of the station location design device 100 is not limited to a physical machine (computer), and may be realized by a program executed by a virtual machine on a cloud, for example.
  • each functional configuration of the station location design device 100 may be distributed and provided in a plurality of information processing devices.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the station placement design process according to this embodiment. This process shows an example of the station location design process executed by the station location design device 100 described in FIG. 1, for example.
  • step S201 the area setting unit 101 of the station location design device 100 sets a wireless area to be designed.
  • the area setting unit 101 sets a wireless area 300 indoors where a plurality of shields 301 are arranged, as shown in FIG.
  • the wireless area 300 set by the area setting unit 101 has three-dimensional coordinates based on, for example, three-dimensional CAD data or three-dimensional data acquired by a three-dimensional sensor.
  • step S202 the placement unit 102 of the station placement design device 100 locates evaluation points for evaluating radio quality such as received power, for example, as shown in FIG. 3, within the wireless area 300 set by the area setting unit 101.
  • a plurality of terminal positions 302 are arranged.
  • the arrangement unit 102 arranges a plurality of candidate positions 303, which are candidates for installation positions of base stations or reflectors, within the wireless area 300, for example, as shown in FIG.
  • the calculation unit 103 of the station location design device 100 calculates the received power between the terminal position 302 placed by the placement unit 102 and the candidate position 303, and the received power between the candidate position 303 and other candidate positions 303. Calculate power. For example, as shown in FIG. 3, the calculation unit 103 calculates the received power between the terminal position 302 and the candidate position 303 by radio wave propagation simulation such as ray tracing. In ray tracing, radio waves (rays) transmitted from a transmitting point are reflected or diffracted by structures along the way and arrive at a receiving point, which is traced as the trajectory of each ray, and all rays that have reached the receiving point are traced.
  • radio wave propagation simulation such as ray tracing. In ray tracing, radio waves (rays) transmitted from a transmitting point are reflected or diffracted by structures along the way and arrive at a receiving point, which is traced as the trajectory of each ray, and all rays that have reached the receiving point are traced.
  • the strength of the radio wave at the receiving point is estimated by adding the power of .
  • ray tracing is also called ray tracing.
  • calculation unit 103 calculates received power for all combinations of terminal position 302 and candidate position 303, and candidate position 303 and other candidate positions 303.
  • step S204 the station location design device 100 initializes the number of base stations n to 1, and executes the processes from step S205 onwards.
  • step S205 the first selection unit 104 of the station location design device 100 selects candidate positions for base stations of the number n of base stations from among the plurality of candidate positions 303.
  • step S206 the second selection unit 105 of the station location design device 100 determines whether there is a terminal location 302 that cannot be accommodated by the base station selected by the first selection unit 104. For example, in FIG. 4, it is assumed that the received power from the base station candidate positions 401a and 401b selected by the first selection unit 104 is equal to or less than a predetermined value at the terminal positions 402a and 402b. In this case, the second selection unit 105 determines that there is a terminal position 302 that cannot be accommodated by the base station selected by the first selection unit 104.
  • the second selection unit 105 moves the process to step S207. On the other hand, if there is no terminal position 302 that cannot be accommodated, the second selection unit 105 moves the process to step S208.
  • step S207 the second selection unit 105 selects a candidate position of a reflector that can accommodate the terminal position that cannot be accommodated, and a candidate position of the reflector that can accommodate the terminal position that cannot be accommodated, in combination with the candidate position of the base station selected by the first selection unit 104. Select the orientation (installation direction).
  • the candidate base station positions 401a and 401b selected by the first selection unit 104 cannot accommodate the terminal positions 402a and 402b (the received power is below a predetermined value).
  • the second selection unit 105 selects a terminal position 402a that cannot be accommodated from among the plurality of candidate positions 303, excluding the base station candidate positions 401a and 401b.
  • a candidate position 501a that can be accommodated is extracted.
  • the second selection unit 105 determines, based on the reception power calculated by the calculation unit 103, that the reception power at the terminal position 402a that cannot accommodate the base station is within the candidate positions 303 excluding the base station candidate positions 401a and 401b.
  • a candidate position 501a that is equal to or greater than the value is extracted.
  • the second selection unit 105 calculates the reflector transmission power from the radio wave propagation attenuation from the base station candidate positions 401a and 401b to the extracted candidate position 501a and the reflectance of the reflector. Calculate. Furthermore, based on the calculated reflector transmission power, the second selection unit 105 selects a candidate position (for example, a candidate position 501a) where the received power at the unaccommodated terminal position 402a is equal to or higher than a predetermined value among the extracted candidate positions. is the candidate position of the reflector corresponding to the terminal position 402a that cannot be accommodated.
  • a candidate position for example, a candidate position 501a
  • the second selection unit 105 determines the installation direction of the reflector to be installed at the reflector candidate position 501a. For example, the second selection unit 105 selects a radio wave arrival direction vector in which the power is maximum in the direction of the base station candidate position 401a as seen from the reflector candidate position 501a, and a radio wave arrival direction vector in which the power is maximum in the direction of the terminal position 402a that cannot be accommodated. Find the maximum radio wave arrival direction vector. The second selection unit 105 also determines the angle between the radio wave arrival direction vector that has the maximum power in the direction of the base station candidate position 401a and the radio wave arrival direction vector that has the maximum power in the direction of the terminal position 402a that cannot be accommodated.
  • the direction of the bisector of is the installation direction of the reflector.
  • the second selection unit 105 evaluates a plurality of installation directions of the reflector to be installed at the reflector candidate position 501a, and selects the installation direction in which the received power from the reflector is maximum at the terminal position 402a that cannot be accommodated. , or the direction in which the reflector is installed.
  • the second selection unit 105 executes similar processing for each terminal device that cannot be accommodated. For example, the second selection unit 105 determines, based on the reception power calculated by the calculation unit 103, that the reception power at the terminal position 402b that cannot accommodate the base station is within the candidate positions 303 excluding the base station candidate positions 401a and 401b. Candidate positions 501b and 501c that are equal to or greater than the value are extracted. In addition, the second selection unit 105 selects the radio wave propagation attenuation from the candidate positions 401a, 401b of the base station to the extracted candidate positions 501b, 501c and the reflectance of the reflector to determine the reflection rate at the extracted candidate positions 501b, 501c. Calculate the transmitter power.
  • the second selection unit 105 selects a candidate position (for example, a candidate position 501b) where the reception power at the unaccommodated terminal position 402b is greater than or equal to a predetermined value among the extracted candidate positions. is the candidate position of the reflector corresponding to the terminal position 402b that cannot be accommodated.
  • the second selection unit 105 determines the installation direction of the reflector to be installed at the reflector candidate position 501b in the same manner as the installation direction of the reflector to be installed at the reflector candidate position 501a described above.
  • step S208 the station location design device 100 determines whether the value of n is greater than or equal to the maximum value N of the number of base stations that can be placed within the wireless area 300. If the value of n is equal to or greater than N, the station location design device 100 moves the process to step S210. On the other hand, if the value of n is not greater than or equal to N, the station location design device 100 moves the process to step S209. Note that the value of N is set in advance in the station placement design device 100 by a designer or the like.
  • the station location design device 100 When proceeding to step S209, the station location design device 100 adds 1 to n and returns the process to step S205.
  • the station location design device 100 determines the candidate base station position or the candidate base station position for each different number of base stations (number of base stations 1, 2, 3, . . . , N). , the candidate position of the reflector, and the installation direction of the reflector can be selected.
