特開 2023-146582 電波ハイトパターン推定装置、電波ハイトパターン推定方法および推定プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023146582

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】電波ハイトパターン推定装置、電波ハイトパターン推定方法および推定プログラム

(51)【国際特許分類】

   H04W 16/18 20090101AFI20231004BHJP

   H04B 17/391 20150101ALI20231004BHJP

【ＦＩ】

H04W16/18 110

H04B17/391

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022053823

(22)【出願日】2022-03-29

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 宮本直及び藤井威生、「３次元電波マップ構築のためのハイトパターン推定手法の検討」、２０２２年 電子情報通信学会総合大会 通信講演論文集１、Ｂ－１７－４、４９８頁、電子情報通信学会、令和４年３月１日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 宮本直及び藤井威生、「周波数共用のための電波マップと３次元地図情報を用いた干渉電力推定手法」、２０２２年３月 電子情報通信学会信学技報、ｖｏｌ．１２１、ｎｏ．３９２、ＳＲ２０２１－９３、ｐｐ．３６－４１、電子情報通信学会、令和４年２月２３日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度 情報通信研究機構 Ｂｅｙｏｎｄ５Ｇ研究開発促進事業 Ｂｅｙｏｎｄ５Ｇ機能実現型プログラム 一般課題 委託研究 産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】100205350

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 芳正

(74)【代理人】

【識別番号】100117617

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭策

(72)【発明者】

【氏名】宮本 直

(72)【発明者】

【氏名】藤井 威生

【テーマコード（参考）】

5K067

【Ｆターム（参考）】

5K067EE02

(57)【要約】

【課題】電波ハイトパターンを精度よく推定する。
【解決手段】推定部（６２２）は、所定の領域（２）の地上における受信電力強度の分布を表す電波平面マップデータ（３０）と、この領域における構造物（２４０）の高さの分布を表す構造物高さマップデータとに基づいて、この領域の所定の高さにおける受信電力強度の分布を表す電波ハイトパターンを推定する。推定部は、構造物高さマップデータおよび電波平面マップデータに基づいて、送信アンテナ（２１）から注目位置までの支配的伝搬路が、直接波が支配的に伝搬する直接パス、反射波が支配的に伝搬する反射パスまたは回折波が支配的に伝搬する回折パスのいずれであるかを判定する。推定部は、電波平面マップデータから読み出される、注目位置の地上における受信電力強度と、支配的伝搬路とに基づいて、注目位置における受信電力強度を推定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の領域の地上における受信電力強度の分布を表す電波平面マップデータと、前記領域における構造物の高さの分布を表す構造物高さマップデータとに基づいて、前記領域の所定の高さにおける受信電力強度の分布を表す電波ハイトパターンを推定する推定部と、
前記電波ハイトパターンを表す情報を外部に出力する出力部と
を備え、
前記推定部は、
前記構造物高さマップデータおよび前記電波平面マップデータに基づいて、送信アンテナから注目位置までの支配的伝搬路が、直接波が支配的に伝搬する直接パス、反射波が支配的に伝搬する反射パスまたは回折波が支配的に伝搬する回折パスのいずれであるかを判定し、
前記電波平面マップデータから読み出される、前記注目位置の前記地上における前記受信電力強度と、前記支配的伝搬路とに基づいて、前記注目位置における前記受信電力強度を推定する
電波ハイトパターン推定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電波ハイトパターン推定装置において、
前記推定部は、
前記構造物高さマップデータに基づいて、前記送信アンテナから前記注目位置の地上地点までの間に存在する構造物を探索し、
前記構造物のいずれによっても、前記送信アンテナから前記注目位置の前記地上地点までの直線が遮られないとき、前記直接パスを前記支配的伝搬路として判定し、
前記構造物のいずれかが、前記送信アンテナから前記注目位置の前記地上地点までの直線を遮るとき、前記送信アンテナから前記注目位置の前記地上地点に到達する前記回折波および前記反射波のうち、受信電力がより強い方の電波が伝搬する伝搬路を前記支配的伝搬路として判定する
電波ハイトパターン推定装置。

【請求項3】

請求項２に記載の電波ハイトパターン推定装置において、
前記推定部は、
前記構造物のうち、電波を遮蔽する度合いを表すクリアランス係数が最も高い構造物である主要構造物を探索し、
前記送信アンテナから受信アンテナまでの仮想的な直線から、前記主要構造物の天面において回折が発生する第１エッジまでの第１距離と、前記主要構造物の側面において回折が発生する第２エッジまでの第２距離とのうち、より短い方の距離に基づいて前記クリアランス係数を算出する
電波ハイトパターン推定装置。

【請求項4】

請求項２または３に記載の電波ハイトパターン推定装置において、
前記推定部は、前記支配的伝搬路が前記直接パスであるとき、
前記電波平面マップデータから、前記注目位置の前記地上地点における前記受信電力強度を読み出し、
読み出した前記地上地点の前記受信電力強度を、前記注目位置の前記受信電力強度として推定する
電波ハイトパターン推定装置。

【請求項5】

請求項３に記載の電波ハイトパターン推定装置において、
前記推定部は、前記支配的伝搬路が前記回折パスであるとき、前記クリアランス係数に基づいて算出する第２推定受信電力を、前記受信電力強度として推定する
電波ハイトパターン推定装置。

【請求項6】

請求項５に記載の電波ハイトパターン推定装置において、
前記推定部は、前記支配的伝搬路が前記反射パスであるとき、前記支配的伝搬路が前記回折パスであるときの前記第２推定受信電力に所定の反射パス電力を加えた第３推定受信電力を、前記受信電力強度として推定し、
前記第２推定受信電力と前記反射パス電力との比率は、前記注目位置の高さに対して一定である
電波ハイトパターン推定装置。

【請求項7】

所定の領域の地上における受信電力強度の分布を表す電波平面マップデータと、前記領域における構造物の高さの分布を表す構造物高さマップデータとに基づいて、前記領域の所定の高さにおける受信電力強度の分布を表す電波ハイトパターンを推定することと、
前記電波ハイトパターンを表す情報を外部に出力することと
を含み、
前記推定することは、
前記構造物高さマップデータおよび前記電波平面マップデータに基づいて、送信アンテナから注目位置までの支配的伝搬路が、直接波が支配的に伝搬する直接パス、反射波が支配的に伝搬する反射パスまたは回折波が支配的に伝搬する回折パスのいずれであるかを判定することと、
前記電波平面マップデータから読み出される、前記注目位置の前記地上における前記受信電力強度と、前記支配的伝搬路とに基づいて、前記注目位置における前記受信電力強度を推定することと
を含む
電波ハイトパターン推定方法。

