(57)【要約】  開示されるシステムは、非逐次レイトレーシングを用いて、制約環境内の無線信号のパワー分布を定量化する。各光線について、１つ以上の光線反射表面が前スクリーニングされて衝突適格表面が識別され、衝突適格表面から光線が衝突する第１の光線反射表面である衝突表面が識別される。ある光線の当該環境内の特定の高さにおける位置及びパワーを示すパワー分布コンポーネントが、累積パワー分布に加算される。各衝突に対応する反射光線が計算され、それが光線適格条件を満たす場合、反射光に対して衝突表面が決定される。衝突表面は、複数の光線位置に対して目標関数を評価することにより識別される。目標関数は、光線及び光線反射表面の間の変位がゼロであるときにゼロと評価される。
2021527346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制約環境内の無線通信信号に対するパワー分布を定量化する方法であって、
制約環境内に配置された漏洩アンテナの１つ以上のアンテナスロットの各々に対して第１の演算を実行することを含み、
前記第１の演算は、各アンテナスロットのレイトレーシングモデル中の各伝搬光線に対して表面選択演算を実行することを含み、
前記表面選択演算は、
前記伝搬光線について１つ以上の光線反射表面をスクリーニングして、衝突不適格表面及び衝突適格表面を識別することと、
前記衝突適格表面から、前記伝搬光線が衝突する第１の光線反射表面を含む衝突表面を識別することと、
パワー分布データ構造に、前記伝搬光線に対応するパワー分布コンポーネントを加算することと、
前記伝搬光線が前記衝突表面と衝突したことで発生する反射光線を計算することと、
反射光線が１つ以上の光線適格条件の各々を満たすと決定づけたのに応答して、前記反射光線に対して前記衝突表面の演算を実行することと、
を含む、
方法。
【請求項２】
前記光線反射表面をスクリーニングすることは、
前記伝搬光線の元の位置と、
前記伝搬光線の移動の方向と、
前記前記伝搬光線の元の位置に対する前記光線反射表面の位置の指標である表面変位と、
に基づいて、前記光線反射表面を衝突適格表面又は衝突不適格表面のいずれかとして識別することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光線反射表面を衝突適格表面又は衝突不適格表面のいずれかとして識別することは、前記伝搬光線のための速度ベクトルの１つ以上の座標を、前記光線反射表面のための前記変位ベクトルの対応する１つ以上の座標と比較することを含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記比較の結果に基づいて、前記速度ベクトルの前記１つ以上の座標の各々と、前記変位ベクトルの対応する前記１つ以上の座標との間で符号の一致を検出したことに応答して、前記光線反射表面を衝突適格表面として識別することをさらに含む、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記スクリーニングは、前記伝搬光線の初期位置と、前記封止された環境を封止するのに十分なサイズの封止体積とに基づいて、適格表面体積を定義することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記適格表面体積は立方体を含み、前記立方体の対角線は、前記伝搬光線の初期位置から交点まで延在し、前記交点は、前記伝搬光線が前記封止体積と交わる点である、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記衝突表面を識別することは、前記伝搬光線の位置と前記光線反射表面との間の変位を示す目標関数値を決定する目標関数を用いて前記衝突表面を識別することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記伝搬光線及び前記光線反射表面の間の変位がゼロである時に前記目標関数値はゼロであり、前記目標関数値は前記変位の増加に伴って単調増加する、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記光線反射表面は点Ａ，Ｂ，Ｃにより画定される三角形ＡＢＣに対応し、
前記伝搬光線の位置は点Ｏを含み、
前記三角形ＡＢＣの面積をＳ０、
点Ｏ，Ａ，Ｂにより画定される三角形ＯＡＢの面積をＳ１、
点Ｏ，Ｂ，Ｃにより画定される三角形ＯＢＣの面積をＳ２、
点Ｏ，Ｃ，Ａにより画定される三角形ＯＣＡの面積をＳ３、
としたときに、前記目標関数は（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３）−Ｓ０で評価される、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記衝突表面を識別することは、
前記衝突適格表面の各々に対して、伝搬光線の位置に対する目標関数値のプロットを含む目標関数プロットの初期勾配を計算することと、
正値の初期勾配と関連付けられた光線反射表面を衝突不適格表面として識別することと、
当該識別の後に残った各衝突適格表面に対して、
各目標関数プロットを初期勾配に従って外挿し、各衝突適格表面に対して投影距離値を識別し、
前記投影距離値に従って前記衝突適格表面を順序付け、
前記順序付けに従って前記衝突適格表面を処理する、
ことと、
を含み、
ここで、前記衝突適格表面を処理することは、
前記衝突適格表面に対して最小目標関数値を計算することと、
ゼロよりも大きい前記最小目標関数値を検出したことに応答して、当該表面を前記衝突不適格表面として識別することと、
ゼロである前期最小目標関数値を検出したことに応答して、当該表面を前記衝突表面として識別することと、
を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
中央処理装置（ＣＰＵ）と、
プロセッサ実行可能プログラム命令を含む不揮発性コンピュータ可読メモリと、を含むシステムであって、
前記プロセッサ実行可能プログラム命令は、実行されると前記ＣＰＵに、
制約環境内に配置された漏洩アンテナアレイ中に配置された１つ以上の漏洩アンテナスロットの各々に対して第１の演算を実行すること
を含む演算を実行させ、
ここで、前記第１の演算は、
制約環境内に配置された漏洩アンテナの１つ以上のアンテナスロットの各々に対して第１の演算を実行すること
を含む演算を実行させ、
ここで、前記第１の演算は、
各アンテナスロットの、複数の伝搬光線を含むレイトレーシングモデルの各伝搬光線に対して表面選択演算を実行すること
を含み、
ここで、前記表面選択演算は、
前記伝搬光線について１つ以上の光線反射表面をスクリーニングして、衝突不適格表面及び衝突適格表面を識別することと、
前記衝突適格表面から、前記伝搬光線が衝突する第１の光線反射表面を含む衝突表面を識別することと、
前記伝搬光線に対応するパワー分布コンポーネント累積パワー分布に加算することと、
前記伝搬光線が前記衝突表面と衝突して発生する反射光線を計算することと、
前記反射光線が１つ以上の光線適格条件の各々を満たすと決定づけたことに応答して、前記反射光線に前記衝突表面の演算を実行することと、
を含む、
システム。
【請求項１２】
前記光線反射表面をスクリーニングすることは、
前記伝搬光線の元の位置と、
前記伝搬光線の移動の方向と、
前記前記伝搬光線の元の位置に対する前記光線反射表面の位置の指標である表面変位と、
に基づいて、前記光線反射表面を衝突適格表面又は衝突不適格表面のいずれかとして識別することを含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記演算は、
前記光線反射表面を衝突適格表面又は衝突不適格表面のいずれかとして識別することが、前記伝搬光線のための速度ベクトルの１つ以上の座標を、前記光線反射表面のための前記変位ベクトルの対応する１つ以上の座標と比較することを含む、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記演算は、
前記比較の結果に基づいて、前記速度ベクトルの前記１つ以上の座標の各々と、前記変位ベクトルの対応する前記１つ以上の座標との間で符号の一致を検出したことに応答して、前記光線反射表面を衝突適格表面として識別することをさらに含む、
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記スクリーニングは、前記伝搬光線の初期位置と、前記封止された環境を封止するのに十分なサイズの封止体積とに基づいて、適格表面体積を定義することを含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記適格表面体積は立方体を含み、前記立方体の対角線は、前記伝搬光線の初期位置から交点まで延在し、前記交点は、前記伝搬光線が前記封止体積と交わる点である、
請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記衝突表面を識別することは、前記伝搬光線の位置と前記光線反射表面との間の変位を示す目標関数値を決定する目標関数を用いて前記衝突表面を識別することを含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記伝搬光線及び前記光線反射表面の間の変位がゼロである時に前記目標関数値はゼロであり、前記目標関数値は前記変位の増加に伴って単調増加する、
請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記光線反射表面は点Ａ，Ｂ，Ｃにより画定される三角形ＡＢＣに対応し、
前記伝搬光線の位置は点Ｏを含み、
前記三角形ＡＢＣの面積をＳ０、
点Ｏ，Ａ，Ｂにより画定される三角形ＯＡＢの面積をＳ１、
点Ｏ，Ｂ，Ｃにより画定される三角形ＯＢＣの面積をＳ２、
点Ｏ，Ｃ，Ａにより画定される三角形ＯＣＡの面積をＳ３、
としたときに、前記目標関数は（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３）−Ｓ０で評価される、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記衝突表面を識別することは、
前記衝突適格表面の各々に対して、伝搬光線の位置に対する目標関数値のプロットを含む目標関数プロットの初期勾配を計算することと、
正値の初期勾配と関連付けられた光線反射表面を衝突不適格表面として識別することと、
当該識別の後に残った各衝突適格表面に対して、
各目標関数プロットを初期勾配に従って外挿し、各衝突適格表面に対して投影距離値を識別し、
前記投影距離値に従って前記衝突適格表面を順序付け、
前記順序付けに従って前記衝突適格表面を処理する、
ことと、
を含み、
ここで、前記衝突適格表面を処理することは、
前記衝突適格表面に対して最小目標関数値を計算することと、
ゼロよりも大きい前記最小目標関数値を検出したことに応答して、当該表面を前記衝突不適格表面として識別することと、
ゼロである前期最小目標関数値を検出したことに応答して、当該表面を前記衝突表面として識別することと、
を含む、
請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示された主題は無線通信に関し、より具体的には、特定の環境における無線信号パワー分布のモデル化に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術．
多くの商用航空便は、何らかの形のＩＥＥＥ８０２．１１（ＷｉＦｉ（登録商標））ネットワークを含む、飛行中の無線アクセスネットワークを提供し、これにより乗客は飛行中にインターネットコンテンツにアクセス可能になる。しかしながら、高精細動画及び音声信号等（この例に限定されない）を含むデータ集中的なアプリケーションをサポートできる接続を通じての中断されないインターネットアクセスへの乗客の増え続ける需要は、大いに手つかずのままである。
【０００３】
また、乗客が座席に座りながら乗客の携帯デバイスを用いて地上の固定電話又は携帯電話に行う機内通話をサポートすることが可能な、高性能の機内モバイル通信サービスに対する需要も増加している。現在、飛行中のセルラー通信は、ほとんどのモバイルデバイスによって送信されるセルラー通信信号に関連した電磁干渉（ＥＭＩ）が航空機内の電子機器に干渉する可能性があるため、安全上の理由から、しばしば制限又は禁止されている。しかし、携帯電話は、意図的であろうと偶発的であろうと、非常に簡単に起動することができ、乗務員がそれを検知することは非常に困難であるため、携帯電話は、飛行の安全性を懸念させる要因となり得る。
【０００４】
特定のセルラー通信信号の発生源を識別するために、若しくは数百台の密集したモバイルデバイスにブロードバンド無線アクセスを提供するために、椅子、オーバーヘッドキャビネット等を含む多数の不連続性を特徴とする、閉鎖かつ密集した環境内での電磁信号のパワー分布への理解が必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書に含まれる主題は、航空機キャビンの内部等の閉鎖された環境内で無線信号パワー分布を決定するための方法及びシステムを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態は、漏洩アンテナアレイを備えた航空機キャビン内の信号パワー分布をモデル化するために、非逐次レイトレーシング技術を採用し得る。開示される方法及びシステムは、航空機キャビン自体の寸法及び材料、並びに椅子、頭上の収納箱、及びキャビン内の他の構造といった様々なパラメータを考慮して、航空機キャビン内の無線信号カバレッジをモデル化し得る。実施形態はまた、電磁干渉を監視するために、又は漏洩アンテナアレイから送信される無線信号に対する信号パワー分布をモデル化するために、１人以上の乗客のモバイルデバイスによって送信される無線通信信号に起因するパワー分布をモデル化し得る。開示された主題は、航空機のキャビン環境を強調しているが、開示された方法及びシステムは、非限定的な例として、トンネル、建物、船舶、及び列車を含む他の閉鎖環境又は特殊環境にも適用可能である。
【０００７】
開示されたシステム及び方法の説明には、ＷｉＦｉ信号又はＷｉＦｉネットワークへの言及が含まれることがあるが、ＷｉＦｉは、航空機のキャビンのような閉鎖環境内でのパワー分布がモデル化される無線信号の非限定的な例である。従って、開示された主題は、モバイル通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）信号等を含む（これに限定されない）セルラー通信信号を含む（これに限定されない）他の無線信号のパワー分布のモデル化を包含する。現在、航空機内でのセルラー通信デバイスの使用は、主に電磁干渉（ＥＭＩ）の懸念のために、しばしば制限又は完全に禁止されている。しかしながら、ＧＳＭに起因するＥＭＩを抑制又は阻止するための技術の開発は、機内でのセルラー通信サービスへの道を開く可能性があり、そのようなサービスは、信頼性の高い接続性を提供するために漏洩フィーダアンテナを採用し得る。従って、特定の閉鎖環境内の特定のアンテナに関連する信号パワー分布を特徴付けるための開示されたシステム及び方法は、空中の乗客が地上の人々にテキストを送り、電話をかけ、又は閉鎖環境内から他の方法で通信するためにモバイルデバイスを使用することを可能にする機内無線ネットワークシステムを実装及び最適化するために、有益に採用され得る。この点において、開示されたシステム及び方法は、所望のＧＳＭ信号を特徴付け及び最適化するだけでなく、関連するＥＭＩ信号を特徴付け及び最小化するためにも採用され得る。
【０００８】
開示された方法は、適切な記憶装置又は記憶装置に格納された実行可能な命令を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）によって実行される方法を含む。開示された実施形態は、精度をほとんど若しくは全く損失せずに性能を向上させる方法及び演算を組み込んだ実施形態を含む。
【０００９】
