(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を行う。    【解決手段】  幾何光学的電波伝搬特性解析手段における送信点１０１を中心として、障害物Ｓ０１からＳ０５の送信点１０１を中心とした放射範囲１０５から１０７を導出し、その放射範囲１０５から１０７と受信点１０２が存在する範囲にのみ擬似光線を放射する構成とする。送信点１０１を中心として、受信点側１０３と受信点と反対側１０４の領域を分割する。更に操作者の操作によって更に擬似光線の放射範囲を限定する。更に送信点１０１におけるアンテナの指向性係数に応じて前記擬似光線を放射する角度範囲を限定する。  【選択図】      図２
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【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その擬似光線が受信点まで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装置において、
障害物及び前記受信点が存在する方向にあって前記障害物及び前記受信点の分布状況を導出する手段と、この分布状況に応じて擬似光線を放射する方向を限定する手段と、を有することを特徴とする幾何光学的電波伝搬特性解析装置。
【請求項２】
前記分布状況を導出する手段は、障害物の位置又は形状データに基づき障害物の分布状況を自動的に算出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装置。
【請求項３】
送信点を中心として、受信点側と受信点と反対側の領域を分割する手段と、
前記受信点側の領域内において、障害物及び前記受信点が存在する方向を導出する手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の幾何光学的電波伝搬特性解析装置。
【請求項４】
操作者の操作によって更に擬似光線の放射範囲を限定する手段を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の幾何光学的電波伝搬特性解析装置。
【請求項５】
更に送信点におけるアンテナの指向性係数に応じて前記擬似光線を放射する角度範囲を限定する手段を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の幾何光学的電波伝搬特性解析装置。
【請求項６】
送信点より複数の擬似光線を放射しその擬似光線が受信点まで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装置に、
障害物及び前記受信点が存在する方向にあって前記障害物及び前記受信点の分布状況を導出する手順と、この分布状況に応じて擬似光線を放射する方向を限定する手順と、を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項７】
請求項６に記載のプログラムをコンピュータにて読取可能に記憶した記憶媒体。
【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の伝搬特性を計算し、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装置、プログラムならびに記憶媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アンテナの電波伝搬特性の解析は、電波の電解強度分布を短時間で高精度に解析し出力することを目的として種々試行されている。殊に、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、アンテナの指向特性や偏波を制御できる携帯機用アンテナの開発が要請されている。この場合、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系が必要となる。このような評価系として、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、この方法では大規模な実験装置や多大な労力が必要であるという課題を有している。
【０００３】
そこで、この課題に対応するために、大規模な実験装置や多大な労力を必要としない、コンピュータによるアンテナ特性評価方法が提案され、数多く利用されるに至っている。一般的には、コンピュータによって無線局から送信された電磁波の電界強度分布を求めるための評価手法として、光を電磁波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る。そして、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。
【０００４】
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、特許文献１に開示される計算処理を送信点から送信される全光線を計算する前処理と受信点に到達する光線を探索し受信強度を求める後処理の２つの処理に分けて計算し、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という方法があり、また、特許文献２に開示されるように送信点から送信される擬似光線を追跡すると共にこの擬似光線を複数空間にて分割しこの複数空間にて分割した擬似光線を複数のコンピュータに割り振って並列処理を行うという方法がある。この場合、特許文献１、特許文献２に示されているような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時間程度要することになる。
