(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の無線局から複数の光線を特定の送信角度間隔をもって送信して、他方の無線局近傍に定義した受信空間に到達する光線を探索する幾何光学的解析手法を用いた電波伝搬解析方法であって、前記電波伝搬解析方法の処理を前処理と中処理と後処理に分割し、前記前処理では送信した前記複数の光線情報を導出して記憶装置に記憶し、前記中処理では解析空間を複数の小解析空間に分割し、各小解析空間別に前記小解析空間を通過する光線情報を記憶装置に記憶し、前記後処理では最大受信空間を含む限定小解析空間を選択し、前記記憶装置から前記限定小解析空間の光線情報を読み出して受信空間に到達する光線を探索することを特徴とする電波伝搬解析方法。
【請求項２】
前記中処理において、全ての光線情報の伝搬最大距離を導出し、前記送信角度間隔と前記伝搬最大距離を用いて前記小解析空間の寸法を導出することを特徴とする請求項１記載の電波伝搬解析方法。
【請求項３】
前記中処理において、特定の小解析空間を覆う解析空間球を導出し、前記解析空間球を前記特定の小解析空間として処理することを特徴とする請求項１または２記載の電波伝搬解析方法。
【請求項４】
前記中処理において、前記解析空間球を通過し、かつ、前記特定の小解析空間を通過しない光線情報を前記記憶装置に記憶しない処理を行うことを特徴とする請求項３記載の電波伝搬解析方法。
【請求項５】
前記後処理において、前記最大受信空間の設定を反射回数別に行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電波伝搬解析方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載の電波伝搬解析方法を実施する電波伝搬解析装置。
【請求項７】
請求項１乃至５の電波伝搬解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線局から送信された電波伝搬特性を計算し結果を表示することを可能にする電波伝搬解析方法、およびその方法を実施する装置、ならびにその方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶した記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による電波伝搬解析方法は、一般に一方の無線局から送信された電波の電界強度分布を求めるための手段として、電磁界解析手法、あるいは、幾何光学的手法を用いるものである。
【０００３】
電磁界解析手法は、Maxwellの電磁界方程式を例えばＦＤＴＤ法を用いて解き、その結果により電界強度分布を推定するというものである。しかし、この手法は解析対称モデルの寸法に比べて波長が短くなるＵＨＦ帯以上の周波数帯では計算処理量が膨大になってしまうというものである。
【０００４】
幾何光学的手法は、電波を幾何光学的な光線と仮定して送信点から発射され受信点に到達する光線の軌跡情報から電界強度を計算するものであり、軌跡の導出方法から一般に鏡像点法とラウンチング法の２つに大別できる。
【０００５】
鏡像点法は、例えば、特開平8-194029号公報に示されるように、送信点、受信点及び全ての反射面の組み合わせから反射点を導出し光線の軌跡を求めるものであり、光線の軌跡を厳密に求めることができる。しかし、計算処理量は反射面数の反射回数のべき乗に比例するため解析構造物の形状が複雑である場合には膨大となるものである。
【０００６】
ラウンチング法は、例えば、ＲＥＡＬＩＺＥ社発行（１９９９年）「電波伝搬ハンドブック第２４章」に示されるように、送信点から送信角度間隔ごとに離散的に光線を発射して、その軌跡を逐次追跡して、受信点の回りに定義された受信空間に到達した光線の各々に対して、距離損失、偏波による損失、反射損失などの伝搬損失から複素受信レベルを導出し、各々の光線を位相合成することで受信レベルを導出するものである。よって、計算処理量は反射面数に比例するため、解析構造物の形状が複雑である場合でも鏡像点法と比較して小さい。しかし、受信点を受信空間で定義するため、厳密に光線の軌跡を導出できる鏡像点法と比較して計算精度は悪いものである。
【０００７】
以下、ラウンチング法の従来例を図２１および図２２を用いて説明する。
【０００８】
図２１は、電波伝搬解析法による計算結果の表示例である短区間受信レベル変動を示す。図２２は、ラウンチング法を用いて図２１に示す計算結果を得るためのフローチャートである。図２３において、グラフ62は、送信する一方の無線局を固定し、受信する他方の無線局を移動させた場合の、他方の無線局位置による受信電界強度の変動を示しており、横軸を他方の無線局の移動距離、縦軸を受信電界強度としている。特性63は、受信点位置による受信電界強度の変動を示しており、一般にフェージング特性を示す。本従来例では、送信側の無線局を固定し受信側の無線局を移動させているが、受信側を固定し送信側を移動させても計算結果は同じである。以下、図２２のフローチャートを用いて計算処理の手順を説明する。
【０００９】
図２２に示す計算手順は、パラメータ入力処理64、壁面方程式導出処理65、放射光線方程式導出処理66、受信空間導出処理67、到達光線探索処理68、反射波方程式導出処理69、電界強度導出処理70、位相合成処理71、および結果出力処理72を有する。また、第１ループ73、第２ループ74、第３ループ75、および、第４ループ76を有する。これらのループは、各々に設定されたパラメータに対する繰り返し処理を示す。図２２に示す処理を行うハードウエアは、記憶装置を有する一般的なパーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）等であってよい。
【００１０】
図２２において、パラメータ入力処理64は、オペレータによって入力される、周波数、解析モデル形状および材質、最大反射回数Ｒmax、放射光線数Ｎ、電波を送信する一方の無線局位置、電波を受信する他方の無線局の移動区間および移動点数Ｍをパソコンの記憶装置に記憶する。
【００１１】
壁面方程式導出処理65は、解析モデル形状から、各壁面の方程式を導出し、パソコンの記憶装置に記憶する。
