(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】P2023178922
(43)【公開日】2023-12-18
(54)【発明の名称】電波環境評価方法および無線通信特性評価システム
(51)【国際特許分類】
H04B 17/391 20150101AFI20231211BHJP
G01R 29/08 20060101ALI20231211BHJP
H04W 16/18 20090101ALN20231211BHJP
【ＦＩ】
H04B17/391
G01R29/08 A
G01R29/08 B
H04W16/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022091921
(22)【出願日】2022-06-06
(71)【出願人】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001689
【氏名又は名称】青稜弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】武井 健
(72)【発明者】
【氏名】大西 正己
(72)【発明者】
【氏名】藤原 亮介
【テーマコード（参考）】
5K067
【Ｆターム（参考）】
5K067AA21
5K067HH21
5K067LL11
(57)【要約】
【課題】
実際のサービスエリア内の電磁波の挙動を、計算モデルを用いて精度良く計算することにある。
【解決手段】
電磁波散乱体の構造モデルを計算機資源内に構築し、該構造モデルと実空間を直進する電波を模擬したレイを用いて電磁界の特性を計算する際に、実空間における電磁波ベクトル測定データで、前記構造モデルを構成するポリゴンの状態を修正する電波環境評価方法である。
【選択図】 図５Ｂ
実際のサービスエリア内の電磁波の挙動を、計算モデルを用いて精度良く計算することにある。
【解決手段】
電磁波散乱体の構造モデルを計算機資源内に構築し、該構造モデルと実空間を直進する電波を模擬したレイを用いて電磁界の特性を計算する際に、実空間における電磁波ベクトル測定データで、前記構造モデルを構成するポリゴンの状態を修正する電波環境評価方法である。
【選択図】 図５Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電磁波散乱体の構造モデルを計算機資源内に構築し、該構造モデルと実空間を直進する電波を模擬したレイを用いて電磁界の特性を計算する際に、
実空間における電磁波ベクトル測定データで、前記構造モデルを構成するポリゴンの状態を修正する電波環境評価方法。
実空間における電磁波ベクトル測定データで、前記構造モデルを構成するポリゴンの状態を修正する電波環境評価方法。
【請求項2】
前記構造モデルを、実空間における複数地点で得られる方向と距離からなる測距データから生成する点群中の複数の点を頂点とするポリゴンの集合体で構築する、
請求項１記載の電波環境評価方法。
請求項１記載の電波環境評価方法。
【請求項3】
前記ポリゴンの法線の方向を修正する、
請求項１記載の電波環境評価方法。
請求項１記載の電波環境評価方法。
【請求項4】
前記ポリゴンの頂点の座標を移動させることで前記ポリゴンの状態を修正する、
請求項１記載の電波環境評価方法。
請求項１記載の電波環境評価方法。
【請求項5】
前記電磁波ベクトル測定データに基づく実測電界強度と前記構造モデルを用いて計算した推定電界強度の差が所定以上ある個所に相当する前記構造モデル内の個所を異常個所として特定し、
前記異常個所と対向するポリゴンを要修正ポリゴンとして状態を修正する、
請求項１記載の電波環境評価方法。
前記異常個所と対向するポリゴンを要修正ポリゴンとして状態を修正する、
請求項１記載の電波環境評価方法。
【請求項6】
前記要修正ポリゴンを、前記異常個所に対応する実空間内の個所で計測した受信波の到来方向に基づいて決定する、
請求項５記載の電波環境評価方法。
請求項５記載の電波環境評価方法。
【請求項7】
前記要修正ポリゴンの状態を修正する際に、前記要修正ポリゴンと頂点を共有するポリゴンを代替候補ポリゴンとして特定し、
前記異常個所において、前記推定電界強度が前記実測電界強度より所定以上小さい場合には、前記代替候補ポリゴンのうち前記要修正ポリゴンに衝突しているレイより大きな強度を持つレイが衝突している代替候補ポリゴンを選択し、選択された代替候補ポリゴンに衝突しているレイが前記異常個所に向かうように、前記要修正ポリゴンと前記代替候補ポリゴンを修正し、
前記異常個所において、前記推定電界強度が前記実測電界強度より所定以上大きい場合には、前記代替候補ポリゴンのうち前記要修正ポリゴンに衝突しているレイより小さな強度を持つレイが衝突している代替候補ポリゴンを選択し、選択された代替候補ポリゴンに衝突しているレイが前記異常個所に向かうように、前記要修正ポリゴンと前記代替候補ポリゴンを修正する、
請求項５記載の電波環境評価方法。
前記異常個所において、前記推定電界強度が前記実測電界強度より所定以上小さい場合には、前記代替候補ポリゴンのうち前記要修正ポリゴンに衝突しているレイより大きな強度を持つレイが衝突している代替候補ポリゴンを選択し、選択された代替候補ポリゴンに衝突しているレイが前記異常個所に向かうように、前記要修正ポリゴンと前記代替候補ポリゴンを修正し、