【請求項8】

演算装置に実行させることによって所定の処理を実現するための推定プログラムであって、
前記処理は、
所定の領域の地上における受信電力強度の分布を表す電波平面マップデータと、前記領域における構造物の高さの分布を表す構造物高さマップデータとに基づいて、前記領域の所定の高さにおける受信電力強度の分布を表す電波ハイトパターンを推定することと、
前記電波ハイトパターンを表す情報を外部に出力することと
を含み、
前記推定することは、
前記構造物高さマップデータおよび前記電波平面マップデータに基づいて、送信アンテナから注目位置までの支配的伝搬路が、直接波が支配的に伝搬する直接パス、反射波が支配的に伝搬する反射パスまたは回折波が支配的に伝搬する回折パスのいずれであるかを判定することと、
前記電波平面マップデータから読み出される、前記注目位置の前記地上における前記受信電力強度と、前記支配的伝搬路とに基づいて、前記注目位置における前記受信電力強度を推定することと
を含む
推定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電波ハイトパターン推定装置、電波ハイトパターン推定方法および推定プログラムに関し、例えば、無線通信環境の推定に好適に利用できるものである。

【背景技術】

【0002】

任意の領域に含まれる複数の地点における所定の送信アンテナから届く電波の電力強度の測定値を蓄積して統計化した電波マップを作成する技術がある。このような電波マップを作成するために電力強度の測定を行うとき、センサ端末は地上または地上から数メートルの高さに配置されていることが一般的である。

【0003】

近年では、建物の上層階などにおける、セルラーシステムの三次元的かつ稠密なセル展開が求められている。また、無線端末を搭載して屋外の上空を飛行するドローンなどの普及も見込まれている。このような理由から、高さ方向における電力強度の分布を表す電波ハイトパターンのデータに対する需要が高まっている。しかし、このようなデータを実測によって取得することは困難である。

【0004】

上記に関連して、非特許文献１（Ｍ．Ｈａｔａ、「Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｉｎ ｌａｎｄ ｍｏｂｉｌｅ ｒａｄｉｏ ｓｅｒｖｉｃｅｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｖｅｈ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、ｖｏｌ．ＶＴ－２９、ｎｏ．３、ｐｐ．３１７－３２５、１９８０年８月）には、経験測に基づく伝搬モデルが開示されている。経験測に基づく伝搬モデルは、通常、簡易的な回帰分析によってモデル化され、伝搬距離、中心周波数、アンテナ高、通信環境などから、距離減衰特性を推定できる。しかし、同モデルは構造物や地形の影響による場所固有の伝搬損失値変動（シャドウィング変動）を考慮していないため、真の受信電力値に対する平均二乗誤差は、高々８ｄＢ程度であることが報告されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Ｍ．Ｈａｔａ，「Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｉｎ ｌａｎｄ ｍｏｂｉｌｅ ｒａｄｉｏ ｓｅｒｖｉｃｅｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｖｅｈ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、ｖｏｌ．ＶＴ－２９、ｎｏ．３、ｐｐ．３１７－３２５、１９８０年８月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記状況に鑑み、本開示は、電波ハイトパターンを精度よく推定するための電波ハイトパターン推定装置、電波ハイトパターン推定方法および推定プログラムを提供することを目的の１つとする。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

【0008】

一実施の形態によれば、電波ハイトパターン推定装置（６）は、推定部（６２２）と、出力部（６２３）とを備える。推定部（６２２）は、所定の領域（２）の地上における受信電力強度の分布を表す電波平面マップデータ（３０）と、この領域（２）における構造物（２４０）の高さの分布を表す構造物高さマップデータとに基づいて、この領域（２）の所定の高さにおける受信電力強度の分布を表す電波ハイトパターンを推定する。出力部（６２３）は、電波ハイトパターンを表す情報を外部に出力する。推定部（６２２）は、構造物高さマップデータおよび電波平面マップデータ（３０）に基づいて、送信アンテナ（２１）から注目位置までの支配的伝搬路が、直接波が支配的に伝搬する直接パス、反射波が支配的に伝搬する反射パスまたは回折波が支配的に伝搬する回折パスのいずれであるかを判定する。推定部（６２２）は、電波平面マップデータ（３０）から読み出される、注目位置の地上における受信電力強度と、支配的伝搬路とに基づいて、注目位置における受信電力強度を推定する。

【0009】

一実施の形態によれば、電波ハイトパターン推定方法は、所定の領域（２）の地上における受信電力強度の分布を表す電波平面マップデータ（３０）と、この領域（２）における構造物（２４０）の高さの分布を表す構造物高さマップデータとに基づいて、この領域（２）の所定の高さにおける受信電力強度の分布を表す電波ハイトパターンを推定すること（Ｓ０１～Ｓ１０）と、電波ハイトパターンを表す情報を外部に出力すること（Ｓ１１）とを含む。推定すること（Ｓ０１～Ｓ１０）は、構造物高さマップデータおよび電波平面マップデータ（３０）に基づいて、送信アンテナ（２１）から注目位置までの支配的伝搬路が、直接波が支配的に伝搬する直接パス、反射波が支配的に伝搬する反射パスまたは回折波が支配的に伝搬する回折パスのいずれであるかを判定すること（Ｓ０４～Ｓ０９）と、電波平面マップデータ（３０）から読み出される、注目位置の地上における受信電力強度と、支配的伝搬路とに基づいて、注目位置における受信電力強度を推定すること（Ｓ１０）とを含む。

【0010】

一実施の形態によれば、推定プログラムは、演算装置（６２）に実行させることによって所定の処理を実現するためのものである。この処理は、所定の領域（２）の地上における受信電力強度の分布を表す電波平面マップデータ（３０）と、この領域（２）における構造物（２４０）の高さの分布を表す構造物高さマップデータとに基づいて、この領域（２）の所定の高さにおける受信電力強度の分布を表す電波ハイトパターンを推定すること（Ｓ０１～Ｓ１０）と、電波ハイトパターンを表す情報を外部に出力すること（Ｓ１１）とを含む。推定すること（Ｓ０１～Ｓ１０）は、構造物高さマップデータおよび電波平面マップデータ（３０）に基づいて、送信アンテナ（２１）から注目位置までの支配的伝搬路が、直接波が支配的に伝搬する直接パス、反射波が支配的に伝搬する反射パスまたは回折波が支配的に伝搬する回折パスのいずれであるかを判定すること（Ｓ０４～Ｓ０９）と、電波平面マップデータ（３０）から読み出される、注目位置の地上における受信電力強度と、支配的伝搬路とに基づいて、注目位置における受信電力強度を推定すること（Ｓ１０）とを含む。

