第552，553回URSI-F 会合資料/関東学院大学

ITU-R SG3における最近の電波伝搬技術標準化動向
佐藤 明雄
東京工科大学2011.4.22
1.
2.
2．1
2．2
2．3
2．4
3.

目次
ITU-R SG3 構成と活動の概要
各WPにおけるトピックス(2010年11月会合を中心に）
WP3J 基本伝搬
WP3K ポイント・エリア伝搬
WP3L 電離圏伝搬及び電波雑音
WP3M ポイント・ポイント伝搬
今後の課題
URSI-F 2011.4.22

1

ITU-R SG3 構成と活動の概要
電子情報通信学会 学会誌 2010年12月号
小特集
新たな時代に対応した電波伝搬技術の国際標準化活動
1. 総論 電波伝搬技術標準化への期待
東 政幸(総務省)
2. ITU-R SG3における最近の電波伝搬に関する標準化動向
佐藤明雄
3. ITU-R SG3における移動通信の時空間電波伝搬モデルに関する標準化活動
藤井輝也，表英毅，太田喜元
4. ITU-R SG3における屋外ワイヤレスアクセスの電波伝搬に関する標準化活動
北直樹，増井裕也，米澤健也，佐藤明雄
5. ITU-R SG3における屋内ワイヤレスアクセスの電波伝搬モデルに関する標準化
活動
太田喜元，山田渉，北直樹，藤井輝也
6. ITU-R SG3における固定系電波伝搬モデルとダイナミクスに関する標準化活動
前川泰之，浜口清，石井守，野崎憲朗，佐藤明雄
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2

ITU-R Study Group 構成
SG 1
SG 3
SG 4
SG 5
SG 6
SC 7

Spectrum management
Radiowave propagation
Satellite services
Terrestrial services
Broadcasting services
Science services

SG
SG 55 :: Radio
Radio wave
wave propagation
propagationinin non-ionized
non-ionized media
media

Service orientedなSG構成(SGs 4，5，6，7)
これらを支えるSG1&3

Mr. Arbesser-Rastburg (ESA)
2007～

SG
SG 33 Radiowave
Radiowave propagation
propagation
Prof. Barclay(UK) Dr. Cole(豪)
～1997
～2006
SG
6:
Radiowave
propagation
SG 6 : Radio wave propagation
inin ionizedionized media
media
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1993.111993.11 RA@Geneva
RA@Geneva

3SG3の構成 (2010.11)
ＳＧ－３：電波伝搬
議長：B. Arbesser-Rastburg (ESA) 副議長：F. Y. N. Daudu (ナイジェリア)、M. Pontes（ブラジル）、J. Wang
（米国）、C. Wilson（オーストラリア）、H. Zhu（中国）ＷＰ Sub-WG
審議項目
議長
３Ｊ：基本伝搬
M. Pontes（ブラジル）
３Ｊ１
晴天時大気の影響
D. Rogers (カナダ)
３Ｊ２
雲及び降水の影響
A. Martellucci （ESA）３Ｊ３
マッピングと統計的側面
L. Castanet （フランス）
３Ｊ４
植生と障害物の回折
P. Mckenna （米国）
３Ｋ：ポイント・エリア伝搬
R. Grosskopf（ドイツ）
３Ｋ１
サイトスペシフィックな推定法
P. Mckenna （米国）
３Ｋ２
ポイント・エリア伝搬
P. Mckenna （米国）
３Ｋ３
屋内屋外短距離伝搬
A. Sato （日本）
３Ｋ４
ミリ波アクセスシステム伝搬
M. Willis (英国)
３Ｋ５
ＵＷＢ伝搬
A. Kholod (スイス)
３Ｌ：電離圏伝搬
L. Barclay （英国）
３Ｌ１
地上波伝搬とハンドブック
L. Barclay （英国）
３Ｌ２
電波雑音，データバンクと電力線通信
D. Gaul (ドイツ)
３Ｌ３
電離圏通過伝搬
P. C. Roberto（ESA）
３Ｍ：ポイント・ポイント伝搬
C. Wilson（オーストラリア）
３Ｍ１
地上伝搬
T. Tjelta （Telenor）
３Ｍ２
衛星伝搬
M. Willis （英国）
３Ｍ３干渉伝搬
G. Feldhake （米国）
URSI-F 2011.4.22
4
３Ｍ４
データバンクA. Martelucci（ESA）