開示された方法及びシステムは、複数のアンテナスロットを有する漏洩アンテナアレイを含む制約された環境内での無線通信信号のパワー分布を定量化する。各スロットについて、本明細書では表面選択演算と呼ばれる演算が、各アンテナスロットの放射パターンを表す複数の伝搬光線を含むレイトレーシングモデルの各伝搬光線に対して実行される。少なくとも１つの実施形態では、各伝搬光線に対して実行される表面選択演算は、衝突適格面及び衝突不適格面を識別するために光線反射表面をスクリーニングすることを含む。次に、光線のための衝突表面を識別するために衝突適格面が処理される。伝搬光線が衝突面に衝突した結果生じる反射光線が識別される。反射光線が十分なパワー強度を含む（これに限定されない）１つ以上の基準を満たしている場合、反射光線に対して表面選択演算が実行され、反射光線のための衝突適格面を識別し、後続の各反射光線が先行光線より高い（less lower）パワーを有するような後続の反射光線を識別するために実行される。このプロセスは、反射光線のパワーがしきい値以下になるまで、又は他の１つ以上の基準が満たされなくなるまで継続される。信号パワー成分は、伝播及び反射された各光線について決定され、ここで、信号パワー成分は、光線が閉鎖環境内で旅客レベルの平面等の特定の平面と交差するときの光線のパワー及び位置を示し得る。各光線及び反射光線からの信号分布成分の累積は、信号パワー分布を表す。
【００１０】
開示された主題によると、制約された環境内で無線通信信号のパワー分布を定量化するためのシステム及び方法は、制約された環境内に配置された漏洩アンテナの１つ以上のアンテナスロットのそれぞれについて特定の演算を実行することを含む。特定の演算を実行することは、光線追跡モデルが複数の伝播光線を含む各アンテナスロットの光線追跡モデルにおいて、各伝播光線に対して表面選択演算を実行することを含み得る。
【００１１】
表面選択演算は、衝突不適格面及び衝突適格面を識別するために、伝搬光線に関して１つ以上の光線反射表面をスクリーニングすることを含み得る。次いで、衝突適格面から衝突表面が決定されてもよく、ここで、衝突表面は、伝搬光線が衝突する第１の光線反射表面からなる。伝搬光線に対応するパワー分布成分は累積パワー分布に追加され得る。パワー分布成分は、光線が旅客レベル平面又は他の関心のある平面と交差するときの伝播光線の位置及びパワーを示し得る。
【００１２】
次に、伝搬光線が衝突面に衝突することによって生じる反射光線の１つ以上のパラメータが計算されるか、又は別の方法で決定され得る。反射光線パラメータは、非限定的な例として、パワーパラメータ及び方向パラメータを含み得る。例えば、反射光線のパワーは、少なくとも部分的に、伝搬光線のパワー、衝突面に対する伝搬光線の入射角、及び衝突面に割り当てられた減衰係数に基づいて決定され得る。反射光線のパラメータが、１つ以上の光線適格基準のそれぞれを満たす場合、反射光線は、新しい伝播光線として扱われ、その先行光線、即ち、衝突面との衝突により反射光線を発生させた伝播光線と同じ方法で処理され、反射光線のためのパワー分布成分及び衝突面が決定される。このプロセスは、最終的に、反射光線がパワー不十分となるか、又は光線適格性基準の１つ以上を満たすことができなくなるまで繰り返され得る。
【００１３】
光線反射面をスクリーニングすることは、伝搬光線の元の位置、伝搬光線の速度ベクトル若しくは他の運動方向の指標、並びに伝搬光線の元の位置に対する光線反射面の位置を示す表面変位に基づいて、光線反射面を衝突適格面又は衝突不適格面のいずれかとして識別することを含み得る。
【００１４】
光線反射表面を衝突適格面又は衝突不適格面のいずれかとして識別することは、伝搬光線に対する速度ベクトルの１つ以上の座標と、光線反射表面に対する変位ベクトルの対応する１つ以上の座標とを比較することを含み得る。少なくとも１つの実施形態では、速度ベクトルの１つ以上の座標と変位ベクトルの対応する１つ以上の座標との間に符号の整合性が検出された場合、光線反射表面は衝突適格面として識別される。
【００１５】
代替の実施形態では、光線反射表面を識別することは、伝搬光線の初期位置及び封止体積に基づいて適格表面体積を定義することを含み得る。ここで、封止体積は封止環境を封止するのに十分なサイズの体積である。適格表面体積は立方体を含み、ここで、立方体の対角線は、伝播光線の初期位置から交点まで延在し、当該交点は、伝播光線が封止体積と交わる点である。
【００１６】
衝突表面を識別することは、伝播光線と光線反射面との間の変位を示す目標関数値を決定する目標関数を使用して衝突表面を識別することを含み得る。目標関数は、伝播光線と光線反射表面との間の変位がゼロであるときにゼロと評価されてもよく、目標関数値は、変位の増加に伴って単調増加し得る。
【００１７】
実施形態の例では、光線反射表面は点Ａ，Ｂ，Ｃにより画定される三角形ＡＢＣに対応し、伝搬光線の位置は点Ｏを含み、かつ目標関数は入力としてＡ，Ｂ，Ｃ，Ｏを受け取る。少なくとも１つの実施形態において、目標関数は（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３）−Ｓ０で評価される。ここで、Ｓ０は三角形ＡＢＣの面積、Ｓ１は点Ｏ，Ａ，Ｂにより画定される三角形ＯＡＢの面積、Ｓ２は点Ｏ，Ｂ，Ｃにより画定される三角形ＯＢＣの面積、Ｓ３は点Ｏ，Ｃ，Ａにより画定される三角形ＯＣＡの面積を示す。
【００１８】
衝突適格表面を識別するための演算の例は、各衝突適格表面についての目標関数プロットの初期勾配を計算することを含んでもよく、ここで、各目標関数プロットは、伝搬光線位置に対する目標関数値のプロットを含む。正の値の初期勾配に関連付けられた光線反射表面は、衝突不適格表面として識別され、以降の処理から破棄され得る。上記の識別の後に残った各衝突適格表面について、各衝突適格表面のための投影距離値を識別するために、各目標関数プロットは、その初期勾配に従って外挿されてもよい。衝突適格表面は、投影された距離値に従って順序付けられてもよく、例えば、最も低い投影された距離値に関連付けられた表面が最初に処理されるか、又は他の方法で優先順位が付けられてもよい。衝突適格表面を処理することは、衝突適格表面の最小目標関数値を計算することと、ゼロよりも大きい最小目標関数値を検出したことに応答してその表面を衝突適格表面として識別し、現在の伝搬光線に関してさらなる考慮からその表面を廃棄することとを含み得る。ゼロである最小目標関数値を検出したことに応答して、光線反射表面は、対応する伝搬光線に関する衝突適格表面として識別されてもよい。
【００１９】
特記しない限り、図面は縮尺通りではない。本明細書に開示される方法、システム、及び／又は製造品の実施形態は、以下の図面を参照しながら説明される。図面において、特記されない限り、同様の参照符号は同様の要素を示す。また、ハイフン付きの参照番号は、対応する要素のインスタンスを示し、これらはハイフン付きでない形式の参照符号により総合的又は集約的に参照され得る。例：「第１のウィジェット１１−１及び第２のウィジェット１１−１は、…ここで、各ウィジェット１１は…を含み、…また、複数のウィジェット１１は…をさらに含む。」
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】漏洩アンテナアレイを含む航空機キャビンの側面図
【図２】図１の航空機キャビンの上面図
【図３】漏洩アンテナスロットを含む漏洩アンテナの断面図
【図４】図３の漏洩アンテナに関連付けられた遠方界放射パターンを示す図
【図５】図４の放射パターンのレイトレーシングモデルを示す図
【図６】無線信号のパワー分布をモデル化するためのレイトレーシング方法を示すフローチャート
【図７】光線反射表面の部分を示す三角性ＡＢＣに向かって伝搬する伝搬光線を視覚的に示す図
【図８】光線反射表面と衝突する時の図７の伝搬光線を視覚的に示す図
【図９】衝突表面を識別するための方法を示すフローチャート
【図１０】少数の衝突適格光線反射表面の各々に対してプロットされた目標関数の値を示す図
【図１１】図１０の衝突適格光線反射表面に対して完全列挙された目標関数を示す図
【図１２】全ての表面が衝突適格表面として扱われる第１の光線フィルタリングオプションを示す図
【図１３】一部の表面がフィルタリングされる第２の光線フィルタリングオプションを示す図
【図１４】図１３よりも多くの表面がフィルタリングされる第３の光線フィルタリングオプションを示す図
【図１５】図１４よりも多くの表面がフィルタリングされる第４の光線フィルタリングオプションを示す図
【図１６】図１５に示す第４の光線フィルタリングオプションの実施形態を実装するための方法を示すフローチャート