【００１２】
放射光線方程式導出処理66は、放射光線数Ｎと電波を送信する一方の無線局の位置情報から、送信角度間隔φと各放射光線の方程式を導出してパソコンの記憶装置に記憶する。
【００１３】
受信球導出処理67は、他方の無線局の移動番号ｍ、放射光線番号ｎ、反射回数Ｒの特定の光線（ｍ，ｎ，Ｒ）の伝搬距離ｄiを導出し、受信空間を球とした受信球の受信球半径ｒiを下記の（１）式の計算により導出し、パソコンの記憶装置に記憶する。
【数１】
0004203697.tif 000002
【００１４】
受信球半径ｒiは、（１）式より送信角度間隔φと伝搬距離ｄiによって変化することが知られている。
【００１５】
到達光線探索処理68は、受信する一方の無線局の位置と受信球半径ｒiから受信球方程式を導出し、特定の光線（ｍ，ｎ，Ｒ）と受信球が交わるか否かを判定し、交わるならば到来光線として特定の光線（ｍ，ｎ，Ｒ）を記憶装置に記憶する。到達光線探索処理68は、特定の光線の反射回数Ｒが最大反射回数Ｒmaxになるまで第１ループ73により繰り返し行われ、また、特定の光線の光線番号ｎが放射光線数Ｎになるまで第２ループ74により繰り返し行われ、第１および第２ループ（73、74）処理完了後に到達光線数Ｈと到達光線情報をパソコンの記憶装置に記憶する。第１ループ73中の反射光線方程式導出処理69は、反射光線（ｍ，ｎ，Ｒ＋１）方程式の導出を行う。
【００１６】
電界強度導出処理70は、到達光線番号ｈの特定の到達光線（ｍ，ｈ）の伝搬距離損失、反射損失、アンテナ偏波、アンテナ放射特性による損失などの伝搬損失を導出し、受信電界強度を導出して記憶装置に記憶する。電界強度導出処理70は、特定の到達光線番号ｈが到達光線数Ｈになるまで第３ループ75により繰り返し行われ、全ての到達光線の電界強度をパソコンの記憶装置に記憶する。
【００１７】
位相合成処理71は、各到達光線の電界強度を位相合成して受信する他方の無線局における総合受信電界強度を導出し、パソコンの記憶装置に記憶する。
【００１８】
これらの放射光線方程式導出処理66から位相合成処理71までの処理は、他方の無線局の移動番号ｍが移動点数Ｍになるまで、第４ループ76により繰り返し行われ、各他方の無線局の移動距離と総合受信電界強度をパソコンの記憶装置に記憶する。結果出力処理72は、図２１に示すグラフ62を出力する。
【００１９】
図２２に示す従来の計算処理の手順において、総合計算処理量および計算時間は、放射および反射光線方程式導出処理（66、69）と到達光線探索処理68が支配的である。到達光線探索処理68の処理量を基準とすると、放射および反射光線方程式導出処理（66、69）は３倍の処理量である。放射および反射光線方程式導出処理（66、69）の回数Ｈは、図２２に示す各ループ処理を考慮して下記の（２）式により求められる。
【数２】
0004203697.tif 000003
【００２０】
到達光線探索処理68の回数Ｓは、図２２に示す各ループ処理を考慮して下記の（３）式により求められる。
【数３】
0004203697.tif 000004
【００２１】
例えば、最大反射回数Ｒmax＝３、放射光線数Ｎ＝２０,０００とし、他方の無線局移動回数Ｍをパラメータとした場合、送信角度間隔φは１.４３°と計算され、（２）および（３）式よりＨ＝Ｓ＝８０,０００Ｍと計算される。また、総合計算処理量Ｋは、Ｋ＝３Ｈ＋Ｓで示されるため、Ｋ＝３２０,０００Ｍとなり、移動点数Ｍに比例して大きくなる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のラウンチング法を用いた幾何光学的電波伝搬解析法では、方程式導出処理回数および到達光線探索処理回数が大きく計算時間が莫大となるという問題があった。
【００２３】
本発明は、このような従来の幾何光学的手法を用いた電波伝搬解析法の問題点を解決するものであり、計算精度を確保して、計算処理量を軽減し、計算時間を短縮することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の電波伝搬解析方法は、一方の無線局から複数の光線を特定の送信角度間隔をもって送信して、他方の無線局近傍に定義した受信空間に到達する光線を探索する幾何光学的解析手法を用いた電波伝搬解析方法であって、前記電波伝搬解析方法の処理を前処理と中処理と後処理に分割し、前記前処理では送信した前記複数の光線情報を導出して記憶装置に記憶し、前記中処理では解析空間を複数の小解析空間に分割し、各小解析空間別に前記小解析空間を通過する光線情報を記憶装置に記憶し、前記後処理では最大受信空間を含む限定小解析空間を選択し、前記記憶装置から前記限定小解析空間の光線情報を読み出し受信空間に到達する光線を探索することを特徴とする。この構成により、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができる。
【００２５】
また、本発明の電波伝搬解析方法は、前記中処理において、全ての光線情報の伝搬最大距離を導出し、前記送信角度間隔と前記伝搬最大距離を用いて前記小解析空間の寸法を導出することを特徴とする。この構成により、必要最小限の解析空間についてのみに探索を行うことで、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができる。
【００２６】
さらに、本発明の電波伝搬解析方法は、前記中処理において、特定の小解析空間を覆う解析空間球を導出し、前記解析空間球を前記特定の小解析空間として処理することを特徴とする。この構成により、光線と小解析空間の到達判定回数を軽減できるため、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができる。
【００２７】
また、本発明の電波伝搬解析方法は、前記解析空間球を通過し、かつ、前記特定の小解析空間を通過しない光線情報を前記記憶装置に記憶しない処理を行うことを特徴とする。この構成により、冗長な解析空間球到達光線を排除することで、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができる。
【００２８】
