JPH1062468A - 電波伝搬経路推定方法および電波伝搬経路推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電波の伝搬経路を推定する上で演算量を削減
する。 【解決手段】この電波伝搬経路推定方法の場合、障害物
が存在する所定空間内の全ての反射面の情報と電波を送
受する点の情報とを所定空間内に展開し、所定空間内に
展開された点を送信点および受信点として設定し、所定
空間内に設定された送信点と受信点との双方から見通し
となる反射面を探査し、探査された見通しとなる反射面
を電波が反射する可能性のある演算対象の面として絞り
込み、絞り込んだ反射面を対象に所定空間内の電波の伝
搬経路を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば構内無線電
話システムなどに利用される所定範囲の空間における電
波の伝搬経路を推定する電波伝搬経路推定方法および電
波伝搬経路推定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、簡易型携帯電話システム（ＰＨ
Ｓ）などを利用した構内無線電話システムなどの開発が
盛んに進められているが、この種のシステム開発におい
て、無線電話の電波がどのように伝搬するか、あるいは
無線電話の電波がどこまで届くかをシュミレーションす
ることは重要である。

【０００３】一般に、ある空間内のある発信点から発射
された電波や光などは、その点を中心に放射状に直進
し、障害物に反射して方向を変え、徐々に減衰してゆく
ため、従来の方法の場合、まず、電波が伝搬される仮想
空間をシュミレーションし、図１０に示すように、その
仮想空間について電波の伝搬経路を推定し（第１の演算
ステップ）、その後、推定した伝搬経路上のレベルを推
定する（第２の演算ステップ）という二段構えの方法が
とられる。

【０００４】第１の演算ステップ、つまり電波の伝搬経
路を推定する上では、電波や光などが面に反射する場合
の推定法、例えばラウンチング法やレイトレーシングの
イメージ法などが利用される。

【０００５】例えばレイトレーシングのイメージ法（影
像法）は、図１１に示すように、電波や光などを送信す
る送信点６１と反射面６２と電波や光などの受信点６３
があった場合に、送信点６１から反射面６２に対して垂
線６４を引き、その垂線６４の延長線上にイメージ送信
点（影像送信点）６５を設定し、このイメージ送信点６
５から受信点６３へ直線６６を引いたときに直線６６が
反射面６２と交差した点を反射点６７として定める方法
である。

【０００６】このレイトレーシングのイメージ法を利用
した場合、上記第１の演算ステップにおいて、図１２に
示すような手順で演算が実行される。

【０００７】すなわち、まず、シュミレーションした空
間の情報、つまり障害物情報を含む構内情報を入力し
（ステップ501 ）、電波の送信点（座標情報）および受
信点（座標情報）を決め（ステップ502,ステップ503
）、さらに障害物や構内の壁面などで形成される仮の
反射面を決めると（ステップ504 ）、仮の反射面に対す
る影像送信点を求め（ステップ505 ）、この影像送信点
に基づいて仮の反射面における反射点を求める（ステッ
プ506 ）。

【０００８】そして、送信点から反射点までの間に障害
物があるか否かを判定する（ステップ507 ）。

【０００９】ここで、障害物が存在しなければ（ステッ
プ507 のNo）、次に反射点から受信点の間に障害物があ
るか否かを判定する（ステップ508 ）。この判定でも、
障害物が存在しなければ（ステップ508 のNo）、送信点
−反射点−受信点をつなぐ直線を有効な伝搬路と決定す
る（ステップ509 ）。

【００１０】このように有効な伝搬路を決定すると、他
に仮の反射面候補があるか否かをチェックし（ステップ
510 ）、他に候補があれば（ステップ510 のYes ）、ス
テップ504 に戻り、再び演算処理を実行する。

【００１１】一方、他に候補がなければ（ステップ510
のNo）、別の受信点レベルを推定するか否かを判定し
（ステップ511 ）、別の受信点レベルを推定する必要が
あれば（ステップ511 のYes ）、ステップ503 へ戻り、
再び演算処理を実行する。

【００１２】また推定の必要がなければ（ステップ511
のNo）、別の送信点からのレベルを推定するか否かを判
定し（ステップ512 ）、推定する必要があれば（ステッ
プ512 のYes ）、ステップ502 へ戻り、再び演算処理を
実行する。そして推定する必要がなければ（ステップ51
2 のNo）、ここで初めて処理を終了する。