【図１７】開示された演算を実行するためにプログラムされた汎用コンピュータの要素を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上で参照された図及び以下の特定の構造及び機能の説明文は、出願人が発明したものの保護範囲又は添付の特許請求の範囲を限定するために提示されない。むしろ、これらの図及び説明文は、特許保護が求められている発明の製造及び使用方法を当業者に教示するために提供される。当業者は、明確さと理解のため、本発明の商業的実施形態の全ての特徴が記載又は表示されているわけではないことは理解できるであろう。当業者はまた、本開示の態様を組み込んだ実際の商業的実施形態の開発は、商業的実施形態のための開発者の最終的な目標を達成するために、実施形態に固有の多数の決定が必要とされることを理解するであろう。そのような実施形態に固有の決定は、システム関連、ビジネス関連、政府関連、及び他の制約への準拠を含み（これらに限定されない可能性が高い）、これらは、特定の実施形態の場所によって異なり、時により変化し得る。開発者の努力は、絶対的な意味で複雑かつ時間がかかるかもしれないが、そのような努力は、しかし、本開示により利する当業者にとっては日常的な作業であろう。本明細書に開示され、教示された発明は、多数の様々な改変及び代替形態の影響を受けやすいことが理解されなければならない。「１つの」等の（これに限定されない）単数形の用語の使用は、項目の数を限定することを意図しない。さらに、様々な方法及び実施形態は、開示された方法及び実施形態のバリエーションを生成するために、互いに組み合わせて含めることができる。単数の要素の議論は、複数の要素を含んでもよく、逆もまた然りである。少なくとも１つの項目への言及又は１つ以上の項目への言及は、１つの項目又は複数の項目を指し得る。また、本実施形態の様々な態様は、開示された任意の目的、利点、又は利益を達成するために、互いに関連して使用され得る。文脈がそうでないことを要求しない限り、用語「含む」又はその変形は、少なくとも記載された要素、ステップ、又は要素若しくはステップのグループ、又はそれらの同等物を含むことを意味し、より大きな数値量、又は任意の他の要素、ステップ、要素若しくはステップのグループ、又はそれらの同等物を除外することを意図しないと理解されるべきである。装置又はシステムは、多数の方向及び向きで使用することができる。ステップの順序は、特に限定されない限り、様々な順列で起こり得る。本明細書に記載された様々なステップは、他のステップと組み合わせ、記載されたステップと並べ、及び／又は複数のステップに分割してもよい。同様に、要素は機能的に記載されており、別個の構成要素として具体化し、又は複数の機能を有する構成要素に結合することができる。
【００２２】
図１は、航空機キャビン１００内に配置された漏洩アンテナアレイの側面図であり、図２はその漏洩アンテナアレイの上面図である。図１及び図２に図示された漏洩アンテナアレイ１０１は、乗客レベル高さ１０６の上に配置された実質的に水平な平面に沿って、又は当該平面内に配置されている。漏洩アンテナアレイ１０１の高さと乗客レベル高さ１０６との間の垂直変位１０８は、一例として、１．８５メートルであり得る。他の実施形態では、垂直変位１０８は、この変位よりも大きくてもよく、又は小さくてもよい。
【００２３】
乗客レベル高さ１０６は、乗客が着席したときに乗客のモバイルデバイスが配置される可能性が最も高い、基準高さ又は床１０４よりも上の高さ又は高度を表し得る。非限定的な例として、乗客レベル高さ１０６は、乗客の座席の着座面の高さに対応する第１の高さと、背もたれの上端の高さに対応する第２の高さとの間の高さ範囲内にあってよい。この高さ範囲は、無線信号のユーザ、すなわち普通の乗客またはその他のユーザ、のための演算領域を画定する。
【００２４】
図２の漏洩アンテナアレイ１０１は、漏洩アンテナセクション１０２及び漏洩アンテナセクション１０３を含み、ここで、各漏洩アンテナセクション１０２は、様々な長さの１つ以上のセグメントを含む。図２に示すように、漏洩アンテナセクション１０２−１は、航空機キャビン１００の第１のセクション１０７−１に配置され、漏洩アンテナセクション１０３−１は、航空機キャビン１００の第２のセクション１０７−２に配置され、漏洩アンテナセクション１０２−２は、航空機キャビン１００の第３のセクション１０７−３に配置され、漏洩アンテナセクション１０３−２は、第４のセクション１０７−４に配置される。ここで、航空機キャビン１００のセクション１０７は、壁及び／又は他の構造によって定義され得る。
【００２５】
漏洩アンテナアレイ１０１（漏洩フィーダ又は漏洩フィーダアンテナと呼ばれることもある）は、トンネル、鉱山、航空機等を含む閉鎖環境内での使用に適した通信システムデバイスである。漏洩アンテナは、ケーブルの長さ方向に沿って外部導体にスロットが組み込まれた同軸ケーブルを含み得る。スロットは、電磁信号をケーブルに漏入させ、ケーブルから漏出させる。信号を動作レベルに維持するために、ケーブル内に一定間隔でラインアンプが採用され得る。
【００２６】
図２に示された漏洩アンテナアレイ１０１は、第１の漏洩アンテナ１０２と第２の漏洩アンテナ１０３とを含む。漏洩アンテナ１０２の第１のセクション１０２−１は、航空機キャビン１００の右後方セクション１０７−１に配置され、漏洩アンテナ１０２の第２のセクション１０２−２は、航空機キャビン１００の右前方セクション１０７−３に配置され、漏洩アンテナ１０３の第１のセクション１０３−１は、漏洩アンテナアレイ１０１の左後方前方セクション１０７−３に配置され、漏洩アンテナ１０３の第２のセクション１０３−２は、航空機キャビン１００の左前方セクション１０７−４に配置されている。
【００２７】
図２は、２つ以上の直線セグメントをそれぞれ含む２つの漏洩アンテナ（１０２，１０３）を含む漏洩アンテナアレイ１０１を図示しているが、他の実施形態はより多いか又はより少ない漏洩アンテナを含んでもよく、各漏洩アンテナはより多いか又はより少ない直線セグメントを含んでも良い。さらに他の実施形態では、漏洩アンテナアレイ１０１は、１つ以上の湾曲部（図１又は図２には図示しない）を有する漏洩アンテナを含んでもよい。
【００２８】
図３は、図１及び図２に示された漏洩アンテナアレイ１０１における漏洩アンテナセクション１０２として使用するのに適した漏洩アンテナ１１０の例示的な断面を示す。図３に例示された漏洩アンテナ１１０は、それぞれが電気的に導電性の要素、化合物、又は材料で構成された同心導体を含む同軸ケーブルを含む。図示された漏洩アンテナ１１０の同心導体は、内側導体１１１及び外側導体１１２を含む。外側導体１１２は、電磁信号が漏洩アンテナ１１０に出入りすることを許容する漏洩アンテナスロット１１４を定義又は内包する。図３は、単一の漏洩アンテナスロット１１４だけを含む漏洩アンテナ１１０の短いスパンを図示しているが、漏洩アンテナスロット１１４は、漏洩アンテナ１１０に沿って様々な位置に配置され得る。
【００２９】
漏洩アンテナ１１０は、少なくともいくつかの実施形態では、その特徴的な放射パターンをモデル化する目的で、理想的又は理想に近いランバート表面として扱われてもよい。理想的なランバート源からの放射のパワー又は強度は、出射光の方向と表面法線との間の角度の余弦に正比例する。図１及び図２に図示された漏洩アンテナアレイ１０１の構成において電磁波が主として漏洩アンテナ１１０の一方の側から発生することから、図３の漏洩アンテナ１１０をランバート源として扱うことは合理的である。しかしながら、少なくともいくつかの実施形態では、漏洩アンテナ１１０に関連する放射パターンを近似するために遠方界電磁挙動を使用することができる。遠方界放射のパワーは、アンテナ又は他の関心物体からの距離の二乗に反比例して変化する。従って、例えば、アンテナ又は他の関心物体から１単位距離の場所で遠方界パワーがＰである場合、２単位距離の場所ではパワーがＰ／４となる。
【００３０】
図４は、図４に図示された漏洩アンテナ１１０の少なくとも１つの実施形態に対応する例示的な遠方界強度パターン１２０を視覚的に示している。開示された実施形態は、航空機キャビン１００（図１）内の環境のような閉鎖環境での無線信号パワー分布を決定するためにレイトレーシングを使用し得る。その名が示すように、レイトレーシングは、電磁波の伝搬を、複数の伝搬光線としてモデル化する。ここで、各伝搬光線は伝搬の波面に垂直であり、かつエネルギーの流れる方向を指す。レイトレーシングモデルは、物体対波長比、即ち、適用無線信号の波長に対する適用環境内に位置する光線反射物体の最小寸法の比が１桁以上である場合に最も正確である。ＧＳＭ通信を例にとると、搬送波信号の周波数１．８８ＧＨｚは、概ねゴルフホールの直径である約０．１ｍの波長に相当する。この信号について、航空機のキャビンのように、関心のある物理寸法の全て又は大部分が１メートル以上である環境では、高精度でレイトレーシングを使用することができる。
