(57)【要約】【課題】  高速かつ高精度な幾何光学的電波伝搬特性解析方法および装置ならびに記録媒体を提供する。【解決手段】  幾何光学的電波伝搬特性解析方法の前処理１０１において、すべての障害物に少なくとも一本の擬似光線１が衝突する放射離散角度で、送信点２０１から擬似光線１を放射し、電波伝搬解析処理１０２を行う。受信点において定められたレベル以上の主要擬似光線の本数１０４、及び放射方向１０５を記録装置１０３に記録する。後処理１０６において、記録装置１０３に記録された主要擬似光線の本数１０４、及び主要擬似光線の放射方向１０５を読み込み、主要擬似光線の方向１０５にのみ擬似光線を定められた高密度で放射し電波伝搬解析処理１０２を実施する構成とする。【選択図】  図１
2006135844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信点より複数の擬似光線を放射しこの擬似光線が受信点に到達するまでの軌跡を追跡することで所定の電波伝搬モデルにおける送受信点間の伝搬特性を算出する幾何光学的電波伝搬特性解析方法であって、
擬似光線の前記送信点からの放射離散角度として第１角度と、前記第１角度より小さい第２角度を定める方法と、
第１角度を放射離散角度として前記擬似光線を放射し、受信点に到達する前記擬似光線を探索する方法と、
受信点に到達した前記擬似光線の中、定められた閾値以上の強度の前記擬似光線の前記送信点からの放射方向を求める方法を備え、
得られた前記擬似光線の方向に前記第２角度を放射離散角度として前記擬似光線を放射し、再び受信点に到達する前記擬似光線を探索することを特徴とする幾何光学的電波伝搬特性解析方法。
【請求項２】
前記電波伝搬モデルのそれぞれの障害物において、前記障害物を構成する辺の中、最も短い辺を求める方法と、
前記最も短い辺の両端と、送信点の3点によって形成される三角形において、前記最も短い辺の対角の角度を求める方法と
前記電波伝搬モデルに含まれるすべての前記障害物に対して求めた前記角度の中で最小角度を求める方法を備え、
前記最小角度を前記第１角度とすることを特徴とした請求項１記載の幾何光学的電波伝搬特性解析方法。
【請求項３】
請求項１から請求項２のいずれかに記載の幾何光学的電波伝搬特性解析方法を実行するプログラム及びプログラムが格納された記録媒体。
【請求項４】
請求項１から請求項２のいずれかに記載の幾何光学的電波伝搬特性解析方法を使用する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線局から送信された電波伝搬特性を計算し、その結果を出力することを可能にする幾何光学的電波伝搬特性解析方法および装置ならびに記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年広く利用されている携帯電話機の様々な使用状態や電波伝搬環境に適応して指向性や偏波を制御できる携帯機用アンテナの開発を行うには、実際の伝搬環境における実効的なアンテナ性能を評価できるシステムが必要となる。このような評価システムとして、従来ランダムフィールド法などの実験的手法が用いられているが、大規模な実験装置や多大な労力が必要という課題がある。その課題に対応するために、計算機によるアンテナ特性評価方法が数多く利用されている。その評価手法の一つとして電磁波を光と同様の特性を持つ波として取り扱う幾何光学的手法を用いるものがあり、その中の代表的な手法としてレイラウンチング法がある。レイラウンチング法は、送信点から擬似光線を放射し受信点に到達する光線を探索することにより、受信点における受信強度を導出する方法であり、擬似光線の振幅が一定強度より下回った場合に計算を停止することにより計算時間を短縮する方法や（例えば、特許文献１）、送信点から送信される光線を空間で分割し、複数のパソコンで計算する方法（例えば、特許文献２）がある。一般的に従来のレイラウンチング法は、送信点から擬似光線を全方位に放射する手法が用いられている。このような従来の手法を用い、送信点から0.2°の放射離散角度で擬似光線を放射した場合、擬似光線は約64万本となり、一般的な計算機において解析に4時間程度要する。