【００１３】つまり、従来の電波伝搬経路推定方法で
は、構内に存在する全ての面を反射面と仮定して、仮想
空間内の一点一点について送信点および受信点を設定し
ては各反射点を求め、それぞれについて送信点−反射点
−受信点をつなぐ経路上に障害物があるか否かを調べる
といった膨大な量の演算処理が行われていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これで
は、仮想空間内に障害物（反射面）が一つ増えただけで
も演算量が増大し、演算処理側の負担が大きくなるとい
う問題があった。

【００１５】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、障害物が存在する空間について電波
の伝搬経路を推定するにあたり、演算処理側の演算負荷
を軽減することのできる電波伝搬経路推定方法および電
波伝搬経路推定装置を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明の電波伝搬経路推定方法
は、障害物の存在する所定空間内の全ての反射面の情報
と、電波を送受する点の情報とを所定空間内に展開する
工程と、所定空間内に展開された点を送信点および受信
点として設定する工程と、所定空間内に設定された送信
点と受信点との双方から見通しとなる反射面を探査する
工程と、探査された見通しとなる反射面を電波が反射す
る可能性のある演算対象の面として絞り込む工程と、絞
り込まれた反射面を対象に所定空間内の電波の伝搬経路
を演算する工程とを有することを特徴としている。

【００１７】請求項２記載の発明の電波伝搬経路推定方
法は、障害物の存在する所定空間内の全ての反射面の情
報と、電波を送受する点の情報とを所定空間内に展開す
る工程と、所定空間内に展開された点を送信点および受
信点として設定する工程と、所定空間内の送信点と受信
点との双方から見通しとなる反射面を探査する工程と、
探査された反射面を反射候補面と定め記憶する工程と、
記憶した反射候補面を対象に所定空間内の電波の伝搬経
路を演算する工程とを有することを特徴としている。

【００１８】請求項３記載の発明の電波伝搬経路推定装
置は、障害物の存在する所定空間内の全ての反射面の情
報と、電波を送受する点の情報とを格納した情報格納手
段と、前記情報格納手段から反射面の情報と点の情報を
読み出し所定空間内に展開する手段と、所定空間内に展
開された点を送信点および受信点として設定する手段
と、所定空間内に設定された送信点と受信点との双方か
ら見通しとなる反射面を探査する手段と、探査された見
通しとなる反射面を電波が反射する可能性のある演算対
象の面として絞り込む手段と、絞り込まれた反射面を対
象に所定空間内の電波の伝搬経路を演算する手段とを具
備したことを特徴としている。

【００１９】請求項４記載の発明の電波伝搬経路推定装
置は、障害物の存在する所定空間内の全ての反射面の情
報と、電波を送受する点の情報を格納した情報格納手段
と、この情報格納手段から反射面の情報と点の情報を読
み出し所定空間内に展開する手段と、所定空間内に展開
された点を送信点および受信点として設定する手段と、
所定空間内の送信点と受信点との双方から見通しとなる
反射面を探査する手段と、探査された反射面を反射候補
面と定め記憶する手段と、記憶した反射候補面を対象に
所定空間内の電波の伝搬経路を演算する手段とを具備し
たことを特徴としている。

【００２０】請求項１および３記載の発明では、障害物
が存在する所定空間内の全ての反射面の情報と電波を送
受する点の情報とが所定空間内に展開されて、所定空間
内に展開された点を送信点および受信点として設定さ
れ、所定空間内に設定された送信点と受信点との双方か
ら見通しとなる反射面が探査され、探査された見通しと
なる反射面が電波が反射する可能性のある演算対象の面
として絞り込まれた上で、その反射面を対象に所定空間
内の電波の伝搬経路が演算される。

【００２１】請求項２および４記載の発明では、上記同
様に所定空間内に設定された送信点と受信点との双方か
ら見通しとなる反射面が探査された後、その見通しとな
る反射面が反射候補面と定られて記憶され、記憶された
反射候補面を対象に所定空間内の電波の伝搬経路が演算
される。

【００２２】したがって、従来の方法よりも演算回数を
削減でき、演算処理側の演算負荷を軽減することができ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明に係る電波伝搬経路推定方法
の一つの実施形態を示す図である。同図において、１は
障害物の存在する構内などを囲う所定仮想空間上の三次
元座標上に全ての反射面の情報と、電波を送受する点の
情報（座標情報）とを格納した情報格納手段としてのデ
ータベースである。２は障害物、送信点、受信点などを
設定するための入力装置である。この入力装置２は例え
ばキーボード、マウスなどである。３は表示装置であ
り、構内に配置された障害物や反射面（壁面など）、電
波を送受する点などを表示する。４は演算処理装置であ
り、入力装置２により指示入力された送信点、受信点な
どを構内の点の位置に設定すると共に、データベース１
から障害物や点の情報を読み出して構内をシミュレーシ
ョンした仮想空間上にマッピングしたり、反射面の絞り
込みを行い電波の伝搬経路を演算する。

