(57)【要約】  信号強度測定値から無線伝播を正確に予測する方法。測定データにおけるダイナミックレンジの制限が明白に考慮される。結果として得られる伝播モデルは、範囲及び干渉を計算するために信号強度を正確に予測する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限のダイナミックレンジのデータを記述する信号伝播モデルに適用するために最適なパラメータの組を正確に計算する方法であって、
ａ）１組のＮ個の切り捨て下限値を用いて切り捨てられる切り捨てデータの組として受信機によって収集されたＮ個のデータ・ポイントの組を表すステップを含み、
前記切り捨て下限値は、前記受信機の感度しきい値に従ってデータ・ポイントの各々について計算され、前記切り捨てデータの組は、該受信機の線形範囲の上限値に従って計算された切り捨て上限値を用いてさらに切り捨てられ、
ｂ）前記切り捨てデータの組から、前記切り捨て上限値及び下限値によって定められる範囲外の全データを排除し、
ｃ）前記切り捨てデータの組、前記切り捨て上限値及び下限値、並びに所定の信号伝播モデルに基づいて、前記信号伝播モデルが前記データの組を記述する精度を最大にする最適なパラメータの組を計算する、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記計算するステップは、前記信号伝播モデルの前記所定のデータ、前記切り捨て下限値、及び前記切り捨て上限値の尤度を最大にするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記データは、無線信号データであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記データは、マイクロ波信号データであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記データは、信号強度データであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記データは、携帯電話ネットワークに関するものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記データは、携帯電話の信号強度データであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記計算するステップは、最大尤度（ＭＬ）適合を用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記受信機は、ＣＤＭＡ無線スキャナ及びＵＭＴＳ無線スキャナのうちの１つであり、前記切り捨て下限値は、データ・ポイントの各々において、前記データ・ポイントにおける最小検出可能値Ｅｃ／Ｉ0を、該データ・ポイントにおける測定値Ｉ0に加えることによって計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記受信機はＧＳＭ無線スキャナであり、前記切り捨て下限値は、データ・ポイントの各々において、前記データ・ポイントにおける最小検出可能値Ｃ／Ｉを、該データ・ポイントにおける測定値Ｉに加えることによって計算されることを特徴とする請求項１に載の方法。
【請求項１１】
有限のダイナミックレンジのデータを記述する信号伝播モデルに適用するために最適なパラメータの組を正確に計算する方法であって、
ａ）１組の打ち切られていない観測値、１組の左打ち切り観測値、及び１組の右打ち切り観測値を含む打ち切りデータの組として受信機によって収集されたデータ・ポイントの組を表し、
ｂ）前記打ち切られていない観測値の組を、前記受信機の線形範囲内の信号レベルを有する全ての測定されたデータ・ポイントとして定め、
ｃ）前記右打ち切り観測値の組を、前記受信機の線形範囲を上回る測定された信号レベルを有する全ての測定されたポイントの前記組として定め、
ｄ）前記左打ち切り観測値の組を、前記受信機の最小検出レベルを下回るために検出されない全ての信号の前記組として定め、
ｅ）打ち切り上限値を、前記受信機の前記線形範囲における前記上限値と等しくなるように定め、
ｆ）打ち切り下限値を、前記受信機の前記最小検出レベルと等しくなるように定め、
ｇ）前記打ち切りデータの組、前記打ち切り上限値及び下限値、及び所定信号の伝播モデルに基づいて、前記信号伝播モデルが前記データの組を記述する精度を最大にする最適なパラメータの組を計算する、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記計算するステップは、前記信号伝播モデルの前記所定のデータ、前記打ち切り下限値、及び前記打ち切り上限値の尤度を最大にするステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記データは、無線信号データであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記データは、マイクロ波信号データであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記データは、信号強度データであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記データは、携帯電話ネットワークに関するものであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記データは、携帯電話の信号強度データであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記計算するステップは、最大尤度（ＭＬ）適合を用いて行われることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記受信機は、ＣＤＭＡ無線スキャナ及びＵＭＴＳ無線スキャナのうちの１つであり、１組の左打ち切り観測値が、信号が検出された地理的地点において、全ての検出された信号の前記組を調べ、検出されなかった全ての信号についての左打ち切り観測値を付加し、前記データ・ポイントについての最小検出可能値Ｅｃ／Ｉ0を、該データ・ポイントについての測定値Ｉ0に加えることによって得られた打ち切り下限値を用いることによって定められることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記受信機はＧＳＭ無線スキャナであり、１組の左打ち切り観測値が、信号が検出された地理的地点において、全ての検出された信号の前記組を調べ、検出されなかった全ての信号についての左打ち切り観測値を付加し、前記データ・ポイントについての最小検出可能値Ｅｃ／Ｉ0を、該データ・ポイントについての測定値Ｉ0に加えることによって得られた打ち切り下限値を用いることによって定められることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有限のダイナミックレンジのデータを記述する信号伝播モデルに適用するために、データ・パラメータの組を較正する分野に関する。
（優先権主張）
２００５年３月１１日に出願されたＮａｔｈａｎ  Ｈｕｎｔ他による、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ａｃｃｕｒａｔｅ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｄａｔａ  ｉｎ  Ｒａｄｉｏ  Ｐａｔｈ  Ｌｏｓｓ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ」という名称の米国仮特許出願番号第６０／６６１，１２８号（代理人整理番号第ＮＥＷＷ−０１０００ＵＳ０号）
２００６年３月９日に出願された、Ｎａｔｈａｎ  Ｈｕｎｔ他による、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ａｃｃｕｒａｔｅ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｄａｔａ  ｉｎ  Ｒａｄｉｏ  Ｐａｔｈ  Ｌｏｓｓ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ」という名称の米国特許出願番号第１１／      ，      号（代理人整理番号第ＮＥＷＷ−０１０００ＵＳ１号）
（著作権表示）
本特許文献の開示の一部には、著作権保護を受けたる材料が含まれる。著作権者は、特許商標局の特許ファイル又は記録に示される場合に、特許文書又は特許開示の如何なる人による複製にも異議はないが、そうでない場合は、全ての著作権を保有する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話ネットワークの予測設計及び最適化の有効性は、サービスが提供される地理的領域にわたる予測無線信号強度の精度に左右される。この予測は、伝播モデルと呼ばれる数学モデルを用いて行われる。伝播モデルは、一般に、送信アンテナ・パターン及びデジタル地形図、並びにクラッタ・マップを鑑みて無線信号強度を予測するが、これらは、ベクトル・データ及び構築データベースなどの物理的環境の付加的な記述を使用することもできる。伝播モデルは、測定データを用いて該モデルを較正することによってその値が求められる、多数のパラメータを有する。特定の地理的領域についてモデルが較正されると、必要とされる信号強度及び干渉の予測を行うことができる。
【０００３】
物理的環境の記述に対して特定の損失特性を与えるために、モデル較正が必要である。例えば、クラッター・カテゴリの平均的性質は、市場間で変化することがあり、又は完全に未知のものであり得る。モデル較正により、各々のクラッター・カテゴリに最適値が割り当てられる。
モデル較正のために用いられる信号強度の測定データは、通常、連続波（ＣＷ）データ又はスキャナ・データのいずれかである。ＣＷデータを収集するために、クリアな周波数が選択され、連続信号が、その周波数で伝送される。データは、ドライブ・ルート上で収集される。送信周波数に設定された受信機が、ＧＰＳ受信機からの位置情報と併せてデータを収集する。
【０００４】
スキャナ・データも、ＧＰＳデータを同時に収集しながら、ドライブにおいて収集される。スキャナ・データは、ＣＷに用いられる個々の単調信号ではなく、ネットワークからの実際のパイロット信号が検出されるという点で、ＣＷデータとは異なる。スキャナ構成に応じて、信号を多数の場所から同時に収集することができる。