【特許文献１】特開２００１−１３６１３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２３２３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、送信点から放射される擬似光線の受信点までの軌跡を探索する際に、擬似光線が障害物に衝突する度にすべての障害物の中から該当障害物を導出する必要があるため、送信点から全方位に擬似光線を放射する従来のレイラウンチング法を用い、計算精度向上のため送信点からの擬似光線放射離散角度を小さくした場合、計算すべき擬似光線の本数が増大し、これに伴って計算時間も増大するという問題があった。
また、計算に複数の計算機を用いることによる計算高速化の手法は計算コストの増大という問題があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、計算機によって実際の多重波伝搬環境におけるアンテナ性能評価を高速かつ高精度に実施することが可能である幾何光学的電波伝搬特性解析方法および装置ならびに記録媒体を提供する。OLE_LINK4
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の幾何光学的電波伝搬特性解析方法は、送信点より複数の擬似光線を放射しこの擬似光線が受信点に到達するまでの軌跡を追跡することで所定の電波伝搬モデルにおける送受信点間の伝搬特性を算出する幾何光学的電波伝搬特性解析方法であって、
擬似光線の送信点からの放射離散角度として第１角度と、第１角度より小さい第２角度を定める方法と、
第１角度を放射離散角度として擬似光線を放射し、受信点に到達する擬似光線を探索する方法と、
受信点に到達した擬似光線の中、定められた閾値以上の強度の擬似光線の放射方向を求める方法を備え、
得られた擬似光線の方向を中心として定められた範囲に第２角度を放射離散角度として擬似光線を放射し、再び受信点に到達する擬似光線を探索することを特徴とする構成を有している。
【０００６】
この構成により、伝搬特性に影響を与えるレベルが高い擬似光線の放射方向周辺にのみ擬似光線を高密度に放射することができ、高い精度の計算を従来方法と比較し、少ない処理量で実施することが可能となる。
本発明の幾何光学的電波伝搬特性解析方法は、電波伝搬モデルのそれぞれの障害物において、障害物を構成する辺の中、最も短い辺を求める方法と、最も短い辺の両端と、送信点の3点によって形成される三角形において、最も短い辺の対角の角度を求める方法と
電波伝搬モデルに含まれるすべての障害物に対して求めた角度の中で最小角度を求める方法を備え、最小角度を前記第１角度とすること特徴とする構成を有している。
【０００７】
この構成により、高いレベルの主要な擬似光線を探索する際に送信点から放射された擬似光線が必ずすべての障害物に衝突し精度の高い主要な到来擬似光線の解析を行うことが可能となる。
【０００８】
本発明の何光学的電波伝搬特性解析方法および装置ならびに記録媒体は前記幾何光学的電波伝搬特性解析方法を実行するプログラムを記録媒体に格納し前記プログラムを、装置を用いて実行することを特徴とする構成を有している。
【０００９】
この構成により、何光学的電波伝搬特性解析方法を計算機システムなどの装置により実行することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
幾何光学的電波伝搬特性解析方法および装置ならびに記録媒体において、高いレベルの主要な擬似光線の周辺の方向にのみ擬似光線を高密度に放射することにより、従来の全方位に擬似光線を放射する方法と比較して同等以上の計算精度を維持しつつ計算時間を短縮できるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施例）
本発明の実施例における幾何光学的電波伝搬特性解析方法について図１から図１１までを用いて説明する。
【００１２】
幾何光学的電波伝搬特性解析方法は電磁波を光の性質を持つ波と仮定し、送信点から放射された擬似光線が障害物により反射、透過、または回折して受信点に到達する経路を探索することにより、受信点における受信強度を求める。
【００１３】
図１は本発明の実施例における幾何光学的電波伝搬特性解析方法の処理の流れを示している。
【００１４】
幾何光学的電波伝搬特性解析方法を前処理１０１と後処理１０６の２段階に分ける。また、擬似光線放射離散角度決定手段によって、特許請求の範囲における第１角度と、第１角度より値の小さい特許請求の範囲における第２角度を決定する。前処理１０１は、第１角度を放射離散角度として伝搬解析し、受信レベルの高い主要擬似光線の方向を求める処理と定義する。また、後処理１０６は、前処理１０１で得られた主要擬似光線放射方向１０５に存在する障害物の範囲に、擬似光線放射離散角度決定手段によって設定された第２角度を放射離散角度として擬似光線を放射し伝搬解析する処理と定義する。
