JP3862021B2 - 電波伝搬シミュレータ - Google Patents

Description

本発明は、符号分割多重アクセス（Code Division Multiple Access：以下、ＣＤＭＡと称す）方式の移動通信システムに関し、特に無線サービスエリア内の通信品質を改善するための無線エリアチューニングに利用して好適な電波伝搬シミュレータに関する。

移動通信システムでは、移動するユーザ端末（移動局）に対する通信サービスを維持するため、無線サービスエリアが連続して形成されるように無線基地局が配置される（移動通信システムの設計）。また、周辺環境（地形や建築物）の影響によって電波が受信できない場所あるいは通信品質が著しく劣化した場所を無くすために無線基地局の各種無線パラメータ（アンテナチルト角、アンテナ方向、送信電力等）を調整する無線エリアチューニングが行われる。

移動通信システムの設計評価に用いられる手段としては、地形や建築物に応じた電波の伝播状況をシミュレートする電波伝播シミュレータが知られている。この電波伝播シミュレータの構成や処理の例については、例えば特許文献１に詳細に記載されている。

一方、既存の無線エリアチューニングでは、車両に測定器を搭載して実際に無線サービスエリア内の所定のルート上で希望波受信電力（RSCP: Received Signal Code Power）等を測定し、それらの測定データから通信品質を改善するための対策を検討し、該検討結果にしたがって無線基地局の各種無線パラメータを変更していた。
特開２００１−２８５７０号公報

ＣＤＭＡ方式の移動通信システムでは、複数の移動局と無線基地局とが同一の周波数（搬送波）を用いて通信するため、通信品質は通信中の他の移動局の数などに影響される。

しかしながら、従来の無線エリアチューニングでは、無線サービスエリア内の任意のポイント（位置）における希望波受信電力が所定値以上になるように無線基地局の各種無線パラメータを調整するだけであり、他の移動局の無線通信による干渉レベルを考慮した調整を実施していない問題があった。

また、上述したように従来の無線エリアチューニングでは、測定データに基づいて通信品質を改善する対策を検討するため、検討対象が測定ルート上に限られ、無線サービスエリア全体について検討することができない問題があった。

上記問題を解決するための手法として、移動通信システムの設計評価で用いる電波伝播シミュレータを無線エリアチューニングに利用することが考えられる。この場合、シミュレーションによって測定ルート以外のポイントにおける希望波受信電力や通信品質等を求めることが可能になる。しかしながら、従来の電波伝播シミュレータでは、シミュレーションモデルが実環境を十分に反映していないため、無線エリアチューニングの作業である無線パラメータの変更検討や変更後の評価に有効に利用できるものではなかった。

本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、無線サービスエリア全体についての検討・評価を可能にして、無線エリアチューニングに用いて好適な電波伝播シミュレータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の電波伝播シミュレータは、無線サービスエリア内の電波の伝播状況をシミュレートする電波伝搬シミュレータであって、
前記無線サービスエリア内における希望波受信電力の測定データを入力するための入力装置と、
前記希望波受信電力の測定データを格納し、該測定データと電波の減衰特性を示した数式である伝播カーブとの差から該伝播カーブの所定の方向毎の補正値を求め、前記補正値を用いて前記伝播カーブを補正し、補正後の伝播カーブを用いて前記電波の伝播状況をシミュレートする処理装置と、
前記処理装置による処理結果を出力する出力装置と、
を有する構成である。

このとき、前記処理装置は、
前記補正後の伝播カーブと前記希望波受信電力の測定データに所定の重みを付与した重み付け後のデータとを用いて前記電波の伝播状況をシミュレートしてもよい。