【発明の効果】

【0011】

一実施の形態によれば、電波ハイトパターンを精度よく推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、電波ハイトパターン推定システムの一構成例を示す図である。

【図2】図２は、一実施の形態による電波ハイトパターン推定装置の一構成例を示すブロック回路図である。

【図3A】図３Ａは、一実施の形態による電波ハイトパターン推定方法の処理の一例を示すフローチャートの一部である。

【図3B】図３Ｂは、一実施の形態による電波ハイトパターン推定方法の処理の一例を示すフローチャートの一部である。

【図4A】図４Ａは、一実施の形態による、送信装置からの電波について地上で測定されたＲＳＲＰをヒートマップで表す電波平面マップデータの一例を示す図である。

【図4B】図４Ｂは、一実施の形態による、構造物の高さをヒートマップで表す構造物高さマップデータの一例を示す図である。

【図5】図５は、一実施の形態における見通し環境の距離減衰特性について説明するための図である。

【図6】図６は、一実施の形態における、構造物の上に配置された送信アンテナと、地上の受信アンテナとを結ぶ仮想的な直線を所定の間隔で区切った複数の地点について説明するための図である。

【図7】図７は、一実施の形態においてクリアランス係数を算出するために用いるパラメータの関係について説明するための図である。

【図8】図８は、一実施の形態において、送信アンテナから注目位置まで見通せない場合について説明するための図である。

【図9】図９は、一実施の形態において、送信アンテナから注目位置まで見通せる場合について説明するための図である。

【図10A】図１０Ａは、一実施の形態による電波平面マップデータを生成した領域の一例を示す図である。

【図10B】図１０Ｂは、一実施の形態による受信電力強度の測定を行った領域における構造物高さマップデータを示す図である。

【図11】図１１は、図１０Ａの地上測定ルート上で、１つの送信装置からの受信電力を測定して生成した電波平面マップデータの一例を示す図である。

【図12】図１２は、一実施の形態による電波ハイトパターン推定方法を用いて、同一の建物の複数の階で受信電力強度を測定した結果を示すグラフの一例である。

【図13】図１３は、電波ハイトパターンの推定結果および測定結果の誤差について、一実施の形態による電波ハイトパターン推定方法と、他の推定方法とを比較した結果を示すグラフの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

添付図面を参照して、本開示による電波ハイトパターン推定装置、電波ハイトパターン推定方法および推定プログラムを実施するための形態を以下に説明する。

【0014】

（実施の形態）
図１に示すように、一実施の形態による電波ハイトパターン推定システム１は、電波マップデータベース４と、構造物高さマップデータベース５と、電波ハイトパターン推定装置６とを含む。本開示における高さは、標高や海抜などであってもよいが、いずれの場合も同一の基準に基づく高さである。

【0015】

電波マップデータベース４は、電波平面マップデータ３０を格納しており、電波ハイトパターン推定装置６に電波平面マップデータ３０を提供する。電波平面マップデータ３０は、送信アンテナ２１Ａ、２１Ｂから送信された電波を所望の領域２の内側に配置されたセンサ端末２２が受信してその電力強度を測定した位置と、測定された平均受信電力強度との対応関係を表す。電波平面マップデータ３０は、測定位置と、受信電力強度の測定値とを対応付けた測定データ２０を、それぞれのセンサ端末２２からデータベースサーバ３へ集約し、データベースサーバ３が蓄積および統計化することで生成される。複数の送信アンテナ２１Ａ、２１Ｂのそれぞれについて、異なる電波平面マップデータ３０Ａ、３０Ｂを生成する。一般的に、受信電力強度を測定するセンサ端末２２は、地上または地上から数メートルの高さに配置されている。したがって、電波平面マップデータ３０は、地上または地上から数メートルの高さにおいて受信される電波の電力強度の平面分布を示す。電波平面マップデータ３０は、領域２における受信電力強度を、領域２をメッシュ状に分割した複数の小領域のそれぞれにおける受信電力強度の平均値の平面分布として表す。生成された電波平面マップデータ３０は、電波マップデータベース４に格納される。以降、送信アンテナ２１Ａ、２１Ｂを区別しないとき、これらを送信アンテナ２１と総称する。

【0016】

構造物高さマップデータベース５は、構造物高さマップデータを格納しており、電波ハイトパターン推定装置６に構造物高さマップデータベース５を提供する。構造物高さマップデータベース５は、領域２の内側に存在して送信アンテナ２１から送信された電波の伝搬を遮る可能性のある建物などの構造物の位置および高さを表す。構造物高さマップデータは、構造物の高さ、形状、位置および地形が記録された地図情報である。構造物情報は、Ｇｅｏｓｈａｐｅ形式などのベクタデータで記録されているものであり、任意の地点に位置する構造物の高さ、頂点座標を取得できる。また、地形情報は、Ｇｅｏｔｉｆｆ形式などのラスタデータで記録されているものであり、任意の座標における標高を取得できるものである。構造物高さマップデータは、図示しないコンピュータなどによって生成されて、構造物高さマップデータベース５に格納される。なお、上記の構造物高さマップデータの構成は一例にすぎず、同様のデータを含む限り、一実施の形態を限定しない。

【0017】

電波ハイトパターン推定装置６は、電波マップデータベース４から提供される電波平面マップデータ３０と、構造物高さマップデータベース５から提供される構造物高さマップデータとに基づいて、領域２の所望の高さにおける受信電力強度の分布を表す電波ハイトパターンを推定する。

【0018】

図２に示すように、一実施の形態による電波ハイトパターン推定装置６は、例えば、コンピュータとして構成されてもよい。図２の例において、電波ハイトパターン推定装置６は、バス６１と、演算装置６２と、記憶装置６３と、通信装置６４と、入出力装置６５とを備えている。バス６１は、演算装置６２、記憶装置６３、通信装置６４および入出力装置６５を、相互に通信可能に接続するように構成されている。

【0019】

演算装置６２は、通信部６２１と、推定部６２２と、出力部６２３とを備える。記憶装置６３は、推定プログラムを格納する推定プログラム記憶部６３１を備える。演算装置６２は、推定プログラムを実行することによって、通信部６２１、推定部６２２および出力部６２３の処理を実現する。通信部６２１、推定部６２２および出力部６２３のそれぞれは、演算装置６２と記憶装置６３とが協働して処理を実現する仮想的な機能ブロックである。通信部６２１、推定部６２２および出力部６２３が実現する処理の詳細については、後述する。

【0020】

推定プログラムは、記録媒体６３０から読み出されて推定プログラム記憶部６３１に格納されてもよい。記録媒体６３０は、非一時的で有形の媒体（non-transitory and tangible media）であってもよい。