  • the determining unit 106 of the station location design device 100 selects one of the candidate positions of the base station, or the combination of the candidate position of the base station, the candidate position of the reflector, and the orientation (installation direction) of the reflector. Based on this, the arrangement of base stations and reflectors that minimizes the cost of the wireless area 300 is determined.
  • the determining unit 106 stores the evaluation results of the base station candidate positions and the reflector candidate positions and installation directions selected for each different number of base stations in an evaluation list as shown in FIG. Summarize to 600.
  • the evaluation list 600 includes information such as "number of base stations”, “number of reflectors”, “communication request achievement rate (%)”, and "cost evaluation score" as items.
  • the "number of base stations” corresponds to the number n of base stations described above.
  • the “number of reflectors” is the number of reflectors selected in step S207 of FIG. 2, for example, for each "number of base stations.”
  • Communication request achievement rate (%) is, for example, the achievement rate of communication requests corresponding to the combination of "number of base stations” and “number of reflectors” (for example, a terminal that satisfies the communication request among a plurality of terminal positions 302) percentage of position 302, etc.).
  • the “cost evaluation point” is an evaluation point for evaluating the cost for constructing the wireless area 300.
  • the determining unit 106 may calculate the cost evaluation point of the wireless area 300 using the following equation (1).
  • Cost evaluation point (number of base stations x 5) + number of reflectors ... (Formula 1)
  • the determining unit 106 determines the base station and reflector arrangement that minimizes the cost evaluation score of the wireless area 300 while satisfying the communication request achievement rate necessary for the wireless area 300. For example, in the evaluation list 600 shown in FIG. 6, if the required communication request achievement rate in the wireless area 300 is 100%, the determining unit 106 determines the candidate position of the base station when the number of base stations is 2, and the reflector. The candidate position and installation direction of the base station and reflector are determined.
  • the station placement design device 100 can perform station placement design that satisfies necessary communication requirements at low cost by combining base stations and reflectors.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the second selection process according to the first embodiment.
  • This process shows an example of the second selection process that the second selection unit 105 of the station location design device 100 executes in step S207 of FIG. 2, for example. For example, if there is a terminal position 302 that cannot be accommodated at the alternate position of the base station selected by the first selection unit 104 in step S205 of FIG. Then, the process shown in FIG. 7 is executed.
  • step S701 the second selection unit 105 accommodates terminal positions that cannot be accommodated from among the candidate positions 303 excluding the candidate position of the base station selected by the first selection unit 104 from among the plurality of candidate positions 303. Possible candidate positions 303 are extracted. For example, the second selection unit 105 extracts candidate positions 303 where the reception power of the terminal position that cannot be accommodated is equal to or greater than a predetermined value, based on the reception power calculated by the calculation unit 103.
  • step S702 the second selection unit 105 calculates the reflector transmission power at the extracted candidate position 303 based on the radio wave propagation attenuation from the base station candidate position to the extracted candidate position 303 and the reflectance of the reflector. calculate.
  • step S703 based on the calculated reflector transmission power, the second selection unit 105 selects a candidate position 303 where the reception power at a terminal position that cannot be accommodated is equal to or higher than a predetermined value from among the extracted candidate positions 303, based on the reflector transmission power. be the candidate position.
  • the second selection unit 105 selects a radio wave arrival direction vector in which the power is maximum in the direction of the base station candidate position as seen from the reflector candidate position, and a radio wave arrival direction vector in which the power is maximum in the direction of the terminal position that cannot be accommodated.
  • the direction of the bisector of the angle with the radio wave arrival direction vector is defined as the installation direction of the reflector.
  • the second selection unit 105 can select the candidate position and installation direction of the reflector that can accommodate the terminal position that cannot be accommodated, in combination with the candidate position of the base station.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of the second selection process according to the second embodiment.
  • This process shows another example of the second selection process that the second selection unit 105 of the station location design device 100 executes, for example, in step S207 in FIG. For example, if there is a terminal position 302 that cannot be accommodated at the alternate position of the base station selected by the first selection unit 104 in step S205 of FIG. Then, the process shown in FIG. 8 is executed.
  • steps S701 to S703 are the same as the second selection process according to the first embodiment described in FIG. 7, so the description thereof will be omitted here.
  • step S801 the second selection unit 105 evaluates a plurality of installation directions of the reflector to be installed at the reflector candidate position, and selects the installation direction in which the received power from the reflector is maximum at the terminal position that cannot be accommodated. , is the installation direction of the reflector.
  • the second selection unit 105 can select the candidate position and installation direction of the reflector that can accommodate the terminal position that cannot be accommodated, in combination with the candidate position of the base station.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of the first selection process according to the present embodiment. This process shows an example of the first selection process that the first selection unit 104 of the station location design device 100 executes, for example, in step S205 of FIG.
  • step S901 the first selection unit 104 selects candidate positions for base stations where more terminal positions 302 satisfy a predetermined communication quality from among the candidate positions 303 where no base stations are located.
  • step S902 the first selection unit 104 determines whether the number of candidate positions of the selected base station has reached the number n of base stations. If the number of candidate positions of base stations has not reached the number n of base stations, the first selection unit 104 returns the process to step S701. On the other hand, when the number of candidate positions of base stations reaches the number n of base stations, the first selection unit 104 ends the process of FIG. 7.
  • the first selection unit 104 uses, for example, a greedy method to select candidate positions 303 of base stations where more terminal positions 302 satisfy the required communication quality until the number of base stations reaches n.
  • candidate positions of base stations of n base stations may be selected.
  • FIG. 10 is a flowchart showing another example of the first selection process according to the present embodiment. This process shows another example of the first selection process that the first selection unit 104 of the station location design device 100 executes, for example, in step S205 in FIG.
  • the first selection unit 104 divides the plurality of terminal positions 302 into clusters with the number of base stations n.
  • the first selection unit 104 divides the plurality of terminal positions 302 into clusters of n base stations using a known clustering method such as the k-means method.
  • the clustering method is not limited to the k-means method, and non-hierarchical and hierarchical clustering methods can be applied.
  • step S1002 the first selection unit 104 selects base station candidate positions 303 for which more terminal positions 302 satisfy a predetermined communication quality for each divided cluster.
  • the first selection unit 104 divides the plurality of terminal positions 302 into clusters of n base stations, and selects candidate positions of base stations that satisfy the required communication quality with more terminal positions 302 for each cluster. 303 may be selected.
  • station placement design device 100 and the station placement design method according to the present embodiment have been described above, the station placement design device 100 and the station placement design method according to the present invention can be modified and applied in various ways. .
  • the plurality of candidate positions 303 are the positions (coordinates) of the base station or the reflector, but the plurality of candidate positions 303 are the positions (coordinates) of the base station or the reflector. It may also be expressed in combination with the installation direction (or antenna orientation, etc.).
  • the station placement design device 100 evaluates the communication quality after converting it into a comparable index such as the expected value of the wireless transmission rate. It's okay.
  • the second selection unit 105 assumes that the installation direction of the reflector can be controlled remotely when selecting a candidate position for the reflector, The installation position of the reflector may be selected after considering the control range.
  • the orientation of the reflector has been described so far as being the installation direction of the reflector, the orientation of the reflector may be the reflection direction of the reflector.
  • the orientation of the reflector may be the reflection direction of the reflector.
  • the second selection unit 105 evaluates multiple reflection directions of reflectors installed at reflector candidate positions, and determines that the received power from the reflector is the highest at the terminal position that cannot be accommodated.