【００２５】以下、図２〜図７を参照してこの電波伝搬
経路推定装置の動作を説明する。

【００２６】まず、電波伝搬経路推定を行う構内１０の
情報（座標情報）を入力装置２より入力する。演算処理
装置４は、入力された構内１０の情報（座標情報）が、
図３に示すように、かぎ型状の敷地を有する構内１０で
あった場合、この構内１０を囲い込むような仮想空間、
この場合、図４に示すように、３次元空間としての直方
体状の仮想空間１１をシミュレーションする。そして、
仮想空間１１のそれぞれの隔壁面には、図５に示すよう
に、複数の点２１を格子状に設定する。これら各点２１
は、それぞれ反射点を探査するために使用する調査ベク
トルの終点座標として使われる。

【００２７】続いて、演算処理装置４は、障害物の情報
（形状情報）を含む構内の情報（壁面の情報）をデータ
ベース１から読み出し、シミュレーションした仮想空間
１１上に展開（入力）する（図２のステップ101 ）。

【００２８】仮想空間１１上にデータベース１の情報を
展開した状態を図６に示す。この図６には、仮想空間１
１に構内１０の各壁面１０ａ〜１０ｆと障害物１２、１
３、１４などが配置されている。

【００２９】この仮想空間１１内において、電波の送信
点（電波照射位置）１６を決定（入力）すると（ステッ
プ102 ）、演算処理装置４は、障害物１２、１３、１４
の各面や構内の壁面１０ａ〜１０ｆなどで形成される全
ての面のうち、送信点１６から見通しのきく面（以下見
通し面と称す）を探査する（ステップ103 ）。

【００３０】この探査方法の一例を説明する。

【００３１】例えば図７に示すように、電波照射位置で
ある送信点１６から仮想空間１１の隔壁面２０の複数の
格子点２１のうちある格子点から順に調査ベクトル（直
線）１７を引き、送信点１６から隔壁面２０までで調査
ベクトル１７と交差する面が存在するか否かを座標上で
検索し、この場合のように調査ベクトル１７と複数の面
１０ｄ、１２ａ、１２ｃ、１３ａ、１３ｃが交差する場
合、これら複数の面１０ｄ、１２ａ、１２ｃ、１３ａ、
１３ｃのうち、送信点１６から一番近い面１３ｃを見通
し面（障害面）と決定し、その見通し面１３ｃの情報だ
けを記憶する。続いて、受信点（座標情報）を入力して
決めると（ステップ104 ）、演算処理装置４は、上記同
様に受信点からの見通し面を探査する（ステップ105
）。

【００３２】そして、演算処理装置４は、送信点と受信
点とから共に見通しとなる面を探査し、それを仮の反射
面として決定する（ステップ106 ）。

【００３３】演算処理装置４は、この決定した仮の反射
面に対してレイトレーシングのイメージ法（影像法）な
どで影像送信点を求め、この影像送信点に基づいて仮の
反射面における反射点を求める（ステップ107 ）。

【００３４】そして、演算処理装置４は、送信点から反
射点までの間に障害物があるか否かを判定する（ステッ
プ108 ）。

【００３５】ここで、障害物が存在しなければ（ステッ
プ108 のNo）、次に演算処理装置４は、反射点から受信
点の間に障害物があるか否かを判定する（ステップ109
）。この判定でも、障害物が存在しなければ（ステッ
プ109 のNo）、送信点−反射点−受信点をつなぐ直線を
有効な伝搬路と決定する（ステップ110 ）。

【００３６】このように有効な伝搬路を決定すると、他
に仮の反射面候補があるか否かをチェックし（ステップ
111 ）、他に候補があれば（ステップ111 のYes ）、ス
テップ107 に戻り、再び演算処理を実行する。

【００３７】一方、他に候補がなければ（ステップ111
のNo）、別の受信点レベルを推定するか否かを判定し
（ステップ112 ）、別の受信点レベルを推定する必要が
なければ、別の送信点からのレベルを推定するか否かを
判定し（ステップ113 ）、推定する必要がなければ、処
理を終了する。

【００３８】このようにこの電波伝搬経路推定装置によ
れば、構内１０を囲うようにシミュレーションした直方
体状の仮想空間１１内に送信点１６と受信点とを決め、
双方から見通しとなる反射面、つまり見通し面を探査
し、仮想空間１１内の全ての面のうち、実際に反射する
可能性がある面だけを絞り込んでから送信点−反射点−
受信点をつなぐ経路上に障害物があるか否かを調べて電
波の伝搬経路を求めるので、演算量が削減され、演算処
理装置の演算負荷を軽減することができる。