【0021】

通信装置６４は、電波マップデータベース４および構造物高さマップデータベース５からそれぞれ電波平面マップデータ３０および構造物高さマップデータを受信する。受信された電波平面マップデータ３０および構造物高さマップデータは、記憶装置６３に格納されてもよい。推定プログラムは、通信装置６４を介して外部から取得されて推定プログラム記憶部６３１に格納されてもよい。

【0022】

入出力装置６５は、使用者に情報を出力し、使用者が入力する操作を受け付ける。一例として、入出力装置６５は、画像を出力する表示装置、音声を出力するスピーカー、音声入力を受け付けるマイクロフォン、押下操作を受け付けるボタン、キー入力操作を受け付けるキーボード、タッチ操作を受け付けるとともに画像の出力を行うタッチパネルなどを含む。

【0023】

図３Ａおよび図３Ｂのフローチャートを参照して、一実施の形態による電波ハイトパターン推定方法の処理の一例について説明する。なお、一実施の形態による推定プログラムは、演算装置６２に実行させることによって図３Ａおよび図３Ｂのフローチャートの処理を実現するように構成されてもよい。

【0024】

一実施の形態による電波ハイトパターン推定方法は、電波ハイトパターン推定装置６が起動したときに開始してもよい。図３Ａおよび図３Ｂのフローチャートが開始すると、図３ＡのステップＳ０１が実行される。

【0025】

ステップＳ０１において、電波ハイトパターン推定装置６の通信部６２１が、注目位置の地上における平均受信電力のデータを取得する。ここで、注目位置とは、所望の送信アンテナ２１からの受信電力強度を推定したい所望の位置であり、例えば、緯度と、経度と、高さとで特定される。より詳細には、通信部６２１が、通信装置６４を制御して電波マップデータベース４から電波平面マップデータ３０を受信し、注目位置の下方にある地上の地点を含むメッシュで測定された受信電力強度の平均値を表すデータを、電波平面マップデータ３０から読み出す。図４Ａは、送信装置ＴＸからの電波について地上で測定されたＲＳＲＰ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｐｏｗｅｒ：基準信号受信電力）をヒートマップで表す電波平面マップデータ３０の一例を示す図である。ここで、注目位置の高さは、送信アンテナ２１に係る電波平面マップデータ３０を作成するときに受信電力強度を測定したセンサ端末２２が位置していた高さとは異なってもよい。

【0026】

通信部６２１は、ステップＳ０１において、送信アンテナ２１と注目位置の地上地点との間に存在する構造物の高さを表す構造物高さマップデータをさらに取得してもよい。図４Ｂは、構造物の高さをヒートマップで表す構造物高さマップデータの一例を示す図である。

【0027】

ステップＳ０１の後、図３ＡのステップＳ０２が実行される。ステップＳ０２において、電波ハイトパターン推定装置６の推定部６２２が、見通し環境の距離減衰特性モデルを算出する。より詳細には、送信アンテナ２１と注目位置の地上地点との間に電波の伝搬を遮るような構造物が存在せず、送信アンテナ２１から注目位置まで見通せる仮想的な環境において、この電波の電力強度が伝搬距離に応じて減衰する特性モデルを、推定部６２２が算出する。

【0028】

一実施の形態では、送信アンテナ２１として、垂直面指向性が比較的鋭いセクタアンテナを想定する。送信アンテナ２１の正確なアンテナ特性や実際のチルト角などのパラメータが非開示であったとしても、距離減衰特性を上記のようにモデル化できることについて説明する。

【0029】

図５に示すように、送信アンテナ２１から送信された電波が見通し環境で伝搬して地面２００の地点で受信されるときの距離減衰特性を、以下の「数１」式のように算出する。

【0030】

【数1】

ここで、「Ｐ_Ｌｏｓ（ｄ）」は、距離ｄの距離減衰特性をｄＢｍで表す。「ｄ」は、送信アンテナ２１から地面２００の受信アンテナまでの、水平方向における距離を表す。受信アンテナの地上位置は、例えば、受信地点を含むメッシュの中心に近似されてもよい。「ｄ_ｒｅｆ」は、参照距離を表す。参照距離ｄ_ｒｅｆは、送信アンテナ２１から参照地点までの、水平方向における距離であり、参照地点は、送信アンテナ２１から、受信電力強度が最大となる地点へ向かい、かつ、受信電力が最大受信電力の半分以上である３ｄＢビームが到達する範囲に含まれる地点のうち、送信アンテナ２１から最も近傍の地点である。パラメータ「α」および「β」は、送信アンテナ２１からの、水平方向における距離が参照距離ｄ_ｒｅｆ以上であり、かつ、送信アンテナ２１から見通せる地点における平均受信電力の値を使用した最小二乗法によって推定される。

【0031】

参照距離ｄ_ｒｅｆについて説明する。送信アンテナ２１の垂直面アンテナパターンが比較的鋭いとき、送信アンテナ利得の影響が受信アンテナの位置に応じて大きく変動する場合がある。そこで、一実施の形態では、距離減衰特性をモデル化するとき、受信電力に対する送信アンテナ利得の影響を３ｄＢ（半分）以内とするために、受信アンテナの位置を、送信アンテナ２１の垂直面３ｄＢビーム幅の範囲内に制限する。具体的には、参照距離ｄ_ｒｅｆは、以下の「数２」式のように算出される。

【0032】

【数2】

ここで、「ｄ_ｒｅｆ」は、参照距離を表す。「ｈ_ＴＸ」は、送信アンテナ２１の高さを表す。「ｈ_ＲＭ」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いたセンサ端末２２の受信アンテナの高さを表す。「θ_ｔｉｌｔ」は、送信アンテナ２１のチルト角であり、水平面からビーム方向２１１までの角度である。ビーム方向２１１は、送信アンテナ２１から、送信アンテナ２１から送信された電波の受信電力が最大となる地点に、この電波が伝搬する方向である。「θ_Ｖ３ｄＢ」は、送信アンテナ２１の垂直面３ｄＢビーム幅の角度を表す。

【0033】

送信アンテナ２１のチルト角θ_ｔｉｌｔは、以下の「数３」式のように算出される。

【0034】

【数3】

ここで、「θ_ｔｉｌｔ」は、送信アンテナ２１のチルト角を表す。「ｈ_ＴＸ」は、送信アンテナ２１の地面２００からの高さを表す。「ｈ_ＲＭ」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いたセンサ端末２２の受信アンテナの高さを表す。「ｄ_Ｐｍａｘ」は、送信アンテナ２１から、送信アンテナ２１から送信された電波の受信電力が最大となる地点までの、水平方向における最大電力距離を表す。

