(57)【要約】 【課題】セルラ移動通信システムにおける移動局での基地局からの電波の受信レベルの推定に時間を要する。【解決手段】パラメータ入力部１０２から、基地局の位置と高さ、移動局の位置と高さ、推定対象エリア、及び電波の周波数を入力する。  上記パラメータ入力部１０２からの入力データと建物データベース部１０１の蓄積データとから見通し判定部１０３において、基地局と移動局の間の見通しの有無を判定する。  見通しが有る場合には、第１受信レベル計算部１０４において、上記パラメータ入力部１０２からの入力データを用いて推定受信レベルを計算する。  見通しが無い場合には、第２受信レベル計算部１０５において、上記パラメータ入力部からの入力データを用いて推定受信レベルを計算する。【選択図】図１
2008270875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動通信システムにおける受信レベル推定システムであり、
各エリアに存在する建物の情報を蓄積する建物データベース部と、
基地局の位置と高さ、移動局の位置と高さ、推定対象エリア、電波の周波数、その他の推定受信レベルの計算に必要なパラメータを入力するパラメータ入力部と、
上記パラメータ入力部からの入力データと上記建物データベース部の蓄積データとから基地局と移動局の間の見通しの有無を判定する見通し判定部と、
見通しが有る場合に、上記パラメータ入力部からの入力データを用いて推定受信レベルを計算する第１受信レベル計算部と、
見通しが無い場合に、上記パラメータ入力部からの入力データを用いて推定受信レベルを計算する第２受信レベル計算部と、
を具備することを特徴とする受信レベル推定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の受信レベル推定システムにおいて、
上記見通し判定部は、水平面で基地局と移動局とを結ぶ線分と建物とが交差するか否かを判定し、交差する時は更に垂直面で基地局と移動局とを結ぶ線分と建物とが交差するか否かを判定することを特徴とする受信レベル推定システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の受信レベル推定システムにおいて、
上記第１受信レベル計算部は、幾何光学計算により推定受信レベルを計算することを特徴とする受信レベル推定システム。
【請求項４】
請求項３に記載の受信レベル推定システムにおいて、
上記幾何光学計算は屋内の壁面による反射を考慮することを特徴とする受信レベル推定システム。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の受信レベル推定システムにおいて、
上記第１受信レベル計算部は、物理光学計算により推定受信レベルを計算することを特徴とする受信レベル推定システム。
【請求項６】
請求項５に記載の受信レベル推定システムにおいて、
上記物理光学計算は屋内の壁面による反射を考慮することを特徴とする受信レベル推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルラ移動通信システムにおける移動局の受信レベル推定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラ移動通信システムでは、無線回線設計を行う際にある場所に基地局を設置したときの、ある場所の移動局の受信レベルを推定することが必要である。その推定方法の一つとして、受信レベルを推定したいエリアに存在する構造物（建物等）の位置情報、表面情報に基づきレイトレース計算を行う方法が有効であることが知られている。また、屋内に移動局が存在している場合においても、移動局が存在する建物の構造を考慮したレイトレース計算を行う方法が有効である。
【０００３】
レイトレース計算は、送信点から放射される電波をレイ（Ray）とみなして、まず、周辺構造物で反射・透過・回折を伴い受信点に到達するレイを幾何学的にトレース（Trace）する。次にトレースしたレイによる電界を幾何光学理論により求める。ここで、各レイの伝搬距離と受信点への入射角度の情報を用いることにより、移動通信システムの評価に必要な伝播損失・伝搬遅延・到来角度の特性を推定できる。このようにレイトレーシング法は、送受信間のレイを求めるだけで比較的簡易に伝搬特性を推定できる。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、レイトレース計算は考慮する周辺構造物の数や反射回数・回折回数が増加すると基地局から移動局に到達可能なパスを探索するための時間が増大し、その結果、計算時間が増大するという課題があった。