【００３９】例えば面の数：ｎ、調査格子点数：ａ、送
信点、受信点の双方から見える面の数：Ｐとすると、反
射面の候補は面の数：ｎである。なお調査格子点数と
は、各面に存在する格子点数をそれぞれ求め、全ての面
の数を合計したものである。

【００４０】従来の方法において、各面について影像
点、反射点を求めるためには、まず、各反射面毎に送信
点と受信点との間に障害となる面があるか否かの調査を
ｎ回行う。次に受信点と反射点との間に障害となる面が
あるか否かについても上記同様にｎ回行う。すなわち、
１つの反射面の候補に対してｎ＋ｎ回演算が行われる。
従来の方法では、このｎ＋ｎ回の演算を各面に対して行
うため、１つの送信点と受信点との間で面を調べる全回
数は、ｎ（ｎ＋ｎ）＝２ｎ² 回となる。

【００４１】一方、本発明では、初めに反射面を絞り込
むために、ある送信点と各調査格子点とを結ぶ調査ベク
トル（線分ベクトル）を考え、この線分ベクトル上に各
面について障害となっているか否かを調べる回数は、ａ
×ｎとなる。

【００４２】次に、受信点と各調査格子点とを結ぶ線分
ベクトル上に各面について障害となっているか否かを調
べる回数は、ａ×ｎとなる。

【００４３】従って、本発明では、反射面を絞り込むた
めにａ×ｎ＋ａ×ｎ＝２ａｎ回の演算で済む。

【００４４】次に、この２ａｎ回の演算により判明する
送信点、受信点の双方から見える面をＰとすると、それ
ぞれ送信点、受信点に対して面Ｐ上の反射面を求める。

【００４５】送信点と反射点との間の障害面の有無を調
べる回数は、Ｐ×ｎ 受信点と反射点との間の障害面の有無を調べる回数は、
Ｐ×ｎ 従って、各反射面に障害面があるか否かの検出のために
２Ｐｎ回、全体としての演算回数は、２Ｐｎ＋２Ｐｎ＝
２ｎ（ａ＋Ｐ）回となる。（但し、ｎ＞ａ＋Ｐのとき有
効） 以下、図８、図９を参照して従来の方法と本発明との効
果を具体的な数値で比較して説明する。図８は従来の方
法のフローチャート、図９は本発明のフローチャートで
ある。

【００４６】従来の方法の場合、１回反射を前提とし
て、構内に存在する面の数：ｎを例えば２００とした場
合、図８に示すように、Ｉ＝０，２００（ステップ601
）、Ｉ＝Ｉ＋１として（ステップ602 ）、初めの面か
ら順に影像送信点を求め（ステップ603 ）、次に反射点
を求める（ステップ604 ）。

【００４７】そして、伝搬路上の障害調査を行い（ステ
ップ605 ）、障害がなければ、その伝搬路を有効な伝搬
路とする（ステップ606 ）。

【００４８】また障害があれば、Ｉを確認し（ステップ
607 ）、まだ２００回になっていなければ、ステップ60
2 の処理に戻り、上記演算を繰り返し行う。

【００４９】すなわち、従来の方法では、全ての面に対
して、反射面を考え、伝搬路上に障害物があるか否かを
調べてゆく回数は２ｎ² 回なので、２×（２００）² ＝
８００００回となる。

【００５０】一方、本発明の場合、１回反射を前提とし
て、構内に存在する面の数：ｎを上記同様に２００と
し、そのうち、送信点および受信点の双方から見える
面：Ｐが２０存在し、構内を囲む仮想空間を構成する全
ての面に存在する格子点の全数：ａを１００とした場
合、図９に示すように、Ｉ＝０，１００、Ｊ＝０，２０
０、Ｉ＝Ｉ＋１、Ｊ＝Ｊ＋１として（ステップ201 〜20
4 ）、交差面を順に検出し（ステップ205 ）、Ｊが２０
０回になったら（ステップ206 ）、送信点に近い面を検
出する（ステップ207 ）。

【００５１】次に、Ｋ＝０，２００、Ｋ＝Ｋ＋１として
（ステップ208,209 ）、順に交差点を求め（ステップ21
0 ）、Ｋが２００回になったら（ステップ211 ）、受信
点に近い面を検出する（ステップ212 ）。