さらに、本発明の電波伝搬解析方法は、前記最大受信空間の設定を反射回数別に行うことを特徴とする。この構成により、探索する小解析空間数を減らすことで、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができる。
【００２９】
また、本発明の電波伝搬解析装置は、前記本発明の各電波伝搬解析方法を実施することを特徴とする。この構成により、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができる。
【００３０】
そして、本発明の記憶媒体は、前記各電波伝搬解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体である。この構成により、計算処理量を軽減して計算時間を短縮できる電波伝搬解析方法をコンピュータにより実行することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１から図２０を用いて説明する。
【００３２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法では、計算処理を前処理、中処理、および後処理に分け、前処理で光線情報を導出して記憶装置に記憶し、中処理で各小解析空間別にその領域を通過する光線情報を導出して記憶装置に記憶し、後処理で受信空間の存在する小解析空間の光線情報のみを読み出して使用することで、処理回数を軽減し、計算時間を短縮する。
【００３３】
図１〜図３は、第１の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法のフローチャートを示す図であり、図４はそ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である。図１〜３における処理により、出力結果として図５に示す短区間受信レベル変動特性を得る。図６は、解析モデル内の解析空間を示す図である。また、図７は、図４に示す解析空間を複数の小解析空間に分割した状態を示す図である。そして、図８は本実施の形態と従来例の計算処理量比較結果を示す図である。
【００３４】
図１〜図３に示す処理を実行するハードウエアである電波伝搬解析装置は、例えば図２０に示すような、記憶装置を有する一般的なパソコンシステムでよい。図２０に示すように、このシステムは、制御装置101と、それぞれ制御装置101に接続された入力装置102、表示装置103、印刷装置104、および記憶装置105を備えている。また、着脱可能な記憶媒体106を使用することができる。
【００３５】
制御装置101は、パソコンの本体であって、演算装置と内部記憶装置とを具備している。入力装置102、表示装置103、および印刷装置104は、それぞれ、一般的なパソコンシステムに使用されている、キーボードおよびマウス、ＣＲＴやＬＣＤ、およびプリンタである。記憶装置105は、例えば制御装置101に内蔵もしくは外付されたハードディスク装置である。そして、制御装置101が図１に示す処理を実行するために必要なプログラム、パラメータ、導出データ、およびその他のデータなどが記憶される。着脱可能な記憶媒体106は、例えばフロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ等であって、記憶装置105に記憶するプログラムが予め記憶されている。また、本システムで解析された解析結果のデータを記憶することもできる。
【００３６】
以下では、図１〜図４を用いて本実施の形態の計算処理の手順を説明する。
【００３７】
図１の前処理２において、パラメータ入力処理３は、オペレータによって入力装置102から入力される、解析モデルの形状と各壁面の材質、光線の最大反射回数Ｒmax、放射光線数Ｎ、電波を送信する一方の無線局位置を記憶装置105に記憶する。
【００３８】
壁面方程式導出処理４は、解析モデルの形状から、各壁面の方程式を導出し、記憶装置105に記憶する。
【００３９】
放射光線方程式導出処理５は、放射光線数Ｎと送信する無線局の位置情報を用いて、放射光線の送信角度間隔φと放射光線番号ｎが１乃至Ｎの全放射光線の方程式を導出して記憶装置105に記憶する。第１ループ６は、前記全放射光線の方程式を導出する際のループ処理を示しており、放射光線番号がＮになるまで繰り返す。
【００４０】
反射光線方程式導出処理７は、特定の光線（ｎ，Ｒ−１）の反射壁面を決定し、反射波（ｎ，Ｒ）の反射方程式を導出して記憶装置105に記憶する。第２ループ８は、放射光線番号ｎの光線の軌跡を導出するためのループ処理を示しており、反射回数がＲmaxになるまで繰り返す。第３ループ９は、全放射光線の軌跡を導出するためのループ処理を示しており、放射光線番号がＮになるまで繰り返す。
【００４１】
この前処理２における動作により、パラメータ入力処理３において入力されたデータ、壁面方程式導出処理４において導出された壁面情報、放射および反射光線方程式導出処理（５，７）において導出された全光線の光線情報10が記憶装置105に記憶される。ここで、全光線とは、放射光線番号１乃至Ｎの反射回数０乃至Ｒmaxの光線である。光線情報10は、全光線の総数Ａ、光線方程式、送信点からの放射角度、進行角度、偏波方程式および反射面の軌跡の情報を有している。また、全光線の総数Ａは、Ａ＝（Ｒmax＋１）×Ｎによって計算される。
【００４２】
中処理11において、パラメータ入力処理12は、オペレータによって入力される、解析空間を分割する条件である小解析空間の数または形状を記憶装置105に記憶する。
【００４３】
解析空間分割処理13は、上記小解析空間の数または形状に従って解析空間を複数の小解析空間に分割し、各小解析空間を示す方程式と分割数Ｔを記憶装置105に記憶する。各小解析空間を示す方程式は、小解析空間が６面体であるとすると、例えば、６面全ての面方程式と全頂点座標によって示される。
【００４４】
小解析空間到達光線探索処理14は、記憶装置105より光線情報10を読み出し、特定の小解析空間（ｔ）を通過する通過光線を探索し、通過光線数Ｕtと全通過光線情報を小空間別に記憶装置105に記憶する。第４ループ15は、特定の小解析空間（ｔ）を通過する光線を探索するため、光線番号ａが全光線数Ａとなるまで繰り返す処理である。第５ループ16は、小解析空間番号がＴとなるまで繰り返す処理である。