【0035】

以上のように算出することで、送信アンテナ２１の正確なアンテナ特性や実際のチルト角などのパラメータが不明であったとしても、距離減衰特性を高精度にモデル化することが可能となる。

【0036】

ステップＳ０２の後、図３ＡのステップＳ０３が実行される。ステップＳ０３において、電波ハイトパターン推定装置６の推定部６２２が、送信アンテナ２１から注目位置までの主要構造物を探索する。より詳細には、推定部６２２は、構造物高さマップデータを参照して、送信アンテナ２１から注目位置までの間に存在する構造物を探索し、そのうち、電波を遮蔽する度合いを表すクリアランス係数が最も大きい構造物である主要構造物を探索する。

【0037】

一例として、図６に示すように、構造物２１０の上に配置された送信アンテナ２１と、地上の受信アンテナ２３とを結ぶ仮想的な直線２３０を所定の間隔δで区切った複数の地点のそれぞれにおけるパスプロファイルを取得する。図６の例において、これらの地点のうち、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４に注目するとき、推定部６２２は、構造物高さマップデータを参照して、送信アンテナ２１からパスプロファイルポイント２４までの、水平方向における距離ｄ_ｉと、パスプロファイルポイント２４に位置する構造物２４０の高さｈ_ｉと、この構造物２４０の頂点座標とを取得する。

【0038】

次に、推定部６２２は、電波を遮蔽する度合いを表すクリアランス係数が最大となるパスプロファイルポイント２４を探索する。ｉ番目のパスプロファイルポイント２４のクリアランス係数は、以下の「数４」式のように算出される。

【0039】

【数4】

ここで、「ν_ｉ」は、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４のクリアランス係数を表す。「ｈ_ｄｉｆｉ」は、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３とを結ぶ仮想的な直線２３０から、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４に位置する構造物２４０の天面において回折が発生するエッジまでの垂直方向の距離を表す。「ｗ_ｃｌｉ」は、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３とを結ぶ仮想的な直線２３０から、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４に位置する構造物２４０の側面において回折が発生するエッジまでの水平方向の距離を表す。一実施の形態では、垂直距離ｈ_ｄｉｆｉと、水平距離ｗ_ｃｌｉとのうち、より短い方の距離に基づいてクリアランス係数ν_ｉを算出することに注目されたい。「ｆ」は、送信アンテナ２１が送信する電波の周波数を表す。「ｄ_ｉ」は、送信アンテナ２１からｉ番目のパスプロファイルポイント２４までの水平方向の距離を表す。「ｄ」は、送信アンテナ２１から受信アンテナ２３までの水平方向の距離を表す。

【0040】

上記の「数４」式のうち、垂直距離ｈ_ｄｉｆｉは、以下の「数５」式のように算出される。

【0041】

【数5】

ここで、「ｈ_ｄｉｆｉ」は、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３とを結ぶ仮想的な直線２３０から、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４に位置する構造物２４０の上面エッジまでの、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４を通る垂直方向の距離を表す。「ｈ_ｉ」は、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４に位置する構造物２４０の高さを表す。「Ｃ_ｅ」は、地球の実効半径の逆数を表す。「ｄ_ｉ」は、送信アンテナ２１からｉ番目のパスプロファイルポイント２４までの水平方向の距離を表す。「ｄ」は、送信アンテナ２１から受信アンテナ２３までの水平方向の距離を表す。「ｈ_ＴＸ」は、送信アンテナ２１の高さを表す。「ｈ_ＲＭ」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いたセンサ端末２２の受信アンテナの高さを表す。

【0042】

また、上記の「数４」式のうち、水平距離ｗ_ｃｌｉは、以下の「数６」式のように算出される。

【0043】

【数6】

ここで、「ｗ_ｃｌｉｌ」は、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３とを結ぶ仮想的な直線２３０から、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４に位置する構造物２４０の頂点のうち、送信アンテナ２１から見て仮想的な直線２３０の左側にあり、かつ、仮想的な直線２３０から最も遠い頂点までの水平方向の距離を表す。「ｗ_ｃｌｉｒ」は、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３とを結ぶ仮想的な直線２３０から、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４に位置する構造物２４０の頂点のうち、送信アンテナ２１から見て仮想的な直線２３０の右側にあり、かつ、仮想的な直線２３０から最も遠い頂点までの水平方向の距離を表す。一実施の形態では、構造物２４０の側面で回折する複数の回折パスのうち、仮想的な直線２３０として示す仮想的な直接パスにより近い方の回折パスに基づいてクリアランス係数ν_ｉを算出することに注目されたい。「ｈ_ｄｉｆｉ」は、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３とを結ぶ仮想的な直線２３０から、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４に位置する構造物２４０の上面エッジまでの、ｉ番目のパスプロファイルポイント２４を通る垂直方向の距離を表す。一実施の形態では、構造物２４０の、地表または地下における側面で発生する回折を考慮しないことに留意されたい。

【0044】

上記の「数４」式、「数５」式および「数６」式に用いた各種パラメータの関係を、図７に示す。

【0045】

推定部６２２は、上記のように算出したクリアランス係数ν_ｉが最も大きいパスプロファイルポイント２４に位置する構造物２４０を探索して主要構造物とする。

【0046】

ステップＳ０３の後、図３ＡのステップＳ０４が実行される。ステップＳ０４において、電波ハイトパターン推定装置６の推定部６２２は、送信アンテナ２１から注目位置まで見通せるか否かを判定する。より詳細には、図８に示すように、送信アンテナ２１と注目位置の受信アンテナ２５とを結ぶ仮想的な直線２５０を主要構造物２４０またはその他の構造物のいずれかが遮るとき、推定部６２２は、送信アンテナ２１から注目位置まで見通せないと判定する。この場合（Ｎｏ）、ステップＳ０４の後、処理は図３ＡのステップＳ０５へ進む。反対に、図９に示すように、送信アンテナ２１と注目位置の受信アンテナ２５とを結ぶ仮想的な直線２５０が、主要構造物２４０またはその他の構造物のいずれによっても遮られないとき、推定部６２２は、送信アンテナ２１から注目位置まで見通せると判定する。この場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ０４の後、処理は図３ＢのステップＳ０７へ進む。

【0047】

図３ＡのステップＳ０５において、電波ハイトパターン推定装置６の推定部６２２は、回折パス電力および反射パス電力を算出する。より詳細には、推定部６２２は、回折パス電力として、送信アンテナ２１から送信された電波が、主要構造物２４０の端部におけるナイフエッジ回折によって地上の受信アンテナ２３に到達したときの電力強度の推定値を算出する。また、推定部６２２は、反射パス電力として、送信アンテナ２１から送信された電波が、いずれかの構造物の表面で反射することによって主要構造物２４０を迂回して地上の受信アンテナ２３に到達したときの電力強度の推定値を算出する。