【００３１】
レイトレーシングアルゴリズムには、逐次アルゴリズムと非逐次アルゴリズムがある。逐次レイトレーシングアルゴリズムは、物体表面から画像表面へと移動しながら、予め定義された一連の表面を通って光線をトレースする。逐次レイトレーシングは、光学システムに必要な曲率、理想的なガラスのタイプ、及びレンズ要素の数についての知見を生み出し得る。しかし、航空機のキャビン内の表面によって表されるシステム、即ち航空機内の無線信号の分析のような複雑なシステムについて、光線が散乱及び物体と相互作用する順序は、光線の相対的な方向及び位置に依存する。従って、航空機のキャビン内又は他の幾何学的に大きく複雑な環境内での無線信号パワー分布を決定するためには、非逐次的な光線追跡アルゴリズムが好適であり得る。
【００３２】
図５は、図４の遠方界強度パターン１２０に対応しそれに基づいて生成された複数の伝搬光線１３１を含む、例示的なレイトレーシングモデル１３０を示す。少なくとも１つの実施形態では、レイトレーシングモデル１３０は、各伝搬光線１３１の方向がランダム選択によって選択されるＮ個の伝搬光線１３１を含む。他の実施形態では、放射線パターンをレイトレーシングモデルに変換するための別の技法を採用してもよい。
【００３３】
Ｎの値は、対応する放射パターンを正確に表現し、結果としての信号パワー分布を正確に予測するために必要な伝搬線１３１の数であり、適用例に応じて変化する。一般に、Ｎの値は、正確な結果をもたらす最小の値であるべきである。本明細書ではＮｍｉｎ呼ぶこのＮの値は、Ｎの異なる値に対する予測されたパワー分布の変化を観察することによって経験的に決定され得る。少なくとも１つの実施形態では、Ｎｍｉｎは、Ｎの１０％の増加がもたらす予測パワー分布の変化が１％未満となるＮの最小値として定義され得る。他の実施形態では、収束のために、より緩和された条件又はより厳しい条件を採用してもよい。
【００３４】
レイトレーシングモデル１３０は、各伝搬光線１３１に関連付けられたエントリを含むデータ構造として表されてもよい。そのようなデータ構造の各エントリは、各伝搬光線１３１を完全に記述するのに十分なフィールドを含み得る。これらのフィールドは、非限定的な例として、各伝搬光線１３１の方位を一意に定義する３つ以上のフィールドと、各伝搬光線１３１の大きさを示すための１つ以上のフィールドとを含んでもよい。少なくともいくつかの実施形態では、データ構造は、レイトレーシングモデル１３０における全ての伝播光線１３１が同じ原点から発するという仮定で単純化されてもよく、その場合、方位及び大きさは、直交座標系、極座標系、又は別の適切な系のどれを用いて指定されているにせよ、３つの次元に対応する３つのパラメータの単一のセットによって伝達されてもよい。少なくともいくつかの実施形態では、図５に図示されたレイトレーシングモデル１３０に対応するデータ構造は、漏洩アンテナ１１０の製造業者又は販売業者から提供される。他の実施形態では、レイトレーシングモデル１３０に対応するデータ構造は、図４に図示された遠方界強度パターン１２０から導出されてもよい。
【００３５】
アンテナ信号を電磁波として扱う有限要素法（ＦＥＭ）又は有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）法等の電磁伝搬の代替モデルの精度は、メッシュサイズが適用波長よりもはるかに小さいことに依存する。このような手法では、比較的大量のコンピュータメモリと計算時間を必要とすることが多く、航空機内の無線信号をモデル化するには現実的ではない。対照的に、レイトレーシングモデルは、必要とするコンピュータリソースがはるかに少なく、比較的短時間で信頼性の高い結果を得ることができる。
【００３６】
漏洩アンテナアレイ１０１に沿った異なるスロットからの光線は、機内の表面及び航空機内の構造物に衝突する際に、反射及び屈折を受ける。少なくとも１つの実施形態では、適用される表面、即ち航空機のシェル及び航空機の家具の表面は、高い減衰率及び非常に低い屈折率を有するため、屈折した光線は、精度を実質的に損なうことなく無視される。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態では、２つの光線終端基準のいずれかが満たされるまで光線は維持及び伝播される。２つの光線終端基準は、伝播長基準とパワーレベル基準とを含み得る。伝搬長基準は、光線とその祖先が特定、例えば６０Ｍ又はそれ以上の伝搬距離を超える累積伝搬距離を有した後に光線を終端させるように構成され得る。パワーレベル基準は、元の光線の初期強度の１０％以下であるパワー強度を有する任意の反射光線を終端させるように構成され得る。
【００３８】
最終的な結果は、航空機キャビン１００内の乗客レベル高さ１０６内の異なる位置でのパワーレベルをマッピング又は別の方法で示すデータ構造であり、これは、乗客が個人的なモバイルデバイスに対して利用可能な無線通信信号パワーの推定値を表す。
【００３９】
図６は、図１の漏洩アンテナアレイ１０１等の漏洩アンテナアレイを含む図１の航空機キャビン１００等の閉鎖環境内に対して、通信信号の信号パワー分布（ＳＰＤ）を決定、モデル化、又は推定するための方法１５０の例を示すフローチャートである。図６の方法１５０は、様々な演算に対応するフローチャート要素を含み、そのような演算は、複数のコンピュータ実行可能なプログラミング命令を含むコンピュータプログラムでプログラムされた汎用コンピュータによって実行され得る。汎用コンピュータは、ＣＰＵ又は別の適切なタイプの汎用プロセッサ又は特定用途向けプロセッサと、ＣＰＵにアクセス可能な１つ以上のコンピュータストレージデバイスとを含み得る。コンピュータストレージデバイスは、プログラミング命令の全部又は一部が記憶され得る揮発性又は不揮発性のストレージデバイス又はメモリデバイスを含み得る。方法１５０を実行するのに適した汎用コンピュータは、図１８に図示され、対応する文章で説明されている。
【００４０】
一般に、図６の方法１５０は、適用可能なレイトレーシングモデル内の各伝搬光線について、及び漏洩アンテナアレイ内の各スロットについて、衝突表面選択演算及び反射光線演算を含み得る演算を実行する。衝突表面選択演算は、伝搬光線が衝突する第１の光線反射表面を決定するとともに、衝突の点及び角度を決定し得る。反射光線演算は、各光線対表面衝突の結果として生じる反射光線を特定し、反射光線の強度がＳＰＤ決定に含めるのに十分であるかどうかを決定する。方法１５０に関連する１つ以上の構成設定は、１つ以上の強度基準と関連して、反射光線がさらに処理されるか破棄されるかを決定する１つ以上の減衰パラメータを含み得る。最終的に、反射光線の強度は、適用可能な強度基準を満足するには不十分となり、反射光線は、レイトレーシングモデルから次の光線をロードする前に破棄される。
【００４１】
各伝搬光線及び十分な強度の各反射光線について、パワー値が決定される。個々のパワー値は、ＳＰＤを生成するために、合計されるか、そうでなければグループ化、結合、又は蓄積される。いくつかの実施形態では、各パワーレベル値は、閉鎖環境内の特定の高さにおけるパワーレベルを表す。非限定的な例として、少なくとも１つの実施形態では、乗客レベルＳＰＤ、即ち、乗客レベル１０６（図１）を通過する際に各光線について計算されたパワー値に基づくＳＰＤが生成される。
【００４２】
いくつかの実施形態では、方法１５０は、高さパラメータを単一の値に、又は航空機キャビン１００の全体高さのいくらかの分割部分を表す比較的少数の値に制約することによって単純化される。上で提案されたように、例えば、乗客レベル高さ１０６におけるＳＰＤは、図１に図示された航空機キャビン１００内で最も有用なＳＰＤと考えられ得る。従って、方法１５０の１つ以上の実施形態は、図１に図示されている乗客レベル高さ１０６に配置された平面内にある複数の点におけるパワー強度レベルを表す平面ＳＰＤを生成し得る。他の実施形態では、航空機キャビン１００の内部全体をカバーするＳＰＤを生成してもよく、他の実施形態では、航空機キャビン１００の全体よりも小さいが単一高さでのＳＰＤよりも大きいカバー範囲を有する中間ＳＰＤを生成してもよい。
【００４３】
図６の方法１５０のフローチャートブロックは、本明細書で説明される様々な演算に対応し、
