特開 2024-66876 電波可視化システム、伝搬シミュレータ、電波可視化方法及びシミュレーションプログラム

(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】P2024066876

(43)【公開日】2024-05-16

(54)【発明の名称】電波可視化システム、伝搬シミュレータ、電波可視化方法及びシミュレーションプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04B 17/391 20150101AFI20240509BHJP

   H04B 17/309 20150101ALI20240509BHJP

   H04B 17/23 20150101ALI20240509BHJP

   H04W 24/06 20090101ALI20240509BHJP

   H04W 16/18 20090101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

H04B17/391

H04B17/309

H04B17/23

H04W24/06

H04W16/18 110

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022176650

(22)【出願日】2022-11-02

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000102739

【氏名又は名称】エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村上 友規

(72)【発明者】

【氏名】小川 智明

(72)【発明者】

【氏名】岩渕 匡史

(72)【発明者】

【氏名】大宮 陸

(72)【発明者】

【氏名】谷口 諒太郎

(72)【発明者】

【氏名】作田 豊

(72)【発明者】

【氏名】井田 正明

【テーマコード（参考）】

5K067

【Ｆターム（参考）】

5K067AA21

5K067EE02

5K067EE10

5K067LL00

(57)【要約】

【課題】電波の伝搬の可視化に要する時間を短縮することを可能にする。
【解決手段】一実施形態にかかる電波可視化システムは、三次元スケールモデルを作成するモデル作成部と、領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する評価条件作成部と、モデル作成部が作成した三次元スケールモデルに対し、評価条件作成部が作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行する伝搬シミュレータと、伝搬シミュレータが出力した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する可視化部とを有し、伝搬シミュレータは、伝搬特性のシミュレーションに要する時間が短いと想定される評価条件を用いたシミュレーション結果から順に可視化部へ出力する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線通信システムに用いる電波の伝搬特性の評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを作成するモデル作成部と、
前記無線通信システムの性能に基づいて、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する評価条件作成部と、
前記モデル作成部が作成した三次元スケールモデルに対し、前記評価条件作成部が作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をそれぞれ出力する伝搬シミュレータと、
前記伝搬シミュレータが出力した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する可視化部と
を有し、
前記伝搬シミュレータは、
伝搬特性のシミュレーションに要する時間が短いと想定される評価条件を用いたシミュレーション結果から順に前記可視化部へ出力すること
を特徴とする電波可視化システム。

【請求項2】

前記伝搬シミュレータは、
複数の伝搬特性のシミュレーションを並列に行うこと
を特徴とする請求項１に記載の電波可視化システム。

【請求項3】

前記可視化部は、
前記伝搬シミュレータが出力したシミュレーション結果それぞれを順次に加えて可視化すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の電波可視化システム。

【請求項4】

前記伝搬シミュレータは、
伝搬特性のシミュレーションに要する時間が所定時間を超えた場合、当該シミュレーションを停止させること
を特徴とする請求項１又は２に記載の電波可視化システム。

【請求項5】

前記可視化部は、
伝搬特性のシミュレーション結果を評価条件ごとにそれぞれ所定期間にのみ可視化すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の電波可視化システム。

【請求項6】

無線通信システムに用いる電波の伝搬特性を、評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを用いてシミュレーションする伝搬シミュレータにおいて、
前記三次元スケールモデルに対し、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いるように前記無線通信システムの性能に基づいて作成された複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行する実行部と、
伝搬特性のシミュレーションに要する時間が短いと想定される評価条件を用いたシミュレーションの結果から順に、前記実行部が実行した複数の伝搬特性のシミュレーションの結果をそれぞれ出力するように制御する制御部と
を有することを特徴とする伝搬シミュレータ。

【請求項7】

無線通信システムに用いる電波の伝搬特性の評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを作成するモデル作成工程と、
前記無線通信システムの性能に基づいて、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する評価条件作成工程と、
前記モデル作成工程により作成した三次元スケールモデルに対し、前記評価条件作成工程により作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をそれぞれ出力する伝搬シミュレーション工程と、
前記伝搬シミュレーション工程により出力した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する可視化工程と
を含み、
前記伝搬シミュレーション工程では、
伝搬特性のシミュレーションに要する時間が短いと想定される評価条件を用いたシミュレーション結果から順に出力すること
を特徴とする電波可視化方法。