【0048】

回折パス電力は、以下の「数７」式のように算出される。

【0049】

【数7】

ここで、「Ｐ_Ｄｉｆｆ（ｈ_ＲＭ）」は、回折パス電力をｄＢｍで表す。「ｈ_ＲＭ」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いたセンサ端末２２の受信アンテナの高さを表す。「Ｐ_ＬＯＳ（ｄ）」は、見通し環境における距離減衰特性をｄＢｍで表す。「ｄ」は、送信アンテナ２１から受信アンテナまでの水平方向における距離を表す。「Ｊ（ν_ｉ）」は、主要構造物２４０による回折損をｄＢで表す。「ν_ｉ」は、主要構造物２４０が位置するｉ番目のパスプロファイルポイント２４のクリアランス係数を表す。

【0050】

上記の「数７」式のうち、回折損Ｊ（ν_ｉ）は、以下の「数８」式のように算出される。

【0051】

【数8】

ここで、「Ｊ（ν_ｉ）」は、主要構造物２４０による回折損をｄＢで表す。「ν_ｉ」は、主要構造物２４０が位置するｉ番目のパスプロファイルポイント２４のクリアランス係数を表す。

【0052】

また、反射パス電力は、以下の「数９」式のように算出される。

【0053】

【数9】

ここで、「Ｐ_{Ｒｆｒｃｔ}（ｈ_ＲＭ）」は、反射パス電力をｄＢｍで表す。「ｈ_ＲＭ」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いたセンサ端末２２の受信アンテナの高さを表す。「Ｐ_ＲＭ（ｌａｔ，ｌｏｎ）」は、電波平面マップデータ３０に蓄積された、緯度ｌａｔおよび経度ｌｏｎの位置の地上における平均受信電力をｄＢｍで表す。「Ｐ_Ｄｉｆｆ（ｈ_ＲＭ）」は、回折パス電力をｄＢｍで表す。

【0054】

ステップＳ０５の後、図３ＢのステップＳ０６が実行される。ステップＳ０６において、電波ハイトパターン推定装置６の推定部６２２は、回折パス電力より反射パス電力の方が強いか否かを判定する。回折パス電力より反射パス電力の方が強い場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ０６の後、処理は図３ＢのステップＳ０８へ進む。反対に、反射パス電力が回折パス電力より強くない場合（Ｎｏ）、ステップＳ０６の後、処理は図３ＢのステップＳ０９へ進む。

【0055】

図３ＢのステップＳ０７において、電波ハイトパターン推定装置６の推定部６２２は、直接パスを支配的伝搬路とする。ステップＳ０７の後、図３ＢのステップＳ１０が実行される。

【0056】

図３ＢのステップＳ０８において、電波ハイトパターン推定装置６の推定部６２２は、反射パスを支配的伝搬路とする。ステップＳ０８の後、図３ＢのステップＳ１０が実行される。

【0057】

図３ＢのステップＳ０９において、電波ハイトパターン推定装置６の推定部６２２は、回折パスを支配的伝搬路とする。ステップＳ０９の後、図３ＢのステップＳ１０が実行される。

【0058】

図３ＢのステップＳ１０において、電波ハイトパターン推定装置６の推定部６２２は、支配的伝搬路に基づいて電波ハイトパターンを推定する。より詳細には、推定部６２２は、支配的伝搬路が直接パス、反射パスまたは回折パスである場合に応じてそれぞれ異なる手法で、所望の高さにある注目位置の受信電力強度の推定値を算出する。

【0059】

まず、図８を参照して、送信アンテナ２１から送信された電波が、高さｈ_Ｐｒｅｄに位置する受信アンテナ２５で受信されるときの受信電力の推定値を、以下の「数１０」式のように算出する。

【0060】

【数10】

ここで、「Ｐ＾（ｈ_Ｐｒｅｄ）」（正確には、ハット記号「＾」は「Ｐ」の上にある）は、高さｈ_Ｐｒｅｄにおける受信電力の推定値をｄＢｍで表す。「Ｐ_ＲＭ（ｌａｔ，ｌｏｎ）」は、電波平面マップデータ３０に蓄積された、緯度ｌａｔおよび経度ｌｏｎの位置の地上における平均受信電力をｄＢｍで表す。「ΔＬ（ｈ_Ｐｒｅｄ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の受信アンテナの高さｈ_ＲＭと、注目位置の受信アンテナ２５との高さｈ_Ｐｒｅｄとの違いに基づく、伝搬路周辺の構造物２４０に由来する損失の差分をｄＢで表す。

【0061】

上記の「数１０」のうち、損失の差分ΔＬ（ｈ_Ｐｒｅｄ）は、以下の「数１１」式のように算出される。

【0062】

【数11】

ここで、「ΔＬ（ｈ_Ｐｒｅｄ）」は、損失の差分をｄＢで表す。「Ｌ（ｈ_Ｐｒｅｄ）」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置における、伝搬路周辺の構造物２４０に由来する損失をｄＢで表す。「Ｌ（ｈ_ＲＭ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の、高さｈ_ＲＭにある受信アンテナにおける、伝搬路周辺の構造物２４０に由来する損失をｄＢで表す。

【0063】

図９に示すように、送信アンテナ２１から送信された電波が地上まで直接パスで支配的に到達するとき、伝搬路周辺の構造物２４０に由来する損失Ｌ（ｈ_ＲＭ）は、以下の「数１２」式のように、ゼロである。

【0064】

【数12】

ここで、「Ｌ（ｈ_ＲＭ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の、高さｈ_ＲＭにある受信アンテナ２３における、伝搬路周辺の構造物２４０に由来する損失をｄＢで表す。

【0065】

また、図９に示すように、送信アンテナ２１から送信された電波が地上まで直接パスで支配的に到達するとき、この電波は所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５においても直接パスで支配的に到達するので、伝搬路周辺の構造物２４０に由来する損失Ｌ（ｈ_Ｐｒｅｄ）は、以下の「数１３」式のように、ゼロである。

【0066】

【数13】

ここで、「Ｌ（ｈ_Ｐｒｅｄ）」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５における、伝搬路周辺の構造物２４０に由来する損失をｄＢで表す。

【0067】

支配的伝搬路が直接パスである場合は、上記の「数１０」式に、上記の「数１１」式、「数１２」式および「数１３」式を代入することで、送信アンテナ２１から送信された電波が、高さｈ_Ｐｒｅｄに位置する受信アンテナ２５で受信されるときの受信電力の推定値が算出される。このとき、推定部６２２は、電波平面マップデータ３０から、注目位置の地上地点における受信電力強度を読み出し、読み出した地上地点の受信電力強度を、注目位置の受信電力強度として推定してもよい。

