JP4677864B2 - シャドウイングの影響を考慮したエリア評価表示プログラム及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムにおけるシャドウイングの影響を考慮したエリア評価表示プログラム及び装置に関する。

図１は、無線通信システムにおける伝搬特性の説明図である。

セルラ方式のような無線通信システムにおいては、一般に、基地局のアンテナの高さを周辺建物よりも高く設置し、半径数ｋｍ以上とするセルカバレッジを構成する。基地局は、複数の移動局と通信可能であって、移動局における受信レベルは、伝搬距離特性（長区間変動）に依存する。伝搬距離特性とは、基地局と移動局との間の距離が長いほど、移動局の受信レベルが低下することを意味する。図１には、基地局と移動局との間の距離に応じた減衰量（伝搬損失）ｄＢが表されている。距離が長くなるほど減衰量も増加する。

距離dに対する長区間変動ｍ(d)は、例えば以下の式で近似できる。
ｍ(d)＝１０・ｌｏｇ（Ａｄ^−α）
Ａ及びαは、送信電力、周波数、送受信アンテナ高、建物高等に依存する伝搬定数であり、標準的な市街地では、α＝３〜４となる。

一方で、基地局及び移動局の間の伝搬路は、常に見通しを得ることはできず、建物や地形の影響を受けることになる。従って、現実には、基地局から同じ距離に位置する移動局であっても、受信レベルの平均値は緩やかに変動する。これは、移動局周辺の建物や地形などの遮へい効果（以下「シャドウイング」という）に起因する場所的変動に基づく。

基地局と移動局との間の距離を固定した場合のシャドウイングの影響による受信レベルの平均値のばらつきは、例えば以下のような伝搬モデル式によって算出される。

ｘ：受信電力の短区間平均値（短区間変動）
Ｘ：ｘの対数値（＝１０・ｌｏｇｘ）
ｍ：Ｘの平均値（長区間変動平均値）
σ：標準偏差ｄＢ
ｐ(Ｘ)：Ｘの確率密度関数

受信電力の短区間平均値の変動が、短区間変動を表す。短区間変動は、基地局から同じ距離に位置する移動局であっても、建物や地形の影響により、見通しがとれなくなることから、受信電力の短区間の平均値が緩やかに変動する。短区間変動の速さは、瞬時変動の速さと比べて、約１／数１００程度と緩やかである。本書では、短区間変動を生じる原因となる現象をシャドウイングを呼ぶ。

図２は、従来技術におけるエリア評価画面である。

１つの基地局のセルカバレッジが、地図上に縦線で表されている。地図は、基地局を中心に、複数のエリアに区分される。評価エリア毎の伝搬損失平均値（受信電力の短区間の平均値を送信電力から除算したもの）が、予め指定された許容伝搬損失を許容する場合にのみ、その評価エリアは縦線で表示される。

図２によれば、基地局周辺の縦線で表されたセルカバレッジは、許容伝搬損失を許容する範囲を表す。例えば許容伝搬損失を１００ｄＢとすると、伝搬損失が１００ｄＢ以下のエリアが縦線で表されている。このように、エリア評価画面は、基地局に対して所定の許容伝搬損失を満足するエリアのみが明確となり、基地局の配置又は移動局の移動の判断において、極めて重要な情報となる。

村川順之、「電波伝搬ハンドブック」、第１５章陸上移動通信の伝搬、第２００頁〜第２１６頁、株式会社リアライズ社発行、平成１１年

距離に対する減衰量は、実際には、シャドウイングの影響を受けて、短区間変動を生じる。それにもかかわらず、伝搬モデル式では、長区間平均値のみによって、その評価エリアの伝搬損失を特定しているだけであり、シャドウイングの影響を全く考慮していない。