【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】
【０００５】
ところで、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に当たって、擬似光線が障害物に衝突して擬似光線の反射や吸収が行われることになる。このとき、計算精度向上のため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が、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では、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極めて増大し、これに伴って計算時間も非常に増大するという問題がある。
【０００６】
また、複数のコンピュータを用いて並列演算を行い、演算を高速化する手法は設備投資に多大なコストがかかり、計算コストが増大してしまうなどという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数のコンピュータを使用した場合だけでなく、１台のコンピュータのみを使用した場合においても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装置、プログラムならびに記憶媒体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の幾何光学的電波伝搬特性解析装置は、送信点より複数の擬似光線を放射しその擬似光線が受信点まで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装置において、障害物及び前記受信点が存在する方向にあって前記障害物及び前記受信点の分布状況を導出する手段、この分布状況に応じて擬似光線を放射する方向を限定する手段、を有する構成を採る。
【０００９】
この構成により、解析結果に影響を与えない範囲へ擬似光線を放射しないことが可能となり、送信点から全方位に擬似光線を放射する時と同精度の解析結果を得ながら、計算量を低減することが可能となる。
【００１０】
本発明の幾何光学的電波伝搬特性解析装置は、前記分布状況を導出する手段が、障害物の位置又は形状データに基づき障害物の分布状況を自動的に算出する構成を採る。
【００１１】
この構成により、操作者が特別な操作をせずに障害物及び受信点が存在する範囲にのみ擬似光線を放射することが可能となる。
【００１２】
本発明の幾何光学的電波伝搬特性解析装置は、送信点を中心として、受信点側と受信点と反対側の領域を分割する手段と、前記受信点側の領域内において、障害物及び前記受信点が存在する方向を導出する手段と、を更に備える構成を採る。
【００１３】
この構成により、解析結果に影響を与える主な擬似光線のみ電波伝搬解析することが可能となり、比較的高い計算精度を維持しつつ計算量を低減することが可能となる。
【００１４】
本発明の幾何光学的電波伝搬特性解析装置は、操作者の操作によって更に擬似光線の放射範囲を限定する手段を有する構成をとる。
【００１５】
この構成により、障害物が存在する範囲においても擬似光線を放射しないことが可能となり、更に計算量を低減することが可能となる。
【００１６】
本発明の幾何光学的電波伝搬特性解析装置は、更に送信点におけるアンテナの指向性係数に応じて前記擬似光線を放射する角度範囲を限定する手段を有する構成をとる。
【００１７】
この構成により、障害物が存在する範囲においてもアンテナの指向性係数に応じて擬似光線を放射しないことが可能となり、更に計算量を低減することが可能となる。
【００１８】
本発明のプログラムは、送信点より複数の擬似光線を放射しその擬似光線が受信点まで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装置に、障害物及び前記受信点が存在する方向にあって前記障害物及び前記受信点の分布状況を導出する手順と、この分布状況に応じて擬似光線を放射する方向を限定する手順と、を実行させる構成を採る。また、本発明の記憶媒体は、上記プログラムをコンピュータにて読取可能に記憶した記憶媒体からなる構成を採る。
【００１９】
この構成により、何光学的電波伝搬特性解析装置を計算機システムなどの装置により具体的に実行することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、障害物が存在している領域に擬似光線を放射することにより、比較的高い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】
【００２１】
本発明の実施の形態における幾何光学的電波伝搬特性解析装置について、図１から図８を用いて説明する。幾何光学的電波伝搬特性解析装置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導出するものである。この幾何光学的電波伝搬特性解析装置による機能は、後述する図６の計算機システムにおける制御装置６０１によって処理される。