または、無線サービスエリア内の電波の伝播状況をシミュレートする電波伝搬シミュレータであって、
前記無線サービスエリア内における帯域内受信電力密度比の測定データ及び該帯域内受信電力密度比を測定する測定器のノイズ量を入力するための入力装置と、
前記帯域内受信電力密度比の測定データ及び前記測定器のノイズ量を格納し、希望波受信電力の算出値及び前記測定器のノイズ量から前記無線サービスエリア内における総受信電力、並びに前記無線基地局の無線パラメータの変更前及び変更後の帯域内受信電力密度比をそれぞれ算出し、前記無線パラメータの変更前及び変更後の帯域内受信電力密度比の算出値の差から前記無線パラメータの変更によって改善される量である相対値を算出し、前記帯域内受信電力密度比の測定データに前記相対値を加算して前記無線パラメータの変更後の帯域内受信電力密度比を推定する処理装置と、
前記処理装置による処理結果を出力する出力装置と、
を有する構成である。

前記処理装置は、
前記無線サービスエリア全体を、前記希望波受信電力の値及び前記帯域内受信電力密度比の値とによって決定される複数のカテゴリに分類し、前記カテゴリ毎に分割した分布図を生成し、
前記出力装置は、
前記処理装置で生成された前記分布図を出力してもよい。

上記のように構成された電波伝播シミュレータでは、処理装置により補正後の伝播カーブあるいは補正後の伝播カーブと希望波受信電力の測定データに所定の重みを付与した重み付け後のデータとを用いて電波の伝播状況をシミュレートするため、伝播伝播シミュレーションの精度が向上し、無線サービスエリア全体の帯域内受信電力密度比の改善・劣化を確認できるため、適切な無線エリアチューニングが可能である。

また、無線パラメータの変更前及び変更後の帯域内受信電力密度比の算出値の差から相対値を算出し、帯域内受信電力密度比の測定データに相対値を加算して無線パラメータの変更後の帯域内受信電力密度比を推定することで、従来の手法ではトラヒックの有無に関わらず、帯域内受信電力密度比の推定が不可能であったが、本発明では適切に推定できる。

また、無線パラメータの変更結果を分布図を用いて検証することで無線エリアチューニングの効果が容易に検証できる。

さらに、無線エリアチューニング作業である、通信品質の劣化エリアの抽出、無線パラメータの変更、チューニング効果の検証等を電波伝播シミュレータで実施できるため、無線エリアチューニングの作業効率が向上する。

次に本発明について図面を参照して説明する。

図１は本発明の電波伝播シミュレータの一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、電波伝播シミュレータは、ワークステーションコンピュータ等の情報処理装置であり、プログラムにしたがって所定の処理を実行する処理装置１０と、処理装置１０に対してコマンドや情報等を入力するための入力装置２０と、処理装置１０の処理結果をモニタするための出力装置３０とを有する構成である。

処理装置１０は、ＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１の処理に必要な情報を一時的に記憶する主記憶装置１２と、ＣＰＵ１１に後述する無線サービスエリア全体を評価するための処理を実行させるプログラムが記録された記録媒体１３と、測定データや電波伝播シミュレーションに必要なデータ等を蓄積するデータ蓄積装置１４と、主記憶装置１２、記録媒体１３、及びデータ蓄積装置１４とのデータ転送を制御するメモリ制御インタフェース部１５と、入力装置２０及び出力装置３０とのインタフェース装置であるＩ／Ｏインタフェース部１６とを備え、それらがバス１８を介して接続された構成である。なお、処理装置１０には測定器との通信を制御するインタフェースである通信制御装置１７を備えていてもよい。

処理装置１０は、記録媒体１３に記録されたプログラムにしたがって、電波伝播シミュレーションの処理を実行する。なお、記録媒体１３は、磁気ディスク、半導体メモリ、光ディスクあるいはその他の記録媒体であってもよい。

次に、図１に示した電波伝播シミュレータを用いた移動通信システムにおける本発明の無線エリアチューニングの手順について説明する。

本発明の無線エリアチューニングでは、まず設計データに基づき電波伝播シミュレータを用いてCPICHの電波伝播シミュレーションを実施し、CPICHの電波伝播エリア（無線サービスエリア）を特定する。

次に、特定した無線サービスエリア内にCPICH_RSCP及びCPICH_Ec/Noを測定するためのルートを設定し、該測定ルート上を、測定器等を搭載した車両等により巡回することで上記CPICH_RSCP及びCPICH_Ec/Noの値をそれぞれ実際に測定する。