前記異常個所において、前記推定電界強度が前記実測電界強度より所定以上大きい場合には、前記代替候補ポリゴンのうち前記要修正ポリゴンに衝突しているレイより小さな強度を持つレイが衝突している代替候補ポリゴンを選択し、選択された代替候補ポリゴンに衝突しているレイが前記異常個所に向かうように、前記要修正ポリゴンと前記代替候補ポリゴンを修正する、
請求項５記載の電波環境評価方法。
【請求項8】
受信波の到来方向を、三次元空間中に分布した複数のアンテナが受信する受信波の相対位相と前記アンテナの空間的位置の情報を用いて測定する、
請求項６記載の電波環境評価方法。
請求項６記載の電波環境評価方法。
【請求項9】
三次元空間中に一様に分布した空間的に互いに直交関係にある二つのアンテナの組を用いて、受信波の到来方向および偏波を測定する、
請求項８記載の電波環境評価方法。
請求項８記載の電波環境評価方法。
【請求項10】
仮想的な正六面体、正八面体、あるいは正十二面体の各面に設置されたアンテナを用いて受信波の到来方向を測定する、
請求項８記載の電波環境評価方法。
請求項８記載の電波環境評価方法。
【請求項11】
モデル生成部と、電界計算部と、ポリゴン修正部とを備え、
前記モデル生成部は、実空間内に存在する電磁波散乱体の構造モデルを計算機資源内に構築し、
前記電界計算部は、前記構造モデルを用いてレイトレース計算を行い、実空間内の電界強度を推定して推定電界強度を算出し、
前記ポリゴン修正部は、実空間内で実測した電磁波の到来方向に基づいて、前記構造モデルを構成するポリゴンのうち修正が必要なポリゴンを特定し、修正を行う、
無線通信特性評価システム。
前記モデル生成部は、実空間内に存在する電磁波散乱体の構造モデルを計算機資源内に構築し、
前記電界計算部は、前記構造モデルを用いてレイトレース計算を行い、実空間内の電界強度を推定して推定電界強度を算出し、
前記ポリゴン修正部は、実空間内で実測した電磁波の到来方向に基づいて、前記構造モデルを構成するポリゴンのうち修正が必要なポリゴンを特定し、修正を行う、
無線通信特性評価システム。
【請求項12】
さらに誤差検出部を備え、
前記誤差検出部は、実空間内で実測した実測電界強度と前記推定電界強度の差が所定以上の個所を異常個所として抽出し、
前記ポリゴン修正部は、前記異常個所に対応する実空間内の個所で実測した電磁波の到来方向に基づいて、修正が必要なポリゴンを特定する、
請求項１１記載の無線通信特性評価システム。
前記誤差検出部は、実空間内で実測した実測電界強度と前記推定電界強度の差が所定以上の個所を異常個所として抽出し、
前記ポリゴン修正部は、前記異常個所に対応する実空間内の個所で実測した電磁波の到来方向に基づいて、修正が必要なポリゴンを特定する、
請求項１１記載の無線通信特性評価システム。
【請求項13】
前記ポリゴン修正部は、ポリゴンの頂点の座標を変更することで修正を行う、
請求項１１記載の無線通信特性評価システム。
請求項１１記載の無線通信特性評価システム。
【請求項14】
前記ポリゴン修正部は、ポリゴンの法線を変更することで修正を行う、
請求項１１記載の無線通信特性評価システム。
請求項１１記載の無線通信特性評価システム。
【請求項15】
前記ポリゴン修正部は、
前記異常個所に対応する実空間内の個所で実測した電磁波の到来方向にあるポリゴンに隣接するポリゴンを特定し、
前記異常個所において、前記推定電界強度が前記実測電界強度より所定以上小さい場合には、特定した前記ポリゴンのうち電磁波の到来方向にあるポリゴンに衝突しているレイより大きな強度を持つレイが衝突しているポリゴンを選択し、選択されたポリゴンに衝突しているレイが前記異常個所に向かうように、ポリゴンを修正し、
前記異常個所において、前記推定電界強度が前記実測電界強度より所定以上大きい場合には、特定した前記ポリゴンのうち電磁波の到来方向にあるポリゴンに衝突しているレイより小さな強度を持つレイが衝突しているポリゴンを選択し、選択されたポリゴンに衝突しているレイが前記異常個所に向かうように、ポリゴンを修正する、
請求項１２記載の無線通信特性評価システム。
前記異常個所に対応する実空間内の個所で実測した電磁波の到来方向にあるポリゴンに隣接するポリゴンを特定し、
前記異常個所において、前記推定電界強度が前記実測電界強度より所定以上小さい場合には、特定した前記ポリゴンのうち電磁波の到来方向にあるポリゴンに衝突しているレイより大きな強度を持つレイが衝突しているポリゴンを選択し、選択されたポリゴンに衝突しているレイが前記異常個所に向かうように、ポリゴンを修正し、
前記異常個所において、前記推定電界強度が前記実測電界強度より所定以上大きい場合には、特定した前記ポリゴンのうち電磁波の到来方向にあるポリゴンに衝突しているレイより小さな強度を持つレイが衝突しているポリゴンを選択し、選択されたポリゴンに衝突しているレイが前記異常個所に向かうように、ポリゴンを修正する、
請求項１２記載の無線通信特性評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電波散乱体がサービスエリアに存在する電波環境で電磁波を用いて情報を伝送する無線通信システムに係る。特に、サービスエリアの電波環境を同エリア内の電磁界測定と計算機資源による通信性能の数値解析により、エリア内の無線通信状態を仮想的に再現する無線通信特性評価技術に関する。