【００４５】
上記小解析空間到達光線探索処理14、および第４ならびに第５のループ処理（15、16）により導出された小解析空間別光線情報17は記憶装置105に記憶される。小解析空間別光線情報17は、各小解析空間別に各小解析空間を通過する光線情報を有している。
【００４６】
後処理18において、パラメータ入力処理19は、オペレータによって入力される、周波数、電波を受信する他方の無線局の移動区間および移動点数Ｍを記憶装置105に記憶する。
【００４７】
最大受信球導出処理20は、全光線の最大伝搬距離Ｄmaxを導出し、最大受信球半径ｒimaxを導出して記憶装置105に記憶する。最大受信球半径ｒimaxは、（１）式のｒiをｒimaxとし、ｄiをＤmaxとして（１）式により導出される。
【００４８】
重複判定処理21は、受信する無線局位置ｍを中心とした最大受信球半径ｒimaxの最大受信球と、特定の小解析空間（ｔ）に重複している領域があるか否かを判定する。そして、重複していると判定された場合は、小解析空間番号ｔを記憶装置105に記憶する。第６ループ処理22は、小解析空間番号がＴとなるまで繰り返す処理である。ここで、最大受信球と重複する小解析空間の番号をまとめた集合を重複集合とし、重複集合の要素数をＶとする。上記の重複判定処理21および第６ループ処理22の動作により、重複集合が記憶装置105に記憶される。
【００４９】
受信球導出処理23は、重複集合のｖ番目の数値ｔに該当する小解析空間別光線情報（ｔ）を記憶装置105より読み出し、そのｕ番目の光線情報（ｖ，ｕ）の伝搬距離ｄiを導出し、受信球半径ｒiを（１）式により導出して記憶装置105に記憶する。
【００５０】
到達光線探索処理24は、受信する無線局の位置と受信球半径ｒiとから受信球方程式を導出し、光線情報（ｖ，ｕ）の光線と受信球が交わるか否かを判定し、交わるならば到達光線として記憶装置105に記憶する。受信球導出処理23と到達光線探索処理24は、重複集合のｖ番目の数値ｔに該当する小解析空間別光線情報（ｔ）に含まれるＵt個の光線行列の全てに対して探索を行う。このため、第７ループ処理25により繰り返し実行され、Ｖ個の重複集合の全ての要素に対して同様に処理を行うので、第８ループ２６により繰り返し実行される。また、到達光線数Ｈと到達光線情報を記憶装置105に記憶する。
【００５１】
電界強度導出処理27は、到達光線番号ｈの到達光線の伝搬距離損失、反射損失、アンテナ偏波、アンテナ放射特性による損失などの伝搬損失を導出し、記憶装置105に記憶する。また、到達光線の到達光線番号ｈが到達光線数Ｈになるまで第９ループ29により繰り返し行われ、全到達光線の電界強度を導出する。
【００５２】
位相合成処理29は、全到来光線の電界強度を位相合成して、無線局番号ｍの受信する無線局における総合電界強度を導出し、記憶装置105に記憶する。
【００５３】
これらの重複判定処理21から位相合成処理29までの処理は、受信する無線局番号ｍが移動点数Ｍになるまで第１０ループ30により繰り返し行われ、各受信する無線局の移動距離と各総合電界強度を記憶装置105に記憶する。
【００５４】
結果出力処理31は、各受信する無線局の移動距離と各総合電界強度を用いて、図５に示すように、横軸を受信する無線局の移動距離とし、縦軸を総合電界強度とした短区間受信レベル変動を示すグラフ32を出力する。グラフ32の縦軸は、例えば、送信する無線局の送信電力を０ｄＢｍとした場合の総合電界強度を示している。グラフ32における特性33は、総合電界強度の推移を示し、一般にフェージング特性を示す。
【００５５】
図６において、解析空間34は、例えば直方体である。図７において、小解析空間35は、図６における解析空間34を分割した領域であり、ここでは、３０分割した場合を示している。
【００５６】
図１〜図３に示した本実施の形態の計算処理の手順において、総合計算処理量および計算時間は、放射および反射光線方程式導出処理（５、７）および小解析空間到達光線探索処理14および到達光線探索処理24が支配的である。到達光線探索処理24の計算処理量を基準とすると、放射および反射光線方程式導出処理（５、７）は３倍の処理量であり、小解析空間到達光線探索処理14は小解析空間が６面であることから６倍の処理量である。
【００５７】
これらを考慮して、本実施の形態の計算処理量を見積もると、放射および反射光線方程式導出処理（５、７）の回数Ｈ1は、Ｈ1＝（Ｒmax＋１）×Ｎである。また、到達光線探索処理24の回数Ｓ1は、重複集合の要素数の平均値Ｖaveおよびその要素内の光線数の平均値Ｕaceを用いてＳ1＝Ｖave×Ｕave×Ｍである。また、小解析空間到達光線探索処理14の回数Ｃ1は、解析空間分割数Ｔと全光線数Ａを用いてＣ1＝Ｔ×Ａである。上記から総合計算処理量Ｋ1は、Ｋ1＝３×Ｈ1＋Ｓ1＋６×Ｃ1と計算される。
【００５８】
例を用いて従来例との計算処理量の比較を行う。例えば、最大反射回数Ｒmax＝３、放射光線数Ｎ＝２０,０００、解析空間を３０の小解析空間に分割し、小解析空間の一辺を最大受信球の直径とした場合、送信角度間隔φは１.４３°と計算され、重複集合の要素数の平均値Ｖaveは実際に計算を行った結果からＶave＝６.５であり、重複集合の要素内の光線数の平均値Ｕaveは、Ｕave＝３,０００である。
【００５９】
上記数値により、図８に本実施の形態と従来例の計算処理量を比較した図を示す。図８において、グラフ36の横軸は、他方の無線局移動回数Ｍであり、縦軸は計算処理量である。線37は、本実施の形態の計算処理量を到達判定処理を基準として示しており、線38は、従来例の計算処理量を示している。グラフ36より、上記数値条件において移動回数Ｍが４０回以上の場合には、本実施の形態の方が計算処理量が小さくなり、かつ移動回数Ｍが大きい程その差が大きいことが確認できる。
【００６０】
このように、本発明の第１実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法によれば、前処理で光線情報を導出して記憶装置に記憶し、中処理で各小解析空間別にその領域を通過する光線情報を導出して記憶装置に記憶し、後処理で受信空間の存在する小解析空間の光線情報のみを読み出して使用することにより、処理回数を軽減し、計算時間を短縮することができる。