各ＷＰの審議対象
１． 非電離媒質中の電波伝搬
WP3J，3K，3M

２． 電離媒質中の電波伝搬+ 地表波伝搬 + 電波雑音
WP3L

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5非電離媒質内の伝搬(対流圏伝搬)
WP3Jと3K/3Mの主たる検討対象
・各種伝搬パラメータの検討→WP3J・伝搬特性推定法の検討→WP3K/3M
Attenuation by rain/cloudElevated layer
reflection/refraction

Hydrometeor scatter

DuctingLine-of-sight withmultipath enhancements
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6

会合登録者数推移と日本からの参加者比率
参加登録人数10080

WP3JKLMJapan60402002000

2002

25%4%0%

2004
2006
西暦

0%

2008

2010

19%

NTT
NICT/CRLYRPKDDISoftBank
日立大学
その他

13%

14%
URSI-F
25% 2011.4.22

7

入力寄書数

入力寄与文書数推移と日本寄書作成者比率
80
70
60
5040
30
20
100
2000

WP3J
K
L
M
Japan

2002

2004

2006

2008

2010

西暦

8% 2%

14%
6%

20%

12%
5%
33% URSI-F 2011.4.22

NTT
NICT/CRLYRPKDDISoftBank
日立大学
その他
8

日本寄与文書数と作成者の推移

2001～2010年(10年間)の寄書総数=107件
その他：ドコモ，NTT-AT，構造計画

2009

NTT
KDDI
SoftBank
NICT
YRP
Hitachi
大学
その他

西暦

2007
2005
2003
2001
0510
寄与文書件数URSI-F 2011.4.22

15209

SG3の研究課題および勧告とその所掌
WP3J

WP3K

WP3L

WP3M

WPs

計

課題

2

2

13

60

23

勧告数

21

922

16

876

タイトル
20THz～375THzにおける地上～衛星間方式設計に必要な伝搬データ
20THz～375THzにおける地上～衛星間方式設計に必要な推定法
地上～衛星間伝搬路におけるフェージング動特性の推定法
UWBデバイスの影響評価のための伝搬推定法
VHF～UHF帯ポイント・エリア地上システムのためのパススペ
シフィック伝搬推定法
地上FSOリンク方式設計に必要な伝搬推定法
降雨減衰差
UHF～SHF帯広帯域陸上移動通信方式のための時間・空間プロファイル推定法
地上FSOリンク方式設計に必要な伝搬データ

WP 成立
J 2003

備考
米

M

2003

米

M
K
K

2003
2007
2007

M
M
K

2007
2007
2007

欧米
英,米,
独,ス
仏
米,加日本

J
M

2007
2009

仏
10仏,英

2003年以降に成立した勧告
勧告
P.1621
P1622P.1623
P.1791
P.1812
P.1814P.1815P.1816
P.1817
P.1853

URSI-F 2011.4.22

Tropospheric attenuation time series synthesis

SG3の伝搬技術標準化を取り巻く新たな状況#539th URSI-F/2009.11

デジタル化は織り込み済みとして，さらに；◆ブロードバンド化→移動通信のSHF帯利用等，各種推定法の適用周波数拡張や共用評
価伝搬モデル検討，光波の利用(FSO)◆ネットワークのIP化→回線品質評価法の変化(年間統計からダイナミックモデルへ)，フェージ
ング動特性モデル化，新評価パラメータ(Outage Intensity等)◆ユビキタス化→検討エリアの詳細化(パスジェネラルからパススペシフィックへ)，屋内と屋外をまたぐエリア設計や干渉評価(建物侵入損失)，超短距離（UWB，RFタグ)や超長距離（太平洋越え）干渉評価◆地球温暖化(自然環境の変化)→降水現象や大気状態変動のモデル見直し(これから10年?)
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11