【請求項8】

請求項６に記載の伝搬シミュレータの各部としてコンピュータを機能させるためのシミュレーションプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電波可視化システム、伝搬シミュレータ、電波可視化方法及びシミュレーションプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、５Ｇ（5th Generation Mobile Communication System）やローカル５Ｇを代表とする新たな無線通信システムの導入が爆発的に進んでいる。これらの無線通信システムを設置する場合、電波の伝搬シミュレーションを活用した評価が必須となる。また、電波の伝搬を効率的に評価するために、電波の伝搬シミュレーションの結果を可視化し、無線通信システムの設定を最適化する技術が検討されている。

【0003】

例えば、電波の伝搬を可視化する場合、無線通信システムが設置される環境に対して三次元の環境モデルを作成し、無線通信システムの基本的な性能(中心周波数、周波数帯域、送信電力、アンテナ条件、設置位置)と、伝搬シミュレーションに必要な評価条件(反射回数、回折回数、透過／反射条件など)を設定して伝搬シミュレーションを行う（例えば、非特許文献１参照）。

【0004】

電波の伝搬シミュレーションや可視化は、無線通信システムを設置する前に実施しておくことが望ましい。実際の環境に無線通信システムを設置する場合、環境の変化や、通信エリアごとに要求条件が異なることがあるため、電波の伝搬特性をリアルタイムに評価できるシステムが要求されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】今井哲朗、「Mobile Radio Propagation Simulation Based on Ray-Tracing Method」、電子情報通信学会、2009年、電子情報通信学会論文誌Ｂ Vol. J92-B No. 9、pp.1333-1347

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、電波の伝搬をリアルタイムで可視化するためには、伝搬シミュレーションを行うための各ステップのリアルタイム動作が必須になる。特に、伝搬シミュレーションにおける計算がボトルネックになることが知られている。具体的には、伝搬シミュレーションに対する評価条件が複雑化すると、指数関数的に計算負荷が増大するため、リアルタイムでの可視化は困難であった。

【0007】

本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、電波の伝搬の可視化に要する時間を短縮することを可能にすることができる電波可視化システム、伝搬シミュレータ、電波可視化方法及びシミュレーションプログラ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】

【0008】

本発明の一実施形態にかかる電波可視化システムは、無線通信システムに用いる電波の伝搬特性の評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを作成するモデル作成部と、前記無線通信システムの性能に基づいて、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する評価条件作成部と、前記モデル作成部が作成した三次元スケールモデルに対し、前記評価条件作成部が作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をそれぞれ出力する伝搬シミュレータと、前記伝搬シミュレータが出力した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する可視化部とを有し、前記伝搬シミュレータは、伝搬特性のシミュレーションに要する時間が短いと想定される評価条件を用いたシミュレーション結果から順に前記可視化部へ出力することを特徴とする。

【0009】

また、本発明の一実施形態にかかる伝搬シミュレータは、無線通信システムに用いる電波の伝搬特性を、評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを用いてシミュレーションする伝搬シミュレータにおいて、前記三次元スケールモデルに対し、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いるように前記無線通信システムの性能に基づいて作成された複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行する実行部と、伝搬特性のシミュレーションに要する時間が短いと想定される評価条件を用いたシミュレーションの結果から順に、前記実行部が実行した複数の伝搬特性のシミュレーションの結果をそれぞれ出力するように制御する制御部とを有することを特徴とする。