【００６１】
なお、以上の説明では、便宜上電波を送信する無線局が光線を放射するとしているが、電波を受信する無線局が光線を放射し、電波を送信する無線局が光線を受信しても同様の効果が得られる。また、上記具体数値は例であって、それに限定されるものではない。
【００６２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法では、受信する無線局位置の移動範囲が既知である場合に、中処理で有用な解析空間を限定し、小解析空間数を減らすことで、処理回数を軽減し、計算時間を短縮している。
【００６３】
図９、図１０は、それぞれ第２の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法のフローチャートにおける中処理と後処理を示す図である。前処理は図１と同様であるため省略した。また、前処理、中処理、および後処理により、記憶装置に記憶されるデータも図４と同様であるため省略した。これらの処理により、出力結果として図５に示す短区間受信レベル変動特性が得られる。図１１は、解析モデル内の解析空間を示す図である。また、図１２は、図１１に示す解析空間を複数の小解析空間に分割した状態を示す図である。そして、図１３は本実施の形態と従来例の計算処理量比較結果を示す図であり、同時に第１の実施の形態の計算処理量とも比較を行っている。
【００６４】
本実施の形態の処理を行うハードウエアは、図２０に示したパソコンシステムである。図９、図１０において図２、図３と同じ符号が付与されたものは同様の内容を有する。本実施の形態では、図９に示す中処理11において最大受信球導出処理40を実行し、図１０に示す後処理18では、パラメータ入力処理19の後に、最大受信球導出処理を行うことなく、重複判定処理21を実行している。本実施の形態は、移動する無線局の移動範囲があらかじめ分かっている場合に有効なものである。以下、本実施の形態の計算処理の手順を説明する。
【００６５】
図９の中処理11において、パラメータ入力処理39は、オペレータによって入力される、移動する無線局の移動範囲を記憶装置105に記憶する。
【００６６】
最大受信球導出処理40は、全光線の最大伝搬距離Ｄmaxを導出し、最大受信球半径ｒimaxを導出して記憶装置105に記憶する。最大受信球半径ｒimaxは、（１）式のｒiをｒimaxとし、ｄiをＤmaxとして（１）式により導出される。
【００６７】
解析空間分割処理41は、無線局の移動範囲からの距離が最大受信球半径ｒimaxの空間を解析空間として設定し、その解析空間を複数の小解析空間に分割し、各小解析空間を示す方程式と分割数Ｔを記憶装置105に記憶する。各小解析空間を示す方程式は、小解析空間が６面体であるとすると、例えば、６面全ての面方程式と全頂点座標によって示される。その他の動作は第１の実施の形態と変わりはない。以下、図１１および図１２を用いて、解析空間内の小解析空間の設定方法について述べる。
【００６８】
図１１において、解析空間41は、例えば直方体である。送信点42は、固定された送信する無線局である。移動範囲43は、受信する無線局の移動範囲を示しており、本実施の形態では面としている。このように移動範囲43を設定することは、例えば、送信局を固定した場合において移動範囲43上の電界強度分布を解析する際に有効である。
【００６９】
図１２において、有効解析空間44は、移動範囲43と最大受信球半径45から導出される、伝搬解析に必要な最小限の大きさの解析空間である。小解析空間46は、有効解析空間44を分割して設定され、本実施の形態では１５分割の場合を示している。
【００７０】
本実施の形態の計算処理の手順において、解析空間41内の有用な部分にのみ着目し、解析空間41より小さな有効解析空間44を最大受信球半径を用いて自動的に設定したことにより、総合計算処理量および計算時間は、従来例および第１の実施の形態と比較して短い。例えば、最大反射回数Ｒmax＝３、放射光線数Ｎ＝２０，０００とし、解析空間を１５の小解析空間に分割した場合、送信角度間隔φは１．４３°と計算され、重複集合の要素数の平均値Ｖaveは実際に計算を行った結果からＶave＝３.９であり、重複集合の要素内の光線数の平均値Ｕaveは、Ｕave＝３,０００である。
【００７１】
上記数値により、図１３に本実施の形態と従来例および第１の実施の形態の計算処理量を比較した図を示す。図１３において、グラフ47の横軸は、他方の無線局移動回数Ｍであり、縦軸は計算処理量である。線48は、本実施の形態の計算処理量を到達判定処理を基準として示しており、線37は第１の実施の形態、線38は従来例の計算処理量を示している。
【００７２】
グラフ47より、上記数値条件において移動回数Ｍが２０回以上の場合には、本実施の形態の方が従来例より計算処理量が小さくなり、かつ移動回数Ｍが大きいほど差が大きいことが確認できる。また、第１の実施の形態と比較しても計算時間が半分になることが確認できる。ただし、本実施の形態は、第１の実施の形態と異なり、移動範囲43を設定しているため受信する無線局位置は限定されるものである。
【００７３】
このように、本発明の第２の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法によれば、受信する無線局位置の移動範囲が既知である場合に、中処理で有用な解析空間を限定し、小解析空間数を減らすことにより、処理回数の軽減し、計算時間を短縮することができる。
【００７４】
なお、以上の説明では、便宜上電波を送信する無線局が光線を放射するとしているが、電波を受信する無線局が光線を放射し、電波を送信する無線局が光線を受信しても同様の効果が得られる。また、上記具体数値は一例であって、それに限定されるものではない。
【００７５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態では、小解析空間を球とすることにより、中処理における光線と小解析空間の到達判定回数を減らすことができるので、処理回数を軽減し、計算時間を短縮する。