以下で説明する特定のデータを取得するための演算に対応するデータ取得ブロック（ブロック１５２）と、
方法１５０を実行するシステムを構成するための演算に対応する初期化ブロック（ブロック１５４）と、
漏洩アンテナスロットを選択するための演算に対応するスロット選択ブロック（ブロック１５６）と、
後述のように漏洩アンテナスロットと関連付けられた伝搬光線を処理するための演算に対応する光線処理ブロック（ブロック１６１）と、
漏洩アンテナスロットが１つでも残っているかを決定するための演算に対応する残りスロットブロック（ブロック１７６）と、
を含む。
【００４４】
図６の光線処理ブロック１６１は、適用漏洩アンテナスロットのレイトレーシングモデル内の各伝搬光線に対して実行され得る。図の光線処理ブロック１６１は、
適用可能レイトレーシングモデルの伝搬光線のうちの１つを選択する演算に対応する光線発射ブロック（ブロック１６０）と、
処理中の伝搬光線について衝突適格である表面を識別するための演算に対応する表面フィルタリングブロック（ブロック１６２）と、
現在の伝搬光線の衝突表面を識別するための表面識別ブロック（ブロック１６４）と、
伝搬光線の衝突表面との衝突の結果生じる反射光線のパワー及び角度を決定するためのパワー角度決定ブロック（ブロック１７０）と、
更に処理されるべき反射光と以降の処理を必要としない反射光とを区別するための反射光条件ブロック（ブロック１７２）と、
レイトレーシングモデル内の全伝搬光線が処理されたかどうかを決定するための残り光線ブロック（ブロック１７４）と、
を含む。
【００４５】
図６の方法１５０は、１つ以上のデータ構造をロード、取得、若しくは獲得するか、又はそうでなくとも当該データ構造にアクセスする（ブロック１５２）。少なくとも１つの実施形態では、第１のデータ構造は、適用される環境の物理的地形に対応し、それを示す環境地形ファイルである。図１の航空機キャビン１００に対応する閉鎖環境の場合、環境地形ファイルは、航空機キャビン１００の物理的地形を示す。図６に図示されたブロック１５２の一部として入力され得る第２のデータ構造は、図５に図示されたレイトレーシングモデル１３０に対応するデータ構造であるレイソースファイルである。本明細書では材料データ構造と呼び得る第３のデータ構造の入力は、適用環境の内側の中の物理構造の位置、サイズ、及び材料若しくは組成を示す。
【００４６】
ブロック１５２で適用データ構造をロードした後、図６に示す方法１５０は、方法１５０を実行する特定のコンピューティングシステムに係る１つ以上のシステムパラメータを初期化する（ブロック１５４）。次に、特定の漏洩アンテナアレイ１０１に対して定義された複数の漏洩アンテナスロットから、１つの漏洩アンテナスロットが選択され得る（ブロック１５６）。各漏洩アンテナスロットは、図２の上面図から見た場合の縦方向及び横方向の座標、並びに航空機キャビン１００内の高さ又は高度によって定義され得る。各漏洩アンテナスロットの位置情報を含む漏洩アンテナデータ構造は、ブロック１５２の第４の入力としてロードされ得る。
【００４７】
漏洩アンテナスロットが識別されると、図６に示された方法１５０は、レイトレーシングモデル１３０（図４）の各伝搬光線１３１（図５）について光線処理ループ１６１を実行する。図６に示される光線処理ループ１６１は、本明細書で説明されるように、演算１６０，１６２，１６４，１７０，１７２，１７４を含む。
【００４８】
環境地形ファイル及び材料ファイルは、航空機キャビン１００内の数百又は数千の表面を定義するデータを含み得る。図６に図示されたブロック１６２は、衝突表面、即ち伝搬光線が衝突する第１の表面の決定に使用される表面の数を減少させるための表面フィルタリング演算を含む。表面フィルタリングブロック１６２によって包含される特定の演算の態様は、図１２から図１６に関してより詳細に論じられる。
【００４９】
表面フィルタリングブロック１６２で少なくともいくつかの表面をフィルタリングした後、図６に示された方法１５０は、考慮中の伝播光線が最初に衝突する表面を識別するために、表面選択ブロック１６４を実行する。この表面は、本明細書では、伝搬光線に関連して、第１の衝突表面、又は単に衝突表面と呼ばれ得る。各伝搬光線の衝突表面を識別するための演算は、図９に関して以下でさらに詳細に説明される。
【００５０】
光線の衝突表面が識別されると、元の光線と衝突表面との衝突によって生成される反射光線の角度及びパワーが決定され得る（ブロック１７０）。反射光線の方向は、反射則によって決定されてもよく、反射係数は、フレネルの式に従って計算されてもよい。１つ以上の減衰係数を規定し、反射光線に関連する強度を決定するために使用してもよい。図６の方法１５０は、１つ以上の強度基準及び／又は最小強度しきい値を採用してもよい。ブロック１７２で決定されたように、反射光線の強度が最小強度しきい値よりも小さい場合、反射光線は実質的に破棄され、図６に図示された方法１５０はブロック１７４に進む。しかしながら、反射光線の強度が、任意の１つ以上の強度しきい値又は基準を満たすのに十分である場合、図６に図示された方法１５０は、反射光線のための演算１６２．１６４．１７０を実行する。
【００５１】
反射光線の強度がいずれかの強度基準を満たすことができない場合、方法１５０は、レイトレーシングモデル内の全ての伝播光線が現在のアンテナスロットに対して処理されたかどうかを決定する（ブロック１７４）。現在のアンテナスロットに関連する全ての伝播光線が処理されていない場合、方法１５０は、次の伝播光線に対して演算１６０〜１７２を実行する。全ての伝播光線が現在のアンテナスロットに対して処理されていた場合、現在のアンテナスロットの処理は完了し、方法１５０は、他のアンテナスロットが残っているかどうかを判断するためにブロック１７６に進む。ブロック１７６において、全てのアンテナスロットが処理されたと方法１５０が判断した場合、方法１５０は終了する。そうでなければ、方法１５０は、次のアンテナスロットに対して演算１５６〜１７４を実行する。
【００５２】
上述のように、表面選択ブロック１６４は、ある特定の伝搬光線の衝突表面、即ち、ある特定の伝搬光線が時間をかけて前方に伝搬する際にその光線が衝突する第１の表面を見つける。少なくとも１つの実施形態では、特定の伝播光線に関連する衝突表面の識別は、本明細書で説明されるように、伝播光線と表面との間の変位を示す値を生成する目標関数Ｆを採用することによって促進される。
【００５３】
図７及び図８を参照して、伝搬光線１３１及び例示的な表面２０１が、目標関数Ｆを例示するための２つの時刻で描かれている。環境地形ファイル及び材料ファイル内の各表面は、空間内の３点によって定義される三角形に対応する。図７に最も明確に示されている例示的な表面２０１は、点Ａ，Ｂ，Ｃによって定義され、点Ａと点Ｂとの間の線分Ｌ１、点Ｂと点Ｃとの間の線分Ｌ２、及び点Ｃと点Ａとの間の線分Ｌ３からなる面積Ｓ０の三角形に対応している。図７では、伝播線１３１の原点Ｏは、表面２０１から離れて表面２０１に向かって伝播しており、一方、図８では、伝播線１３１の原点Ｏは、表面２０１に到達して衝突している。図７において、伝播光線１３１の原点Ｏは、点Ａ及び点Ｂを有する第１の三角面２０２−１と、点Ｂ及び点Ｃを有する第２の三角面２０２−２と、点Ａ及び点Ｃを有する第３の三角面２０２−３とを形成する。
【００５４】
少なくとも１つの実施形態において、目標関数Ｆ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｏ）は、以下のように定義される。
【００５５】
【数１】
2021527346.tif 000003
【００５６】
ここで、Ｓ１は三角形ＯＡＢの面積、Ｓ２は三角形ＯＡＢの面積、Ｓ３は三角形ＯＣＡの面積、Ｓ０は三角形ＡＢＣの面積である。図８によれば、目標関数Ｆ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｏ）は、点Ｏが三角形ＡＢＣに対応する面２０１内にあるとき、即ち、点Ｏと面２０１との間の距離がゼロである場合に限り、Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＝Ｓ０と評価されることを示唆している。目標関数Ｆに関して、伝搬光線の衝突表面は、光線が伝搬する際に目標関数値０を生成する第１の面である。従って、表面選択ブロック１６４（図６）の一実施形態では、伝播光線１３１が前方に伝播するにつれて、目標関数Ｆがゼロに向かって評価される第１の表面が発見される。