#539th URSI-F/2009.11

各WPのトピックスWP3Mと連携◆WP3J
FSO (Free Space Optical)→ブロードバンド化
フェードダイナミクス→NWのIP化
建物侵入損失推定法勧告化→ユビキタス化◆WP3K
パス・スペシフィック推定法→NWのユビキタス化

時間・空間プロファイル推定法→ブロードバンド化◆WP3L
長波電界強度推定法→ユビキタス化，干渉評価の広域化
雑音データベース化→ブロードバンド化◆WP3M
干渉評価伝搬モデル→ブロードバンド化による周波数共用
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12

今後の課題#539th URSI-F/2009.11◆WP3J
・フェードダイナミクス関連項目の勧告化が進む．
日本としては自前の検討結果を持っていないので検証・評価において積極的な貢献が困難．
◆WP3K
・時・空間モデル化
時間，空間プロファイル推定モデルについては一段落し，いわゆる時・空間伝搬モデルへの発展が望まれる．
・伝搬モデルの高精度化(パススペシフィック化も含んで)長距離から短距離まで移動・アクセス系システムにおける干渉評価の重要性が増す．距離によって影響するパラメータの選択方法に対する適正化の検討要．
◆WP3L・長距離電界強度推定法
実測による検証と勧告改訂への反映
・雑音
データバンクの充実に伴い，計算方法の検討などの一般化．インパルス性雑音評価法の検討◆WP3M・干渉評価モデル
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13
共用ケースが増えるとP.452の重要性が増し，いくつか不備な点の改善要．

Erice/Sicily/Italy

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14

WP3J(基本伝搬)関連◆ 3J1「晴天時大気の影響」
大気ガス吸収に関する勧告P.676の改訂案
積分水蒸気量推定法勧告P.840，P.836改訂案◆ 3J2「雲および降水の影響」

WRPM (Wide Range Propagation Model)の降水モデル
冬期降水における動特性(情報文書/日本)◆ 3J3「グローバルマッピングと統計的側面」

積分水蒸気量のマップ
降雨強度推定勧告P.837の高緯度地域での誤差増加への対処
降雨減衰時系列モデル勧告P.1853(3M2と共同)◆ 3J4「植生と障害物の回折」

回折損失関連勧告P.526，デジタル地形データ評価
植生による損失関連勧告P.833
建物侵入損失勧告化作業(推進寄書/日本)
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15

Zenith Attenuation Comparison，Rec.P.676
Information only

[1] H. J. Liebe, G. A. Hufford, and M. G. Cotton, Propagation Modeling of Moist Air and Suspended
Water/Ice Particles at Frequencies Below 1000 GHz, AGARD Meeting on Atmospheric Propagation
Effects through Natural and Man-Made Obscurants for Visible to MM-Wave Radiation; May, 1993.
[2] M. Yu. Tretyakov, Ma. Koshelev, V.V. Dorovskikh, D.S. Makorov and P.W. Rosenkranz, 60 GHz
oxygen band: precise broadening and central frequencies of fine-structure lines, absolute absorption
profiles at atmospheric pressure, and revision of mixing coefficients, Journal of Molecular Spectroscopy,
231 (2005), pp. 1-14.
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16

回折損計算に用いる地形データの影響評価
From Doc.3J/131
Filed strength prediction (area 289 x 260 km) for the high power UHF TV

SRTM

ASTER

STRM(Shuttle Radar Topography Mission)
2000年にスペースシャトルで実施された地表面レーダー観測に基づくデータ．北ア
メリカは約30m，それ以外の地域は約90m毎の水平距離間隔．
ASTER(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer)
NASAとMETI(日本)で作成した衛星搭載ステレオカメラ観測に基づくデータ．約30m毎のデータ間隔．
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METI ：Ministry of Economy, Trade and industry

17

New recommendation ITU-R P.[material_effect]
Timeline for activities related to the new Recommendation
Contributions