【背景技術】
【0002】
携帯無線情報端末の全世界的な普及によって、周囲環境に関わらず無線通話および無線データ転送等の無線通信サービスを安定して享受したいという要求が高まっている。無線通信サービスを提供するエリア内に電波散乱体が存在すると該散乱体によって無線通信媒体の電磁波が散乱を受け、送信機から放射された電磁波が受信機に到達する際の電力変動が生じて、多くの場合受信電力の減少が引き起こされエリア内に良好な品質の無線通信が困難である領域が形成される。
【0003】
また該散乱体および通信を行う無線機の相対的位置と姿勢が動的に変化する場合は、たとえ良好な品質の無線通信が可能なエリア内であっても、受信機が得る信号強度が時間的に変動し通信品質の劣化が引き起こされる、あるいは通信不能となる時刻が発生することがある。
【0004】
そのような領域の形成および時刻の発生は、サービスエリア内の電磁波散乱体の配置関係及び無線通信を行う送受信機の位置関係と相互姿勢により決定される。このため、サービスエリア内に無線通信ネットワークを形成する場合、種々の送受信機の配置状態に関する通信状況の予測が、無線通信ネットワーク形成に極めて重要である。
【0005】
サービスエリア内の具体的な送受信機配置に対する通信状況を知るためには、サービスエリア内に実際に送受信機を配置し受信電磁波の特性を測定することが必要となる。しかし、無線通信は送受信を取り囲む電磁波散乱体の影響を強く受けるので、測定中に変動要因を最小化するための測定対象エリア内の立ち入り禁止措置が必要となる場合もありえるし、そもそも通信実験を行うための人員確保と派遣および実験時間の確保に大きなコストが掛かる。
【0006】
掛る問題を解決するために、サービスエリア内の無線通信特性を解析するための電磁界計算モデルを計算機内に構築して、同エリア内のあらゆる送受信機の配置状態に関する電磁界分布を仮想的に実現する技術が提案されている。計算機資源内に電磁界計算モデルを構築するためには、無線通信サービスエリア内に存在する電磁波に影響を与える電磁波散乱体の構造モデルを計算機資源内に構築する必要がある。
【0007】
サービスエリア内の構造物に関するデータは、建築物の設計データおよびエリア内に存在する什器のカタログ仕様等から得ることが原理上可能であるが、このような設計データは一般に公開されていない場合が多く入手が極めて困難であり、什器のカタログ仕様が明らかになってもサービスエリア内に該什器がどのように配置されているかの特定は一般に容易ではない。この問題を解決するべく、LIDAR（Light Detection and Ranging）と呼ばれる可視光や赤外光等の光波を用いた計測システムを用いた点群計測システムが多く用いられている。
【0008】
LIDARはサービスエリア内の一点より光波を三次元的に発射し、反射して戻る散乱光波を検知して、その位相遅延により反射を引き起こした点の三次元座標を該一点からの方向と距離により測定するものである。LIDARにより得られる三次元座標点の集合を点群と呼び、該点群よりサービスエリア内の構造を得る試みが行われている。点群はサービスエリア内の構造物の表面上の代表点の集まりであり、点群から元の構造物を再現する技術が必要となる。
【0009】
従来技術では、点群中の近傍の複数の点を結んだポリゴンと呼ばれる面要素の集合体として元の構造物を再現することが行われているが、ポリゴンを形成する近傍点の選択の自由度が極めて大きいことと、LIDARによる点群の計測誤差による点群を形成する各点の座標そのものに誤差があるために、該ポリゴンから再生される構造物のモデルは一般に、実際の構造物と異なる散乱現象を無線通信に用いる電磁波に与える。従って、LIDARで得られる点群データのみでサービスエリア内の構造物の電磁界計算モデルを得ることは現状では極めて困難であると言わざるを得ない。
【0010】
LIDERによって得られる点群データを用いて作成されたポリゴンで表現される電磁界計算用のモデルをサービスエリア内で計測可能な物理量を用いて修正し、サービスエリア内の無線通信環境を再現する計算機資源内の計算モデルによる電磁界の計算結果を向上させる手法が提案されている。
【0011】
ＷＯ2012/172670 A1にはサービスエリア内の地点で実測した電磁波計測値と、電磁界計算用の計算モデルを用いて該地点の電磁界の計算値に影響を及ぼす該計算モデルの部分の構造物情報を変化させて、同地点の電磁界の計測値と計算値を近づける技術が述べられている。
【0012】
また、ＷＯ2008/099927 A1には、電波伝搬特性を推定するシステムが用いる解析領域内のオブジェクトを構成する複数の面要素のうち送信点から放射される電波の影響の少ない要素を選択的に削減し、計算モデルを修正して電磁界計算の計算精度を向上させる技術が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】ＷＯ2012/172670 A1
【特許文献2】ＷＯ2008/099927 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