従来より、測定データに最小二乗（すなわち、Ｏｒｄｉｎａｒｙ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓを表すＯＬＳ）適合を施すパラメータの組を見つけることによって、モデル較正が行われる。特定の単純な仮定（すなわち、データ内の誤差が正規分布されて、かつ、データが、基本となる母集団の偏りのないサンプルである）の下では、ＯＬＳ適合が、なし得る最良の予測である。
【０００５】
全ての測定データは、有限のダイナミックレンジを有する。このことにより、通常、測定データの組に偏りが導入される。したがって、データへのＯＬＳ適合によって作成されたモデルは、偏りがある可能性があり、可能な最良の予測が行われない。
有限のダイナミックレンジに起因する偏りの結果が、図１及び図２に示される。図１においては、データへの単純線形ＯＬＳ適合と共に、受信された信号強度が、距離の関数として示される。図２においては、今度は−１００ｄＢｍを下回る信号が排除された、同じデータの組が示される。結果として得られるＯＬＳ適合は、図１に示される完全なデータの組への適合と比べて、距離による減衰があまりないと予測する。図２におけるＯＬＳ適合は、測定データの組における偏りを十分に反映するが、最大尤度（ＭＬ）適合（下記に述べられる）が、この偏りを修正し、完全なデータの組により得られるものとほぼ等しい結果を提供する。
【０００６】
図１及び図２における例示的なデータは、その内在素性であるのではなく、切り捨てレベルがデータの組に適用されたという点で、人為的なものである。下記に述べられるように、実際の適用において、切り捨てレベルは、データに内在し、ＭＬモデル内に明示的に含まれていなければならない。さらに、伝播モデルは、通常、図１及び図２に示される単純な線形適合より複雑なものであり、特に回折及びクラッター効果だけでなく、必要に応じてアンテナ識別も取り入れる。しかしながら、図面は、有限のダイナミックレンジによって導入される偏りの基本的問題を示すのに役立つ。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、有限のダイナミックレンジをもつデータを使用する際に内在する偏りを除去する伝播モデルの較正に対する手法から成る。本発明はまた、これらの方法をソフトウエアで実施する手段もカバーする。
本発明は、２つのタイプの測定データ、すなわち切り捨てデータ及び打ち切りデータの処理について説明する。切り捨てデータは、所定の限界値の外にある観測値が失われるデータである。切り捨てデータの簡単な例が、図２に示され、ここで、−１００ｄＢｍを下回る値をもつ測定値は、データの組の中に存在しない。下から、上から、又は両方から、データを切り捨てることが可能である。切り捨てレベルは、データの組にわたって変化し得る。
【０００８】
打ち切りデータは、切り捨てデータに類似しており、その違いは、受信機のダイナミックレンジの外に入る点の位置が与えられる点である。例えば、図２におけるデータの場合、−１００ｄＢｍより下方に入る観測値の各々までの距離が付加的に知られていた場合、これらは、打ち切り観測値と呼ばれる（又は、それらが既知の値を下回るので、左打ち切りと呼ばれる）。切り捨てデータの場合と同様に、上から（右打ち切り）、下から（左打ち切り）、又は両方から、データを打ち切ることができ、打ち切りレベルは、データの組にわたって一定である必要はない。
【０００９】
本発明は、測定データから、切り捨てデータ及び切り捨てレベルを得る方法について説明する。本発明はまた、測定データから、打ち切りデータ、打ち切りレベル、及び打ち切り観測値を得る方法についても説明する。本発明は、最大尤度（ＭＬ）を用いて、切り捨てデータの組及び打ち切りデータの組についての最適なモデルを得る方法について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
切り捨て下限レベルとして信号感度しきい値を使用し、切り捨て上限レベルとして受信機の線形範囲の最上位を使用することによって、ＣＷ測定値を切り捨てデータとして扱うことができる。これらの限界値の外にあるあらゆる観測値が、データの組から排除される。図３は、このプロセスのフロー図を示す。
線形範囲を上回る測定値又は受信機の感度を下回る測定値を排除することにより、スキャナ・データを切り捨てデータとして扱うことができる。スキャナ・データの感度の限界値は、スキャナ・データの場合、干渉によって感度が制限されることが多いという点で、ＣＷデータの限界値とは異なる。したがって、切り捨て下限レベルは、各々のデータ・ポイントで測定される干渉レベルから求められる。ＣＤＭＡ又はＵＭＴＳの場合、ある地点における切り捨て下限レベルは、ある地点におけるＩ0の測定値（ｄＢｍでの）に、スキャナが確実に測定できる最小値Ｅｃ／Ｉ0（ｄＢでの）を加えたものである。ＧＳＭデータの場合には、切り捨て下限レベルは、ある地点におけるＩの測定値（ｄＢｍでの）に、スキャナが確実に測定できるＣ／Ｉの最小値（ｄＢでの）を加えたものである。図４は、このプロセスのフロー図を示す。
【００１１】