OutputTotal
number ofpages

NoteTwo parts

Year

WP 3J

WP 3K

WP 3M

Chairman'sReport

2001

3J/13

3K/15

3M/26

3J/30

App. 30, 31

93J/27

3K/16

3J/42

3K/51

3J/56

App. 22

14

3K/11

3J/33

Ann. 28

37

3K/46

3J/78

Ann. 15

423J/112Ann. 2240

Carry forward
Additional part only

2002

3J/43
2003

3J/10
3J/14
3J/21

2004

3J/48

2005
2006

3J/127

3K/1283J/159Ann. 922007

3J/172

3K/164

3J/193

Ann.7

43

2008

3J/28

3K/28

3J/55

Ann. 1053

3J/104

Ann. 1

54

3J/30
3J/37
2009

3J/81

3K/80

3M/91

URSI-F 2011.4.22

Incl. cover page18

WP3K(ポイント・エリア伝搬)関連◆ 3K1「パススペシフィック伝搬」
勧告P.1812の改訂案→回折損計算法◆ 3K2「パスジェネラル伝搬」
勧告P.1546の改訂
航空移動伝搬勧告P.528の早急な改訂→CG設置/645MHz-862MHzの放送と航空無線航法サービスの共用検討◆ 3K3「屋内・屋外短距離伝搬」
屋外短距離伝搬勧告P.1411改訂
時空間伝搬勧告P.1816改訂
屋内伝搬勧告P.1238改訂◆ 3K4「広帯域アクセスシステム伝搬」
勧告P.1410改訂案→ハイトゲイン(日本)+ルートダイバーシチ(UK等)
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19P.1411 Table 1 Physical operating environments – Propagation impairments
Environment

Description and propagation impairments of concern

Urban very
high-rise– Busiest urban deep canyon, characterized by streets lined with high buildings over ten floors
which results in an urban deep canyon– High dense buildings and skyscraper interleave each other which yield to the rich scattering
propagation paths in NLoS
– Rows of tall buildings provide the possibility of very long path delays– Heavy traffic vehicles and high flowrate visitors in the area act as reflectors adding Doppler shift
to the reflected waves– Trees beside the streets provide dynamic shadowing

Urban high-rise– Urban canyon, characterized by streets lined with tall buildings of several floors each
– Building height makes significant contributions from propagation over roof-tops unlikely– Rows of tall buildings provide the possibility of long path delays– Large numbers of moving vehicles in the area act as reflectors adding Doppler shift to thereflected waves

Urban/suburban
low-rise– Typified by wide streets– Building heights are generally less than three stories making diffraction over roof-top likely– Reflections and shadowing from moving vehicles can sometimes occur– Primary effects are long delays and small Doppler shifts

Residential– Single and double storey dwellings– Roads are generally two lanes wide with cars parked along sides– Heavy to light foliage possible– Motor traffic usually light

Rural– Small houses surrounded by large gardens– Influence of terrain height (topography)– Heavy to light foliage possible
URSI-F 2011.4.22– Motor traffic sometimes high20

P.1411 new section11
Propagation data and prediction methods for the path morphology approach
11.1 Classification of path morphology
In the populating area except rural area, the path morphology for wireless channels can be classified into 9
categories as shown in Table 14. The classification is fully based on real wave-propagation environment, by
analyzing building height and density distribution for various representative locations using GIS(Geographic Information System) database.
TABLE 14Classification of path morphologies along a MIMO channel
Path morphology
High rise(above 25 m)

Middle rise(12m ~ 25m)

Low rise(below 12 m)

densityHigh density (HRHD)

above 35 %Middle density (HRMD)

20 ~ 35 %Low density (HRLD)

below 20 %High density (MRHD)

above 35 %Middle density (MRMD)

20 ~ 35 %Low density (MRLD)

below 20 %High density (LRHD)

above 35 %Middle density (LRMD)

20 ~ 35 %Low density (LRLD)

below 20 %11.2 Path-loss model
The path-loss model in this recommendation is given by
PL[dB] = PL0+10*n*log10(d[m])+S (67)PL0[dB] = -27.5+20*log10(f[MHz]) (68)
where, n is the path loss exponent and S is therandom
scatter around the regression line.
URSI-F2011.4.22
The standard deviation of S is denoted as.......