係る先行技術は、いずれも電波が自由空間中を直進する性質に着目し、直進する電波が障害物に衝突した際に直進する方向および電力が変化を受けたのち再び自由空間中を直進する過程を想定して、計算機資源中に計算モデルを形成する。該計算モデルを用いて電波が進行する経路を推定し、電波が衝突するであろう計算モデルの部分を推定して同部分に変更を加えることにより、計算機資源の中で計算される電磁波の特性と現実のサービスエリア内の対応する地点で計測される電磁波の性質を合わせる手法である。
【0015】
しかし、先行技術では、実際のサービスエリア内で電波が進行する過程を計算機資源内で忠実に再現できる保証がないために、測定値を用いて変更を加えた計算モデルが実際のサービスエリア内の電磁波の挙動を精度良く計算できるとは限らないという課題があった。
【0016】
そこで本発明の課題は、実際のサービスエリア内の電磁波の挙動を、計算モデルを用いて精度良く計算することにある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明の好ましい一側面は、電磁波散乱体の構造モデルを計算機資源内に構築し、該構造モデルと実空間を直進する電波を模擬したレイを用いて電磁界の特性を計算する際に、実空間における電磁波ベクトル測定データで、前記構造モデルを構成するポリゴンの状態を修正する電波環境評価方法である。
【0018】
本発明の好ましい他の一側面は、モデル生成部と、電界計算部と、ポリゴン修正部とを備え、前記モデル生成部は、実空間内に存在する電磁波散乱体の構造モデルを計算機資源内に構築し、前記電界計算部は、前記構造モデルを用いてレイトレース計算を行い、実空間内の電界強度を推定して推定電界強度を算出し、前記ポリゴン修正部は、実空間内で実測した電磁波の到来方向に基づいて、前記構造モデルを構成するポリゴンのうち修正が必要なポリゴンを特定し、修正を行う、無線通信特性評価システムである。
【発明の効果】
【0019】
実際のサービスエリア内の電磁波の挙動を、計算モデルを用いて精度良く計算できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1A】実施例の無線通信性能評価システムの構成を示す斜視図。
【図1B】実施例の無線通信システムのサービスエリアの斜視図。
【図1C】実施例の無線通信システムの計算機資源中の計測点を示す概念図。
【図1D】実施例の無線通信システムの計算機資源中の電磁界計算用モデルを示す概念図。
【図2】実施例の無線通信システムの計算機資源中の電磁界計算用モデルを示す説明図。
【図3】実施例の無線通信システムの計算機資源中の電磁界計算用モデルの動作原理を示す説明図。
【図4】実施例の無線通信性能評価システムの動作原理を示す説明図。
【図5A】実施例の無線通信性能評価システムのブロック図。
【図5B】実施例の無線通信性能評価システムの動作を説明するフローチャート。
【図6A】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の構造を示す透過斜視図。
【図6B】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の回路構成図。
【図7】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の回路構成図。
【図8】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の回路構成図。
【図9】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の回路構成図。
【図10】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の回路構成図。
【図11】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の回路構成図。
【図12】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の回路構成図。
【図13】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の回路構成図。
【図14】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の回路構成図。
【図15】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の回路構成図。
【図16】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の回路構成図。
【図17A】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の構造の例を示す透過斜視図。
【図17B】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の構造の幾何学的配置を示す説明図。
【図18A】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の構造の例を示す透過斜視図。
【図18B】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の構造の幾何学的配置を示す説明図。