【００５７】
図９は、伝搬光線１３１（図５）の衝突面又は反射光線の衝突面を決定するための例示的な表面選択ブロック１６４のフロー図を示す。
【００５８】
図９に示すフローチャートブロックは、本明細書に説明される様々な演算に対応し、
衝突適格表面に対する目標関数プロットの初期勾配を決定するための初期勾配ブロック（ブロック３０１）と、
特定の表面をその初期勾配に基づいて破棄するためのフィルタリングブロック（ブロック３０２）と、
特定の表面に対する衝突距離を推定するための推定ブロック（ブロック３０４）と、
衝突適格表面をソート又はそうでなくとも処理するための演算に対応する優先ブロック（ブロック３０６）と、
現在の表面に対する目標関数の最小値を決定するためのシミュレーションループブロック（ブロック３０７）と、
現在の伝搬光線に対する衝突表面を識別するための識別ブロック（ブロック３２０）と、
を含む。
【００５９】
図９のシミュレーションループブロック３０７は、
最小の推定衝突距離を有する衝突適格表面を選択するための選択ブロック（ブロック３１０）と、
現在の伝搬光線の現在の衝突適格表面に関する最小目標関数を計算するための最小目標関数値ブロック（ブロック３１２）と、
最小目標関数がゼロ（０）であるかどうかを決定するための決定ブロック（ブロック３１４）と、
０よりも大きい最小目標関数値を生じる表面を破棄する破棄ブロック（ブロック３１８）と、
を含む。
【００６０】
図９に図示された表面選択ブロック１６４は、各衝突適格表面、即ち表面フィルタリングブロック１６２（図６）において実行された表面のプレスクリーニングの後に残る各表面に関連付けられた目標関数プロットの初期勾配を計算（ブロック３０１）することから始まる。図１０は、５つの衝突適格表面のそれぞれについての目標関数プロット３５１を図示しているが、実際には、衝突適格表面の数は、かなり多くなる可能性がある。各目標関数プロット３５１は、伝搬光線が元の位置から移動した距離を表す距離パラメータＤに対して、伝搬光線の目標関数値Ｆ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｏ）をグラフ化している。各目標関数プロット３５１の初期勾配は、伝播光線の初期目標関数値３５３、即ちＤ＝０における伝播光線の目標関数値と、伝播光線のデルタ目標関数値３５５、即ちＤ＝ｄｘにおける伝播光線の目標関数値との間の差に対応する目標関数の差を計算することによって決定され、ここで、ｄｘは小さい値である。一例示的な実施形態では、適用波長の１０％に等しい値がｄｘに使用される。しかし、他の実施形態では、より大きい値又はより小さい値を使用してもよい。各初期目標関数値３５３とその対応するデルタ目標関数値３５５を結ぶ線の傾きが、目標関数の初期勾配を表す。
【００６１】
図９に戻って、正の勾配は対応する伝搬光線が適用表面から遠ざかって移動することを示すため、目標関数プロットが正の初期勾配を示す各衝突適格表面は破棄される（ブロック３０２）。図１０の目標関数プロット３５１の例示的なセットを参照すると、目標関数プロット３５１−１の初期勾配は正であるため、即ち、光線が元の位置から遠ざかって伝搬するにつれて光線と目標関数プロット３５１−１に関連付けられた表面との間の距離が増加するため、目標関数プロット３５１−１に関連付けられた表面は、衝突適格表面候補として排除され得る。
【００６２】
図９に図示された表面選択ブロック１６４は、衝突距離推定値Ｄ０と呼ばれる距離を計算すること（ブロック３０４）を含み、ここで、Ｄ０は、目標関数プロット３５１の線形外挿がプロット３５０のＤ軸と交差するＤの値、即ち、初期目標関数値３５３とそれに対応するデルタ目標関数値３５５との間の直線の線形外挿に沿って、目標関数値がゼロに達する距離を表す。
【００６３】
衝突表面候補、即ち、ブロック３０２で表面を破棄した後に残っている全ての衝突適格表面は、次に、それらの衝突距離推定値Ｄ０に従って優先順位付け又はソートされる（ブロック３０６）。図９に図示された表面選択ブロック１６４は、次に、光線伝搬シミュレーションのために、最も低い衝突距離推定値Ｄ０を有する衝突表面候補が選択される（ブロック３１０）ループ３０７の実行を開始する。
【００６４】
次に、選択された表面に対する光線伝搬シミュレーションは、適用光線の増分位置のための目標関数値を計算することにより、選択された表面に対する最小目標関数値Ｆｍｉｎを識別する（ブロック３１２）ことで実行される。伝搬光線が特定の表面に近づくにつれて目標関数値は単調に減少し、伝搬光線が特定の表面に衝突又は特定の表面の側を通過すると単調に増加するため、Ｆｍｉｎは、目標関数値の増加が検出される前に計算された最後の目標関数値である。このように、伝搬光線の増分距離の列をＤ（１），Ｄ（２），…，Ｄ（ｎ−１），Ｄ（ｎ），…とおくと、
【数２】
2021527346.tif 000004
のとき、
【数３】
2021527346.tif 000005
が成り立つ。
【００６５】
Ｆｍｉｎが識別されると、図９に図示された表面選択ブロック１６４は、Ｆｍｉｎがゼロに等しいかどうかを決定する（ブロック３１４）。選択された表面のＦｍｉｎがゼロである場合、選択された表面は衝突表面として識別される（ブロック３２０）。逆に、Ｆｍｉｎが正であれば、伝播光線は選択された表面と衝突しておらず、選択された表面は衝突表面候補として破棄され得る（ブロック３１８）。
【００６６】
図１１は、完全列挙された目標関数プロット３６１−１〜３６１−５を示す。完全列挙された目標関数プロット３６１の各々は、５つの衝突適格表面のうちの１つに対応し、適用光線の各増分距離に対する適用表面の目標関数値を示す。図１０と図１１を比較すると、目標関数の初期勾配に基づいて最も衝突可能性の高い表面として識別された表面、即ち、図１０の目標関数プロット３５１−５に関連付けられた表面は、実際の衝突表面ではなかったことが分かる。代わりに、図１１に示されるように、完全列挙された目標関数プロット３６１−４に関連付けられた表面が衝突表面として識別される。具体的には、完全列挙された目標関数プロット３６１−５に関連する表面は、目標関数プロット３５１−５の初期勾配（図１０）及び推定衝突距離Ｄ０（図１０）に基づいて衝突表面として評価された最初の表面であったが、Ｆｍｉｎの値３６７−５が正であることで証明される通り、伝搬光線は、衝突するのではなく、この表面の側を通過した。完全列挙された目標関数プロット３６１−４に関連付けられた表面は、目標関数プロット３６１−４のＦｍｉｎの値（３６７−４）がゼロであることが判明したときに、その後、実際の衝突表面として識別された。
【００６７】
図１２〜図１５は、表面選択ブロック１６４（図６及び図９）を実行する前に、衝突適格表面の数を減らすための表面フィルタリングブロック１６２（図６）の４つの異なる実施形態を例示している。各実施形態は、明快さと単純化のために２次元空間で図示されているが、開示された方法は、３次元で衝突不適格表面をフィルタリングしてもよい。さらに、図１２から図１５は、直交座標を使用して各実施形態を図示しているが、他の実施形態は、異なる座標系を採用してもよい。
【００６８】
図１２〜図１５において、（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、伝搬光線の元の座標である。図１２は、表面２０１のフィルタリングが実行されず、全ての表面２０１が、表面選択ブロック１６４（図６、図９）を介して処理されなければならない衝突適格表面とみなされる例を示す。
【００６９】
図１３及び図１４は、伝播光線の速度ベクトル３７１及び変位ベクトル（明示的には図示せず）に基づいて、伝播光線に関して表面２０１が衝突適格表面又は衝突不適格表面のいずれかとして識別される表面フィルタリングの例を示しており、ここで、変位ベクトルは、伝播光線の初期位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）に対する適用表面２０１の位置を示している。少なくとも１つの実施形態では、変位ベクトルの座標と速度ベクトル３７１の座標とが同じ符号を有する場合、表面２０１は衝突可能な表面として識別される。一例として、特定の伝搬光線に対する速度ベクトル３７１が正のｙ座標値を有する場合、変位ベクトルが負のｙ座標値を有するように配置された任意の表面２０１は、伝搬光線が表面からｙ方向に遠ざかっているので、衝突不適格表面であると識別される。この例は、図１３に示されており、伝搬光線は、初期位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と、正のｙ座標値を有する速度ベクトル３７１とを有する。速度ベクトル３７１のｙ座標値が正であることにより、初期位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）に関して「ｙ軸負方向」に位置決めされた全ての表面は衝突不適格となる。衝突不適格表面３７３は、図１３では破線で示されている。
