(57)【要約】【課題】アンテナ数が増加しても、計算量を増加させることなく、計算負荷を低減し、また、精度を更に向上させる。【解決手段】代表送受信アンテナ間経路情報算出部４は、レイトレースにより、選択された代表送受信アンテナ間の経路を決定し、選択された代表送受信アンテナ間の全ての経路に対する経路情報を経路情報メモリ５に記憶する。代表送受信アンテナ間伝搬特性推定部６は、該経路情報を参照し、反射係数や、回折係数などを用いて、全ての経路における複素電界を算出して加算する。全送受信アンテナ間伝搬特性推定部７は、複数の送受信アンテナの中から代表送受信アンテナを除く、他の一組の送受信アンテナを順次選択し、各送受信アンテナに対して、経路情報メモリ５に保存されている、代表送受信アンテナの全ての経路に対する経路情報を用いて、最終的に、全ての複素電界を算出して加算する。【選択図】図１
2010025591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナから送信された無線信号を複数の受信アンテナで受信するアレーアンテナシステムにおいて利用され、前記受信アンテナ毎の伝搬特性を推定する伝搬特性推定装置における伝搬特性推定方法であって、
前記複数の送信アンテナから１つの送信アンテナを代表送信アンテナとして選択するステップと、
前記複数の受信アンテナから１つの受信アンテナを代表受信アンテナとして選択するステップと、
前記代表送信アンテナの位置情報、前記代表受信アンテナの位置情報とからレイトレース法を用いて前記代表送信アンテナと前記代表受信アンテナとの間の経路情報を算出するステップと、
前記算出した前記経路情報を、前記代表送信アンテナと前記代表受信アンテナの組合せを含む、全ての送信アンテナと全ての受信アンテナとの組み合わせの経路情報として用いて伝搬特性を推定するステップと
を含むことを特徴とする伝搬特性推定方法。
【請求項２】
前記代表送信アンテナは、前記複数の送信アンテナの中央付近に位置する送信アンテナであり、
前記代表受信アンテナは、前記複数の受信アンテナの中央付近に位置する受信アンテナであることを特徴とする請求項１記載の伝搬特性推定方法。
【請求項３】
複数の送信アンテナから送信された無線信号を複数の受信アンテナで受信するアレーアンテナシステムにおける、受信アンテナ毎の伝搬特性を推定する伝搬特性推定装置であって、
前記複数の送信アンテナから１つの送信アンテナを代表送信アンテナとして選択する代表送信アンテナ選択手段と、
前記複数の受信アンテナから１つの受信アンテナを代表受信アンテナとして選択する代表受信アンテナ選択手段と、
前記代表送信アンテナの位置情報、前記代表受信アンテナの位置情報とからレイトレース法を用いて前記代表送信アンテナと前記代表受信アンテナとの間の経路情報を算出する経路情報算出手段と、
前記経路情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている経路情報を、前記代表送信アンテナと前記代表受信アンテナの組合せを含む、全ての送信アンテナと全ての受信アンテナとの組み合わせの経路情報として用いて、各送受信アンテナ間の伝搬特性を推定する全送受信アンテナ間伝搬特性推定手段と
を備えることを特徴とする伝搬特性推定装置。
【請求項４】
前記代表送信アンテナ選択手段及び前記代表受信アンテナ選択手段は、各々、前記複数の送信アンテナの中央付近に位置する送信アンテナと、前記複数の受信アンテナの中央付近に位置する受信アンテナとを選択することを特徴とする請求項３記載の伝搬特性推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムのための伝搬特性推定方法、及び伝搬特性推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アレーアンテナシステムにおける伝搬特性推定方法として、送信アンテナから送信された電波が途中反射や、回折して受信アンテナに到達する電波の伝搬特性を、幾何光学的にトレースして解析するレイトレース法が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
レイトレース法は、送信点から放射される電波をレイとみなし、図５に示すように、送信点Ｔ１から送信された電波が周辺構造物（鏡面）との反射、透過、回折（それぞれ実線、破線、点線で示される）を経て受信点Ｒ１に到達するレイを幾何光学的にトレースする。なお、図５において、Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄは、鏡面位置における受信点（受信アンテナ）のイメージである。受信点Ｒ１における伝搬特性は、トレースしたレイの伝搬距離、到来角度、及び複素振幅を用いて求められる。レイトレース演算における精度と処理量とは、トレードオフの関係にある。