【図19A】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の構造の幾何学的配置を示す説明図。
【図19B】実施例の無線通信性能評価システムが用いる到来波方向測定器の他の構造の幾何学的配置を示す説明図。
【図20】実施例の無線通信性能評価システムを用いる環境適応型無線通信システムの例を示す概念図。
【図21】実施例の無線通信性能評価システムを用いる他の環境適応型無線通信システムの例を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、実施例を図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【0022】
以下に説明する実施例の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。
【0023】
同一あるいは同様な機能を有する要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、複数の要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。
【0024】
本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数、順序、もしくはその内容を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
【0025】
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【0026】
本明細書で引用した刊行物、特許および特許出願は、そのまま本明細書の説明の一部を構成する。
【0027】
本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。
【0028】
実施例は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、無線通信サービスエリア内の複数の地点で光波を用いて該地点から同エリア内に存在する構造物上の各点までの距離および方向を測定する機器によって得られる点の集合(点群)を計算機資源中に座標で表現し、該計算機資源中に該点群の近接する３以上の点を頂点とするポリゴン（多角形）を形成し、同サービスエリア内に送信機を設置し、該送信機から送信される電磁波の強度を同サービスエリア内の複数の地点で測定し、計算機資源中の対応する地点に送信機を設置して該送信機から複数の三次元的方向に直進する電波を放射し、該複数の電波が該多角形に衝突した場合に該電波の方向と強度および位相に関係した性質を順次変化させて該測定の行われる地点での電磁波を計算し、実空間（現実の空間）の測定値と計算機資源中の計算値を比較して両者が近づくように、該ポリゴンの法線方向を変更し該計算機資源中で同サービスエリア内の電磁界分布を推定する。
【0029】
また、その他の一例を挙げるならば、無線通信サービスエリア内の複数の地点で光波を用いて該地点から同エリア内に存在する構造物上の各点までの距離および方向を測定する機器によって得られる点の集合(点群)を計算機資源中に座標で表現し、該計算機資源中に該点群の近接する３以上の点を頂点とするポリゴンを形成し、同サービスエリア内に送信機を設置し、該送信機から送信される電磁波の強度を同サービスエリア内の複数の地点で測定し、計算機資源中の対応する地点に送信機を設置して該送信機から複数の三次元的方向に直進する電波を放射し、該複数の電波が該ポリゴンに衝突した場合に該電波の方向と強度および位相に関係した性質を順次変化させて該測定の行われる地点での電磁波を計算し、実空間の測定値と計算機資源中の計算値を比較して両者が近づくように、該ポリゴンを構成する点群中の点の位置を変更し該計算機資源中で同サービスエリア内の電磁界分布を推定する。
【0030】
また、その他の一例を挙げるならば、無線通信サービスエリア内の複数の地点で光波を用いて該地点から同エリア内に存在する構造物上の各点までの距離および方向を測定する機器によって得られる点の集合(点群)を計算機資源中に座標で表現し、該計算機資源中に該点群の近接する３以上の点を頂点とするポリゴンを形成し、同サービスエリア内に送信機を設置し、該送信機から送信される電磁波の強度および到来波の方向を同サービスエリア内の複数の地点で測定し、計算機資源中の対応する地点に送信機を設置して該送信機から複数の三次元的方向に直進する電波を放射し、該複数の電波が該ポリゴンに衝突した場合に該電波の方向と強度および位相に関係した性質を順次変化させて該測定の行われる地点での電磁波を計算し、実空間の測定値と計算機資源中の計算値を比較して両者が近づくように、同サービスエリア内で電磁波の強度および到来波の方向を測定した地点に相当する計算機資源中の位置から測定した到来波方向に存在する該計算資源中の該ポリゴンを構成する点群中の点の位置を変更し該計算機資源中で同サービスエリア内の電磁界分布を推定する。
【0031】