21

Path-loss parameters for 9 path morphologies
Path morphology

Transmitting
antenna height[m]Averagebuilding
density [%]

nHRHD

5040

3.595

22.25

HRMD

5030

3.505

18.46

HRLD

50

20

3.214

18.96

MRHD

3040

3.342

21.37

MRMD

3030

3.272

31.28

MRLD

30

20

2.969

20.54

LRHD

2040

3.244

22.51

LRMD

2030

2.925

20.07

LRLD

2020

2.672

19.65

σs

P.1411のMIMO伝搬モデルをどうするか今後検討要URSI-F 2011.4.22

22

WP3L(電離圏伝搬および電波雑音)関連◆ 3L1「地表波伝搬およびハンドブック」

大地導電率ワールドマップ勧告P.832の改訂案
地表波伝搬推定法新レポート案◆ 3L2「電波雑音とデータバンク，電力線通信」

PLT関連
電波雑音データバンク→充実推進(日本，ドイツ)

Doc.3L/72◆ 3L3「電離圏通過伝搬」

電離圏シンチレーション勧告P531改訂
電離層電子密度モデル

URSI-F 2011.4.22

23

Map of Ground Conductivity for
the United Kingdom of GreatBritain and Northern Ireland
Recommendation ITU-R P.832-2

URSI-F 2011.4.22

24

Outdoor noise data in VHF/UHF bands measured in Japan
Combinations of BPF and LNA for each measured frequency bands

Example of a measurement siteMeasurement system
Antenna

NoFrequency
band(MHz)BPF[Telonic Berkley][TTF series]

1121

2163

TTF125-5-5EE
Loss:0.8~0.7dB

3222

42515322

642375188783

9953

TTF250-5-5EE
Loss:0.9~0.8dB
TTF500-5-5EE
Loss:1.7~1.4dB
TTF1000-5-5EE
Loss:0.7~0.6dB

LNA[CERNEX][CNLU series]
CNLU3U42010
Gain:25.7~25.5dB
NF:0.90~0.78dB
CNLU7U82010
Gain:25.4~25.8dB
NF:0.77~0.76dB
CNLU9U92010
Gain:25.9~25.1dB
NF:0.55~0.57dB

BPF: Band Pass Filter
LNA: Low Noise Amp
Anritsu MS2690A1 was used as a Spectrum Analyzer.

BPFLNAURSI-F 2011.4.22
SpectrumPCAnalyzer

2525

Result of radio noise measured in Residential area in Japan
Document 3L/68

Fa [dB above kT0b]

40

Fa (each hour, all location)Median Fa
ITU-R P.372 Residential
System noise level30
Fa (each hour, all location)

20
MedianF

10

ITU-R P.372
Residential System NoiseLevel

0100

1000
Frequency [MHz]URSI-F 2011.4.22

2626

WP3M(ポイント・ポイント伝搬)関連◆ 3M1「地上回線伝搬」
地上回線伝搬損失推定法勧告P.530の改訂案
OI(Outage Intensity)推定法→簡易推定法が提案見通し外伝搬特性勧告P.617の対流圏散乱→気候区分見直し
FSOとミリ波併用→データ例の更新
WRPM (Wide Range Propagation Model)◆ 3M2「衛星回線伝搬」
地上-衛星間伝搬損失推定法勧告P.618の改訂
移動衛星伝搬損失推定法勧告P.681の改訂，遮蔽角
降雨減衰時系列モデル勧告P.1853(3J2と共同)
飛翔体に対する伝搬，UAV (Unmanned Aerial Vehicle)，新Q◆ 3M3「干渉波伝搬」
干渉推定勧告P.452改訂，クラッタ
干渉ハンドブック◆ 3M4「データバンク」
データバンク入力
データテーブル見直し

URSI-F 2011.4.2227

UAV(Unmanned Aerial Vehicles)に対する伝搬特性推定法
・V/UHF帯～Ka帯のLOSおよびNLOS伝搬・対流圏内を飛行するために高い周波数帯では降雨域のサイズや形状等が影響・低仰角では地形の反射や大気屈折率変動によるフェージングも影響
新研究課題