次に、CPICH_RSCP及びCPICH_Ec/Noの測定データを電波伝播シミュレータにそれぞれ取り込み、CPICHの電波伝播シミュレーションを実施する。また、測定データを用いて通信品質が劣化しているエリアを抽出する。通信品質の劣化が認められるポイントがある場合、そのポイントの測定データを解析し、通信品質を改善するために無線基地局の無線パラメータの変更を検討する。そして、無線パラメータ変更後のCPICH_RSCP及びCPICH_Ec/Noの値を電波伝播シミュレータを用いてそれぞれ推定し、無線エリアチューニングの効果を検証する。

最後に、上記検討・検証結果にしたがって無線基地局の各無線パラメータを変更すると共にその結果を報告する。

なお、上記CPICH(Common Pilot Channel)は無線基地局から常に一定の電力で送信されるパイロットチャネルであり、CPICH_RSCPは無線サービスエリア内の任意のポイントにおけるCPICHの希望波受信電力（単位dBm）である。また、CPICH_Ec/NoはCPICHの希望波受信電力と総受信電力（RSSI：Received Signal Strength Indicator、単位dBm）との比（RSCP/RSSI：単位dB）である帯域内受信電力密度比である。通信品質はこのCPICH_Ec/Noの値で評価される。

測定器には、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を備えることで自機の位置を特定可能な、上記CPICH_RSCP、RSSI、及びCPICH_Ec/Noを測定して出力する汎用のエリアテスタが用いられる。

本実施形態では、測定データを用いて電波伝播シミュレータの精度を向上させることで無線サービスエリア全体の品質改善の検討を可能にする。そのために必要な（１）電波伝播シミュレーションの高精度化、（２）無線パラメータ変更時のCPICH_RSCPの推定精度の向上、（３）無線パラメータ変更時のCPICH_Ec/Noの推定精度の向上を実現する手法を以下に提案する。

（１）電波伝播シミュレーションの高精度化
電波伝播シミュレーションは電波の減衰特性を経験値に基づいて示した数式である周知の伝播カーブ（例えば、奥村カーブ／秦式）を用いて実施する。本実施形態では、測定データを用いて該伝播カーブを実環境に適用するように補正することで電波伝播シミュレーションの精度を向上させる。伝播カーブの補正には、CPICH_RSCPの測定値と伝播カーブとの差から求めた面積率補正値を用いる。面積率補正値は、無線基地局を中心に全方位について所定の角度毎（例えば２度毎）に算出し、伝播カーブは該所定の角度（方向）毎に補正する。

なお、電波伝播シミュレーションの精度を向上させるためには、無線基地局を中心に全ての方向で十分な数の測定データを取得し、面積率補正値を算出する必要がある。ＣＤＭＡ方式の移動通信システムでは、全セルで同一の周波数を用いるために、所定のEc/Noを確保できない受信データを検出することはできない。通常、自セルの測定データは収集可能であるが、バックビーム方向、すなわち他セルの測定データはほとんど収集できない。さらに、バックビーム方向の測定データでは面積率補正値の計算値が実際の値から大きくずれるために精度が劣化する。したがって、本実施形態では、セル単位ではなく無線基地局単位で面積率補正値を計算する。例えば無線基地局が３つのセルＡ、Ｂ、Ｃで構成されている場合、無線基地局からは３方向に送信ビームが送出され、測定データも３セル分収集できる。この場合、例えばセルＡのバックビーム方向は他セルの送信方向であるため、セルＡの測定データはほとんど無い。しかしながら、他セルの測定データは十分に存在するため、その値を用いて面積率補正値を算出する。このように最も測定データ数が多いセルの値を用いて面積率補正値を算出することで面積率補正値の精度が向上する。