また、その他の一例を挙げるならば、無線通信サービスエリア内の複数の地点で光波を用いて該地点から同エリア内に存在する構造物上の各点までの距離および方向を測定する機器によって得られる点の集合(点群)を計算機資源中に座標で表現し、該計算機資源中に該点群の近接する３以上の点を頂点とするポリゴンを形成し、同サービスエリア内に送信機を設置し、該送信機から送信される電磁波の強度を測定し更に到来波の方向を同サービスエリア内の複数の地点で同地点近傍に複数のアンテナを空間的に分布させ該アンテナが受信する到来波の位相を一つの基準位相に対する相対位相として計測し得られた複数の相対位相と該複数のアンテナの相対位置より推定し、計算機資源中の対応する地点に送信機を設置して該送信機から複数の三次元的方向に直進する電波を放射し、該複数の電波が該ポリゴンに衝突した場合に該電波の方向と強度および位相に関係した性質を順次変化させて該測定の行われる地点での電磁波を計算し、実空間の測定値と計算機資源中の計算値を比較して両者が近づくように、同サービスエリア内で電磁波の強度および到来波の方向を測定した地点に相当する計算機資源中の位置から測定した到来波方向に存在する該計算資源中の該ポリゴンを構成する点群中の点の位置を変更し該計算機資源中で同サービスエリア内の電磁界分布を推定する。
【0032】
また、その他の一例を挙げるならば、無線通信サービスエリア内の複数の地点で光波を用いて該地点から同エリア内に存在する構造物上の各点までの距離および方向を測定する機器によって得られる点の集合(点群)を計算機資源中に座標で表現し、該計算機資源中に該点群の近接する３以上の点を頂点とするポリゴンを形成し、同サービスエリア内に送信機を設置し、該送信機から送信される電磁波の強度を測定し更に到来波の方向を同サービスエリア内の複数の地点で同地点近傍に複数の空間的に互いに直交するアンテナ対を空間的に分布させ該アンテナ対が受信する到来波の位相を一つの基準位相に対する相対位相として計測し得られた複数の相対位相と該複数のアンテナ対の相対位置より推定すると共に各アンテナ対を形成する二つのアンテナの受信振幅の割合より到来波の偏波方向を推定し、計算機資源中の対応する地点に送信機を設置して該送信機から複数の三次元的方向に直進する電波を放射し、該複数の電波が該ポリゴンに衝突した場合に該電波の方向と強度および位相に関係した性質を順次変化させて該測定の行われる地点での電磁波を計算し、実空間の測定値と計算機資源中の計算値を比較して両者が近づくように、同サービスエリア内で電磁波の強度および到来波の方向を測定した地点に相当する計算機資源中の位置から測定した到来波方向に存在する該計算資源中の該ポリゴンを構成する点群中の点の位置を変更し該計算機資源中で同サービスエリア内の電磁界分布を推定する。
【実施例0033】
無線通信システムの通信性能予測の精度向上と同システムの導入コストを削減する無線通信性能評価システムの実施例を、図１Ａ乃至1Dを用いて説明する。
図１Ａは無線通信性能評価システムの実空間における構成を説明する斜視図である。
図１Ｂは同無線通信性能評価システムが計算機資源中に無線通信のサービスエリア内に存在する構造物の位置データを取得するための、実空間における手順を説明する斜視図である。
図１Ｃは取得した構造物の位置データを用いて計算機資源中に電磁界計算を行うための電磁界計算モデル（単に計算モデルということがある）を生成する手順を説明する概念図である。
図１Ｄは取得した構造物の位置データを用いて計算機資源中に電磁界計算を行うために生成した構造モデルの概念図である。
図１Ａは無線通信性能評価システムの実空間における構成を説明する斜視図である。
図１Ｂは同無線通信性能評価システムが計算機資源中に無線通信のサービスエリア内に存在する構造物の位置データを取得するための、実空間における手順を説明する斜視図である。
図１Ｃは取得した構造物の位置データを用いて計算機資源中に電磁界計算を行うための電磁界計算モデル（単に計算モデルということがある）を生成する手順を説明する概念図である。
図１Ｄは取得した構造物の位置データを用いて計算機資源中に電磁界計算を行うために生成した構造モデルの概念図である。
【0034】
図１Ａの無線通信性能評価システム100の例では、天井・床・壁で囲まれている部屋1が無線通信サービスを行うエリア（室内空間）であり、壁には窓2およびドア3が設けてあり、同エリア内には棚4とテーブル5が配置されている。可動電波計測器7は、無線機10の送信波によって発生する部屋1の内部のある限定された空間中の電波強度および該空間中の各地点における電波の到来方向を計測し、実測電磁界強度分布6を生成する。図中の実測電磁界強度分布6は、模式的に空間内のある平面（受信面）における電波強度を濃度の濃さで示している。
【0035】
図１Ｂで示すように、部屋1の内部を可動電波計測器7が移動し、部屋1内の各場所で電波の強度および到来方向を計測する。可動電波計測器7は、部屋1の床面を二次元的に移動するとともに、高さを可変とすることで三次元空間での電波計測を可能とする。この結果、部屋1の各場所での実測電磁界強度分布6が生成される。また、部屋1内の各地点に移動した可動電波計測器7は該地点より三次元的に複数の方向に光波を発射し、同光波の反射波の遅延位相を測定することにより、該地点から部屋1内部の構造物の表面の点の空間位置を距離と方向で特定することができる。
【0036】
図１Ｃで示すように、特定された部屋1内部の構造物の表面の複数の点の空間位置に基づいて、計算機資源中に該空間位置に対応する計測点11をデータとして構成することができる。当該データは任意の座標系に基づいて、３次元中の座標を特定できるものであればよい。
【0037】