【０００４】
上記レイトレースアルゴリズムには、一般的に、イメージング法とレイラウンチング法とがある。レイラウンチング法では、送信点から放射される電波を空間的に十分密接した等角度間隔の多数のレイで近似し、このようにして放射されたレイに沿って反射・透過・回折の経路を幾何光学的に追跡して受信点に到達するレイを探索する。
【０００５】
該レイラウンチング法は、反射波の他に、透過波や、回折波なども容易に取り扱うことができるという利点を有している。しかしながら、レイラウンチング法では、送信される電波を等間隔で放射する有限のレイで近似しているため、受信点に広がりを持たせる必要があり、反射回数が増えて伝搬距離が大きくなるにつれて、空間分解能が悪くなり、誤差が大きくなるという問題がある。
【０００６】
一方、イメージング法では、レイのトレースに送信点もしくは受信点の鏡像（イメージ）を用い、送信点から受信点まで伝搬する経路を面とエッジの組み合わせから設定し、次に、設定した各々の経路に対して相互作用（反射、または透過、または回折の総称を相互作用とする）を伴うポイントを幾何光学的に探索することによりレイをトレースする。
【０００７】
図６は、イメージング法による伝搬特性推定方法を示す概念図である。図において、ｔｘが送信点、ｙ＝０が鏡面、ｐ１、ｐ２が反射点、ｒｘ１が第１の受信点、ｒｘ２が第２の受信点、ｒｘ１’、ｒｘ２’がそれぞれの受信点に対するイメージである。従来のイメージング法では、一組の送受信アンテナを順次選択し、それぞれの送受信アンテナの組合せ毎に、レイトレースにより決定した各経路における複素振幅を計算して伝搬特性を推定する。
【０００８】
図７は、従来技術のイメージング法による伝搬特性推定手順を説明するためのフローチャートである。まず、最大反射回数や、最大回折回数、周波数といった共通変数などの初期変数を設定する（ステップＳａ１）。次に、アンテナ座標を設定、すなわち、一組の送受信アンテナを選択し（ステップＳａ２）、レイトレースにより経路を決定する（ステップＳａ３）。次に、複素振幅を計算し（ステップＳａ４）、経路探索が終了したか否かを判定し（ステップＳａ５）、終了していなければ、ステップＳａ３に戻り、経路探索、複素振幅の計算を、経路探索が終了するまで繰り返す。
【０００９】
そして、経路探索が終了すると（ステップＳａ５のＹＥＳ）、全ての複素振幅を加算し、メモリに保存する（ステップＳａ６）。次に、全てのアンテナに対する計算が終了したか否かを判定し（ステップＳａ７）、終了していなければ、ステップＳａ２に戻り、次の一組のアンテナに対して、上述したステップＳａ２〜Ｓａ７を、全てのアンテナに対する計算が終了するまで繰り返す。そして、全てのアンテナに対する計算が終了すると、当該処理を終了する。
【００１０】
上記イメージング法には、伝搬距離が長く反射回数が増えても誤差が小さいという特徴がある。また、レイラウンチング法のように、反射回数が増えても推定誤差が大きくなるという問題はないが、一方で、面の数をＭ、相互作用する回数をＮとすると、組み合わせの数は、ＭＮとなり、面の数の増加に対しては、トレース処理が非線形に増加するという特徴を有する。
【非特許文献１】参考文献  今井哲郎，”電波伝搬推定のための遺伝的アルゴリズムを用いたレイトレーシング処理の高速化法，” 信学論(B), vol.J89-B, no.4, pp.560-575, April 2006.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したレイトレース法（イメージング法）において、送信アンテナ数をＡ、受信アンテナ数をＢとする、アレーアンテナシステムについて、推定精度のよい伝搬特性推定を行うとき、面の数をＭ、相互作用する回数をＮとすると、全ての経路を探索するために必要な組み合わせの数は、ＡＢ（ＭＮ）となる。すなわち、上述したレイトレース法を複数の送信アンテナ・複数の受信アンテナを用いるアレーアンテナシステムに適用する場合、送信アンテナと受信アンテナの組合せ全てについて伝搬特性を解析する必要があり、アンテナ数が増大するに従い、組み合わせの数が線形に増大し、その計算量も膨大になるという問題がある。
【００１２】