従って、本発明は、シャドウイングの影響を考慮して、基地局周辺の評価エリア毎の伝搬損失を画面上に表示するエリア評価表示プログラム及び装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、基地局の周辺で区分されたエリア毎の伝搬損失を画面上に表示するように、コンピュータを機能させるエリア評価表示プログラムにおいて、
周波数ｆに対する短区間変動の標準偏差σに基づいた正規分布データを蓄積する正規分布データ蓄積手段と、
エリアの伝搬損失平均値を正規分布データの平均値に対応付けて、該正規分布データから、指定された信頼区間における伝搬損失の最良値及び最悪値を導出する評価範囲導出手段と、
最良値、平均値及び最悪値がそれぞれ、指定された許容伝搬損失を許容するか否かによって、エリアの表示パターンを決定するエリア評価手段と、
エリア毎の表示パターンを地図情報に重畳して、基地局のセルカバレッジを表示するユーザインタフェース手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明のプログラムにおける他の実施形態によれば、エリア評価手段は、第１に、最良値が許容伝搬損失を許容するエリアに第１の表示パターンを決定し、第２に、平均値が許容伝搬損失を許容するエリアに第２の表示パターンを決定し、第３に、最悪値が許容伝搬損失を許容するエリアに第３の表示パターンを決定するようにコンピュータを機能させることも好ましい。

また、本発明のプログラムにおける他の実施形態によれば、評価範囲導出手段における信頼区間は、標準偏差によって指定されることも好ましい。

また、本発明のプログラムにおける他の実施形態によれば、評価範囲導出手段におけるエリアの伝搬損失は、実測された平均値又は伝搬モデル式による値であるように、コンピュータを機能させることも好ましい。

本発明によれば、基地局の周辺で区分されたエリア毎の伝搬損失を画面上に表示するエリア評価表示装置において、
周波数ｆに対する短区間変動の標準偏差σに基づいた正規分布データを蓄積する正規分布データ蓄積手段と、
エリアの伝搬損失平均値を正規分布データの平均値に対応付けて、該正規分布データから、指定された信頼区間における伝搬損失の最良値及び最悪値を導出する評価範囲導出手段と、
最良値、平均値及び最悪値がそれぞれ、指定された許容伝搬損失を許容するか否かによって、エリアの表示パターンを決定するエリア評価手段と、
エリア毎の表示パターンを地図情報に重畳して、基地局のセルカバレッジを表示するユーザインタフェース手段と
を有することを特徴とする。

本発明の装置における他の実施形態によれば、エリア評価手段は、第１に、最良値が許容伝搬損失を許容するエリアに第１の表示パターンを決定し、第２に、平均値が許容伝搬損失を許容するエリアに第２の表示パターンを決定し、第３に、最悪値が許容伝搬損失を許容するエリアに第３の表示パターンを決定することも好ましい。

また、本発明の装置における他の実施形態によれば、評価範囲導出手段における信頼区間は、標準偏差によって指定されることも好ましい。

更に、本発明の装置における他の実施形態によれば、評価範囲導出手段におけるエリアの伝搬損失は、実測された平均値又は伝搬モデル式による値であることも好ましい。

本発明によれば、無線通信システムのエリア評価において、シャドウイングの影響を考慮することができる。特に、シャドウイングの影響を受けやすい高周波数帯を利用する基地局−移動局間通信の評価には、有効である。本発明によれば、伝搬モデル式から算出されたエリアの伝搬損失に、シャドウイングによる短区間変動を正規分布の確率モデルに従って評価することができる。これら評価を、地図上に重畳して表示することにより、実用的にエリア評価を行うことができる。

以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図３は、短区間変動について周波数ｆに対する標準偏差σを表す対数グラフである。

シャドウイングの影響の大きさは、使用される周波数帯に依存する。即ち、使用される周波数帯ｆが高くなるほど、標準偏差σも大きな値となる。これは、高い周波数ほど、シャドウイングの影響による伝搬損失の短区間変動が大きいことを意味する。勿論、この対数グラフは、基地局周辺の環境が、市街地か又は郊外の見通しの良い地域かによって異なる。

図３によれば、周波数帯が８００ＭＨｚ程度では、シャドウイングの対数正規分布モデルにおける標準偏差は、６．５ｄＢ程度である。しかし、２ＧＨｚでは、７．５ｄＢ程度となる。このように、周波数帯が高くなるにつれて、シャドウイングによる変動量が大きくなる傾向がある。無線通信システムにおいては、今後、高い周波数帯が用いられることが予想され、エリア評価の際にシャドウイングの影響を無視できなくなるであろう。