  • the direction of reflection may be set as the direction of the reflector.
  • the direction of the reflector may be the installation direction of the reflector or the reflection direction of the reflector.
  • the direction of the reflector may be expressed by a combination of the installation direction of the reflector and the reflection direction of the reflector.
  • the station placement design device 100 acquires the station placement design evaluation results while increasing the number of base stations within a prespecified range, and then selects a station placement design from among them. I was going.
  • the present invention is not limited to this, and the station placement design device 100 acquires station placement design evaluation results each time while increasing the number of base stations, and if there is a station placement design evaluation result that satisfies all predetermined conditions, the station placement design device 100 The station placement design result may be used as the final solution, and subsequent calculation processing may be discontinued.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the station location design device according to this embodiment.
  • the station location design device 100 includes, for example, the hardware configuration of a computer 1100 as shown in FIG. 11.
  • the computer 1100 includes a processor 1101, a memory 1102, a storage device 1103, a communication device 1104, an input device 1105, an output device 1106, a bus B, and the like.
  • the processor 1101 is, for example, an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit) that implements various functions by executing a predetermined program.
  • Memory 1102 is a storage medium readable by computer 1100, and includes, for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and the like.
  • the storage device 1103 is a computer-readable storage medium, and may include, for example, an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), various optical disks, magneto-optical disks, and the like.
  • the communication device 1104 includes one or more hardware (communication devices) for communicating with other devices via a wireless or wired network.
  • the input device 1105 is an input device (eg, keyboard, mouse, microphone, switch, button, sensor, etc.) that accepts input from the outside.
  • the output device 1106 is an output device (for example, a display, a speaker, an LED lamp, etc.) that performs output to the outside. Note that the input device 1105 and the output device 1106 may have an integrated configuration (for example, an input/output device such as a touch panel display).
  • Bus B is commonly connected to each of the above components, and transmits, for example, address signals, data signals, and various control signals.
  • the processor 1101 is not limited to a CPU, and may be, for example, a DSP (Digital Signal Processor), a PLD (Programmable Logic Device), or an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the station location design device 100 in this embodiment is not limited to being implemented by a dedicated device, but may be implemented by a general-purpose computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read into a computer system and executed.
  • the "computer system” herein includes hardware such as an OS and peripheral devices.
  • computer-readable recording medium includes various storage devices such as flexible disks, magneto-optical disks, ROMs, CD-ROMs, and other portable media, and hard disks built into computer systems.
  • a “computer-readable recording medium” refers to a storage medium that dynamically stores a program for a short period of time, such as a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. It may also include a device that retains a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that is a server or client in that case.
  • the above-mentioned program may be one for realizing a part of the above-mentioned functions, and further may be one that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system. It may be realized using hardware such as a PLD (Programmable Logic Device) or an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • PLD Programmable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • a station placement design device for designing the placement of base stations and reflectors for constructing a wireless area, an arrangement unit configured to arrange a plurality of terminal positions, which are evaluation points, and a plurality of candidate positions, which are candidates for installation positions of the base station or the reflector, in the wireless area including shielding objects; , a calculation unit configured to calculate received power between the terminal position and the candidate position and received power between the candidate position and another candidate position; a first selection unit configured to select candidate positions for the number of base stations from among the plurality of candidate positions for each different number of base stations; Among the plurality of terminal positions, if there is a terminal position that cannot be accommodated by the candidate positions of the base station, in combination with the candidate positions of the base station, the candidate positions of the reflector that can accommodate the terminal positions that cannot be accommodated and the candidate positions of the reflector are
  • a second selection unit configured to select the orientation of the reflector; Select the base station and reflector that minimizes the cost of the wireless area from among the candidate positions of the base station, or the combinations of the candidate positions of the base station, the candidate positions of the reflector, and the orientations of the reflectors.
  • a determining unit configured to determine the placement;
  • a station location design device having: (Section 2) The orientation of the reflector includes the installation direction of the reflector, The second selection unit is configured to select a radio wave arrival direction vector in which power is maximized in the direction of the candidate location of the base station, as seen from the candidate location of the reflector, and a vector in which power is maximized in the direction of the terminal location that cannot be accommodated.
  • the station placement design device wherein the direction of the bisector of the angle with the radio wave arrival direction vector is set as the installation direction of the reflector.
  • the orientation of the reflector includes the installation direction or reflection direction of the reflector,
  • the second selection unit evaluates a plurality of installation directions or reflection directions of the reflector installed at the candidate position of the reflector, and the reception power from the reflector is maximized at the terminal position that cannot be accommodated.
  • the installation direction or the reflection direction is the orientation of the reflector.
  • the second selection section is Based on the received power calculated by the calculation unit, extracting a candidate position that can accommodate the terminal position that cannot be accommodated from among the plurality of candidate positions excluding the candidate position of the base station, At the extracted candidate position, calculate reflector transmission power from the radio wave propagation attenuation from the base station candidate position to the extracted candidate position and the reflectance of the reflector; Based on the reflector transmission power, among the extracted candidate positions, a candidate position where the reception power at the unaccommodated terminal position is equal to or higher than a predetermined value is set as the candidate position of the reflector;
  • the station location design device according to any one of paragraphs 1 to 3.
  • the first selection unit divides the plurality of terminal positions into clusters of the number of base stations, and selects, for each cluster, candidate positions of the base station where more of the terminal positions satisfy a predetermined communication quality.
  • the station location design device according to any one of paragraphs 1 to 3.
  • the first selection unit selects candidate positions of the base station in order from the candidate positions of the base station where more of the terminal positions satisfy a predetermined communication quality until the number of the base stations reaches the number of the base stations.
  • the station location design device according to any one of paragraphs to paragraphs 3.
  • (Section 7) A station placement design device that designs the placement of base stations and reflectors to construct a wireless area, A process of arranging a plurality of terminal positions that are evaluation points and a plurality of candidate positions that are candidates for installation positions of the base station or the reflector in the wireless area including shielding objects; a process of calculating received power between the terminal position and the candidate position, and received power between the candidate position and another candidate position; a process of selecting candidate positions of the base station of the number of base stations from among the plurality of candidate positions for each different number of base stations; Among the plurality of terminal positions, if there is a terminal position that cannot be accommodated by the candidate positions of the base station, in combination with the candidate positions of the base station, the candidate positions of the reflector that can accommodate the terminal positions that cannot be accommodated and the candidate positions of the reflector are determined.
  • a station placement design method that implements A program that causes a computer to execute the station location design method described in item 7.