【００１５】
図２は伝搬環境モデルにおいて、送信点２０１と障害物（ビル）Ｓ−１〜Ｓ−Ｌの位置関係及びそれぞれの障害物に対する少なくとも一本の擬似光線１が衝突する放射離散角度θ1からθＬを示している。また、図３は送信点１０１と障害物Ｓ−Ｌとの距離Dis３０１と障害物Ｓ−Ｌの短辺Width３０２により擬似光線１が障害物Ｓ−Ｌに少なくとも一本衝突する離散角度Δθ３０３を求める方法を示している。さらに、（式１）は離散角度Δθ３０３を距離Dis３０１と短辺Width３０２によりそれぞれの放射離散角度Δθ３０３を求める式を示している。
【数１】
2006135844.tif 000003
【００１６】
図４から図６は本発明の実施例の幾何光学的電波伝搬解析方法のフローチャートを示しており、図４は伝搬解析処理１０２、図５は前処理１０１、図６は後処理１０６を示している。
【００１７】
また、図７は図５の処理により記録されるデータ配置を示している。図４、図５、及び図６に示す処理を行うハードウェアは、例えば図８に示すような一般的な計算機システムを用いる。図８に示すようにこのシステムは制御装置８０１、制御装置８０１に接続された表示装置８０２、印刷装置８０３、入力装置８０４、記録装置８０５を備えている。また、脱着可能な記録媒体８０６を使用することができる。記録装置８０５、及び記録媒体８０６には図４、図５、及び図６に示す処理を実行するためプログラムやパラメータなどを記録することができる。
【００１８】
以下において、図４、図５、及び図６を用いて本実施例の計算手順を説明する。
【００１９】
図４の伝搬解析処理４０１において、まず、パラメータ入力４０２に、最大反射回数、閾値、周波数、壁面材質、放射光線数、送信点の位置、アンテナの複素指向性などのパラメータを入力装置８０４により入力する。壁面方程式導出４０３においてパラメータ入力４０２で入力された壁面の形状により方程式を導出し、記録装置に記録する。
【００２０】
反射光線方程式導出４０６において、光線番号aの反射壁面を決定し、反射方程式を導出する。
【００２１】
受信球導出４０７においては、記録装置８０５より読み込んだ光線番号aの光線の受信点までの距離dを導出し、受信球の半径rを（式２）より求める。
【数２】
2006135844.tif 000004
【００２２】
到達擬似光線探索４０８において反射光線方程式と受信点を中心とする半径rの球との交点を求めることにより受信点に到達したかを判断し、この処理をループ４０９により受信点の数繰り返す。そして、ループ４１０により次の反射点までの擬似光線と受信球の交点を求める。定められた反射回数に到達したら、ループ４１１により次の光線番号の処理に移行する。
【００２３】
位相合成４１２において、受信点に到達する経路は光線ごとに異なるため、それぞれの光線には位相差や振幅差が生じる。これらの経路が異なる光線の振幅と位相差を考慮して足し合わせる。この処理を位相合成とする。電界強度導出４１３において位相合成された光線の電界強度を求め、記録装置８０５に記録する。
【００２４】
ループ４１４において、操作者が設定した数の受信点を移動し同様の処理を行い、結果出力において各々の受信点における受信強度を記録装置８０５に記録する。
【００２５】
前処理１０１を示す図５の送信点とすべての障害物の位置関係導出５０２において図２に示すような伝搬モデルに存在するすべての障害物の短辺と、送信点との距離を求め、求めたすべての障害物の短辺と送信点との距離を用い、図３に示すような伝搬距離Dis３０１とビルの短辺Width３０２を用いて、障害物に少なくとも一本の擬似光線が衝突する角度の最大角度θ1からθＬをそれぞれの障害物に対して導出する。具体的には、ビルの短辺Width３０４の両端の頂点３０４と頂点３０５及び送信点１０１の３点によって形成される3角形において、ビルの短辺Width３０２の対角の角度を求め、θ1からθLを求める。
【００２６】