【００７０】
上述の例で説明した表面のフィルタリングは、３つの座標のうちの任意の２つに基づいて、又は３つの座標全てに基づいて、表面をフィルタリングするように拡張することができる。図１４は、ｙ−ｚフィルタリング、即ち、ｙ座標とｚ座標の組み合わせに基づくフィルタリングの例を示す。速度ベクトル３７１は、正の値のｙ座標と正の値のｚ座標とを有する。従って、その変位ベクトルが負の値のｙ座標又は負の値のｚ座標を有するように配置された任意の表面は、衝突不適格である。衝突不適格な表面３７５は、図１４では破線で図示されている。
【００７１】
各表面を定義する３点の座標は、ｘ平面、ｙ平面、及びｚ平面において最大値及び最小値を有し、図１３及び図１４に例示されたフィルタリングは、速度ベクトル座標の値に応じて、これらの最大値及び／又は最小値を反映する変位ベクトルに基づいてもよい。図１３の例を用いて説明すると、ｙ座標はフィルタリング目的のための関心のある座標であり、速度ベクトル３７１は正の値のｙ座標を有する。衝突表面である確率がゼロである表面のみをフィルタリングするために、変位ベクトルは、表面の最大ｙ座標値（ｙｍａｘ）に従って定義されてもよい。ｙｍａｘ変位ベクトルが負のｙ座標値を有する場合、表面全体が伝播光線の初期位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）に対してｙ軸負方向の位置にあり、伝播光線がｙ軸正方向に移動しているため、伝播光線は表面に衝突することができず、従って、この表面は衝突不適格表面として指定され得る。同様に、図１４のフィルタリングにおいて、最大ｘ座標値ｘｍａｘ、最大ｙ座標値ｙｍａｘ、及び最大ｚ座標値ｚｍａｘに基づいて定義された変位ベクトルが使用されてもよい。
【００７２】
図１５は、図１６のフローチャートに図示されたフィルタリング方法４００に従う表面フィルタリングを示す。
【００７３】
図１６に示すフローチャートブロックは、本明細書に説明される様々な演算に対応し、
全ての衝突適格表面をロードするためのロードブロック（ブロック４０１）と、
第１の仮想ボックスを構築するための構築ブロック（ブロック４０２）と、
伝搬光線に関連付けられたベクトルが第１の仮想ブロックと交差する点を決定するためのブロック（ブロック４０４）と、
第２の仮想ブロックを構築するための構築ブロック（ブロック４０６）と、
第２の仮想ブロック内の表面を衝突適格表面として識別するためのブロック（ブロック４０８）と、
を含む。
【００７４】
図１６に図示されたフィルタリング方法４００は、全ての表面をロードすること（ブロック４０１）と、全ての表面を囲むのにちょうど十分な大きさ、又はわずかに大きい大きさの第１の仮想ボックス３８１を構築すること（ブロック４０２）とを含む。少なくとも１つの実施形態では、第１の仮想ボックス３８１は、ｘｍｉｎ、ｘｍａｘ、ｙｍｉｎ、ｙｍａｘ、ｚｍｉｎ、及びｚｍａｘの平面によって定義される平行六面体であり、ここで、ｘｍｉｎは全ての表面の最小のｘ座標値であり、ｘｍａｘは全ての表面の最大のｘ座標値である。次に、伝播光線の速度ベクトル３７１は、伝播光線の初期位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）から線形外挿され、速度ベクトル３７１が第１の仮想ボックス３８１と交差する交点（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を計算するか、又はそうでなくとも当該交点を決定する（ブロック４０４）。
【００７５】
次いで、伝搬線の元の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）及び交点（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を第２の仮想ボックスの対角として使用して、第２の仮想ボックス３８３が構築される（ブロック４０６）。次に、表面２０１はそれぞれ、第２の仮想ボックス３８３に対するその表面２０１の位置に基づいて、衝突適格又は衝突不適格として識別され得る（ブロック４０８）。第２の仮想ボックス３８３に対して完全に外側にある表面２０１は、衝突不適格表面として識別され得る。
【００７６】
以下の表１は、図１２から図１５に図示された４つの表面フィルタリングオプションのそれぞれを使用して漏出アンテナアレイを処理するための例示的な時間を示し、ここでオプション１は図１２の表面フィルタリング実施形態を指し、オプション２は図１３の表面フィルタリング実施形態を指し、オプション３は図１４の表面フィルタリング実施形態を指し、オプション４は図１５の表面フィルタリング実施形態を指す。４つの表面フィルタリングオプションのそれぞれについて、アンテナスロットあたり１２０００本の伝搬光線を含むレイトレーシングモデルが使用される。４つのオプション全てが同じ衝突表面のセットを識別し、実質的に同一の信号パワー分布を生成したが、アンテナアレイを処理するために必要な時間は、４つのオプションの間で大きく異なっていた。６７２０個の表面の場合、オプション２を介してアンテナアレイを処理するのに必要とされる時間はオプション１の５０％未満であり、オプション３が必要とする処理時間はオプション２のちょうど３５％であり、オプション４が必要とする処理時間はオプション３の２０％強であった。
【００７７】
【表１】
2021527346.tif 000006
【００７８】
図１７は、本明細書に記載された信号パワー分布を決定するための演算を実行するのに適したコンピュータ又はコンピュータシステムを図示している。図１７に図示されたコンピュータシステム４５０は、例えば、基本的なＩ／Ｏシステム（ＢＩＯＳ）コード等を記憶するためのフラッシュ記憶装置４５２に結合されたＣＰＵ４５１を含む。ＣＰＵ４５１は、メモリ４５５に結合されていることがさらに図示されている。ＣＰＵ４５１によって実行されると、図６、図９、及び図１６のフローチャートに関して開示された演算を含む本明細書に開示の演算の１つ以上をシステム４５０に実行させる、ＣＰＵ実行可能プログラム命令が、メモリ４５５に含まれ得る。ＣＰＵ４５１は、Ｉ／Ｏハブ４５７として識別されるチップセットデバイスを介して、１つ以上のＩ／Ｏデバイス４６０−１及び４６０−２に結合されていることがさらに図示されている。Ｉ／Ｏデバイス４６０は、例として、システム４５０がインターネット又は１つ以上のプライベートネットワークを介して他のシステムと通信することを可能にする無線及び／又は有線ネットワークインタフェースデバイスを含み得る。
【図１】
2021527346.tif 000007
【図２】
2021527346.tif 000008
【図３】
2021527346.tif 000009
【図４】
2021527346.tif 000010
【図５】
2021527346.tif 000011
【図６】
2021527346.tif 000012
【図７】
2021527346.tif 000013
【図８】
2021527346.tif 000014
【図９】
2021527346.tif 000015
【図１０】
2021527346.tif 000016
【図１１】
2021527346.tif 000017
【図１２】
2021527346.tif 000018
【図１３】
2021527346.tif 000019
【図１４】
2021527346.tif 000020
【図１５】
2021527346.tif 000021
【図１６】
2021527346.tif 000022
【図１７】
2021527346.tif 000023
【国際調査報告】
2021527346.tif 000024
2021527346.tif 000025
2021527346.tif 000026