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Abstract

置局設計装置は、無線エリアを構築するための基地局及び反射器の配置を設計する置局設計装置であって、遮蔽物を含む無線エリア内に、評価地点である複数の端末位置と、基地局又は反射器の設置位置の候補である複数の候補位置とを配置する配置部と、端末位置と候補位置との間の受信電力、及び候補位置と他の候補位置との間の受信電力を算出する算出部と、異なる基地局数ごとに、複数の候補位置の中から、基地局数の基地局の候補位置を選択する第１の選択部と、複数の端末位置のうち、基地局の候補位置で収容できない端末位置がある場合、基地局の候補位置と組み合わせて、収容できない端末位置を収容可能な反射器の候補位置と反射器の向きとを選択する第２の選択部と、基地局の候補位置、又は基地局の候補位置と反射器の候補位置と反射器の向きとの組合せの中から、無線エリアのコストが最小となる基地局及び反射器の配置を決定する決定部と、を有する。

Description

置局設計装置、置局設計方法、及びプログラム
　本発明は、置局設計装置、置局設計方法、及びプログラムに関する。
　無線エリアを構築するための適切な無線基地局の設置位置を設計する置局設計装置が知られている。また、無線通信システムにおける高周波数帯の利用拡大に伴い、減衰や遮蔽の影響が大きくなる中、反射器を活用した置局設計に関する技術検討が行われている。
　例えば非特許文献１には、反射方向が制御できる金属製反射板をエリア内に設置することで、基地局を増設することなく、変動するNLoS エリアを見通し内エリアに変換する方法、及びNLoS環境にある端末数を最大化するエリアシフト技術等が検討されている。
白坂他、"金属反射板を用いた28GHz帯屋内無線システムのNLoS環境の受信電力改善に関する一検討"、信学技報、vol.121、no.391、RCS2021-271、pp.108-113、2022年3月
　従来の技術では、既に配置された基地局に対する反射器の置局設計は検討されていたが、基地局と反射器とを組み合わせて、低コストで必要な通信要求を満たす置局設計を行うことはできない。
　本発明の実施形態は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、基地局と反射器とを組み合わせて、低コストで必要な通信要求を満たす置局設計を行うことができるようにする。
　上記の課題を解決するため、本発明の実施形態に係る置局設計装置は、無線エリアを構築するための基地局及び反射器の配置を設計する置局設計装置であって、遮蔽物を含む前記無線エリア内に、評価地点である複数の端末位置と、前記基地局又は前記反射器の設置位置の候補である複数の候補位置とを配置するように構成された配置部と、前記端末位置と前記候補位置との間の受信電力、及び前記候補位置と他の候補位置との間の受信電力を算出するように構成された算出部と、異なる基地局数ごとに、前記複数の候補位置の中から、前記基地局数の前記基地局の候補位置を選択するように構成された第１の選択部と、前記複数の端末位置のうち、前記基地局の候補位置で収容できない端末位置がある場合、前記基地局の候補位置と組み合わせて、前記収容できない端末位置を収容可能な前記反射器の候補位置と前記反射器の向きとを選択するように構成された第２の選択部と、前記基地局の候補位置、又は前記基地局の候補位置と前記反射器の候補位置と前記反射器の向きとの組合せの中から、前記無線エリアのコストが最小となる前記基地局及び反射器の配置を決定するように構成された決定部と、を有する。
　本発明の実施形態によれば、基地局と反射器とを組み合わせて、低コストで必要な通信要求を満たす置局設計を行うことができるようになる。
本実施形態に係る置局設計装置の構成例を示す図である。 本実施形態に係る置局設計処理の例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る置局設計処理について説明するための図（１）である。 本実施形態に係る置局設計処理について説明するための図（２）である。 本実施形態に係る置局設計処理について説明するための図（３）である。 本実施形態に係る評価リストの例を示す図である。 実施例１に係る第２の選択処理の例を示すフローチャートである。 実施例２に係る第２の選択処理の例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る第１の選択処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る第１の選択処理の別の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る置局設計装置のハードウェア構成の例を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施形態）を説明する。以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限られない。
　＜置局設計装置の構成例＞
　図１は、本実施形態に係る置局設計装置の構成例を示す図である。置局設計装置１００は、コンピュータの構成を有する情報処理装置、又は複数のコンピュータを含むシステムである。置局設計装置１００は、無線エリアを構築するための基地局及び反射器の配置を設計する置局設計を行う。ここで、反射器は、例えば、見通し以外の場所に電波が届かないという問題を改善し、反射波の方向制御を可能とする反射板等である。好ましくは、反射器は、所定の周波数帯の電波を選択的に反射する。
　置局設計装置１００は、例えば、置局設計装置１００が備えるコンピュータが、記憶媒体等に記憶したプログラムを実行することにより、エリア設定部１０１、配置部１０２、算出部１０３、第１の選択部１０４、第２の選択部１０５、決定部１０６、及び入出力部１０７等を実現している。なお、上記の各機能構成のうち、少なくとも一部は、ハードウェアによって実現されるものであってもよい。また置局設計装置１００は、例えば、置局設計装置１００が備えるコンピュータのストレージデバイス等により、記憶部１０８を実現している。
　エリア設定部１０１は、設計対象となる無線エリアを設定する。設計対象となる無線エリアには、例えば、遮蔽物となる壁、机、棚等の物体が含まれる。例えば、エリア設定部１０１は、建物の構造を表す建物ＤＢ（Database）、又は３次元のＣＡＤ（Computer Aided Design）等に基づいて、設計対象となる無線エリアを設定してもよい。或いは、エリア設定部１０１は、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging、又はLaser Imaging Detection And Ranging）、又は深度カメラ等の３次元センサで取得した３次元データ等に基づいて、設計対象となる無線エリアを設定してもよい。
　配置部１０２は、設計対象となる無線エリア内に、受信電力を評価する評価地点である複数の端末位置と、基地局又は反射器の設置位置の候補である複数の候補位置とを配置する配置処理を実行する。
　算出部１０３は、配置部１０２が配置した端末位置と候補位置との間の受信電力、及び候補位置と他の候補位置との間の受信電力を算出する算出処理を実行する。例えば、算出部１０３は、レイトレース等の電波伝搬シミュレーション技術を用いて、各端末位置で、各候補位置から受信する受信電力を算出する。また、本実施形態では、各候補位置で、他の各候補位置から受信する受信電力を、さらに算出する。
　第１の選択部１０４は、異なる基地局数ｎ（例えば、ｎ＝１～Ｎ、Ｎは２以上の整数）ごとに、複数の候補位置の中から、基地局数ｎの基地局の候補位置を選択する第１の選択処理を実行する。例えば、第１の選択部１０４は、配置部１０２が配置した複数の端末位置を、基地局数ｎのクラスタに分割し、分割したクラスタごとに、より多くの端末位置が所定の通信品質（例えば受信電力）を満たす基地局の候補位置を選択する。或いは、第１の選択部１０４は、貪欲法により、より多くの端末位置が所定の通信品質を満たす基地局の候補位置から順に、基地局数ｎになるまで基地局の候補位置を選択する。
　第２の選択部１０５は、複数の端末位置のうち、第１の選択部１０４が選択した基地局の候補位置で収容できない端末位置がある場合、基地局の候補位置と組み合わせて、収容できない端末位置を収容可能な反射器の候補位置と、当該反射器の設置方向とを選択する。なお、反射器の設置方向は、反射器の向きの一例である。