図１Ｄで示すように、計測点11を用いて、計算機資源中に電磁界計算用モデルを構成するため、部屋1および棚4とテーブル5の電磁波散乱体の構造モデルを生成する。構造モデルは、計測点11を頂点とするポリゴン12を形成し、それらの連結群として構築する。連結群により、天井と壁を表現するポリゴン群101、窓2を表現するポリゴン群102、棚4を表現するポリコン群104およびテーブル5を表現するポリコン群105が、電磁界計算用の構造モデルとして得られる。電磁界計算用モデルの形成手法で公知の部分の説明は割愛する。本実施例ではポリゴンを三角形で示すが、他の多角形でもよい。
【0038】
無線通信性能評価システム100は、部屋1および内部の構造物である窓2、ドア3、棚4およびテーブル5の無線通信に用いる電磁波に対する諸電気特性を、対応するポリゴン12の各連結群に属性として付与する。電気特性はそれぞれの材質等に基づいて、あらかじめ定めて計算機資源中に記憶しておくものとする。
【0039】
無線通信性能評価システム100は、諸電気特性を属性として有するポリゴン12の各連結群で表現される計算機資源中の計算モデルを用いて、計算機資源中に無線機10が設置される地点に対応する計算機資源中の点に送信点110を仮設する。
【0040】
該送信点110より三次元的に複数の方向に自由空間中を直進する電波を表現するレイを放射する。該レイがポリゴン12に衝突した際に、ポリゴン12が所属する連結群に付与された属性を用いて、新たな強度と位相および方向を計算して、レイを再放射する過程を繰り返し、実測電磁界強度分布6に相当する推定電磁界強度分布106を計算機資源中に求める（レイトレース計算）。
【0041】
実空間における電波の挙動と計算機資源中での計算モデルの挙動が完全に一致すれば、実測電磁界強度分布6と推定電磁界強度分布106は一致するはずである。しかし、実際のサービスエリア内で電波が進行する過程を計算機資源内で忠実に再現できるかは保証がない。例えば図１Ａの実測電磁界強度分布6と図１Ｄの推定電磁界強度分布106は、右上隅から左へ４枠、手前に２枠の個所で不一致を生じている。
【0042】
そこで、本実施例では、実測電磁界強度分布6に推定電磁界強度分布106が近づくように、計算資源中に形成されたポリゴン12を修正する。具体的にはポリゴン12の法線111を変更する。法線111が変更されるポリゴン12は、必要に応じてすべてのあるいは一部のポリゴン12で変更するものとする。
【0043】
本実施例では、サービスエリア内の無線通信特性を計算機資源を用いて推定するために計算機資源中に構築される電磁界計算モデルを、実際の無線通信が行われる環境で得られる電波特性の実測データを用いて補正する。具体的には、サービスエリア内の電波特性を推定する構造モデルを、同エリア内で実測する電波の強度と到来角を用いて修正する。
【0044】
このため、計算機資源を用いたサービスエリア内の無線通信システムの特性予測精度を向上でき、該サービスエリア内に無線通信システムの導入に係わる無線エンジニアリングのコストを削減でき、導入後の同システムの保守に係わる無線エンジニアリングのコスト低減に効果がある。
【実施例0045】
図２は他の実施例の無線通信性能評価システムの構成を説明する図である。実施例１（図１Ｄ）と異なる点は、無線通信性能評価システム100は実測電磁界強度分布6に推定電磁界強度分布106が近づくように、計算資源中に形成された（必要に応じてすべての）計測点11の位置に相当する三次元的座標を変更することである。この変更によって、該計測点を頂点とするポリゴン12の形状および方向が変化し、ポリゴン12の法線111も変化する。
【0046】
本実施例によれば、当該計測点11を持つポリゴン12の法線の変更を、該ポリゴン12が所属する連結群の連結構造(トポロジー)を変更することなく実現できる。このため、計算機資源中の計算モデルとサービスエリア内の実空間に存在する構造物のトポロジーを近づけることができるので、実施例１と比較して、計算機資源を用いたサービスエリア内の無線通信システムの特性予測精度を向上させる効果がある。
【実施例0047】
実施例の無線通信性能評価システムの他の例を図３および図４を用いて説明する。この例では、計算モデルから得られる電界の計算値と実測値を比較して、乖離が許容値を超える地点に到来する電波の実測方向を用いて、同モデル内の対応する受信点に対向するポリゴン（およびその周辺のポリゴン）を修正する。
図３は無線通信システムの通信性能予測の精度向上と同システムの導入コストを削減する無線通信性能評価システムの構成を説明する図である。
図４は実測した到来波方向を用いて計算機資源中の電磁界計算の為の計算モデルを変更する方法を説明するする図である。
図３は無線通信システムの通信性能予測の精度向上と同システムの導入コストを削減する無線通信性能評価システムの構成を説明する図である。
図４は実測した到来波方向を用いて計算機資源中の電磁界計算の為の計算モデルを変更する方法を説明するする図である。
【0048】
実施例１および実施例２と異なる点は、無線通信性能評価システム100は、計算資源中に形成された計測点11の内、実測電磁界強度分布6と推定電磁界強度分布106の差が大きい領域に影響を与える部分を特定する点である。
【0049】