そこで本発明は上記の課題に鑑み、計算量を増大させることなく建物内に存在する移動局の受信レベルを推定できるシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の受信レベル推定システムは、建物データベース部と、パラメータ入力部と、見通し判定部と、第１受信レベル計算部と、第２受信レベル計算部とから構成される。
建物データベース部は、各エリアに存在する建物の情報を蓄積する。
パラメータ入力部は、基地局の位置と高さ、移動局の位置と高さ、推定対象エリア、電波の周波数、その他受信レベルの推定に必要なパラメータを入力する部位である。
見通し判定部は、上記パラメータ入力部からの入力データと上記建物データベース部の蓄積データとから基地局と移動局の間の見通しの有無を判定する。
【０００６】
第１受信レベル計算部は、見通しが有る場合に上記パラメータ入力部からの入力データを用いて推定受信レベルを計算する。
第２受信レベル計算部は、見通しが無い場合に上記パラメータ入力部からの入力データを用いて推定受信レベルを計算する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、少ない計算量で建物内に存在する移動局の受信レベルを推定するシステムを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態例について説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同一の部品には同一の符号を記してある。また、それらの名称、機能も同一であり、それらについての説明は繰り返さない。
【０００９】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の受信レベル推定システム１００の機能構成例である。また、図２は処理フローである。
本発明の受信レベル推定システム１００は、建物データベース部１０１と、パラメータ入力部１０２と、見通し判定部１０３と、第１受信レベル計算部１０４と、第２受信レベル計算部１０５とから構成される。
建物データベース部１０１は、ある一定のエリアに存在する建物ごとの情報を記憶する。具体的には、水平面内及び垂直面内における形状、位置及び高さなどの情報を記憶する。
パラメータ入力部１０２は、基地局の位置と高さ、移動局の位置と高さ、推定対象エリア、電波の周波数、その他の推定受信レベルの計算に必要なパラメータを入力する（Ｓ１）。また、建物データベース部１０１に蓄積されていない建物の形状、位置及び高さの情報をここから入力して、建物データベース部１０１に蓄積してもよい。
【００１０】
推定対象エリアの入力は、例えば建物データベース部１０１に蓄積された水平面内情報を地図的に画面表示し、その画面上にて行う。
見通し判定部１０３は、上記パラメータ入力部１０２からの入力データに基づき上記建物データベース部１０１の蓄積データを抽出し（Ｓ２）、これを基礎データとして基地局と移動局の間の見通しの有無を判定する。
【００１１】
見通し判定の方法について説明する。
まず、基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）の位置、及び選択したエリアの建物の配置（以下、プロファイルという）から、水平面において基地局と移動局の間に見通しが有るか否かを判定する（Ｓ３）。水平面のプロファイルにおいて、図３のように基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）とを結ぶ線分がどの建物とも交差していない場合、基地局と移動局間に見通しが有ると判定する。
【００１２】