　例えば、第２の選択部１０５は、算出部１０３が算出した受信電力に基づいて、複数の候補位置のうち、第１の選択部１０４が選択した基地局の候補位置を除外した候補位置の中から、収容できない端末位置を収容可能な候補位置を抽出する。また、第２の選択部１０５は、抽出した候補位置において、基地局の候補位置から抽出した候補位置までの電波伝搬減衰と、反射器の反射率とから反射器送信電力を算出する。さらに、第２の選択部１０５は、算出した反射器送信電力に基づいて、抽出した候補位置のうち、収容できない端末位置における受信電力が所定値以上となる候補位置を、反射器の候補位置とする。
　また、第２の選択部１０５は、例えば、反射器の候補位置から見た、基地局の候補位置の方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルと、収容できない端末位置の方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルとの角の二等分線方向を、反射器の設置方向とする。或いは、第２の選択部１０５は、反射器の候補位置に設置する反射器の複数の設置方向で評価し、収容できない端末位置において、反射器からの受信電力が最大となる設置方向を、反射器の設置方向としてもよい。
　決定部１０６は、上述した基地局の候補位置、又は基地局の候補位置と反射器の候補位置と反射器の設置方向との組合せの中から、無線エリアのコストが最小となる基地局及び反射器の配置を決定する決定処理を実行する。例えば、決定部１０６は、無線エリアのコストが最小となる、基地局の設置位置、反射器の設置位置、及び当該反射器の設置方向を決定する。
　入出力部１０７は、例えば、決定部１０６が決定した基地局及び反射器の設置方法を外部装置に出力する出力処理、及び外部装置からの設計条件等の入力を受け付ける入力処理等を実行する。
　記憶部１０８は、例えば、エリア設定部１０１が設定した無線エリアのデータ、配置部１０２が配置した複数の端末位置と複数の候補位置のデータ、算出部１０３が算出した受信電力のデータ等を記憶する。また、記憶部１０８は、第１の選択部１０４が選択した基地局の候補位置、第２の選択部１０５が選択した反射器の候補位置と設置方向等を記憶する。
　なお、図１に示した置局設計装置１００の機能構成は一例である。例えば、記憶部１０８は、置局設計装置１００が通信ネットワークを介してアクセス可能なストレージサーバ、又はクラスドサービス等によって実現されるものであってもよい。また、置局設計装置１００の各機能構成は、物理マシン（コンピュータ）に限られず、例えば、クラウド上の仮想マシンが実行するプログラムにより実現されるものであっても良い。さらに、置局設計装置１００の各機能構成は、複数の情報処理装置に分散して設けられていてもよい。
　＜処理の流れ＞
　続いて、本実施形態に係る置局設計方法の処理の流れについて説明する。
　（置局設計処理）
　図２は、本実施形態に係る置局設計処理の例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、図１で説明した置局設計装置１００が実行する置局設計処理の例を示している。
　ステップＳ２０１において、置局設計装置１００のエリア設定部１０１は、設計対象となる無線エリアを設定する。一例として、エリア設定部１０１は、図３に示すように、複数の遮蔽物３０１が配置された屋内に無線エリア３００に設定する。なお、エリア設定部１０１が設定した無線エリア３００は、例えば、３次元のＣＡＤデータ、又は３次元センサで取得した３次元データ等に基づく３次元座標を有している。
　ステップＳ２０２において、置局設計装置１００の配置部１０２は、エリア設定部１０１が設定した無線エリア３００内に、例えば、図３に示すように、受信電力等の無線品質を評価する評価地点である複数の端末位置３０２を配置する。また、配置部１０２は、無線エリア３００内に、例えば、図３に示すように、基地局又は反射器の設置位置の候補である複数の候補位置３０３を配置する。
　ステップＳ２０３において、置局設計装置１００の算出部１０３は、配置部１０２が配置した端末位置３０２と候補位置３０３との間の受信電力、及び候補位置３０３と他の候補位置３０３との間の受信電力を算出する。例えば、算出部１０３は、図３に示すように、端末位置３０２と候補位置３０３との間の受信電力を、レイトレース等の電波伝搬シミュレーションにより算出する。レイトレースでは、送信点から送信した電波（レイ）が、途中にある構造物で反射、又は回折して受信点に到達する様子を各レイの軌跡としてトレースし、受信点に到達した全てのレイの電力を加算することにより、受信点における電波の強度を推定する。なお、レイトレースは、レイトレーシングとも呼ばれる。同様にして、算出部１０３は、端末位置３０２と候補位置３０３、及び候補位置３０３と他の候補位置３０３の全ての組合せについて、受信電力を算出する。
　ステップＳ２０４において、置局設計装置１００は、基地局数ｎを１に初期化して、ステップＳ２０５以降の処理を実行する。
　ステップＳ２０５において、置局設計装置１００の第１の選択部１０４は、複数の候補位置３０３の中から、基地局数ｎの基地局の候補位置を選択する。図４は、第１の選択部１０４が、複数の候補位置３０３の中から、２つの基地局の候補位置４０１ａ、４０１ｂを選択した場合（基地局数ｎ＝２の場合）の一例を示している。なお、第１の選択部１０４が、複数の候補位置３０３の中から、基地局数ｎの基地局の候補位置を選択する第１の選択処理の具体的な例については後述する。
　ステップＳ２０６において、置局設計装置１００の第２の選択部１０５は、第１の選択部１０４が選択した基地局で収容できない端末位置３０２があるか否かを判断する。例えば、図４において、第１の選択部１０４が選択した基地局の候補位置４０１ａ、４０１ｂからの受信電力が、端末位置４０２ａ、４０２ｂにおいて所定値以下であるものとする。この場合、第２の選択部１０５は、第１の選択部１０４が選択した基地局で収容できない端末位置３０２があると判断する。
　収容できない端末位置３０２がある場合、第２の選択部１０５は、処理をステップＳ２０７に移行させる。一方、収容できない端末位置３０２がない場合、第２の選択部１０５は、処理をステップＳ２０８に移行させる。
　ステップＳ２０７に移行すると、第２の選択部１０５は、第１の選択部１０４が選択した基地局の候補位置と組み合わせて、収容できない端末位置を収容可能な反射器の候補位置と、当該反射器の向き（設置方向）とを選択する。
　例えば、図４において、第１の選択部１０４が選択した基地局の候補位置４０１ａ、４０１ｂで、端末位置４０２ａ、４０２ｂを収容できない（受信電力が所定値以下）であるものとする。
　この場合、第２の選択部１０５は、図５に示すように、複数の候補位置３０３のうち、基地局の候補位置４０１ａ、４０１ｂを除外した候補位置３０３の中から、収容できない端末位置４０２ａを収容可能な候補位置５０１ａを抽出する。例えば、第２の選択部１０５は、算出部１０３が算出した受信電力に基づいて、基地局の候補位置４０１ａ、４０１ｂを除外した候補位置３０３のうち、収容できない端末位置４０２ａにおける受信電力が所定の値以上となる候補位置５０１ａを抽出する。また、第２の選択部１０５は、抽出した候補位置５０１ａにおいて、基地局の候補位置４０１ａ、４０１ｂから、抽出した候補位置５０１ａまでの電波伝搬減衰と、反射器の反射率とから反射器送信電力を算出する。さらに、第２の選択部１０５は、算出した反射器送信電力に基づいて、抽出した候補位置のうち、収容できない端末位置４０２ａにおける受信電力が所定値以上となる候補位置（例えば、候補位置５０１ａ）を、収容できない端末位置４０２ａに対応する反射器の候補位置とする。
　さらに、第２の選択部１０５は、反射器の候補位置５０１ａに設置する反射器の設置方向を決定する。例えば、第２の選択部１０５は、反射器の候補位置５０１ａから見た、基地局の候補位置４０１ａの方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルと、収容できない端末位置４０２ａの方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルとを求める。また、第２の選択部１０５は、基地局の候補位置４０１ａの方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルと、収容できない端末位置４０２ａの方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルとの角の二等分線の方向を、反射器の設置方向とする。或いは、第２の選択部１０５は、反射器の候補位置５０１ａに設置する反射器の複数の設置方向で評価し、収容できない端末位置４０２ａにおいて、反射器からの受信電力が最大となる設置方向を、反射器の設置方向としてもよい。