【００７６】
図１４は、第３の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法の小解析空間49および解析空間球50の関係を示す図である。図１４において、小解析空間49は、例えば６面体で構成されている。解析空間球50は、小解析空間49を覆うように構成され、例えば、小解析空間49が立方体であり、一辺の長さが最大受信半径ｒimaxの２倍であるならば、半径Ｒkを下記の（４）式で示す大きさで構成される。
【数４】
0004203697.tif 000005
【００７７】
図１５は、本実施の形態と従来例の計算処理量比較結果を示す図であり、同時に第２の実施の形態の計算処理量とも比較を行っている。
【００７８】
第３の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法の基本動作は、図２および図９における解析空間分割処理（13および41）を除いて、第１の実施の形態または第２の実施の形態のいずれかと同様である。
【００７９】
本実施の形態において、解析空間分割処理は、図１４に示すように解析空間球50が小解析空間49を覆う球として構成するために、解析空間球50の半径を導出し、球方程式として記憶装置105に記憶する。また、この解析空間球50の導出を全小解析空間に対して実行し、同様に処理を実行する。解析空間球50を導出することにより、第１の実施の形態および第２の実施の形態における小解析空間到達光線探索処理14（第１の実施の形態では図２、第２の実施の形態では図示省略）において、線と面の方程式を６回解くことで到達判定を実行していた処理を、線と球の方程式を１回解くことに省略できる。
【００８０】
例えば、本実施の形態は第２の実施の形態に従うとし、最大反射回数Ｒmax＝３、放射光線数Ｎ＝２０,０００とし、解析空間を１５の小解析空間に分割した場合、送信角度間隔φは１．４３°と計算され、重複集合の要素数の平均値Ｖaveは実際に計算を行った結果からＶave＝３.９であり、重複集合の要素内の光線数の平均値Ｕaveは、Ｕave＝５,０００である。
【００８１】
ここで、重複集合の要素内の光線数の平均値Ｕaveが第２の実施の形態より大きい理由は、解析空間球50内に小解析空間49以外の領域が存在するためである。上記数値により、図１５に本実施の形態、従来例、および第２の実施の形態の計算処理量を比較した図を示す。図１５において、グラフ51の横軸は、他方の無線局移動回数Ｍであり、縦軸は計算処理量である。線52は、本実施の形態の計算処理量を示しており、線48は第２の実施の形態、線38は従来例の計算処理量を示している。
【００８２】
グラフ51より、上記数値条件において移動回数Ｍが６回以上の場合には、本実施の形態の方が従来例より計算処理量が小さくなり、移動回数Ｍが大きいほど差が大きいことが確認できる。また、第２の実施の形態と比較しても移動回数Ｍが７００回以下ならば計算処理量が小さくなることが確認できる。
【００８３】
このように、第３の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法では、小解析空間を球とすることにより、中処理における光線と小解析空間の到達判定回数を減らすことができるので、処理回数を軽減し、計算時間を短縮することができる。
【００８４】
なお、以上の説明では、便宜上電波を送信する無線局が光線を放射するとしているが、電波を受信する無線局が光線を放射し、電波を送信する無線局が光線を受信しても同様の効果が得られる。また、上記具体数値は一例であって、それに限定されるものではない。さらに、第１実施の形態に従うものとしても、同様の効果が得られる。
【００８５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態では、解析空間球を通過し小解析空間を通過しない冗長誤差成分を削除して小解析空間到達光線数を減らすことにより、後処理の負担を軽減して、処理回数の軽減と計算時間の短縮を実現する。
【００８６】
図１６は、第４の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法の小解析空間49および解析空間球50を通過する光線53および光線54を示す図である。図１６において、図１４と同一符号のものは同一の構成である。光線53は、小解析空間49および解析空間球50の両方と交わる光線である。光線54は、解析空間球50と交わり、小解析空間49と交わらない光線である。図１７は、本実施の形態と従来例の計算処理量比較結果を示す図であり、同時に第２および第３の実施の形態の計算処理量とも比較を行っている。
【００８７】
本実施の形態の基本動作は、図９における解析空間分割処理（41）を除いて第２の実施の形態と同様である。本実施の形態において解析空間分割処理は、図１６に示すように解析空間球50が小解析空間49を覆う球として構成するために、解析空間球50の半径を導出し、球方程式として記憶装置105に記憶する。また、この解析空間球50の導出を全小解析空間に対して実行し、同様に処理を実行する。解析空間球50を導出することにより、図９における小解析空間到達光線探索処理14において、線と面の方程式を６回解くことで到達判定を実行していた処理を、線と球の方程式を１回解く処理に省略できる。しかし、解析空間球50内に小解析空間49以外の領域が存在するため、光線54のように実際は小解析空間49に到達していない光線を到達したと判定する冗長誤差が発生する。
【００８８】
そこで、本実施の形態では、小解析空間到達光線探索処理14において、解析空間球50と光線の交点を導出し、交点座標と小解析空間50の位置関係から、その光線が小解析空間49と交わるか否かを判定する。例えば、小解析空間49がｘ＝２，−２，ｙ＝２，−２，ｚ＝２，−２の６面で構成されている場合は、解析空間球50と光線の交点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）がｘn＞２，ｘn＜−２，ｙn＞２，ｙn＜−２，ｚn＞２，ｚn＜−２（ｎ＝１，２）の全てを満足するならば、小解析空間到達光線としない。この手法により、光線53は到達光線、光線54は到達光線ではないと判定される。また、単一光線に対する冗長誤差判定処理量は、到達光線探索処理24の計算処理量と同等である。以下では、このような構成を有する本実施の形態における計算処理量を導出する。