次に、水平面のプロファイルにおいて、図４のように基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）とを結ぶ線分がいくつかの建物と交差している場合について考える。このような場合には、まず交差している各建物を抽出する。そして、データベース部１０１に蓄積されている交差している各建物の高さの情報を利用して図４のような垂直面のプロファイルを作成する。このとき、移動局（ＭＳ）から基地局（ＢＳ）方向へ地面と平行に引いた直線と移動局の存在する建物との交点を点Ａとする。そして、基地局（ＢＳ）と点Ａとを結んだ線分が、垂直面内において建物と交差するかどうかを判別する（Ｓ４）。そして、線分と建物とが交差しない場合は見通しが有り、図５のように交差する場合は、見通しが無いと判定する。
【００１３】
ステップＳ４で見通しがあると判定した場合、第１受信レベル計算部１０４は上記パラメータ入力部からの入力データを用いて推定受信レベルを計算する。
見通しが有る場合の推定受信レベルの計算方法の一例を説明する（Ｓ５ａ）。
【００１４】
まず、伝搬損失ＬＬＯＳを求める。伝搬損失は自由空間損失Ｌｆと建物侵入損失Ｌｉとから求める。
自由空間損失Ｌｆは、基地局及び点Ａの位置と高さから求められる基地局と点Ａとの間の距離ｄと、受信レベルを推定する電波の周波数ｆとから、(1)式により算出する。ここで、λ＝３・１０８／ｆ である。
Ｌｆ＝２０log（４πｄ／λ）             (1)
建物侵入損失Ｌｉは、移動局と点Ａとの間の距離ｄｉと移動局の地面からの高さｈｍとから(2)式により算出する（Ｓ６）。
Ｌｉ＝０．６ｄｉ−０．６ｈｍ＋１０        (2)
そして、伝搬損失ＬＬＯＳを(3)式により算出する（Ｓ７ａ）。
ＬＬＯＳ＝Ｌｆ＋Ｌｉ                        (3)
最後に、推定受信レベルＰを(4)式により算出する（Ｓ８）。ここで、Ｐｔは基地局の送信電力、ＧＢＳは基地局のアンテナ利得、ＧＭＳは移動局のアンテナ利得である。
Ｐ＝Ｐｔ＋ＧＢＳ＋ＧＭＳ−ＬＬＯＳ            (4)
ステップＳ４で見通しが無いと判定した場合、第２受信レベル計算部１０５は上記パラメータ入力部からの入力データを用いて推定受信レベルを計算する。
【００１５】
見通しが無い場合の推定受信レベルの計算方法の一例を説明する（Ｓ５ｂ）。
まず、伝搬損失ＬＮＬＯＳを求める。伝搬損失は空間損失Ｌｎと建物侵入損失Ｌｉとから求める。
空間損失Ｌｎは、基地局と点Ａとの間の距離ｄと受信レベルを推定する電波の周波数ｆと基地局の地面からの高さｈｂとから(5)式により算出する。
Ｌｎ＝４０log（ｄ）−３０log（ｈｂ）＋２１log（ｆ）＋５４      (5)
建物侵入損失Ｌｉは、上記(3)式により算出する（Ｓ６）。
そして、伝搬損失ＬＮＬＯＳを(6)式により算出する（Ｓ７ｂ）。
ＬＮＬＯＳ＝Ｌｎ＋Ｌｉ                      (6)
最後に、推定受信レベルＰを(7)式により算出する（Ｓ８）。ここで、Ｐｔは基地局の送信電力、ＧＢＳは基地局のアンテナ利得、ＧＭＳは移動局のアンテナ利得である。
Ｐ＝Ｐｔ＋ＧＢＳ＋ＧＭＳ−ＬＮＬＯＳ          (7)
【００１６】
以上のように、本実施形態によればレイトレース法のように複雑なパス探索や、反射及び回折損失を求める複雑な計算を行わないため、少ない計算量で建物内に存在する移動局の受信レベルを推定できる。
また、精度面ではレイトレース法に劣るものの、無線回線設計用としては必要十分な精度を得ることができる。
【００１７】
〔第２実施形態〕
本発明の受信レベル推定システム２００の機能構成例も図１に示す。
本発明の受信レベル推定システム２００は、建物データベース部１０１と、パラメータ入力部１０２と、見通し判定部１０３と、第１受信レベル計算部２０４と、第２受信レベル計算部１０５とから構成される。つまり、見通しが有る時の推定受信レベルを計算する第１受信レベル計算部２０４以外は第１実施形態と同様の構成であり、見通し判定の方法や見通しが無い時の推定受信レベルの計算方法は第１実施形態と同様である。
【００１８】
第１受信レベル計算部２０４は、見通しが有る場合に上記パラメータ入力部２０２からの入力データを用いて幾何光学計算により受信レベルの推定値を求める。以下、幾何光学計算方法の一例を説明する。
図６に示すように、移動局（ＭＳ）の上下に窓枠をモデリングしたウェッジを考えて、これらのウェッジで回折する２パスと、基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）とを結ぶ直接パスとの合計３パスを合成して推定受信レベルＰを求める。また、図７に示すように、直接パスが窓枠で遮蔽される場合は、２つの回折パスのみを合成して推定受信レベルＰを求める。