　第２の選択部１０５は、同様の処理を、収容できない端末装置の各々に対して実行する。例えば、第２の選択部１０５は、算出部１０３が算出した受信電力に基づいて、基地局の候補位置４０１ａ、４０１ｂを除外した候補位置３０３のうち、収容できない端末位置４０２ｂにおける受信電力が所定の値以上となる候補位置５０１ｂ、５０１ｃを抽出する。また、第２の選択部１０５は、抽出した候補位置５０１ｂ、５０１ｃにおいて、基地局の候補位置４０１ａ、４０１ｂから抽出した候補位置５０１ｂ、５０１ｃまでの電波伝搬減衰と、反射器の反射率とから反射器送信電力を算出する。さらに、第２の選択部１０５は、算出した反射器送信電力に基づいて、抽出した候補位置のうち、収容できない端末位置４０２ｂにおける受信電力が所定値以上となる候補位置（例えば、候補位置５０１ｂ）を、収容できない端末位置４０２ｂに対応する反射器の候補位置とする。
　さらに、第２の選択部１０５は、反射器の候補位置５０１ｂに設置する反射器の設置方向を、前述した、反射器の候補位置５０１ａに設置する反射器の設置方向と同様にして決定する。
　ステップＳ２０８に移行すると、置局設計装置１００は、ｎの値が、無線エリア３００内に配置可能な基地局の数の最大値Ｎ以上であるか否かを判断する。ｎの値がＮ以上である場合、置局設計装置１００は、処理をステップＳ２１０に移行させる。一方、ｎの値がＮ以上でない場合、置局設計装置１００は、処理をステップＳ２０９に移行させる。なお、Ｎの値は、設計者等が、置局設計装置１００に予め設定しておく。
　ステップＳ２０９に移行すると、置局設計装置１００は、ｎに１を加算して、処理をステップＳ２０５に戻す。
　ステップＳ２０４～Ｓ２０９の処理により、置局設計装置１００は、異なる基地局数（基地局数１、２、３、・・・、Ｎ）ごとに、基地局の候補位置、又は基地局の候補位置と反射器の候補位置と当該反射器の設置方向とを選択することができる。
　ステップＳ２１０に移行すると、置局設計装置１００の決定部１０６は、基地局の候補位置、又は基地局の候補位置と反射器の候補位置と当該反射器の向き（設置方向）との組合せの中から、無線エリア３００のコストが最小となる基地局及び反射器の配置を決定する。
　例えば、決定部１０６は、ステップＳ２０４～Ｓ２０９で、異なる基地局数ごとに選択した、基地局の候補位置、及び反射器の候補位置と設置方向における評価結果を、図６に示すような評価リスト６００にまとめる。図６の例では評価リスト６００には、項目として、「基地局数」、「反射器数」、「通信要求達成率（％）」、及び「コスト評価点」等の情報が含まれる。
　「基地局数」は、上述した基地局数ｎに対応している。「反射器数」は、「基地局数」ごとに、例えば、図２のステップＳ２０７で選択した反射器の数である。「通信要求達成率（％）」は、例えば、「基地局数」と「反射器数」の組合せに対応する通信要求の達成率（例えば、複数の端末位置３０２のうち、通信要求を満たす端末位置３０２の割合等）である。「コスト評価点」は、無線エリア３００を構築するためのコストを評価するための評価点である。一例として、基地局のコストが、反射器のコストの５倍である場合、決定部１０６は、次の式（１）で、無線エリア３００のコスト評価点を算出してもよい。
　コスト評価点＝（基地局数×５）＋反射器数　…（式１）
　また、決定部１０６は、評価リスト６００から、無線エリア３００として必要な通信要求達成率を満たしつつ、無線エリア３００のコスト評価点が最小となる基地局、及び反射器の配置を決定する。例えば、図６に示す評価リスト６００において、無線エリア３００で必要な通信要求達成率が１００％である場合、決定部１０６は、基地局数が２の場合の基地局の候補位置、及び反射器の候補位置と設置方向を、基地局、及び反射器の配置として決定する。
　図２～６で説明した処理により、本実施形態に係る置局設計装置１００は、基地局と反射器とを組み合わせて、低コストで必要な通信要求を満たす置局設計を行うことができる。
　＜第２の選択処理＞
　続いて、第２の選択部１０５が実行する第２の選択処理の具体的な処理の例について説明する。
　［実施例１］
　図７は、実施例１に係る第２の選択処理の例を示すフローチャートである。この処理は、置局設計装置１００の第２の選択部１０５が、例えば、図２のステップＳ２０７で実行する第２の選択処理の一例を示している。第２の選択部１０５は、例えば、図２のステップＳ２０５で第１の選択部１０４が選択した基地局の方補位置で収容できない端末位置３０２がある場合、収容できない端末位置３０２の各々に対して、図７に示す処理を実行する。
　ステップＳ７０１において、第２の選択部１０５は、複数の候補位置３０３のうち、第１の選択部１０４が選択した基地局の候補位置を除外した候補位置３０３の中から、収容できない端末位置を収容可能な候補位置３０３を抽出する。例えば、第２の選択部１０５は、算出部１０３が算出した受信電力に基づいて、収容できない端末位置の受信電力が所定の値以上となる候補位置３０３を抽出する。
　ステップＳ７０２において、第２の選択部１０５は、抽出した候補位置３０３において、基地局の候補位置から、抽出した候補位置３０３までの電波伝搬減衰と、反射器の反射率とから反射器送信電力を算出する。
　ステップＳ７０３において、第２の選択部１０５は、算出した反射器送信電力に基づいて、抽出した候補位置３０３のうち、収容できない端末位置における受信電力が所定値以上となる候補位置３０３を、反射器の候補位置とする。
　ステップＳ７０４において、第２の選択部１０５は、反射器の候補位置からみた、基地局の候補位置の方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルと、収容できない端末位置の方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルとの角の二等分線方向を、反射器の設置方向とする。
　図７の処理により、第２の選択部１０５は、基地局の候補位置と組み合わせて、収容できない端末位置を収容可能な反射器の候補位置と設置方向とを選択することができる。
　［実施例２］
　図８は、実施例２に係る第２の選択処理の例を示すフローチャートである。この処理は、置局設計装置１００の第２の選択部１０５が、例えば、図２のステップＳ２０７で実行する第２の選択処理の別の一例を示している。第２の選択部１０５は、例えば、図２のステップＳ２０５で第１の選択部１０４が選択した基地局の方補位置で収容できない端末位置３０２がある場合、収容できない端末位置３０２の各々に対して、図８に示す処理を実行する。
　なお、図８に示す処理のうち、ステップＳ７０１～Ｓ７０３の処理は、図７で説明した実施例１に係る第２の選択処理と同様なので、ここでは説明を省略する。
　ステップＳ８０１において、第２の選択部１０５は、反射器の候補位置に設置する反射器の複数の設置方向で評価し、収容できない端末位置において、反射器からの受信電力が最大となる設置方向を、反射器の設置方向とする。
　図８の処理により、第２の選択部１０５は、基地局の候補位置と組み合わせて、収容できない端末位置を収容可能な反射器の候補位置と設置方向とを選択することができる。
　＜第１の選択処理＞
　続いて、第１の選択部１０４が実行する第１の選択処理の具体的な処理の例について説明する。
　図９は、本実施形態に係る第１の選択処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、置局設計装置１００の第１の選択部１０４が、例えば、図２のステップＳ２０５で実行する第１の選択処理の一例を示している。
　ステップＳ９０１において、第１の選択部１０４は、基地局が配置されていない候補位置３０３の中から、より多くの端末位置３０２が所定の通信品質を満たす基地局の候補位置を選択する。