【００２２】
図１は本発明の実施の形態における幾何光学的電波伝搬特性解析の様子を示し、送信点１０１から受信点１０２を臨んで、ビルなどの障害物Ｓ０１〜Ｓ０５が存在する放射範囲１０５〜１０７を示している。また、図２は図１において、障害物Ｓ０１〜Ｓ０５の座標を詳細に示したものである。以下、図２を用いて説明する。送信点１０１を中心として受信点１０２がある方向の前領域１０３と受信点と反対の方向の後領域１０４に分割する。この前領域１０３において、送信点１０１からは、受信点１０２及び障害物Ｓ０１〜Ｓ０５が存在する放射範囲１０５〜放射範囲１０７にのみ擬似光線を放射する構成となっている。
【００２３】
このように前領域１０３のみを擬似光線の放射可能範囲と設定したのは、一般的に電磁波は送信点から受信点に直接到達する直接波に対して、ビルなどの障害物に反射して受信点に到達する反射波の強度が十分に小さいという特性を持つためである。
【００２４】
図３及び図４は幾何光学的電波伝搬特性解析装置による処理フローチャートを示しており、以降、図３の送信点１０１から送信される全光線を計算する処理を前処理３０１、図４の受信点１０２に到達する光線を探索し受信強度を求める処理を後処理４０１と定義する。また、図５は図３の処理により記憶されるデータを示している。
【００２５】
図３、図４に示す処理を行うハードウエアは、例えば図６に示すような一般的なパソコンシステムを用いる。図６に示すようにこのシステムは制御装置６０１、制御装置６０１に接続された表示装置６０２及び印刷装置６０３などの出力装置、入力装置６０４、記憶装置６０５を備えている。また、脱着可能な記憶媒体６０６を備えている。記憶装置６０５、及び記憶媒体６０６には図３、図４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憶し得る。
【００２６】
以下、図２、図３、及び図４用いて本実施の形態の制御装置６０１の計算手順を説明する。
【００２７】
まず、図３の前処理３０１において、パラメータ入力処理３０２では、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、仮受信点の位置、アンテナの複素指向性などのパラメータを操作者が入力装置６０４により入力する。壁面方程式導出処理３０３は、パラメータ入力処理３０２で入力された壁面の形状により方程式を導出し、記憶装置６０５に記憶する。
【００２８】
次いで、壁面の方向分布導出処理３０４において、まず図１に示すように送信点１０１を中心として前領域を導出する。前領域１０３に配置されている壁面の頂点１から頂点ｎまでのすべての頂点と仮受信点(Xr, Yr, Zr)とに対する送信点１０１からの方向を、方位角Φと仰角θで表される極座標形式で求める。ただし、極座標形式は図７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、図７では送信点１０１を中心とした頂点ｎの方向７０１を導出する。
【００２９】
擬似光線の放射方向導出処理３０５において、壁面の存在方向の分布導出処理３０４で求めた壁面及び受信点の存在する方向を記録したデータから、各々の障害物Ｓ０１からＳ０５において頂点の方位角Φ、仰角θの最大値・最小値Φmax、Φmin、θmax、θminを導出する。
【００３０】
放射擬似光線方程式導出処理３０６において、図８に示すように方位角φはΦmin８０１からΦmax８０２、仰角θはθmin８０３、θmax８０４の範囲に含まれる範囲に送信点１０１を中心として擬似光線を放射する。ただし、導出された範囲において重複した範囲が導出された場合は、重複して擬似光線（レイ）を放射しない構成とする。面８０５は擬似光線を放射する範囲を球表面に投影した面である。そして、この導出処理３０６では、擬似光線を放射する際、パラメータ入力処理３０２での放射光線数Ｎにより求めたある一定の離散角度ごとに放射する擬似光線の方程式を求める。
【００３１】
放射擬似光線方程式に複素指向性を乗算する処理３０７において、それぞれの擬似光線の放射方向に対応したアンテナの複素指向性を擬似光線方程式に掛け合わせる。
【００３２】
また、反射光線方程式導出処理３０８において、ある特定の光線の反射壁面を決定し、反射方程式を導出する。この処理を、第１ループ３０９において最大反射回数まで繰り返す。また、第２ループ３１０は全光線の反射方程式を求めるまで繰り返す。
【００３３】
以上の前処理３０１により、パラメータ入力処理３０２において入力されたデータと図５に示す全光線の方程式５０１と全光線の進行角度５０２と全光線の偏波方程式５０３と全光線の反射壁面番号５０４と壁面番号５０５が記憶装置６０５に記憶される。
【００３４】
図４に示す後処理４０１において、パラメータ入力処理４０２はアンテナの複素指向性と受信点の位置、及び周波数を入力する。
【００３５】
受信球導出処理４０３においては、記憶装置６０５より読み込んだ光線番号ａの受信点までの距離ｄを導出し、受信球の半径ｒを以下の式１より求める。受信球半径導出式は以下の如くである。
【００３６】
【数１】
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【００３７】