【００８９】
例えば、最大反射回数Ｒmax＝３、放射光線数Ｎ＝２０,０００とし解析空間を１５の小解析空間に分割した場合、送信角度間隔φは１．４３°と計算され、重複集合の要素数の平均値Ｖaveは実際に計算を行った結果からＶave＝３．９であり、重複集合の要素内の光線数の平均値Ｕaveは、Ｕave＝４,０００である。
【００９０】
上記数値により、図１７に本実施の形態、従来例、第２の実施の形態、および第３の実施の形態の計算処理量を比較した図を示す。図１７において、グラフ55の横軸は、他方の無線局移動回数Ｍであり、縦軸は計算処理量である。線56は、本実施の形態の計算処理量を示しており、線48は第２の実施の形態、線52は第３の実施の形態、線38は従来例の計算処理量を示している。
【００９１】
グラフ55より、上記数値条件において移動回数Ｍが３回以上の場合には、本実施の形態の方が従来例より計算処理量が小さくなり、移動回数Ｍが大きいほど差が大きいことが確認できる。また、第２および第３の実施の形態と比較しても、移動回数Ｍが５００回以上１,０００回以下ならば計算処理量が小さくなることが確認できる。
【００９２】
このように、本発明の第４の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析方法によれば、解析空間球を通過し、小解析空間を通過しない冗長誤差成分を削除して小解析空間到達光線数を減らすことにより、後処理の負担を軽減でき、処理回数の軽減と計算時間の短縮を実現できる。
【００９３】
なお、以上の説明では、便宜上電波を送信する無線局が光線を放射するとしているが、電波を受信する無線局が光線を放射し、電波を送信する無線局が光線を受信しても同様の効果が得られる。また、上記具体数値は例であって、それに限定されるものではない。
【００９４】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態では、解析空間球を通過し、小解析空間を通過しない冗長誤差成分を削除して小解析空間到達光線数を減らすことにより、後処理の負担を軽減して、処理回数の軽減と計算時間の短縮を実現する。
【００９５】
図１８は、第５の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析法の小解析空間（57a〜57d）および移動局位置58および反射回数別最大受信球（59a〜59d）を示す図である。図１９は、本実施の形態と従来例の計算処理量比較結果を示す図であり、同時に第１の実施の形態の計算処理量とも比較を行っている。第５の実施の形態の基本動作は、図３における最大受信球導出処理20と重複判定処理21を除いて図１と同様である。
【００９６】
本実施の形態例において、最大受信球導出処理は、反射回数別の最大伝搬距離Ｄnmax（ｎ＝０〜Ｒmax）を導出し、反射回数別の最大受信球半径ｒinmax（ｎ＝０〜Ｒmax）を導出し、記憶装置105に記憶する。反射回数別の最大受信球半径ｒinmaxは、（１）式のｒiをｒinmaxとし、ｄiをＤnmaxとして（１）式により導出される。図１８は、上記のように設定された反射回数別の最大受信球（59a〜59d）を移動局位置58を中心として２次元的に示している。
【００９７】
重複判定処理は、反射回数別に最大受信球（59a〜59d）と領域が重複する小解析空間（57a〜57d）を導出する。例えば、図１５において、最大反射回数Ｒmaxを３回とした場合、59aは０回反射、59bは１回反射、59cは２回反射、59dは３回反射した場合の最大受信球を示す。
【００９８】
重複判定処理において、０回反射の場合は小解析空間57aのみと重複し、１回反射の場合は小解析空間57aおよび57cと重複し、２回反射の場合は小解析空間57a、57c、および57dと重複し、３回反射の場合は小解析空間57a乃至57dと重複すると判定される。
【００９９】
反射回数別とする前は、０回反射波の場合でも、最大反射回数で規定された最大受信球と重複する全ての小解析空間について到達光線探索処理24を実行する必要があった。しかし、上記の処理により、最大受信球を小さくでき、重複する小解析空間数を減らし第８ループ26の回数が減ることで、計算処理量を軽減することができる。
【０１００】
以下、このような構成を有する本実施例における計算処理量を導出する。例えば、最大反射回数Ｒmax＝３、放射光線数Ｎ＝２０,０００とし解析空間を３０の小解析空間に分割した場合、送信角度間隔φは１.４３°と計算され、重複集合の要素数の平均値Ｖaveは実際に計算を行った結果からＶave＝４.５であり、重複集合の要素内の光線数の平均値Ｕaveは、Ｕave＝３,０００である。
【０１０１】
上記数値により、図１９に本実施の形態、従来例、および第１の実施の形態の計算処理量を比較した図を示す。図１９において、グラフ60の横軸は、他方の無線局移動回数Ｍであり、縦軸は計算処理量である。線61は、本実施の形態の計算処理量を示しており、線37は第１の実施の形態、線38は従来例の計算処理量を示している。グラフ60より、上記数値条件において移動回数Ｍが４０回以上の場合には、本実施の形態の方が従来例より計算処理量が小さくなり、移動回数Ｍが大きいほど差が大きいことが確認できる。また、第１の実施の形態と比較しても計算処理量が小さくなることが確認できる。
【０１０２】
このように、本発明の第５の実施の形態の幾何光学的電波伝搬解析法によれば、解析空間球を通過し小解析空間を通過しない冗長誤差成分を削除して小解析空間到達光線数を減らすことにより、後処理の負担を軽減でき、処理回数の軽減と計算時間の短縮を実現できる。
【０１０３】
なお、以上の説明では、便宜上電波を送信する無線局が光線を放射するとしているが、電波を受信する無線局が光線を放射し、電波を送信する無線局が光線を受信しても同様の効果が得られる。また、上記具体数値は例であって、それに限定されるものではない。