　ステップＳ９０２において、第１の選択部１０４は、選択した基地局の候補位置の数が、基地局数ｎに達したか否かを判断する。基地局の候補位置の数が基地局数ｎに達していない場合、第１の選択部１０４は、処理をステップＳ７０１に戻す。一方、基地局の候補位置の数が基地局数ｎに達した場合、第１の選択部１０４は、図７の処理を終了する。
　このように、第１の選択部１０４は、例えば、貪欲法により、より多くの端末位置３０２が所要通信品質を満たす基地局の候補位置３０３を、基地局数ｎになるまで選択することにより、基地局数ｎの基地局の候補位置を選択してもよい。
　図１０は、本実施形態に係る第１の選択処理の別の一例を示すフローチャートである。この処理は、置局設計装置１００の第１の選択部１０４が、例えば、図２のステップＳ２０５で実行する第１の選択処理の別の一例を示している。
　ステップＳ１００１において、第１の選択部１０４は、複数の端末位置３０２を、基地局数ｎのクラスタに分割する。一例として、第１の選択部１０４は、ｋ－ｍｅａｎｓ法等の公知のクラスタリングの手法を用いて、複数の端末位置３０２を、基地局数ｎのクラスタに分割する。なお、クラスタリングの手法は、ｋ－ｍｅａｎｓ法に限られず、非階層型、及び階層型の各クラスタリングの手法を適用可能である。
　ステップＳ１００２において、第１の選択部１０４は、分割したクラスタごとに、より多くの端末位置３０２が所定の通信品質を満たす基地局の候補位置３０３を選択する。
　このように、第１の選択部１０４は、例えば、複数の端末位置３０２を基地局数のｎのクラスタに分割し、クラスタごとにより多くの端末位置３０２で所要通信品質を満たす基地局の候補位置３０３を選択してもよい。
　以上、本実施形態に係る置局設計装置１００、及び置局設計方法について説明したが、本発明に係る置局設計装置１００、及び置局設計方法は、様々な変形、及び応用が可能である。
　例えば、上記の各説明では、複数の候補位置３０３が、基地局、又は反射器の位置（座標）であるものとして説明したが、複数の候補位置３０３は、基地局、又は反射器の位置と設置方向（又はアンテナの向き等）との組合せで表されるものであってもよい。
　また、ここまで単一の無線通信方式を想定して説明したが、無線通信方式は、基地局ごとに異なる複数の無線通信方式を組み合わせて利用してもよい。なお、その場合は受信電力では無線通信方式を跨いだ公平な評価ができないため、置局設計装置１００は、無線伝送レート期待値等の比較可能な指標へ変換した上で、通信品質評価を行ってもよい。
　さらに、ここまで反射器の設置方向が、設置後は変更不可であるものとして説明した。ただし、これに限られず、例えば、図２のステップＳ２０７において、第２の選択部１０５は、反射器の候補位置を選択する際に、反射器の設置方向を遠隔等から制御可能と想定し、制御範囲を考慮した上で反射器の設置位置を選択してもよい。
　また、ここまで、反射器の向きが、反射器の設置方向であるものとして説明したが、反射器の向きは、反射器の反射方向等であってもよい。例えば、メタマテリアル技術等を用いて、電波の反射方向を変更できる反射器を利用することも考えられる。この場合、基地局-端末間で電波が反射して届くように、反射器の反射方向を選択することで、反射器の設置方向を選択する場合と同様の効果を実現することができる。例えば、図８のステップＳ８０１において、第２の選択部１０５は、反射器の候補位置に設置する反射器の複数の反射方向で評価し、収容できない端末位置において、反射器からの受信電力が最大となる反射方向を反射器の向きとしてもよい。このように、反射器の向きは、反射器の設置方向であってもよいし、反射器の反射方向であってもよい。さらに、反射器の向きは、反射器の設置方向と反射器の反射方向との組合せで表されるもの等であってもよい。
　さらにまた、図２のステップＳ２０４～Ｓ２０９において、置局設計装置１００は、基地局数を予め指定した範囲で増やしながら一通り置局設計評価結果を取得した上で、その中から置局設計を行っていた。ただし、これに限られず、置局設計装置１００は、基地局数を増やしていきながら都度置局設計評価結果を取得し、事前に定めた条件を全て満たす置局設計評価結果があれば、該当の置局設計結果を最終的な解とし、以後の演算処理を打ち切っても良い。
　＜ハードウェア構成例＞
　（置局設計装置のハードウェア構成）
　図１１は、本実施形態に係る置局設計装置のハードウェア構成の例を示す図である。置局設計装置１００は、例えば、図１１に示すようなコンピュータ１１００のハードウェア構成を備えている。図１１の例では、コンピュータ１１００は、プロセッサ１１０１、メモリ１１０２、ストレージデバイス１１０３、通信装置１１０４、入力装置１１０５、出力装置１１０６、及びバスＢ等を有する。
　プロセッサ１１０１は、例えば、所定のプログラムを実行することにより、様々な機能を実現するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置である。メモリ１１０２は、コンピュータ１１００が読み取り可能な記憶媒体であり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含む。ストレージデバイス１１０３は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であり、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、各種の光ディスク、及び光磁気ディスク等を含み得る。
　通信装置１１０４は、無線、又は有線のネットワークを介して他の装置と通信を行うための１つ以上のハードウェア（通信デバイス）を含む。入力装置１１０５は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォン、スイッチ、ボタン、センサ等）である。出力装置１１０６は、外部への出力を実施する出力デバイス（例えば、ディスプレイ、スピーカ、ＬＥＤランプ等）である。なお、入力装置１１０５と出力装置１１０６とは、一体となった構成（例えば、タッチパネルディスプレイ等の入出力装置）であってもよい。
　バスＢは、上記の各構成要素に共通に接続され、例えば、アドレス信号、データ信号、及び各種の制御信号等を伝送する。なお、プロセッサ１１０１は、ＣＰＵに限られず、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等であってもよい。
　（補足）
　本実施形態における置局設計装置１００は専用装置による実現に限らず、汎用コンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
　また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の様々な記憶装置を含む。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。
　また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良く、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
　＜実施形態の効果＞
　本実施形態によれば、基地局と反射器とを組み合わせて、低コストで必要な通信要求を満たす置局設計を行うことができるようになる。
　＜実施形態のまとめ＞
　本明細書には、少なくとも下記各項の置局設計装置、置局設計方法、及びプログラムが開示されている。
（第１項）
　無線エリアを構築するための基地局及び反射器の配置を設計する置局設計装置であって、
　遮蔽物を含む前記無線エリア内に、評価地点である複数の端末位置と、前記基地局又は前記反射器の設置位置の候補である複数の候補位置とを配置するように構成された配置部と、
　前記端末位置と前記候補位置との間の受信電力、及び前記候補位置と他の候補位置との間の受信電力を算出するように構成された算出部と、
　異なる基地局数ごとに、前記複数の候補位置の中から、前記基地局数の前記基地局の候補位置を選択するように構成された第１の選択部と、
　前記複数の端末位置のうち、前記基地局の候補位置で収容できない端末位置がある場合、前記基地局の候補位置と組み合わせて、前記収容できない端末位置を収容可能な前記反射器の候補位置と前記反射器の向きとを選択するように構成された第２の選択部と、
　前記基地局の候補位置、又は前記基地局の候補位置と前記反射器の候補位置と前記反射器の向きとの組合せの中から、前記無線エリアのコストが最小となる前記基地局及び反射器の配置を決定するように構成された決定部と、
