JPH11510029A - 無線波の経路減衰を決定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、無線システムの無線波の経路減衰を決定するための方法及び装置であって、ベースステーションの環境を示す少なくとも二次元ベクトルマップを用いてシステムのベースステーションの有効到達領域を決定し、そして環境内の種々の点において送信器の放射の強度を決定するという方法及び装置に係る。好ましくは検討すべき送信器の各位置点において送信器の放射の強度を決定するときに伝播減衰を決定するために、ベクトルマップで示された計算領域から決定された多角形領域(500,502,504)に計算を限定し、無線波が、直接的に且つ回折及び反射により多角形領域に伝播し得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 無線波の経路減衰を決定する方法及び装置発明の分野 本発明は、無線システムの無線波の経路減衰を決定する方法であって、ベース ステーションの環境を示す少なくとも二次元ベクトルマップを用いてシステムの ベースステーションの有効到達領域を決定し、そして環境内の種々の点において 送信器の放射の強度を決定するという段階を含む方法に係る。 更に、本発明は、少なくとも１つのベースステーションを含む無線システムの 無線波の経路減衰を決定する装置であって、所望のベースステーションの環境を 示す少なくとも二次元ベクトルマップを維持する手段と、環境内の種々の点にお いて送信器の放射の強度を決定する手段とを備えた装置にも係る。先行技術の説明 無線システムを構築するときは、所望の有効到達領域をできるだけ低いコスト で得なければならない。システムのベースステーションの位置を考えるときは、 達成すべき必要なトラフィック容量及び有効到達領域の両方を考慮しなければな らない。ベースステーションは、達成すべき有効到達領域が最大となり且つベー スステーションが無線波の伝播にとって好ましい位置となるように配置される傾 向がある。このため、無線ネットワークをプランニングする場合には種々の方法 及び補助手段が存在する。所望の領域の地形及び建物情報がマップされたベクト ルマップは、一般に、無線ネットワークのプランニングにおいて補助的手段とし て使用される。このベクトルマップにより、コンピュータの助けで、ネットワー クの動作に関連した有効到達領域及びパラメータをベースステーションの種々の 位置に対して計算することができる。 本発明は、特に多数のビルディングを有する環境においてマイクロセルにより 実現されるセルラー無線ネットワークに適用することができる。マイクロセルと は、セルラー無線システムの従来のセルよりも著しくサイズの小さいセルを意味 する。マイクロセルは、通常は、多量のトラフィック容量が必要とされる都市の 中心部に使用される。 無線波の経路減衰をマイクロセル環境において計算するときには、伝播メカニ ズムが一般に回折、反射、散乱及び直接波に分割される。この種の決定的な伝播 モデルを無線ネットワークのプランニングに使用するときには、計算のために長 い時間が費やされることが問題となる。 例えば、単純なビルディングマップでもコーナーとコーナーとの接続に非常に 多数の異なる組合せが存在するので、多回折が低速で計算される。送信器から見 えるコーナーを検討する場合の伝播モデル計算には二重回折の方法が一般に使用 される。各々のコーナーにおいてどの計算点がコーナーの視線に存在するかテス トされる。そのコーナーの回折フィールドが計算される。更に、そのコーナーの 視線にどのコーナーが存在するかテストされ、そしてそれらのコーナー及びそれ らコーナーの視線にある計算点が検討される。この方法は、回折が生じるコーナ ーが見える場合に各計算点において計算しなければならないので、非常に低速で ある。一般的に格子マップにおいて多数の計算点がある（１０⁶ないし１０⁷）場 合には、回折が生じる各コーナーに対する各点の視覚チェックが非常に労力を要 する作業となる。 反射を計算するときにも、それに対応する状況が生じる。多数の反射を計算す るためには、いわゆる放射線(ray)追跡方法が使用される。放射線追跡は、２つ の方法で行うことができ、即ち多数のミラー像によるか又は放射線発射方法によ り行うことができる。 ミラー像により多数の反射ルートを決定するのに伴う問題は、異なる壁の組合 せ及びミラー像の数が一般的に非常に大きくなりそして必要とされる計算が困難 で且つ低速であることである。