本実施形態では、上記面積率補正値による補正後の伝播カーブを利用し、さらに測定データに重みを付与した伝播カーブ＋測定データ重み付けモデルを用いて電波伝播シミュレーションを実施する。測定データに付与する重みは、電波伝播シミュレーションを実施するシミュレーションポイントの周辺に測定データが存在する場合に、シミュレーションポイントから測定データが在る点までの距離等をパラメータにして設定する。

無線エリアチューニングは、無線サービスエリアの設計ではなく、実フィールドを評価するための手法であるため、上記方法によって電波伝播シミュレーションの精度を向上させることができる。
（２）無線パラメータ変更時のCPICH_RSCPの推定精度の向上
無線基地局の無線パラメータの変更対象には、主にアンテナチルト角、アンテナ方向、及び送信電力がある。特にアンテナチルト角は通信品質を改善させるのに重要な無線パラメータである。移動通信システムを設計する場合、通常、アンテナチルト角を考慮しないアンテナパターンが用いられる。しかしながら、実際のアンテナパターンはアンテナチルト角に応じて変動する。本実施形態では、複数のアンテナチルト角毎のアンテナパターンを準備して使用する。すなわち、複数のアンテナチルト角毎のアンテナパターンを電波伝播シミュレータに予め格納しておき、アンテナチルト角によるアンテナパターンの差をCPICH_RSCP（受信電力レベル）の推定処理に適用することで電波伝播シミュレーションの精度を向上させる。
（３）無線パラメータ変更時のCPICH_Ec/Noの推定精度の向上
上述したように、CPICH_Ec/NoはCPICH_RSCPとRSSIの比である。また、RSSIはセルからの受信電力の合計に測定器の熱雑音を加算した値である。トラヒックを収容していない場合、CPICH_RSCPと送信チャネル数から総受信電力が算出され、さらに測定器の熱雑音を加算した値が理論上のRSSIとなる。しかしながら、RSSIの測定値は、測定器で測定できない遅延波のために理論値に一致しない。

トラヒックが収容されていない状況では送信チャネル数やチャネル種別により全チャネルの総受信電力が算出できるが、トラヒックが収容されているときの送信チャネル数や全チャネルの総受信電力は算出不能である。これらの値は測定器を用いて確認できない情報ではあるが、これらの値が無いとCPICH_Ec/Noの推定は不可能である。

そこで、本実施形態では、CPICH_RSCPと全チャネルの総受信電力とが同じ比率で変化することを利用して、以下の方法で無線パラメータ変更後のCPICH_Ec/Noを推定する。

まず、無線パラメータ変更前の全到来セルのCPICH_RSCPと測定器のノイズとにより無線パラメータ変更前のCPICH_Ec/Noを算出する。この値は、実測したCPICH_Ec/Noの値とは当然異なっている。次に、無線パラメータ変更後も同様の計算を実施し、無線パラメータ変更後のCPICH_Ec/Noを算出する。そして、無線パラメータの変更前の算出値と変更後の算出値の差を計算することで無線パラメータの変更によって改善される量を示す相対値を算出する。

最後に、測定したCPICH_Ec/Noの値に上記相対値を加算することで、無線パラメータ変更後のCPICH_Ec/Noを推定する。以上の処理は、図１に示した電波伝播シミュレータで実施する。

一方、測定データを用いて通信品質が劣化しているエリアを抽出する場合、本実施形態では、測定データを電波伝播シミュレータに取り込み、図２に示すフローチャートにしたがった処理を実行する。図２に示す処理によって通信品質が劣化していると判定されたポイントについては必要な対策に応じて無線パラメータを変更する。

また、本実施形態では、図３の分布図に示すように無線サービスエリア全体を４つのカテゴリに分類する。各カテゴリはCPICH_RSCPの値とCPICH_Ec/Noの値とによって決定される。なお、図３は無線サービスエリア全体を４つのカテゴリに分類する例を示しているが、カテゴリの数は４つに限らず、いくつに設定してもよい。このような分布図を用いることで、無線パラメータの変更前と変更後とで無線サービスエリア全体が改善された度合いを把握できる。また、対策ポイントのデータを抽出して、対策の効果を把握するために使用できる。