【0010】

また、本発明の一実施形態にかかる電波可視化方法は、無線通信システムに用いる電波の伝搬特性の評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを作成するモデル作成工程と、前記無線通信システムの性能に基づいて、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する評価条件作成工程と、前記モデル作成工程により作成した三次元スケールモデルに対し、前記評価条件作成工程により作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をそれぞれ出力する伝搬シミュレーション工程と、前記伝搬シミュレーション工程により出力した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する可視化工程とを含み、前記伝搬シミュレーション工程では、伝搬特性のシミュレーションに要する時間が短いと想定される評価条件を用いたシミュレーション結果から順に出力することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、電波の伝搬の可視化に要する時間を短縮することを可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態にかかる電波可視化システムの構成の概要を模式的に例示する図である。

【図2】電波可視化システムが電波を可視化する電波可視化方法の一例を示す図である。

【図3】伝搬シミュレータが有するハードウェア構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、図面を用いて一実施形態にかかる電波可視化システムについて説明する。図１は、一実施形態にかかる電波可視化システム１の構成の概要を模式的に例示する図である。

【0014】

図１に示すように、電波可視化システム１は、例えば、モデル作成部２、評価条件作成部３、伝搬シミュレータ４、及び可視化部５を有する。そして、電波可視化システム１は、例えば１つ以上の基地局と、１つ以上の端末局とが無線通信を行う無線通信システムを設置する予定の領域（対象領域）の地形及び建造物を含む環境における電波の伝搬をシミュレーションして可視化する。

【0015】

なお、対象領域の環境には、基地局又は端末局が発射する電波を反射又は中継する反射板又は中継局が含まれてもよい。

【0016】

モデル作成部２は、対象領域の環境を示す環境情報を取得し、対象領域の環境を再現するためのスケールモデルを作成する。例えば、モデル作成部２は、基地局と端末局とが無線通信を行う無線通信システムに用いる電波の伝搬特性の評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境を再現する縮小した三次元スケールモデルを、例えば３Ｄ（三次元）プリンタなどによって所定の材料により作成する。

【0017】

評価条件作成部３は、無線通信システムの性能を示す無線通信システム情報に基づいて、対象領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成し、伝搬シミュレータ４に対して出力する。

【0018】

伝搬シミュレータ４は、例えば実行部４０及び制御部４２を有し、モデル作成部２が作成した三次元スケールモデルに対し、評価条件作成部３が作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果を可視化部５に対してそれぞれ出力する。

【0019】

実行部４０は、モデル作成部２が作成した三次元スケールモデルに対し、対象領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いるように無線通信システムの性能に基づいて作成された複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行する。

【0020】

制御部４２は、伝搬特性のシミュレーションに要する時間が短いと想定される評価条件を用いたシミュレーションの結果から順に、実行部４０が実行した複数の伝搬特性のシミュレーションの結果をそれぞれ出力するように制御する。

【0021】

このように、伝搬シミュレータ４は、伝搬特性のシミュレーションに要する時間（演算処理時間）が短いと想定される評価条件を用いたシミュレーション結果から順に、可視化部５へシミュレーション結果を出力する。

【0022】

例えば、伝搬シミュレータ４は、電波の反射回数、回折回数、及び周波数のそれぞれ、又は、反射回数、回折回数、及び周波数の組合せなどの数値が小さいものから順にシミュレーションを行い、順次にシミュレーション結果を出力する。

【0023】

具体的には、反射回数が１→２→３・・・と増加したり、回折回数が０→１→２→３・・・と増加したり、周波数が１ＧＨｚ→２ＧＨｚ→３ＧＨｚ・・・と増加すると、演算量が指数関数的に増加する。そのため、伝搬シミュレータ４は、反射回数、回折回数、及び周波数の数値や、組合せの数値が小さい電波に対し、優先してシミュレーションを行うように設定可能にされている。

【0024】

また、伝搬シミュレータ４は、複数の電波の伝搬特性のシミュレーションを並列に行うように構成されてもよい。また、伝搬シミュレータ４は、伝搬特性のシミュレーションに要する時間が所定時間を超えた場合、当該シミュレーションを停止させるように構成されてもよい。