　を有する、置局設計装置。
（第２項）
　前記反射器の向きは、前記反射器の設置方向を含み、
　前記第２の選択部は、前記反射器の候補位置からみた、前記基地局の候補位置の方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルと、前記収容できない端末位置の方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルとの角の二等分線方向を、前記反射器の設置方向とする、第１項に記載の置局設計装置。
（第３項）
　前記反射器の向きは、前記反射器の設置方向又は反射方向を含み、
　前記第２の選択部は、前記反射器の候補位置に設置する前記反射器の複数の設置方向又は反射方向で評価し、前記収容できない端末位置において、前記反射器からの受信電力が最大となる設置方向又は反射方向を、前記反射器の向きとする、第１項に記載の置局設計装置。
（第４項）
　前記第２の選択部は、
　前記算出部が算出した受信電力に基づいて、前記複数の候補位置のうち、前記基地局の候補位置を除外した候補位置の中から、前記収容できない端末位置を収容可能な候補位置を抽出し、
　前記抽出した候補位置において、前記基地局の候補位置から前記抽出した候補位置までの電波伝搬減衰と、前記反射器の反射率とから反射器送信電力を算出し、
　前記反射器送信電力に基づいて、抽出した候補位置のうち、前記収容できない端末位置における受信電力が所定値以上となる候補位置を、前記反射器の候補位置とする、
第１項～第３項のいずれかに記載の置局設計装置。
（第５項）
　前記第１の選択部は、前記複数の端末位置を前記基地局数のクラスタに分割し、前記クラスタごとに、より多くの前記端末位置が所定の通信品質を満たす前記基地局の候補位置を選択する、第１項～第３項のいずれかに記載の置局設計装置。
（第６項）
　前記第１の選択部は、より多くの前記端末位置が所定の通信品質を満たす前記基地局の候補位置から順に、前記基地局の数になるまで前記基地局の候補位置を選択する、第１項～第３項のいずれかに記載の置局設計装置。
（第７項）
　無線エリアを構築するための基地局及び反射器の配置を設計する置局設計装置が、
　遮蔽物を含む前記無線エリア内に、評価地点である複数の端末位置と、前記基地局又は前記反射器の設置位置の候補である複数の候補位置とを配置する処理と、
　前記端末位置と前記候補位置との間の受信電力、及び前記候補位置と他の候補位置との間の受信電力を算出する処理と、
　異なる基地局数ごとに、前記複数の候補位置の中から、前記基地局数の前記基地局の候補位置を選択する処理と、
　前記複数の端末位置のうち、前記基地局の候補位置で収容できない端末位置がある場合、前記基地局の候補位置と組み合わせて、前記収容できない端末位置を収容可能な前記反射器の候補位置と前記反射器の向きとを選択する処理と、
　前記基地局の候補位置、又は前記基地局の候補位置と前記反射器の候補位置と前記反射器の向きとの組合せの中から、前記無線エリアのコストが最小となる前記基地局及び反射器の配置を決定する処理と、
　を実行する、置局設計方法。
（第８項）
　第７項に記載の置局設計方法をコンピュータに実行させる、プログラム。
　以上、本実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
　１００　置局設計装置
　１０２　配置部
　１０３　算出部
　１０４　第１の選択部
　１０５　第２の選択部
　１０６　決定部
　３００　無線エリア
　３０１　遮蔽物
　３０２　端末位置
　３０３　候補位置
　９００　コンピュータ

Claims (8)

  1. 　無線エリアを構築するための基地局及び反射器の配置を設計する置局設計装置であって、
    　遮蔽物を含む前記無線エリア内に、評価地点である複数の端末位置と、前記基地局又は前記反射器の設置位置の候補である複数の候補位置とを配置するように構成された配置部と、
    　前記端末位置と前記候補位置との間の受信電力、及び前記候補位置と他の候補位置との間の受信電力を算出するように構成された算出部と、
    　異なる基地局数ごとに、前記複数の候補位置の中から、前記基地局数の前記基地局の候補位置を選択するように構成された第１の選択部と、
    　前記複数の端末位置のうち、前記基地局の候補位置で収容できない端末位置がある場合、前記基地局の候補位置と組み合わせて、前記収容できない端末位置を収容可能な前記反射器の候補位置と前記反射器の向きとを選択するように構成された第２の選択部と、
    　前記基地局の候補位置、又は前記基地局の候補位置と前記反射器の候補位置と前記反射器の向きとの組合せの中から、前記無線エリアのコストが最小となる前記基地局及び反射器の配置を決定するように構成された決定部と、
    　を有する、置局設計装置。
  2. 　前記反射器の向きは、前記反射器の設置方向を含み、
    　前記第２の選択部は、前記反射器の候補位置からみた、前記基地局の候補位置の方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルと、前記収容できない端末位置の方向で電力が最大となる電波到来方向ベクトルとの角の二等分線方向を、前記反射器の設置方向とする、請求項１に記載の置局設計装置。
  3. 　前記反射器の向きは、前記反射器の設置方向又は反射方向を含み、
    　前記第２の選択部は、前記反射器の候補位置に設置する前記反射器の複数の設置方向又は反射方向で評価し、前記収容できない端末位置において、前記反射器からの受信電力が最大となる設置方向又は反射方向を、前記反射器の向きとする、請求項１に記載の置局設計装置。
  4. 　前記第２の選択部は、
    　前記算出部が算出した受信電力に基づいて、前記複数の候補位置のうち、前記基地局の候補位置を除外した候補位置の中から、前記収容できない端末位置を収容可能な候補位置を抽出し、
    　前記抽出した候補位置において、前記基地局の候補位置から前記抽出した候補位置までの電波伝搬減衰と、前記反射器の反射率とから反射器送信電力を算出し、
    　前記反射器送信電力に基づいて、抽出した候補位置のうち、前記収容できない端末位置における受信電力が所定値以上となる候補位置を、前記反射器の候補位置とする、
    　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の置局設計装置。
  5. 　前記第１の選択部は、前記複数の端末位置を前記基地局数のクラスタに分割し、前記クラスタごとに、より多くの前記端末位置が所定の通信品質を満たす前記基地局の候補位置を選択する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の置局設計装置。
  6. 　前記第１の選択部は、より多くの前記端末位置が所定の通信品質を満たす前記基地局の候補位置から順に、前記基地局の数になるまで前記基地局の候補位置を選択する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の置局設計装置。
  7. 　無線エリアを構築するための基地局及び反射器の配置を設計する置局設計装置が、
    　遮蔽物を含む前記無線エリア内に、評価地点である複数の端末位置と、前記基地局又は前記反射器の設置位置の候補である複数の候補位置とを配置する処理と、
    　前記端末位置と前記候補位置との間の受信電力、及び前記候補位置と他の候補位置との間の受信電力を算出する処理と、
    　異なる基地局数ごとに、前記複数の候補位置の中から、前記基地局数の前記基地局の候補位置を選択する処理と、
    　前記複数の端末位置のうち、前記基地局の候補位置で収容できない端末位置がある場合、前記基地局の候補位置と組み合わせて、前記収容できない端末位置を収容可能な前記反射器の候補位置と前記反射器の向きとを選択する処理と、
    　前記基地局の候補位置、又は前記基地局の候補位置と前記反射器の候補位置と前記反射器の向きとの組合せの中から、前記無線エリアのコストが最小となる前記基地局及び反射器の配置を決定する処理と、
    　を実行する、置局設計方法。
  8. 　請求項７に記載の置局設計方法をコンピュータに実行させる、プログラム。
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