【０１０４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、一方の無線局から複数の光線を特定の送信角度間隔をもって送信して、他方の無線局近傍に定義した受信空間に到達する光線を探索する幾何光学的解析手法を用いた電波伝搬解析方法において、電波伝搬解析方法の処理を前処理と中処理と後処理に分割し、前処理では送信した複数の光線情報を導出して記憶装置に記憶し、中処理では解析空間を複数の小解析空間に分割し、各小解析空間別に前記小解析空間を通過する光線情報を記憶装置に記憶し、後処理では最大受信空間を含む限定小解析空間を選択し、前記記憶装置から前記限定小解析空間の光線情報を読み出し受信空間に到達する光線を探索することにより、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができるという効果が得られる。
【０１０５】
また、本発明によれば、前記中処理において、全ての光線情報の伝搬最大距離を導出し、送信角度間隔と伝搬最大距離を用いて小解析空間の寸法を導出するので、必要最小限の解析空間についてのみに探索を行うことにより、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができるという効果が得られる。
【０１０６】
さらに、本発明によれば、前記中処理において、特定の小解析空間を覆う解析空間球を導出し、前記解析空間球を前記特定の小解析空間として処理することにより、光線と小解析空間の到達判定回数を軽減できるため、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができるという効果が得られる。
【０１０７】
また、本発明によれば、前記解析空間球を通過し、かつ、前記特定の小解析空間を通過しない光線情報を前記記憶装置に記憶しない処理を行うことにより、冗長な解析空間球到達光線を排除することで、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができるという効果が得られる。
【０１０８】
さらに、本発明によれば、前記最大受信空間の設定を反射回数別に行うことにより、探索する小解析空間数を減らすことで、計算処理量を軽減して計算時間を短縮することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電波伝搬解析の前処理動作を説明するためのフローチャート、
【図２】本発明の第１の実施の形態の電波伝搬解析の中処理動作を説明するためのフローチャート、
【図３】本発明の第１の実施の形態の電波伝搬解析の後処理動作を説明するためのフローチャート、
【図４】図１の処理により記憶装置に記憶されるデータを示す図、
【図５】電波伝搬解析の計算結果のグラフ、
【図６】本発明の第１の実施の形態の解析領域を示す図、
【図７】本発明の第１の実施の形態の解析領域を複数に分割した状態を示す図、
【図８】本発明の第１の実施の形態と従来例の計算処理量を比較した図、
【図９】本発明の第２の実施の形態の電波伝搬解析の中処理動作を説明するためのフローチャート、
【図１０】本発明の第２の実施の形態の電波伝搬解析の後処理動作を説明するためのフローチャート、
【図１１】本発明の第２の実施の形態の解析領域を示す図、
【図１２】本発明の第２の実施の形態の解析領域を複数に分割した状態を示す図、
【図１３】本発明の第２の実施の形態と従来例の計算処理量を比較した図、
【図１４】本発明の第３の実施の形態の小解析空間と解析空間球を示す図、
【図１５】本発明の第３の実施の形態と従来例の計算処理量を比較した図、
【図１６】本発明の第４の実施の形態の小解析空間と解析空間球を示す図、
【図１７】本発明の第４の実施の形態と従来例の計算処理量を比較した図、
【図１８】本発明の第５の実施の形態の小解析空間と最大受信球を示す図、
【図１９】本発明の第５の実施の形態と従来例の計算処理量を比較した図、
【図２０】本発明の実施の形態における処理を実行する装置の構成を示すブロック図、
【図２１】従来例の電波伝搬解析の計算結果のグラフ、
【図２２】従来例の電波伝搬解析の処理動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
２  前処理
４  壁面方程式導出処理
５  放射光線方程式導出処理
７  反射光線方程式導出処理
10  光線情報
11  中処理
13  解析空間分割処理
14  小解析空間到達光線探索処理
17  小解析空間別光線情報
18  後処理
20  最大受信球導出処理
21  重複判定処理
23  受信球導出処理
24  到達光線探索処理
27  電界強度導出処理
29  位相合成処理
31  結果表示処理
105  記憶装置
【図１】
0004203697.tif 000006
【図２】
0004203697.tif 000007
【図３】
0004203697.tif 000008
【図４】
0004203697.tif 000009
【図５】
0004203697.tif 000010
【図６】
0004203697.tif 000011
【図７】
0004203697.tif 000012
【図８】
0004203697.tif 000013
【図９】
0004203697.tif 000014
【図１０】
0004203697.tif 000015
【図１１】
0004203697.tif 000016
【図１２】
0004203697.tif 000017
【図１３】
0004203697.tif 000018
【図１４】
0004203697.tif 000019
【図１５】
0004203697.tif 000020
【図１６】
0004203697.tif 000021
【図１７】
0004203697.tif 000022
【図１８】
0004203697.tif 000023
【図１９】
0004203697.tif 000024
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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