到達光線探索処理４０４においては、全光線方程式５０１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、到達した場合第１処理４０５に移行し、光線番号ａの光線が受信点に到達していない時、第３ループ４０６で次の光線番号の処理に移行する。この第１処理４０５においては、受信点に到達した光線に光線到来角度に対応した複素指向性を掛け合わせる。
【００３８】
位相合成処理４０７において、受信点１０２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である。電界強度導出処理４０８においては、位相合成された光線の電界強度を求め、記憶装置に記憶する。第４ループ４０９において、操作者が設定したＰ個の受信点を移動し同様の処理を行い、結果出力４１０において各々の受信点における受信強度を記憶装置６０５に記憶する。
【００３９】
このような本発明の実施の形態の幾何光学的電波伝搬特性解析装置によれば、壁面が存在する領域にのみ送信点から擬似光線を放射することができ、比較的高い計算精度を維持したまま計算時間を短縮することができる。また、携帯無線機の基地局から放射される電磁波を移動局である携帯無線機で受信するという電波伝搬環境を数値解析する際、一般的に基地局のアンテナ高は携帯無線機のアンテナ高より十分に高く、送信点である基地局から上空へ放射される電磁波は携帯無線局に到達する可能性が極めて低く、その到達の可能性の低い電磁波の演算を省くことで、本発明による計算量を低減する効果が十分に得られる。
【００４０】
例えば、市街地の中心に設置されている送信点が周囲のビルなどの障害物より高い地点に設置されており、送信点から放射される電磁波を地上２ｍ程度の高さに設置されている受信点で受信すると仮定された電波伝搬環境で本実施の形態の幾何光学的電波伝搬特性解析手法を実施する場合において、送信点から放射される擬似光線を５０%以下に削減することが可能となる。
【００４１】
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。
【００４２】
さらに、図３の放射擬似光線方程式に複素指向性を乗算する処理３０７において擬似光線を放射する方向のアンテナ指向性係数の値が小さい場合、反射光線方程式導出処理３０８を行わないことにより更に計算量を低減することが可能となる。
【００４３】
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７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。
【００４４】
さらに、壁面の方向の分布を導出する処理３０４において前領域１０３に存在する壁面のみ頂点方向を導出していたが、後領域１０４においても同様に壁面の頂点方向を導出し、擬似光線の放射範囲を導出することにより、後領域に障害物がある場合において、障害物が存在する領域に擬似光線を放射することが可能となる。また、上記の構成と組み合わせることにより、後領域に電波伝搬解析に影響を与える可能性があるビル等が多数存在する場合においても比較的高い計算精度を維持しつつ計算量低減を図ることが可能となる。
【００４５】
さらに、パラメータ入力処理３０２において操作者が送信点から擬似光線を放射しない範囲を入力する構成とすることにより、擬似光線の放射方向導出処理３０５で求められた擬似光線放射範囲が擬似光線を放射しない範囲に含まれる場合、さらに擬似光線の放射本数を減少させることが可能となる。
【００４６】
さらに、上記実施の形態において、１台のコンピュータにおいての実施例を示したが、複数のコンピュータを使用し電波伝搬解析する場合においても同様に実施可能である。
【００４７】
本発明にあっては、コンピュータシステムのハードウエアにて装置の構成をするのみならず、プログラムとしてソフトウエアにても実現可能であり、このためこのプログラムを格納した記憶媒体を得ることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、障害物が存在する領域にのみ擬似光線を放射することができ、計算時間を短縮できるため、幾何光学的電波伝搬特性解析装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】放射方向制御実施図
【図２】放射方向制御実施詳細図
【図３】前処理を説明するためのフローチャート
【図４】後処理を説明するためのフローチャート
【図５】図３のフローチャートで示される処理により記憶装置に記憶されるデータを示す図
【図６】本発明の実施の形態における電波伝搬解析の計算を行うためのパソコンなどの構成図
【図７】頂点方向概念図
【図８】擬似光線放射方向導出図
【符号の説明】
【００５０】
Ｓ０１〜Ｓ０５  障害物
１０１  送信点
１０２  受信点
１０３  前領域
１０４  後領域
１０５、１０６、１０７  放射範囲
３０１  前処理
４０１  後処理
４０３  受信球導出
６０１  制御装置
６０２  表示装置
６０３  印刷装置
６０４  入力装置
６０５  記憶装置
【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】
2006010349.tif 000009
【図７】
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【図８】
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