【0068】

図８に示すように、送信アンテナ２１から送信された電波が地上まで回折パスで支配的に到達するとき、その損失の推定値を、以下の「数１４」式のように算出する。

【0069】

【数14】

ここで、「Ｌ（ｈ_ＲＭ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の、高さｈ_ＲＭにある受信アンテナ２３における、伝搬路周辺の構造物に由来する損失をｄＢで表す。「Ｊ（ν_ＲＭ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の受信アンテナ２３の高さｈ_ＲＭにおける、伝搬路周辺の構造物による回折損をｄＢで表し、クリアランス係数ν_ＲＭを上記の「数８」式に代入することで算出される。「ν_ＲＭ」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の受信アンテナ２３の高さｈ_ＲＭにおける、伝搬路周辺の構造物のクリアランス係数を表す。

【0070】

また、図８に示すように、送信アンテナ２１から送信された電波が、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５に回折パスで支配的に到達するとき、その損失の推定値を、以下の「数１５」式のように算出する。

【0071】

【数15】

ここで、「Ｌ（ｈ_Ｐｒｅｄ）」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５における、主要構造物２４０の存在に由来する損失をｄＢで表す。「Ｊ（ν_Ｐｒｅｄ）」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５で受信するときの、主要構造物２４０での回折損をｄＢで表し、クリアランス係数ν_Ｐｒｅｄを上記の「数８」式に代入することで算出される。「ν_Ｐｒｅｄ」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５で受信するときの、主要構造物２４０のクリアランス係数を表す。

【0072】

支配的伝搬路が回折パスである場合は、上記の「数１０」式に、上記の「数１１」式、「数１４」式および「数１５」式を代入することで、送信アンテナ２１から送信された電波が、高さｈ_Ｐｒｅｄに位置する受信アンテナ２５で受信されるときの受信電力の推定値が算出される。

【0073】

送信アンテナ２１から送信された電波が地上まで反射パスで支配的に到達するとき、その損失の推定値を、以下の「数１６」式のように算出する。

【0074】

【数16】

ここで、「Ｌ（ｈ_ＲＭ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の、高さｈ_ＲＭにある受信アンテナ２３における、伝搬路周辺の構造物の存在に由来する損失をｄＢで表す。「Ｊ（ν_ＲＭ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の受信アンテナ２３の高さｈ_ＲＭにおける、伝搬路周辺の構造物による回折損をｄＢで表し、クリアランス係数ν_ＲＭを上記の「数８」式に代入することで算出される。「ν_ＲＭ」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の受信アンテナ２３の高さｈ_ＲＭにおける、主要構造物２４０のクリアランス係数を表す。「Ｇ_{Ｒｆｒｃｔ}（ｈ_ＲＭ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の受信アンテナ２３の高さｈ_ＲＭにおける、伝搬路周辺の構造物における反射による利得をｄＢで表す。

【0075】

上記の「数１６」式のうち、利得Ｇ_{Ｒｆｒｃｔ}（ｈ_ＲＭ）は、以下の「数１７」式のように算出される。

【0076】

【数17】

ここで、「Ｇ_{Ｒｆｒｃｔ}（ｈ_ＲＭ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の受信アンテナ２３の高さｈ_ＲＭにおける、伝搬路周辺の構造物の存在による利得をｄＢで表す。「Ｐ_ＲＭ（ｌａｔ，ｌｏｎ）」は、電波平面マップデータ３０に蓄積された、緯度ｌａｔおよび経度ｌｏｎの位置の地上における平均受信電力を表す。「Ｐ_Ｌｏｓ（ｄ）」は、見通し環境における距離減衰特性を表す。「ｄ」は、送信アンテナ２１から受信アンテナ２３までの、水平方向における距離を表す。「Ｊ（ν_ＲＭ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の受信アンテナ２３の高さｈ_ＲＭにおける、伝搬路周辺の構造物による回折損をｄＢで表し、クリアランス係数ν_ＲＭを上記の「数８」式に代入することで算出される。「ν_ＲＭ」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の受信アンテナ２３の高さｈ_ＲＭにおける、主要構造物２４０のクリアランス係数を表す。

【0077】

送信アンテナ２１から送信された電波が、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５に回折パスで支配的に到達するとき、その損失の推定値を、以下の「数１８」式のように算出する。

【0078】

【数18】

ここで、「Ｌ（ｈ_Ｐｒｅｄ）」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５における、伝搬路周辺の構造物の存在に由来する損失をｄＢで表す。「Ｊ（ν_Ｐｒｅｄ）」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５で受信するときの、主要構造物２４０での回折損をｄＢで表し、クリアランス係数ν_Ｐｒｅｄを上記の「数８」式に代入することで算出される。「ν_Ｐｒｅｄ」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５で受信するときの、主要構造物２４０のクリアランス係数を表す。「Ｇ_{Ｒｆｒｃｔ}（ｈ_Ｐｒｅｄ）」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５で受信するときの、伝搬路周辺の構造物を介する反射パスに由来する利得をｄＢで表す。

【0079】

上記の「数１８」式のうち、利得Ｇ_{Ｒｆｒｃｔ}（ｈ_Ｐｒｅｄ）は、以下の「数１９」式のように算出される。

【0080】

【数19】

ここで、「Ｇ_{Ｒｆｒｃｔ}（ｈ_Ｐｒｅｄ）」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５で受信するときの、伝搬路周辺の構造物を介する反射パスに由来する利得をｄＢで表す。「Ｊ（ν_Ｐｒｅｄ）」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５で受信するときの、主要構造物２４０での回折損をｄＢで表し、クリアランス係数ν_Ｐｒｅｄを上記の「数８」式に代入することで算出される。「ν_Ｐｒｅｄ」は、所望の高さｈ_Ｐｒｅｄにある注目位置の受信アンテナ２５で受信するときの、主要構造物２４０のクリアランス係数を表す。「Ｇ_{Ｒｆｒｃｔ}（ｈ_ＲＭ）」は、電波平面マップデータ３０を生成したときに用いられたセンサ端末２２の受信アンテナ２３の高さｈ_ＲＭにおける、伝搬路周辺の構造物の存在による利得をｄＢで表す。

【0081】

反射パスによる受信電力が回折パスによる受信電力より高くなることについて説明する。前提条件として、図８に示すような環境において、受信アンテナ２５の高さが、地上に配置された受信アンテナ２３の高さから、送信アンテナ２１が見通せる高さまで上昇するにつれて、回折パスによる受信電力は上昇する。このような条件において、反射パスが支配的伝搬路である場合の受信電力は、回折パスが支配的伝搬路である場合の受信電力より高い。このことは、上記の「数１６」式および「数１８」式で考慮されている。