【００５２】そして、Ｉが１００回になるまで、上記処
理繰り返す（ステップ213 ）。

【００５３】その後、ｌ＝０，２０、ｌ＝ｌ＋１として
（ステップ214,215 ）、従来と同様に、影像点と反射点
の算出を行い、伝搬路上の障害調査を行い（ステップ21
6 ）、それを２０回繰り返し行う（ステップ217 ）。

【００５４】すなわち、本発明では、見通し面のみを反
射候補面と考え、伝搬路上に障害物があるか否かを調べ
る回数は、２ｎ（ａ＋Ｐ）回なので、２×２００×（１
００＋２０）＝４８０００回となり、従来よりも３２０
００回演算を削減できる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、送
信点と受信点との双方から見通しとなる反射面を探査
し、反射可能性のある反射面だけに演算対象を絞り込ん
でから、所定空間内の電波の伝搬経路を演算するので、
演算量を削減でき、演算処理側の演算負荷を軽減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電波伝搬経路推定装置の一つの実施形
態を示す図である。

【図２】この電波伝搬経路推定装置による電波伝搬経路
推定方法を示すフローチャートである。

【図３】構内の一例を示す図である。

【図４】構内を囲う仮想空間を示す図である。

【図５】図４の仮想空間の一つの隔壁面に配置された格
子点を示す図である。

【図６】図４の仮想空間に障害物を配置した例を示す図
である。

【図７】図４の仮想空間内に設定した送信点から調査ベ
クトルを引いて送信点から最も近い面を検出する様子を
示す図である。

【図８】具体的な効果を比較するための従来の方法のフ
ローチャートを示す図である。

【図９】具体的な効果を比較するための本発明のフロー
チャートを示す図である。

【図１０】従来の電波伝搬経路推定方法の概要を示すフ
ローチャートである。

【図１１】レイトレーシングのイメージ法を説明するた
めの図である。

【図１２】従来の電波伝搬経路推定方法の詳細を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】 １…データベース、２…入力装置、３…表示装置、４…
演算処理装置、１０…構内、１０ａ〜１０ｆ…壁面、１
１…仮想空間、１２、１３、１４…障害物、１２ａ、１
２ｃ、１３ａ、１３ｃ…面、１６…送信点、１７…調査
ベクトル、２０…仮想空間の隔壁面、２１…格子点。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 障害物の存在する所定空間内の全ての反
   射面の情報と、電波を送受する点の情報とを所定空間内
   に展開する工程と、 所定空間内に展開された点を送信点および受信点として
   設定する工程と、 所定空間内に設定された送信点と受信点との双方から見
   通しとなる反射面を探査する工程と、 探査された見通しとなる反射面を電波が反射する可能性
   のある演算対象の面として絞り込む工程と、 絞り込まれた反射面を対象に所定空間内の電波の伝搬経
   路を演算する工程とを有することを特徴とする電波伝搬
   経路推定方法。
2. 【請求項２】 障害物の存在する所定空間内の全ての反
   射面の情報と、電波を送受する点の情報とを所定空間内
   に展開する工程と、 所定空間内に展開された点を送信点および受信点として
   設定する工程と、 所定空間内の送信点と受信点との双方から見通しとなる
   反射面を探査する工程と、 探査された反射面を反射候補面と定め記憶する工程と、 記憶した反射候補面を対象に所定空間内の電波の伝搬経
   路を演算する工程とを有することを特徴とする電波伝搬
   経路推定方法。
3. 【請求項３】 障害物の存在する所定空間内の全ての反
   射面の情報と、電波を送受する点の情報とを格納した情
   報格納手段と、 前記情報格納手段から反射面の情報と点の情報を読み出
   し所定空間内に展開する手段と、 所定空間内に展開された点を送信点および受信点として
   設定する手段と、 所定空間内に設定された送信点と受信点との双方から見
   通しとなる反射面を探査する手段と、 探査された見通しとなる反射面を電波が反射する可能性
   のある演算対象の面として絞り込む手段と、 絞り込まれた反射面を対象に所定空間内の電波の伝搬経
   路を演算する手段とを具備したことを特徴とする電波伝
   搬経路推定装置。
4. 【請求項４】 障害物の存在する所定空間内の全ての反
   射面の情報と、電波を送受する点の情報を格納した情報
   格納手段と、 この情報格納手段から反射面の情報と点の情報を読み出
   し所定空間内に展開する手段と、 所定空間内に展開された点を送信点および受信点として
   設定する手段と、 所定空間内の送信点と受信点との双方から見通しとなる
   反射面を探査する手段と、 探査された反射面を反射候補面と定め記憶する手段と、 記憶した反射候補面を対象に所定空間内の電波の伝搬経
   路を演算する手段とを具備したことを特徴とする電波伝
   搬経路推定装置。