一般にアレーアンテナシステムにおいてレイトレース法を用いて伝搬特性推定を行う領域では送信点と受信点の間隔に対し、送信アンテナ間隔と受信アンテナ間隔は非常に小さい。このとき送信アンテナと受信アンテナが選択する経路はすべてのアンテナの組み合わせでほとんど同一であると考えられる。しかしながら、従来のレイトレース法を用いる伝搬特性推定では、この経路の同一性情報を有効的に用いないため、経路探索が非効率になっている。
【００１３】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、アンテナ数が増加しても、計算量を増加させることなく、計算負荷を低減することができ、また、精度を更に向上させることができる伝搬特性推定方法、及び伝搬特性推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明は、複数の送信アンテナから送信された無線信号を複数の受信アンテナで受信するアレーアンテナシステムにおいて利用され、前記受信アンテナ毎の伝搬特性を推定する伝搬特性推定装置における伝搬特性推定方法であって、前記複数の送信アンテナから１つの送信アンテナを代表送信アンテナとして選択するステップと、前記複数の受信アンテナから１つの受信アンテナを代表受信アンテナとして選択するステップと、前記代表送信アンテナの位置情報、前記代表受信アンテナの位置情報とからレイトレース法を用いて前記代表送信アンテナと前記代表受信アンテナとの間の経路情報を算出するステップと、前記算出した前記経路情報を、前記代表送信アンテナと前記代表受信アンテナの組合せを含む、全ての送信アンテナと全ての受信アンテナとの組み合わせの経路情報として用いて伝搬特性を推定するステップとを含むことを特徴とする伝搬特性推定方法である。したがって、アレーアンテナシステムにおける伝搬路推定にレイトレース法を用いる場合、算出された特定の一組の代表送受信アンテナ間の全ての反射点や、回折点、及び反射角や、回折角などの経路情報を、その他の送受信アンテナ間において共用することによって、計算負荷を低減することができる。
【００１５】
本発明は、上記の発明において、前記代表送信アンテナは、前記複数の送信アンテナの中央付近に位置する送信アンテナであり、前記代表受信アンテナは、前記複数の受信アンテナの中央付近に位置する受信アンテナであることを特徴とする。したがって、最初の代表送受信アンテナとして、中心付近の送受信アンテナを選択することにより、より他の送受信アンテナの特性に類似させることができ、精度を更に向上させることができる。
【００１６】
また、上述した課題を解決するために、本発明は、複数の送信アンテナから送信された無線信号を複数の受信アンテナで受信するアレーアンテナシステムにおける、受信アンテナ毎の伝搬特性を推定する伝搬特性推定装置であって、前記複数の送信アンテナから１つの送信アンテナを代表送信アンテナとして選択する代表送信アンテナ選択手段と、前記複数の受信アンテナから１つの受信アンテナを代表受信アンテナとして選択する代表受信アンテナ選択手段と、前記代表送信アンテナの位置情報、前記代表受信アンテナの位置情報とからレイトレース法を用いて前記代表送信アンテナと前記代表受信アンテナとの間の経路情報を算出する経路情報算出手段と、前記経路情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている経路情報を、前記代表送信アンテナと前記代表受信アンテナの組合せを含む、全ての送信アンテナと全ての受信アンテナとの組み合わせの経路情報として用いて、各送受信アンテナ間の伝搬特性を推定する全送受信アンテナ間伝搬特性推定手段とを備えることを特徴とする。したがって、アレーアンテナシステムにおける伝搬路推定にレイトレース法を用いる場合、算出された特定の一組の代表送受信アンテナ間の全ての反射点や、回折点、及び反射角や、回折角などの経路情報を、その他の送受信アンテナ間において共用することによって、計算負荷を低減することができる。
【００１７】
本発明は、上記の発明において、前記代表送信アンテナ選択手段及び前記代表受信アンテナ選択手段は、各々、前記複数の送信アンテナの中央付近に位置する送信アンテナと、前記複数の受信アンテナの中央付近に位置する受信アンテナとを選択することを特徴とする。したがって、最初の代表送受信アンテナとして、中心付近の送受信アンテナを選択することにより、より他の送受信アンテナの特性に類似させることができ、精度を更に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、アレーアンテナシステムにおける伝搬路推定にレイトレース法を用いる場合、算出された特定の一組の代表送受信アンテナ間の全ての反射点や、回折点、及び反射角や、回折角などの経路情報を、その他の送受信アンテナ間において共用することによって、計算負荷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