Synthesized rain field at midscale showing several rain cellswith realistic spatial correlation

URSI-F 2011.4.22

28

NEW RECOMMENDATION ITU-R P.[WRPM]
WRPM：Wide range propagation model
・30 MHz - 50 GHz
・Times from 0-100% of the average year (below 0.001% or above99.999%)
・Both availability and interference
・Step by step procedure for a computer program
・Covering the large range of frequencies and path lengths with asingle model without any discontinuities

URSI-F 2011.4.22

29

The overall model structure
Multipath/focusing

Rain +delta gas

Non-rainygas

E - Mutually exclusive
C – Correlated
U – Un-correlated
S – Scalar (gain/loss)

E
DiffractionCS
Non-rainygas

DuctingCS
Rain +delta gas

Troposcatter

Sporadic E

U

Non-rainy gas

US

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30

Digital maps
Refractivity
Median value of DN
DN Superior-Slope
DN Sub-Slope
Refractivity gradient (65m, 0.01%)
Rain
Probability of rain in 6 hours (Pr6)
Mt
Beta
Zero degree isotherm height (h0)Water vapour
Median surface water vapour density
Troposcatter
Troposcatter climate zone
Sporadic E
Median value of FoEs
Not exceeded 10% value of FoEs
Not exceeded 1% value of FoEs
Not exceeded 0.1% value of FoEs

DN_Median.txt
DN_SupSlope.txt
DN_SubSlope.txt
dndz_01.txt

Presented at last SG3 meeting
Presented at last SG3 meeting
Presented at last SG3 meeting
P.453, SG3 Database

Esarain_Pr6_v5.txt
Esarain_Mt_v5.txt
Esarain_Beta_v5.txt
Esa0height.txt

P.837, SG3 Database
P.837, SG3 Database
P.837, SG3 Database
P.839, SG3 Database

Surfwv_50.txt

P.836, SG3 Database

ClimateData.txt

NewFoEs50.txt
FoEs10.txt
FoEs01.txt
FoEs0.1.txt

Presented at last SG3 meeting
Presented at last SG3 meeting
Presented at last SG3 meeting
Presented at last SG3 meeting

URSI-F 2011.4.22

31

3M/125: Index of information documents
3M/126: Modelling of propagation close to the surface of the Earth
3M/127: Development of the ducting and layer reflection model
3M/128: Development of the tropospheric scatter model
3M/129: Development of the sporadic-E model
3M/130: Development of the precipitation model
3M/131: Development of the gaseous absorption model
3M/132: Dealing with non-monotonicity in statistical propagation models
3M/133: Overall model structure and statistical correlations of the submodels
3M/134: Comparison with measurements and current ITU-R models
3M/135: Development of the multipath fading model
URSI-F 2011.4.22

32

3M/133

Model structure and statistical correlations of the sub-models

Hemsby ΔN-rain results

PDF
0.14
0.12(a) Rain (blue) andno-rain (red) PDFs

0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
00102030

4050
Delta N

6070805560
Delta N

657090100

Rain rate (mm/hr)
98765(b) Rain rate against ΔN

432102530354045

URSI-F 2011.4.22

5075808533

今後の課題◆WP3J
・フェードダイナミクス関連項目の勧告化が進む．
・建物侵入損失推定法勧告化の推進◆WP3K
・時・空間モデル化
発展期．(P.1411のMIMO伝搬モデルの扱い)
・伝搬モデルの高精度化(パススペシフィック化も含んで)◆WP3L
・長距離電界強度推定法
実測による検証と勧告改訂への反映
・雑音
データバンクの充実に伴い，計算方法の検討などの一般化．インパルス性雑音評価法の検討◆WP3M
・干渉評価モデル
共用ケースが増えるとP.452の重要性が増し，いくつか不備な点の改善要．
・WRPMの新勧告→検証等で関わる必要あり．従来のP.530，P.618，P.452を統合する方向性にある．WP3J，3Kや3Lにも関わってくる．
URSI-F 2011.4.2234

URSI-F 2011.4.2235