当該部分を特定するため、差が大きい領域に相当する実空間において可動電波計測器7によって計測された電波の到来方向を用い、計算機資源中の該到来方向に存在する計測点11を以って該部分と推定する。
【0050】
図３に示すように、実測電磁界強度分布6に対して推定電磁界強度分布106が、あらかじめ設定した閾値に対して小さい領域131がある場合の処理を説明する。まず、該領域131から見て可動電波計測器7によって計測された電波の到来方向121に相当する方向に存在するポリゴン12Aを特定する。ポリゴン12Aと頂点を共有する複数のポリゴン12のうち、衝突しているレイの強度が最大のレイ21を持つポリゴン12Bを選択する。そして、該衝突しているレイ21が該領域131に到達するように、選択したポリゴン12Bに属する頂点を変更する。この結果各ポリゴン12は図３中点線の状態から実線の状態に変更される。これに伴い各ポリゴン12の法線111が点線で示すものから実線で示すものに変更されるのは実施例１と同様である(case A)。なお、レイの強度が最大のレイ21を持つポリゴン12Bを選択するかわりに、衝突するレイの強度がポリゴン12Aに衝突するレイより大きいポリゴンのいずれかを選択してもよい。
【0051】
図４に上記処理を詳細に説明する。実測電磁界強度分布6に対して推定電磁界強度分布106を相対して図示している。推定電磁界強度分布106において、領域401は実測電磁界強度分布6に対して小さな強度が推定されている(case A)。推定電磁界強度分布106において、領域403は実測電磁界強度分布6に対して大きな強度が推定されている(case B)。実測値と推定値を近づけることで無線通信状態を精度よく仮想的に再現可能になる。
【0052】
case Aにおいて、領域401は実空間において領域402に対応する。領域402を受信面Rcとする。受信面Rcの測定値に対して推定値が低い強度を示しているので、推定のための計算モデルにおいて受信面Rcに到達しているレイは、本来到達すべきレイではないと実施例のシステムは判断する。本来到達すべきレイの方向を実測値で得られる到来波の方向と考えて、受信面Rcより測定値で得られた電波の到来方向121に存在するポリゴン12Aを計算で求める。この計算は受信面Rcよりレイを発射するときに衝突するポリゴンを見つける手続きと同一なので通常のレイトレース計算で高速に処理される。本来受信面Rcに到達するレイを発射すると考えられるポリゴン12Aが特定されたら、その周囲のポリゴンを含めてこれらのポリゴンに到達しているレイの強度をチェックする。
【0053】
電波の到来方向121に存在するポリゴン12Aの周囲のポリゴン（あるいは隣接するポリゴン）を含める理由は、測定値から得られる到来波の方向の測定誤差の問題を解消するためである。具体例では、「周囲のポリゴン」は、受信面Rcからレイを測定値の電波の到来方向121に向けて放射することにより得られるポリゴン12Aと頂点を共有するすべてのポリゴンとしている。このようにすることで、必要とされる計算規模を抑制しつつ良好な精度を得ることができる。
【0054】
計算モデル内で、周囲のポリゴンも含め複数のポリゴンの中で最も強い強度でレイが到達しているポリゴン(優先ポリゴン)12Bが選び出されたら、優先ポリゴン12Bに入射するレイ21が受信面Rcに到達するように優先ポリゴン12Bの頂点の座標を変更する。この頂点の座標の変更の仕方にはいろいろな方式があるが、図４の例では優先ポリゴン12Bのポリゴン12Aと共有する頂点ｘを選択してその座標を変える方式を採用している。他の例としては、優先ポリゴンの3つの頂点座標を同時に変更する方法がある。
【0055】
到来波の実測値と光線の方向の計算値を近づけることを目的として、上述のようにポリゴン12Bの頂点ｘをｘ′に変更する。これに伴って、各ポリゴンの法線が変化する。例えばｎは変更前のポリゴン12Aの法線でありｎ′は変更後のポリゴン12Aの法線である。このような処理の結果、ポリゴン12Bからの電磁波がポリゴン12Aからの電磁波に代えて受信面Rcに到達する。ポリゴン12Aからの電磁波は、受信面Rcとは別の受信面に到達する。またこれにともなって他のポリゴンからの電磁波もその方向が変更される場合がある。
【0056】
該実測電磁界強度分布6に対して該推定電磁界強度分布106があらかじめ設定した閾値に対して大きい領域403に対する処理を説明する(case B)。領域403を受信面Rcとする。該領域403から見て可動電波計測器7によって計測された電波の到来方向に相当する方向122に存在するポリゴン12Cを特定する。ポリゴン12Cと頂点を共有する複数のポリゴン12のうち衝突しているレイの強度の最小のレイ22を持つポリゴン12Dを選択する。該衝突しているレイ22が該領域403に到達するようにポリゴン12Dに属する頂点を変更する(case B)。なお、レイの強度が最小のレイ22を持つポリゴン12Dを選択するかわりに、衝突するレイの強度がポリゴン12Cに衝突するレイより小さいポリゴンのいずれかを選択してもよい。
【0057】
本実施例によれば、実測電磁界強度分布6に推定電磁界強度分布106を近づけるために変更すべき計測点の数を大幅に減少できるので、実環境に適応して計算機資源中の計算モデルを変更する時間を大幅に短縮でき、サービスエリア内の無線通信システムの導入および保守に係わる無線エンジニアリングのコストを低減する効果がある。