一般にアレーアンテナシステムでは、送受信アンテナ間の距離に対して、十分小さい位置にアンテナが配置されていることが多いため、受信アンテナが異なるが、送信アンテナが同一の場合、異なる受信アンテナであっても、非常に似通った経路を持つことが多いと考えられる。受信アンテナが同一で、異なる送信アンテナの場合でも同様である。
【００２１】
このように似通った経路を持つ場合、送受信アンテナの中から一組のアンテナを選択し、計算されたただ１つの経路情報を利用することにより、他の経路を算出することが可能であると考えられる。そこで、レイトレース法によって算出された特定の一組の送受信アンテナ間の全ての反射点や、回折点、および反射角や、回折角を、その他の送受信間アンテナ間において共有する。
【００２２】
この場合、送信アンテナ、受信アンテナは、任意に選択してもよいし、配置された複数のアンテナの中心付近のアンテナを選択してもよい。選択したアンテナを、代表送信アンテナ、代表受信アンテナとする。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態による伝搬特性推定装置の構成を示すブロック図である。図において、送受信アンテナ情報メモリ１は、送信アンテナ数、受信アンテナ数、送受信アンテナの座標や、最大反射回数、最大回折回数、周波数といった共通変数などの初期値を記憶する。代表送信アンテナ選択部２は、送受信アンテナ情報メモリ１を参照し、複数の送信アンテナの中から代表送信アンテナを選択する。代表受信アンテナ選択部３は、送受信アンテナ情報メモリ１を参照し、複数の受信アンテナの中から代表受信アンテナを選択する。
【００２４】
代表送受信アンテナ間経路情報算出部４は、レイトレースにより、選択された代表送信アンテナ、代表受信アンテナ間の経路（各経路の反射点や、回折点、及び反射角や、回折角を含む経路情報）を決定する。経路情報メモリ５は、選択された代表送信アンテナ、代表受信アンテナ間の全ての経路に対する経路情報や、後述する全ての経路における複素電界の和を記憶する。代表送受信アンテナ間伝搬特性推定部６は、該経路情報を参照し、反射係数や、回折係数などを用いて、規定の反射回数終了するまで、各経路における複素電界（電界強度）の算出を繰り返し、全ての経路における複素電界を加算して和をとり、経路情報メモリ５に保存する。
【００２５】
全送受信アンテナ間伝搬特性推定部７は、送受信アンテナ情報メモリ１を参照し、複数の送受信アンテナの中から代表送受信アンテナを除く、他の一組の送受信アンテナを順次選択し、経路情報メモリ５に保存されている、代表送受信アンテナの全ての経路に対する経路情報の反射係数や、回折係数などを用いて、各送受信アンテナに対して、伝搬距離の再計算、複素電界の算出を繰り返し、最終的に、全ての複素電界を加算して和をとり、経路情報メモリ５に保存する。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態によるレイトレース法を用いた伝搬特性推定方法を説明するための概念図である。図において、なお、図６に対応する部分には、同一の符号を付けて説明を省略する。本実施形態では、一組のアンテナを代表送受信アンテナとして選択し、該代表送受信アンテナに対して計算されたただ１つの経路情報（代表送受信アンテナ間の全ての反射点や、回折点、反射角、回折角）を利用することにより、その他の送受信間アンテナ間の経路における伝搬特性をする点で従来技術と異なる。すなわち、それぞれの送受信アンテナの組合せ毎に、レイトレースによる経路探察を行う必要がない。
【００２７】
図３は、本実施形態によるイメージング法による伝搬特性推定手順を説明するためのフローチャートである。まず、最大反射回数や、最大回折回数、周波数といった共通変数などの初期値を設定する（ステップＳ１）。次に、アンテナ座標を設定、すなわち、一組の送受信アンテナを、代表送信アンテナ、代表受信アンテナとして選択し（ステップＳ２）、レイトレースにより経路を決定する（ステップＳ３）。次に、そのときの各経路の反射点や、回折点、及び反射角や、回折角を、経路情報として経路情報メモリ５に保存し（ステップＳ４）、該経路情報を参照し、反射係数や、回折係数などを用いて複素電界（電界強度）を算出する（ステップＳ６）。
【００２８】