【0025】

また、伝搬シミュレータ４は、次の新たな評価条件が追加された場合には、シミュレーションを停止するように構成されてもよい。つまり、伝搬シミュレータ４は、評価条件を追加・変更されるごとに、評価条件を追加・変更される前のシミュレーションを停止させて、評価条件を追加・変更された後のシミュレーションを即時に行うように構成されてもよい。

【0026】

可視化部５は、例えばディスプレイ（表示装置）などであり、伝搬シミュレータ４が出力した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する。

【0027】

また、可視化部５は、伝搬シミュレータ４が出力したシミュレーション結果それぞれを順次に加えて可視化するように構成されてもよい。

【0028】

また、可視化部５は、伝搬特性のシミュレーション結果を評価条件ごとにそれぞれ所定期間にのみ可視化するように構成されてもよい。つまり、可視化部５は、シミュレーション結果それぞれに対して可視化する時間が制限されてもよい。例えば、可視化部５は、予め算出された秒数の表示サイクル（変更可能な時間の初期値）でシミュレーション結果をそれぞれ可視化してもよい。

【0029】

次に、電波可視化システム１が電波を可視化する電波可視化方法の一例について説明する。図２は、電波可視化システム１が電波を可視化する電波可視化方法の一例を示す図である。

【0030】

図２に示すように、電波可視化システム１は、電波を可視化するために、まず、モデル作成部２が三次元スケールモデルを作成する（Ｓ１００）。次に、電波可視化システム１は、モデル作成部２が作成した複数の評価条件を伝搬シミュレータ４に対してそれぞれ設定する（Ｓ１０２－１～Ｓ１０２－Ｎ）。

【0031】

伝搬シミュレータ４は、モデル作成部２が作成した三次元スケールモデルに対し、評価条件作成部３が作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果を可視化部５に対してそれぞれ出力する（Ｓ１０４）。

【0032】

そして、可視化部５は、伝搬シミュレータ４が出力した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する（Ｓ１０６）。

【0033】

そして、電波可視化システム１は、対象環境の変化などにより、評価条件を変更する必要が生じた場合にはＳ１０２－１～Ｓ１０２－Ｎの処理に戻り、三次元スケールモデルを再度作成する必要が生じた場合にはＳ１００の処理に戻る。

【0034】

このように、電波可視化システム１は、伝搬シミュレータ４が、伝搬特性のシミュレーションに要する時間が短いと想定される評価条件を用いたシミュレーション結果から順に可視化部５へ出力することにより、電波の伝搬の可視化に要する時間を短縮することができる。

【0035】

なお、電波可視化システム１を構成する各部は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。

【0036】

例えば、電波可視化システム１を構成する各部は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

【0037】

図３は、伝搬シミュレータ４が有するハードウェア構成例を示す図である。図３に示すように、例えば伝搬シミュレータ４は、入力部９０、出力部９１、通信部９２、ＣＰＵ９３、メモリ９４及びＨＤＤ９５がバス９６を介して接続され、コンピュータとしての機能を備える。また、伝搬シミュレータ４は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体９７との間でデータを入出力することができるようにされている。

【0038】

入力部９０は、例えばキーボード及びマウス等である。出力部９１は、例えばディスプレイなどの表示装置である。通信部９２は、例えばネットワークインターフェースなどである。

【0039】

ＣＰＵ９３は、伝搬シミュレータ４を構成する各部を制御し、所定の処理等を行う。メモリ９４及びＨＤＤ９５は、データ等を記憶する記憶部である。

【0040】

記憶媒体９７は、伝搬シミュレータ４が有する機能を実行させるプログラム等を記憶可能にされている。なお、伝搬シミュレータ４を構成するアーキテクチャは図３に示した例に限定されない。

【符号の説明】

【0041】

１・・・電波可視化システム、２・・・モデル作成部、３・・・評価条件作成部、４・・・伝搬シミュレータ、５・・・可視化部、４０・・・実行部、４２・・・制御部、９０・・・入力部、９１・・・出力部、９２・・・通信部、９３・・・ＣＰＵ、９４・・・メモリ、９５・・・ＨＤＤ、９６・・・バス、９７・・・記憶媒体

【図1】

【図2】

【図3】