上述したように、ＣＤＭＡ方式の移動通信システムでは、自移動局に対する他移動局からの干渉量によって通信品質が影響される。よって、無線パラメータを変更すると、CPICH_Ec/Noが改善される場所もあるが、劣化する場所も存在する。測定データを用いて測定ルート上の通信品質の改善を検討するだけでは、劣化する場所の推定がルート上に限定され、無線サービスエリア全体の品質を考慮したチューニングが困難である。

本発明によれば、無線サービスエリア全体のCPICH_Ec/Noの改善・劣化を確認でき、適切な無線エリアチューニングが可能である。また、従来の手法ではトラヒックの有無に関わらずCPICH_Ec/Noの推定は不可能であるが、本発明では適切に推定できる。さらに、無線パラメータの変更結果を、分布図を用いて検証することで無線エリアチューニングの効果が容易に検証できる。さらに、無線エリアチューニングの作業である、通信品質の劣化エリアの抽出、無線パラメータの変更、チューニング効果の検証等を電波伝播シミュレータで実施できるため、無線エリアチューニングの作業効率が向上する。

本発明の電波伝播シミュレータの一構成例を示すブロック図である。 図１に示した電波伝播シミュレータを用いて通信品質が劣化しているエリアを抽出する手順を示すフローチャートである。 本発明の無線エリアチューニング方法の評価に用いる無線サービスエリア全体の通信品質の分布を示すグラフである。

符号の説明

１０ 処理装置
１１ ＣＰＵ
１２ 主記憶装置
１３ 記録媒体
１４ データ蓄積装置
１５ メモリ制御インタフェース部
１６ Ｉ／Ｏインタフェース部
１７ 通信制御装置
１８ バス
２０ 入力装置
３０ 出力装置

Claims (4)

1. 無線サービスエリア内の電波の伝播状況をシミュレートする電波伝搬シミュレータであって、
   前記無線サービスエリア内における希望波受信電力の測定データを入力するための入力装置と、
   前記希望波受信電力の測定データを格納し、該測定データと電波の減衰特性を示した数式である伝播カーブとの差から該伝播カーブの所定の方向毎の補正値を求め、前記補正値を用いて前記伝播カーブを補正し、補正後の伝播カーブを用いて前記電波の伝播状況をシミュレートする処理装置と、
   前記処理装置による処理結果を出力する出力装置と、
   を有する電波伝搬シミュレータ。
2. 前記処理装置は、
   前記補正後の伝播カーブと前記希望波受信電力の測定データに所定の重みを付与した重み付け後のデータとを用いて前記電波の伝播状況をシミュレートする請求項１記載の電波伝播シミュレータ。
3. 無線サービスエリア内の電波の伝播状況をシミュレートする電波伝搬シミュレータであって、
   前記無線サービスエリア内における帯域内受信電力密度比の測定データ及び該帯域内受信電力密度比を測定する測定器のノイズ量を入力するための入力装置と、
   前記帯域内受信電力密度比の測定データ及び前記測定器のノイズ量を格納し、希望波受信電力の算出値及び前記測定器のノイズ量から前記無線サービスエリア内における総受信電力、並びに前記無線基地局の無線パラメータの変更前及び変更後の帯域内受信電力密度比をそれぞれ算出し、前記無線パラメータの変更前及び変更後の帯域内受信電力密度比の算出値の差から前記無線パラメータの変更によって改善される量である相対値を算出し、前記帯域内受信電力密度比の測定データに前記相対値を加算して前記無線パラメータの変更後の帯域内受信電力密度比を推定する処理装置と、
   前記処理装置による処理結果を出力する出力装置と、
   を有する電波伝搬シミュレータ。
4. 前記処理装置は、
   前記無線サービスエリア全体を、前記希望波受信電力の値及び前記帯域内受信電力密度比の値によって決定される複数のカテゴリに分類し、前記カテゴリ毎に分割した分布図を生成し、
   前記出力装置は、
   前記処理装置で生成された前記分布図を出力する請求項３記載の電波伝搬シミュレータ。

Images