次に、規定の反射回数分終了したか否かを判定し（ステップＳ６）、規定の反射回数分終了していない場合には、ステップＳ３に戻り、規定の反射回数分終了するまで、経路探索、経路情報の保存、複素電界の算出を繰り返す。そして、規定の反射回数分終了すると（ステップＳ６のＹＥＳ）、全ての複素電界を加算して和をとり、経路情報メモリ５に保存する（ステップＳ７）。
【００２９】
次に、アンテナ座標を再設定、すなわち、次の一組の送受信アンテナを選択し（ステップＳ８）、ステップＳ４で経路情報メモリ５に保存した経路情報を読み出し（ステップＳ９）、伝搬距離を再計算し（ステップＳ１０）、読み出した経路情報を用いて反射係数や回折係数を用いて複素電界（電界強度）を算出する（ステップＳ１１）。次に、全ての経路情報を読み出したか否かを判定し（ステップＳ１２）、まだ読み出していない経路情報がある場合には（ステップＳ１２のＮＯ）、ステップＳ９に戻り、全ての経路情報を読み出すまで、経路情報の読み出し、伝搬距離の再計算、複素電界の算出を繰り返す。
【００３０】
そして、全ての経路情報を読み出した場合には（ステップＳ１２のＹＥＳ）、全ての複素電界を加算して和をとり、経路情報メモリ５に保存する（ステップＳ１３）。次に、全てのアンテナの組合せで実施したか否かを判定し（ステップＳ１４）、まだ残っている組合せがある場合には、ステップＳ８に戻り、次の一組の送受信アンテナを、代表送信アンテナ、代表受信アンテナとして選択し、上述した処理を繰り返す。そして、全てのアンテナの組合せで実施すると（ステップＳ１４のＹＥＳ）、当該処理を終了する。
【００３１】
上述した実施形態によれば、アレーアンテナシステムにおける伝搬路推定にレイトレース法を用いる場合、算出された特定の一組の代表送受信アンテナ間の全ての反射点や、回折点、及び反射角や、回折角などの経路情報を、その他の送受信アンテナ間において共用することによって、計算負荷を低減することができる。
【００３２】
より具体的には、送信アンテナ数Ａ、受信アンテナ数Ｂのアレーアンテナシステムについてレイトレース法を用いて伝搬特性推定を行うとき、面の数をＭ、相互作用する回数をＮとすると、全ての経路を探索するために必要な組み合わせの数は、従来法では、図４（ａ）に示すように、ＡＢ（ＭＮ）であるが、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、ＭＮに低減することができる。なお、図４（ａ）、（ｂ）において、ｔ１〜ｔｎは、送信点であり、ｒ１〜ｒｎは、受信点である。このように、経路探索の計算量が１／（ＡＢ）の削減となり、アンテナ数が増加しても、計算量は増加せず、従来の計算量に対する削減効果が大きくなる。
【００３３】
また、最初の代表送受信アンテナとして、中心付近の送受信アンテナを選択することにより、より他の送受信アンテナの特性に類似させることができ、精度を更に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態による伝搬特性推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態によるレイトレース法を用いた伝搬特性推定方法を説明するための概念図である。
【図３】本実施形態による伝搬特性推定手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】本実施形態のイメージング法による伝搬特性推定方法と従来技術による伝搬特性推定方法との計算量の違いを説明するための概念図である。
【図５】レイトレース法による伝搬特性推定方法を示す概念図である。
【図６】イメージング法による伝搬特性推定方法を示す概念図である。
【図７】従来技術のイメージング法による伝搬特性推定手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１  送受信アンテナ情報メモリ
２  代表送信アンテナ選択部
３  代表受信アンテナ選択部
４  代表送受信アンテナ間経路情報算出部
５  経路情報メモリ
６  代表送受信アンテナ間伝搬特性推定部
７  全送受信アンテナ間伝搬特性推定部
【図１】
2010025591.tif 000003
【図２】
2010025591.tif 000004
【図３】
2010025591.tif 000005
【図４】
2010025591.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010025591.tif 000008
【図７】
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