【００１９】
直接パスの推定受信電界強度ＥＬＯＳは、基地局からの送信電界強度Ｅ０と、基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）との間の距離ｄと、推定する電波の周波数ｆとから、(8)式により算出する。ここで、λ＝３・１０８／ｆ、ｋ＝2π/λである。
ＥＬＯＳ＝Ｅ０（λ／４πｄ）ｅ−ｊｋｄ             (8)
２つの回折パスの合成推定受信電界強度ＥＤＬＯＳは、第１回折パスの推定受信電界強度Ｅd1と第２回折パスの推定受信電界強度Ｅd2との和として求められる。
ＥＤＬＯＳ＝Ｅd1＋Ｅd2                           (9)
【００２０】
Ｅd1とＥd２は次のように求める。
まず、ｓ１を窓枠上部（Ａ１）と移動局（ＭＳ）との間のベクトル、ｓ１´を基地局（ＢＳ）と窓枠上部（Ａ１）との間のベクトル、ｓ２を窓枠下部（Ａ２）と移動局（ＭＳ）との間のベクトル、ｓ２´を基地局（ＢＳ）と窓枠下部（Ａ２）との間のベクトルとして定義する。垂直面で見た回折パスのイメージを図８に、水平面で見た回折パスのイメージを図９に示す。また、図８、図９を合わせて立体的に見たイメージを図１０に示す。
【００２１】
そして、計算は次の各式により行う。なお、Ｅd1は、ｓｕにベクトルｓ１の単位ベクトル、ｓｕ´にｓ１´の単位ベクトル、ｓにｓ１の距離、ｓ´にｓ１´の距離を代入して得られるＥdであり、Ｅd2は、ｓｕに図６のベクトルｓ2の単位ベクトル、ｓｕ´＝ベクトルｓ2´の単位ベクトル、ｓにｓ２の距離、ｓ´にｓ２´の距離を代入して得られるＥｄである。また、ｅｕは各窓枠の接線方向の単位ベクトルである。
【００２２】
【数１】
2008270875.tif 000003
ここで、(18)式のＤｓ、Ｄｈは以下の各式から求められる。
【００２３】
【数２】
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※ε０は壁面の誘電率  
【００２４】
以上より、図６の場合（直接パスを含む３パスの場合）の受信レベルの推定値Ｐは、Ｐ＝（ＥＬＯＳ＋ＥＤＬＯＳ）２により求めることができ、図７の場合（直接パスを含まない２パスの場合）の受信レベルの推定値Ｐは、Ｐ＝ＥＤＬＯＳ２により求めることができる。
幾何光学計算を適用することにより、第１実施形態よりも測定精度を高めつつ、多くとも３パスしか考慮しないため、少ない計算量で建物内に存在する移動局の受信レベルを推定できる。
【００２５】
〔第３実施形態〕
本発明の受信レベル推定システム３００の機能構成例も図１に示す。
本発明の受信レベル推定システム３００は、建物データベース部１０１と、パラメータ入力部１０２と、見通し判定部１０３と、第１受信レベル計算部３０４と、第２受信レベル計算部１０５とから構成される。つまり、見通しが有る時の推定受信レベルを計算する第１受信レベル計算部３０４以外は第１実施形態と同様の構成であり、見通し判定の方法や見通しが無い時の推定受信レベルの計算方法は第１実施形態と同様である。
【００２６】
第１受信レベル計算部３０４は、見通しが有る場合に上記パラメータ入力部３０２からの入力データを用いて幾何光学計算により受信レベルの推定値を求める。以下、幾何光学計算方法の一例を説明する。
第３実施形態は、移動局（ＭＳ）の上下に窓枠をモデリングしたウェッジを考えて、これらのウェッジで回折する２パスと、基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）とを結ぶ直接パスとの合計３パスを合成して求めるというところまでは第２実施形態と同様である。
【００２７】
しかし第３実施形態では、更に屋内での壁面による反射を考慮して直接パス及び回折パスの推定受信電界強度を求める。屋内での反射のイメージを図１１に示す。
直接パスの推定受信電界強度は、基地局からの送信電界強度Ｅ０と、トータルの伝搬距離ｄ（基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）との間の距離と、屋内伝搬距離との和）、推定する電波の周波数ｆとから、(8)式により算出されたＥＬＯＳを垂直成分と水平成分とに分け、それぞれに(25)式により算出された反射係数Ｒｖ、Ｒｈを反射回数分掛け合わせることにより求める。なお、ここでθは壁面への入射角度（図１２参照）、ε０は壁面の誘電率である。