同様に、放射線発射方法に必要とされる計算容量 も多大である上に、この方法は、不正確である。発明の要旨 本発明の目的は、公知方法の欠点を解消することのできる方法及び装置を提供 することである。本発明の目的は、必要な計算量を公知の方法よりも著しく少な くする仕方でベースステーションの有効到達領域を計算する方法を達成すること である。本発明の目的は、ベースステーションの有効到達領域を高速で且つ有効 に計算するための方法を提供することである。 これは、冒頭で述べた方法において、ベクトルマップで示された計算領域から 無線波が直接的に且つ回折及び反射により伝播し得る多角形領域を計算し、そし てその計算により決定された多角形領域内で検討されるべき送信器の各位置点に おいて送信器の放射の強度を推定することを特徴とする方法により達成される。 本発明の装置は、ベクトルマップで示された計算領域から、無線波が直接的に 且つ回折及び反射により伝播し得る多角形領域を計算する手段と、その決定され た多角形領域内で検討されるべき送信器の各位置点において送信器の放射の強度 を推定する手段とを更に備えている。 本発明の解決策は、多数の利点を有する。既知の方法により必要とされる最大 量の計算は、ベクトルマップの領域を、無線波が伝播し得る領域のみに制限する ことにより減少することができる。この方法は、計算速度を何倍も高速にする。 計算の加速化は、受信電力をベクトルマップにおいて計算し、これを例えばコン ピュータディスプレイへ容易に転送できるような無線ネットワークのプランニン グに対して非常に重要である。ネットワークプランニングにおいて、ベースステ ーションの正確な位置及びシステムの特徴は、計算結果に基づいて選択される。 ネットワークプランニングは、所望の結果を得るためにベースステーションの位 置が何回も変更される反復プロセスであることが多い。正確で且つ高速な計算に より、ネットワークプランニングのコストを減少しそしてプランニングの効率を 高めることができる。図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。 図１は、本発明の方法をプランニングに適用できる無線システムを例示する図 である。 図２は、市街領域のベクトルマップの一部を例示する図である。 図３ａ及び３ｂは、回折の計算を例示する図である。 図４は、ミラー像の原理による反射の計算を例示する図である。 図５は、反射多角形を計算するための本発明の解決策を例示する図である。 図６は、本発明の装置の構造をブロック図レベルで示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明 本発明の方法は、ここでは、無線ネットワークのプランニングに好ましく適用 することができる。特に、市街環境においてマイクロセル技術で達成される無線 システムをプランニングするのに適している。図１の関連部分を参照して、１つ の典型的な無線システムの構造を説明する。このシステムは、１組のベースステ ーション１００、１１６と、１組の一般的な移動加入者ターミナル装置１０２な いし１０６とを備え、これらターミナル装置は、ベースステーション１００、１ １６への両方向接続１０８ないし１１２を有する。ベースステーション１００、 １１６は、ターミナル装置１０２ないし１０６の接続をベースステーションコン トローラ１１４へ送り、そしてベースステーションコントローラは、それをシス テムの他の部分及び固定ネットワークに送る。ベースステーションコントローラ １１４は、１つ以上のベースステーション１００、１１６の動作を制御する。ネ ットワークプランニングにおいては、ベースステーション１００、１１６は、各 ベースステーションの有効到達領域を最大にできるが、所要のトラフィック容量 が達成されるように、できるだけ好ましく配置される。 市街環境においてマイクロセル技術で達成されるセルラー無線システムの概略 的な構造が図１に示されているが、過密に形成された環境は、ベースステーショ ンの配置及び無線波の伝播にそれ自身の制約を課する。直接信号の伝播の可能性 は制限され、そして無線波の伝播に対する回折及び反射の作用が重大なものとな る。 所望の領域の地形及びビルディング情報がマップされたベクトルマップが、ネ ットワークプランニングにおいて補助的手段として使用される。ベクトルマップ により、コンピュータの助けで、ベースステーションの異なる位置に対して有効 到達領域及び伝播パラメータが計算され、そしてこれらの計算に基づいて、ベー スステーションの最も好ましい位置が選択される。