さらに、第１角度導出５０３において得られたθ1からθＬから最小の角度θfirstを導出する。このθfirstは伝搬モデルに存在するすべての障害物に必ず擬似光線が衝突する角度である。伝搬解析処理４０１において、この角度θfirstをパラメータとして、伝搬解析処理４０１を実施する。次に、主要擬似光線探索４０２について図１１を用いて説明する。図１１はある受信点に到達した擬似光線の各々の到達時間１３１とそれらの受信レベル１３２を示した図である。到達擬似光線の中から閾値１３３以上のレベルの擬似光線を探索し、得られた擬似光線を主要擬似光線１３４とする。そして、主要擬似光線の放射方向を導出４０３において、得られた到達擬似光線情報により主要擬似光線放射方向１０５を極座方形式で求める。
【００２７】
ただし、極座標形式は図９に示すようにXYZ座標系において、方位角ΦはX軸からY軸に向かった角度、仰角θはZ軸からXY平面に向かった角度とし、送信点２０１を中心とした主要擬似光線放射方向１０５を導出する。
【００２８】
次に図６に示す後処理１０６のパラメータ読み込み６０１において、記録装置８０５から前処理１０１で得られた擬似光線放射方向１０５を読み込み、後処理１０６のパラメータとして設定する。そして、図１０に示すように主要擬似光線放射方向１０５とその方向に存在する障害物の送信点から見た方位角φ、仰角θの最大値・最小値、φmin１００１、φmax１００２、θmin１００３、θmax１００４を導出し、その範囲を再放射範囲１００５と設定し、主要擬似光線の本数１０４繰り返す。再放射範囲１００５において擬似光線を第２角度で放射し、伝搬解析処理４０１を行い、最終結果導出６０３において定められた高い精度の伝搬解析結果を出力する。
【００２９】
このような本発明の実施例の幾何光学的電波伝搬特性解析方法によれば、電波伝搬特性解析に影響を与える主要な擬似光線の放射方向を予め解析することにより、その主要な擬似光線の方向とその周辺にのみ擬似光線を高密度で放射することができ、従来の送信点から全方向に擬似光線を放射する方法と比較して、少ない計算量で、かつ高精度で伝搬解析を実施可能となる。
【００３０】
また、すべての障害物に擬似光線が衝突する角度を、伝搬モデルに存在する障害物の大きさ及び送信点との距離を用いて予め求めることにより、受信点に到達するレベルの高い主要な擬似光線の軌跡をすべて求めることが可能となり、擬似光線放射数決定手段により得られた値を用い、擬似光線を全方位に放射する従来の方法と比較して主要擬似光線放射方向の解析を高い精度で行える。
【００３１】
なお、本実施の形態において説明の簡単化のため透過及び回折の計算方法は記載していないが、透過及び回折を考慮に入れた場合も同様に実施可能である。
さらに、上記実施の形態において、障害物が存在する方向を示す極座標形式を図9に示すように、方位角φはX軸からY軸に向かった角度、仰角θはZ軸からXY平面に向かった角度としていたが、方位角、及び仰角を他の軸及び平面を基準として導出した場合においても同様に実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように本発明にかかる幾何光学的電波伝搬特性解析方法および装置ならびに記録媒体は、伝搬解析に影響を与える主要な擬似光線の方向にのみ定められた密度で擬似光線を放射することにより、最小限の計算量で高い計算精度の計算を行うことができるという効果を有し、計算機による幾何光学的電波伝搬特性解析方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の幾何光学的電波伝搬解析方法の計算及びデータの流れを示すブロック図
【図２】送受信点、及び障害物の配置図
【図３】障害物に擬似光線が必ず衝突する角度の最大値を求める際の概念図
【図４】伝搬解析処理のフローチャート
【図５】前処理のフローチャート
【図６】後処理のフローチャート
【図７】前処理で記録されるデータ配置図
【図８】計算機システムの構成図
【図９】擬似光線放射方向概念図
【図１０】擬似光線放射方向導出図
【図１１】ある受信点における遅延プロファイル特性図
【符号の説明】
【００３４】
１    擬似光線
Ｓ−１    障害物
Ｓ−２    障害物
Ｓ−Ｌ    障害物
１０１  前処理
１０２  電波伝搬解析処理
１０３  記録装置
１０４  主要擬似光線本数
１０５  主要擬似光線放射方向
１０６  後処理
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006135844.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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