【００２８】
【数３】
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回折パスの推定受信電界強度についても(10)〜(24)式により算出されたＥd1（及びＥd2）を垂直成分と水平成分とに分け、それぞれに反射係数Ｒｖ、Ｒｈを反射回数分掛け合わせることにより求める。ただし、Ｅd1（及びＥd2）を算出する際には、sには回折後の伝搬路長を代入する。
【００２９】
屋内での壁面での反射を考慮することにより、第２実施形態よりも更に測定精度を高めつつ、第２実施形態同様多くとも３パスしか考慮しないため、少ない計算量で建物内に存在する移動局の受信レベルを推定できる。
【００３０】
〔第４実施形態〕
本発明の受信レベル推定システム４００の機能構成例も図１に示す。
本発明の受信レベル推定システム４００は、建物データベース部１０１と、パラメータ入力部１０２と、見通し判定部１０３と、第１受信レベル計算部４０４と、第２受信レベル計算部１０５とから構成される。つまり、見通しが有る時の推定受信レベルを計算する第１受信レベル計算部４０４以外は第１実施形態と同様の構成であり、見通し判定の方法や見通しが無い時の推定受信レベルの計算方法は第１実施形態と同様である。
【００３１】
第１受信レベル計算部４０４は、見通しが有る場合に上記パラメータ入力部３０２からの入力データを用いて物理光学計算により受信レベルの推定値を求める。以下、物理光学計算方法の一例を説明する。
第４実施形態は、移動局（ＭＳ）の上下に窓枠（横幅ａ×縦幅ｂ）をモデリングしたウェッジを考えて、これらのウェッジで回折する２パスと、基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）とを結ぶ直接パスとの合計３パスを合成して求めるというところまでは第２、第３実施形態と同様である。
【００３２】
しかし第４実施形態では、第１回折パスの推定受信電界強度Ｅd1と第２回折パスの推定受信電界強度Ｅd2を(10)〜(24)式ではなく、(26)〜(32)式により求める。なおＥd1は、ｓにｓ１の距離、ｓ´にｓ１´の距離を代入して得られるＥdであり、Ｅd2は、ｓにｓ２の距離、ｓ´にｓ２´の距離を代入して得られるＥｄである。また、θ１、θ２は窓枠への入射、出射角度（図９参照）である。
【００３３】
【数４】
2008270875.tif 000006
第４実施形態は、幾何光学計算ではなく物理光学計算を用いることにより、フレネルゾーンの影響をより正確に考慮した計算結果が得られる。
【００３４】
なお、第４実施形態においても第３実施形態と同様な手段により、屋内の壁面による反射を考慮することができる。これにより、第４実施形態よりも更に測定精度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、セルラ移動通信における無線回線設計を行う際に、ある場所に基地局を設置した時のある場所の移動局の受信レベルを推定する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の受信レベル推定システムの構成
【図２】本発明の受信レベル推定システムの処理フロー
【図３】水平面内のセグメントのプロファイル（水平面交差が無いケース）
【図４】水平面内のセグメントのプロファイル（水平面交差が有るケース）
【図５】垂直面内のセグメントのプロファイル（垂直面交差が有るケース）
【図６】垂直面内のセグメントのプロファイル（直接パス遮蔽無し）
【図７】垂直面内のセグメントのプロファイル（直接パス遮蔽有り）
【図８】垂直面で見た回折パスのイメージ
【図９】水平面で見た回折パスのイメージ
【図１０】立体的に見た回折パスのイメージ
【図１１】屋内壁面での反射のイメージ
【図１２】壁面での反射のイメージ
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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