図２は、市街領域のベクトル マップの一部分を例示するものである。ベクトルマップは、所望の精度で検討さ れるべき領域のビルディングを、各ビルディングごとに特定に又は大きなスケー ルのマップの各ブロックごとに特定に示している。図２のマップは、７つのビル ディング２００ないし２１２を含む。 ネットワークプランニングにおいては、ベースステーションを種々の位置に配 置しそしてベースステーションの有効到達領域を各位置点ごとに決定する反復プ ロセスが行われる。本発明の解決策では、反射及び回折の助けで無線波が実際に 伝播する領域のみに計算を限定することにより有効到達領域の計算を著しく加速 することができる。検討されるべきベースステーション送信器の各位置点に対し て、ベクトルマップで示された計算領域から多角形領域が限定され、無線波は、 その多角形領域へ直接的に且つ回折及び反射により伝播することができる。送信 器の放射の強度は、計算された多角形領域内でのみ決定される。 回折の計算を最初に検討する。本発明の方法においては、多角形領域が決定さ れたときに、送信器から見えるビルディングの全てのコーナーが検討される。そ の検討されるべきコーナーの両側が送信器から見える場合には、そのコーナーが 多角形に含まれるコーナーとみなされ、一方、検討されるべきコーナーの片側し か送信器から見えない場合には、そのコーナーの後方の壁とコーナーとの交点も 多角形に含まれるとみなされる。図３ａは、市街領域を示すベクトルマップであ る。コーナー３００がベースステーションから見えると仮定する。コーナー３０ ０の回折多角形がマップに指示されている。コーナー３００が送信器から見える 場合には、コーナー３００からの回折が、図示された多角形の内側の点に対して 計算される。コーナー３００の当面の環境が図３ｂに拡大して示されている。決 定されるべき多角形は、コーナー３００から見えるコーナー３０２ないし３４８ 及びそれらの後方の交点で形成される。交点は、図面において小さな丸で示され ている。 従って、コーナー３００から見えるコーナー点は、多角形を計算する際の供給 情報として使用される。多角形は、コーナー３０２ないし３４８を順に通ること により決定できる。あるコーナーの両側がコーナーから見える場合には、そのコ ーナーが多角形に含まれる。図において、例えば、コーナー３１４は、このよう なコーナーである。あるコーナーから片側しか見えない場合には、そのコーナー の後方の壁とそのコーナーとの交点が多角形に入れられる。図において、この種 のコーナーは、コーナー３０８であり、交点３５０が含まれる。一般的に、多角 形は、実際の場合に、約２０ないし１５０のコーナー点で形成される。多角形の これらの点は、メモリに記憶される。ある特定のコーナーの回折を計算するとき には、この多角形がメモリから取り出され、そしてどの点がこの多角形の内側に あるかチェックされ、これらの点についてのみ回折が計算される。この方法を用 いるときには、多角形内の全ての点がコーナーから見えることが分かっているの で、当該コーナーが計算点から見えるかどうかチェックする必要はない。 多角形内の点のサーチは、あまり複雑でなく、当業者に知られた高速アルゴリ ズムがこの目的で開発されている。 次いで、反射の計算について検討する。本発明の方法においては、多角形領域 が決定されたときに、各送信器から見える壁面に対する送信器の位置のミラー像 が計算され、そしてそのミラー像の位置から検討されるべき壁面により限定され るセクターが、多角形に含まれる領域とみなされる。この手順は、ミラー像の位 置点から検討されるべき壁面により限定されたセクターから見える壁面に対して 所望の回数だけ繰り返される。 図４は、ミラー像の原理で多数の反射を計算する場合を示している。３つのビ ルディング４００ないし４０４と、送信器Ｐと、受信器Ｒとが示されている。ソ ース点Ｐは、仮定された反射面を経て像点へとマップされる。これが検討された 後に、当該ルートが存在し、即ちこのように計算されたルートに沿って放射線が 行先へと進むことができる。図において、反射点Ｐ’、Ｐ”及びＰ”’は、放射 線が受信器へと進むところの反射面によって得られる。受信器を異なる点へ移動 することにより、ルートが見つからないときを検出することができる。 反射の計算に使用される別の公知方法は、光放射線発射方法である。送信器か らの放射線の進行を追跡し、それが壁に当たった場合に、反射放射線を計算し、 そして次の反射点へと追跡し、等々とする。放射線は、特定角度差の距離におい て送信器から送られる。