【0082】

次に、一実施の形態によるモデル化において、反射パスの電力と、回折パスの電力との比率（ｄＢで表す場合は両電力の差）が一定であると仮定する。このとき、回折パスの場合と同様に、受信アンテナ２５の高さが上昇するにつれて、反射パスによる受信電力も上昇する。なお、受信アンテナ２５の高さが上昇しても、反射パスの電力と、回折パスの電力との比率は、注目位置の高さに対して一定である。

【0083】

ただし、回折パス電力および反射パス電力は、直接パス電力を上回らない。そこで、一実施の形態によるモデル化において、受信アンテナが、反射パス電力が直接パス電力以上となる高さにあるとき、回折パス電力のみが上昇する。このことは、上記の「数１９」式で考慮されている。

【0084】

ステップＳ１０の後、図３ＢのステップＳ１１が実行される。ステップＳ１１において、電波ハイトパターン推定装置６の出力部６２３は、電波ハイトパターンを出力する。より詳細には、出力部６２３は、電波ハイトパターン推定装置６の入出力装置６５を制御して、ステップＳ１０で推定した電波ハイトパターンを表す情報を、電波ハイトパターン推定装置６の外部に出力する。具体的には、表示装置を用いて電波ハイトパターンを視覚的に出力してもよい。

【0085】

一実施の形態の変形例として、出力部６２３は、電波ハイトパターン推定装置６の通信装置６４を制御して、電波ハイトパターンを表す情報を、外部の装置に送信することによって出力してもよい。

【0086】

発明者らは、一実施の形態による電波ハイトパターンの推定と、所望の高さにおける受信電力強度の測定とを行い、推定精度の高さを確認した。図１０Ａは、電波平面マップデータ３０を生成するために地上で受信電力強度を測定した位置の集合としての地上測定ルートと、複数の送信装置ＴＸの位置と、複数の受信装置ＲＸの位置とを示す図である。図１０Ｂは、測定を行った領域における構造物高さマップデータを示す図である。図１１は、図１０Ａの地上測定ルート上で、１つの送信装置ＴＸからの受信電力を測定して生成した電波平面マップデータ３０の一例を示す図である。

【0087】

図１０Ａに示す送信装置ＴＸから送信される電波について、図１０Ａに示す受信装置ＲＸの位置の建物の各階の、送信装置ＴＸの方向にある窓際において、受信電力強度を測定した。このとき、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）による測位も行った。

【0088】

図１２は、一実施の形態による電波ハイトパターン推定方法を用いて、同一の建物の複数の階で受信電力強度を測定した結果を示すグラフの一例である。図１２のグラフにおいて、横軸は測定を行った階を表し、縦軸はＲＳＲＰをｄＢｍで表す。図１２のグラフは、合計６本のグラフＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３、Ｇ１４、Ｇ１５、Ｇ１６を含む。これらのグラフＧ１１～Ｇ１６は、それぞれ、６基の異なる送信装置ＴＸから送信された電波の受信電力強度に対応する。

【0089】

図１３は、電波ハイトパターンの推定結果および測定結果の誤差について、一実施の形態による電波ハイトパターン推定方法と、他の推定方法とを比較した結果を示すグラフの一例である。図１３において、横軸はＲＭＳＥ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ：二乗平均平方根誤差）をｄＢで表し、縦軸はＣＤＦ（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：累積分布関数）を表す。図１３は、合計４本のグラフＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２４を含む。グラフＧ２１は、拡張秦式に対応する。グラフＧ２２は、全ての構造物の高さがその平均値に等しいと仮定し、ナイフエッジ回折モデルにより算出する推定方法に対応する。グラフＧ２３は、地上における電波マップを高さ方向に外挿を行わず、そのまま用いた推定方法に対応する。グラフＧ２４は、一実施の形態による電波ハイトパターン推定方法に対応する。

【0090】

図１２のグラフＧ２１～Ｇ２４を比較すると、一実施の形態による電波ハイトパターン推定方法においてＲＭＳＥの大きさが小さい地点の割合が高く、したがって他の推定方法より精度が高いことを確認できた。また、ＲＭＳＥのばらつきが最も少なく、場所毎のハイトパターン特性の変動を捉えられていることを確認できた。

【0091】

以上に説明したように、一実施の形態による電波ハイトパターン推定装置６、電波ハイトパターン推定方法および推定プログラムによれば、所定の領域２の地上における受信電力強度の分布を表す電波平面マップデータ３０と、この領域２における構造物２４０の高さの分布を表す構造物高さマップデータとに基づいて、この領域２の所定の高さにおける受信電力強度の分布を表す電波ハイトパターンを、高精度に推定することができる。また、任意の高さにおける受信電力強度の分布をデータの外挿および／または内挿によって推定することができる。

【0092】

以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0093】

１ 電波ハイトパターン推定システム
２ 領域
２０ 測定データ
２００ 地面
２１、２１Ａ、２１Ｂ 送信アンテナ
２１０ 構造物
２１１ ビーム方向
２２ センサ端末
２３ 受信アンテナ
２３０ 直線
２４ パスプロファイルポイント
２４０ 構造物（主要構造物）
２５ 受信アンテナ
２５０ 直線
３ データベースサーバ
３０、３０Ａ、３０Ｂ 電波平面マップデータ
４ 電波マップデータベース
５ 構造物高さマップデータベース
６ 電波ハイトパターン推定装置
６１ バス
６２ 演算装置
６２１ 通信部
６２２ 推定部
６２３ 出力部
６３ 記憶装置
６３０ 記録媒体
６３１ 推定プログラム記憶部
６４ 通信装置
６５ 入出力装置
ｄ_ｉ 距離
ｄ_ｒｅｆ 参照距離
ｄ_Ｐｍａｘ 最大電力距離
Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３、Ｇ１４、Ｇ１５、Ｇ１６ グラフ
Ｇ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２４ グラフ
ｈ_ｄｉｆｉ 距離
ｈ_ｉ 高さ（構造物）
ｈ_Ｐｒｅｄ 高さ（注目位置の受信アンテナ）
ｈ_ＲＭ 高さ（地上の受信アンテナ）
ｈ_ＴＸ 高さ（送信アンテナ）
ＲＸ 受信装置
ＴＸ 送信装置
ｗ_ｃｌｉｌ 距離
ｗ_ｃｌｉｒ 距離
δ 間隔
θ_ｔｉｌｔ 角度
θ_Ｖ３ｄＢ 角度

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】