切り捨てられたデータの組が与えられた場合、次のように最適な伝播モデルが得られる。
表記法を明確にするのを助けるために、ＯＬＳ解法のために公式化を行うことから始める。ベクトル量は、太字で示される。ＯＬＳ解法は、量
【数１】
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を最小にするベクトルβを見つけることによって与えられる。
ここで、全ての観測値ｉについて合計がとられ、ｙiは、ｉ番目の測定値であり、ｘiは、較正に用いられる変数のベクトルであり（距離の対数、回折、有効アンテナ高、クラッター項等のような従属変数）、βは、最適化されるパラメータのベクトルである（定数項、又は切片、傾き、回折の乗数、クラッター・パラメータ等）。
【００１２】
ＯＬＳ問題は、最大尤度（ＭＬ）問題として再公式化することができる。ここで最大にされる尤度の対数は、
【数２】
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であり、ここで、ｙi、ｘi、及びβは、式（１）と同様であり、分散推定値σは、β成分と共に最適化される付加的なモデル・パラメータである。（２）の最大尤度解法は、測定値ｙiの標準偏差と等しいσの最適値と共に、（１）と同じ解法βをもたらす。
【００１３】
切り捨て問題のために設定される最適パラメータは、尤度（Ｔｏｂｉｎ、Ｂｒｅｅｎ）Ｌの対数を最大にすることによって得られる。
【数３】
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ここで、ｙi、ｘi、β、及びσは、（２）と同様であり、ｃiは切り捨て上限値であり、ｄiは切り捨て下限値であり、Φは、標準正規分布関数（Ｂｒｅｅｎ）である。
【００１４】
打ち切りデータは、測定値が、受信機の感度限界値を下回る点（左打ち切りの観測値）の位置、又は受信機の線形範囲を上回る点（右打ち切り観測値）の位置を用いて、ＣＷデータから作成することができる。打ち切りデータは、同様にスキャナ・データから生成されるが、下限値は、通常、各々の点において測定された干渉値によって求められる。ＣＤＭＡ又はＵＭＴＳの場合、ある点における打ち切り下限レベルは、ある地点におけるＩ0の測定値（ｄＢｍでの）に、スキャナが確実に測定できるＥｃ／Ｉ0の最小値（ｄＢでの）を加えたものである。ＧＳＭデータの場合、打ち切り下限レベルは、ある地点におけるＩの測定値（ｄＢｍでの）に、スキャナが確実に測定できるＣ／Ｉの最小値（ｄＢでの）を加えたものである。
【００１５】
図５は、打ち切りＣＷデータについてのプロセスのフロー図を示し、図６は、打ち切りスキャナ・データについてのプロセスのフロー図を示す。
打ち切り問題のために設定された最適パラメータは、尤度Ｌの対数を最大にすることによって得られる。
【数４】
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ここで、ｉにおける合計は、打ち切りされない観測値における合計であり、ｊにおける合計は、右打ち切り観測値のものであり、ｋにおける合計は、左打ち切り観測値のものであり、ｙi、ｘi、β、及びσは、（３）と同様であり、ｃj、ｄkは、それぞれ打ち切り上限値及び下限値であり、ｘkは、ｋ番目の打ち切り観測値における従属変数のベクトルである。
参考文献
Ｂｒｅｅｎ，Ｒ著、（１９９６年）Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｓ：Ｃｅｎｓｏｒｅｄ，Ｓａｍｐｌｅ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ，ｏｒ  Ｔｒｕｎｃａｔｅｄ  Ｄａｔａ．Ｔｈｏｕｓａｎｄ  Ｏａｋｓ：Ｓａｇｅ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｔｏｂｉｎ，Ｊ．著（１９５８年）「Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ  ｆｏｒ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｖａｒｉａｂｌｅｓ．」、Ｅｃｏｎｏｍｅｔｒｉｃａ  ２６：２４−３６
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＯＬＳ線形適合を用いる測定信号対距離の対数の図である。
【図２】切り捨てデータにＯＬＳ適合及び切り捨てＭＬ線形適合を用いる、信号レベルが−１００ｄＢｍで切り捨てられた、測定信号対距離の対数の図である。ＭＬ適合により、切り捨てによって生じた偏りが修正され、図１に示される完全なデータの組に対するＯＬＳ適合に非常に近い結果が与えられる。
【図３】切り捨てＣＷデータについてのフロー図である。
【図４】切り捨てスキャナ・データについてのフロー図である。
【図５】打ち切りＣＷデータについてのフロー図である。
【図６】打ち切りスキャナ・データについてのフロー図である。
【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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