一般的に使用される角度差は、０．１°であり、この場 合は、点ごとに３６００本の放射線となる。受信点では、その点の付近からどの 放射線が読み取られるか計算される。放射線が受信点に３メータ以内に接近して 進む場合には、当該放射線が受信点に到達すると仮定する。受信点に到達する異 なるルートを経て進行する全ての放射線が考慮される。その後、次の受信点の計 算が開始される。 本発明の方法においては、上記の２つの方法を組合せ、その結果として、反射 を計算するための高速で且つ正確な方法が得られる。この方法においては、送信 器から見える壁の部分の各開始及び終了点にセクターを形成する放射線が計算さ れる。この放射線により、壁面から反射した放射線が送信器のミラー像によって 更に計算される。次いで、新たなセクターが形成され、送信器の像点は、開始及 び終了点並びに反射放射線側となる。又、セクターは、壁から反射した波が遭遇 する壁の新たな部分により限定され、これら部分は、新たな反射セクターの開始 点である。セクター及びそれを限定する家屋の壁は、多角形即ち反射多角形を形 成し、その各点に対し今や明らかとなった壁を通る反射フィールドを計算するこ とができる。このように、既知の壁との像点を一度計算するだけで大きな領域に 対して反射フィールドを同時に計算することができる。この方法は、特に多数の 反射を計算すべきときに大きな領域の反射フィールドの計算も加速することがで きる。又、この開発された方法は、送信器の近く及び送信器から離れたところの 両方に明らかに正確である。 図５は、上記の本発明の方法を示す。この図において、送信器は、点Ｔに配置 される。先ず、ビルディング２００の壁面Ｗ₁から反射される放射線を形成する セクター５００が、送信器のミラー像ｔ’により計算される。次いで、ミラー像 ｔ”により、ビルディング２０２の壁面Ｗ₂から更に反射されるセクター５０２ が計算され、このセクターは、図中に斜線で示されている。ミラー像ｔ”’によ り、ビルディング２０６の壁Ｗ₃から反射されたセクター５０４も計算され、こ のセクターは、図中に垂直線で示されている。対応する反射の計算が全ての壁面 に対して行われる。この例では、３つの反射について例示する。 今や明らかとなった壁を通る反射多角形の各点に対し反射フィールドをここで 計算することができる。上記したように、多角形の内部にある点のサーチは、あ まり複雑でなく、当業者に知られた高速アルゴリズムがこの目的のために開発さ れている。 本発明の方法においては、例えば、反射を最初に計算しそしてその後に回折を 計算するか、又は最初に回折をそして反射を計算する仕方で、上記の回折及び反 射の計算を容易に組み合わせることができる。 以下、本発明の方法を実施する装置の構造を、図６のブロック図を参照して例 示する。この装置は、所望のベースステーションの環境を示す少なくとも二次元 ベクトルマップを維持する手段６００を備えている。この手段６００は、通常、 メモリ回路により実現される。この装置は、更に、環境内の種々の点におけるベ ースステーション送信器の放射の強度を決定するためのプロセッサ手段６０２を 備えている。本発明の装置は、更に、ベクトルマップで示された計算領域から多 角形領域を決定するための計算手段６０２を備え、無線波は、上記方法の場合の ように、直接的に且つ回折及び反射により多角形領域へ伝播することができる。 更に、決定された多角形領域内で検討されるべき送信器の各位置点において送信 器の放射の強度を推定するための手段６０２も備えている。計算される送信器の 各位置点は、プロセッサ手段への入力６０３として供給することができる。手段 ６０２は、マイクロプロセッサ又は同様の取り外し式ロジック回路により好まし く実現することができ、この場合に、本発明の手順は、ソフトウェアにより好ま しく実現することができる。 上記のように、ベクトルマップは、ベースステーションの環境に含まれるビル ディングの外縁を含むことができる。この場合に、本発明の方法を実現する装置 は、ビルディングの各コーナー３００に対する回折フィールドを計算するための 手段６０２を備え、上記コーナー３００から見えるコーナー３０２ないし３４８ に対して計算を実行し、検討されるべきコーナーの両側が、計算されるべきコー ナー３００から見える場合には、検討されるべきコーナーが、多角形に含まれる コーナーとみなされ、そして検討されるべきコーナーの片側のみが、計算される べきコーナー３００から見える場合には、検討されるべきコーナーの後方の壁と そのコーナーとの交点も多角形に入るとみなされる。 １つの好ましい実施形態では、本発明の方法を実施する装置のプロセッサ手段 ６０２が、各コーナー点に対する多角形の点を前もって計算する。メモリ手段６ ０４は、計算のための点を記憶する。プロセッサ手段６０２は、送信器の異なる 位置点に対して有効到達領域が計算されるときにメモリから点を読み取る。 以上、添付図面を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明は、これに限定 されるものではなく、請求の範囲に開示された本発明の考え方の中で種々の仕方 で変更し得ることが明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．無線システムの無線波の経路減衰を決定する方法であって、ベースステーシ ョンの環境を示す少なくとも二次元ベクトルマップを用いてシステムのベースス テーションの有効到達領域を決定し、そして環境内の種々の点において送信器の 放射の強度を決定するという段階を含む方法において、 ベクトルマップで示された計算領域から、無線波が直接的に且つ回折及び反 射により伝播し得る多角形領域を計算し、そして その計算により決定された多角形領域内で検討されるべき送信器の各位置点 において送信器の放射の強度を推定する、 という段階を含むことを特徴とする方法。 ２．上記ベクトルマップは、ベースステーションの環境に含まれたビルディング の外縁を示すものであり、 上記多角形領域を決定するときには、送信器から見えるビルディングのコー ナーを検討し、そして 各コーナー(300)に対する回折フィールドを計算するときには、上記コーナ ー(300)から見えるコーナー(302-348)を検討し、その検討すべきコーナーの両側 が、計算すべきコーナー(300)から見える場合には、その検討すべきコーナーを 多角形に含まれるコーナーと見なし、一方、検討すべきコーナーの片側しか計算 すべきコーナーから見えない場合には、そのコーナーの後方の壁とそのコーナー との交点を多角形に入れる請求項１に記載の方法。 ３．異なるコーナー点に対する多角形点を前もって決定し、メモリに記憶し、そ して送信器の異なる位置点に対する有効到達領域を計算するときにメモリから読 み取る請求項２に記載の方法。 ４．上記ベクトルマップは、ベースステーションの環境に含まれたビルディング の外縁を示すものであり、 上記多角形領域を決定するときには、送信器(T)から見える各壁面(W₁)に対 し送信器の位置に対するミラー像(t')を計算し、そして 上記ミラー像の位置から検討すべき壁面により限定されたセクター(500)を 多角形に含まれる領域とみなす請求項１に記載の方法。 ５．上記ミラー像(t',t")の位置から検討すべき壁面により限定されたセクター から見える壁面(W₂,W₃)に対して上記手順を所望の回数だけ繰り返す請求項４に 記載の方法。 ６．少なくとも１つのベースステーションを含む無線システムの無線波の経路減 衰を決定する装置であって、所望のベースステーションの環境を示す少なくとも 二次元ベクトルマップを維持する手段(600)と、環境内の種々の点において送信 器の放射の強度を決定する手段(602)とを備えた装置において、 ベクトルマップで示された計算領域から、無線波が直接的に且つ回折及び反 射により伝播し得る多角形領域を計算する手段(602)と、 その決定された多角形領域内で検討されるべき送信器の各位置点において送 信器の放射の強度を推定する手段(602)とを更に備えたことを特徴とする装置。 ７．上記装置は、ベースステーションの環境に含まれたビルディングの外縁のマ ップを維持する手段(602)と、 ビルディングのコーナー(300)から見えるコーナー(302-348)に対して計算を 行うようにして各コーナー(300)に対する回折フィールドを計算する手段(602)で あって、その検討すべきコーナーの両側が、計算すべきコーナー(300)から見え る場合には、その検討すべきコーナーを多角形に含まれるコーナーと見なし、一 方、検討すべきコーナーの片側しか計算すべきコーナー(300)から見えない場合 には、その検討すべきコーナーの後方の壁とそのコーナーとの交点を多角形に入 れるようにする手段とを備えた請求項６に記載の装置。 ８．上記装置は、各コーナー点に対する多角形点を前もって計算するための手段 (602)と、計算のための点を記憶する手段(604)と、送信器の異なる位置点に対す る有効到達領域を計算するときにメモリ(604)から上記点を読み取るための手段( 602)とを備えた請求項７に記載の装置。