図３のようなデータは、理想的には、評価エリア毎に実測された平均値であるのが好ましい。同一基地局であっても、評価エリアによっては、短区間変動の分布は異なるからである。しかしながら、実測に要する負担は極めて大きい。現実的には、その基地局周辺における過去の統計的データから得られるものであってもよい。評価エリア毎の短区間変動が多少変化しても、その基地局周辺における長区間変動の平均値からの短区間変動の分布を考慮することができる。

図４は、図３に対する正規分布データである。

基地局と移動局との間の距離が一定とみなせる区間において、数１００波長の受信電力平均値の変動は、受信電力値を対数表記した場合に正規分布に従う。従って、図３に対して、図４のような正規分布データを導出することができる。本発明によれば、正規分布データの母平均は、評価エリアの実測された平均伝搬損失、又は伝搬モデル式から導出された伝搬損失に対応付ける。

エリアを評価するために、許容伝搬損失と、信頼区間又は標準偏差とが必要となる。これらパラメータは、エリアを評価する利用者によって入力されるものであってもよいし、予め設定されたものであってもよい。

例えば、信頼区間８０％とすると、「伝搬損失平均値のばらつきの８０％が含まれる範囲」を意味する。信頼区間は、図４に表された正規分布データの８０％の面積を占める境界となる最良値ｄＢ及び最悪値ｄＢの間を意味する。

例えば、ある評価エリアの平均値１００ｄＢとして、最良値９０ｄＢ及び最悪値１１０ｄＢとなることが正規分布データから算出されるとする。このとき、許容伝搬損失１００ｄＢが指定されているならば、その評価エリアは、平均値（及び最良値）では許容されるものの、最悪値１１０ｄＢでは許容されないエリアであることが理解できる。

尚、エリア評価者が指定するパラメータとして、信頼区間ではなく、標準偏差σであってもよい。例えば、平均値から最良側へその標準偏差と、平均値から最悪側へその標準偏差との間を指定することができる。

図５は、本発明におけるエリア評価表示装置の機能構成図である。

エリア評価表示装置１は、基地局周辺で区分されたエリア毎の伝搬損失を画面上に表示する装置である。エリア評価表示装置１について、以下で説明する機能部は、プログラムをコンピュータによって実行させることによって機能するものであってもよい。

エリア評価表示装置１は、エリア平均値収集部１００と、正規分布データ蓄積部１０１と、評価範囲導出部１０２と、エリア評価部１０３と、地図情報蓄積部１０４と、ユーザインタフェース部１０５とを有する。

エリア平均値収集部１００は、評価エリア毎の伝搬損失平均値を収集する。これら伝搬損失平均値は、伝搬損失平均値として扱われる。エリア毎の平均値は、実測された平均値であってもよいし、伝搬モデル式から算出された値であってもよい。

正規分布データ蓄積部１０１は、周波数ｆに対する短区間変動の標準偏差σに基づく正規分布データを蓄積する。前述した図４のような正規分布データを蓄積する。

評価範囲導出部１０２は、評価エリア毎の伝搬損失の平均値を、正規分布データの平均値として対応付ける。また、評価範囲導出部１０２は、エリア評価者から信頼区間％又は標準偏差ｄＢを取得する。これにより、評価範囲導出部１０２は、正規分布データから、信頼区間又は標準偏差を満たす範囲についての伝搬損失の最良値及び最悪値を導出する。

エリア評価部１０３は、評価のための許容伝搬損失を取得する。エリア評価部１０３は、最良値、平均値及び最悪値がそれぞれ、指定された許容伝搬損失を許容するか否かを評価する。例えば以下のように、第１の表示パターン、第２の表示パターン及び第３の表示パターンの順序で決定する。
（Ｓ１）最良値が許容伝搬損失を許容する場合、第１の表示パターンを表示する。
（Ｓ２）次に、平均値が許容伝搬損失を許容する場合、第２の表示パターンを表示する。既に第１の表示パターンが指定されている評価エリアであっても、第２の表示パターンを指定する。
（Ｓ３）更に、最悪値が許容伝搬損失を許容する場合、第３の表示パターンを表示する。既に第２の表示パターンが指定されている評価エリアであっても、第３の表示パターンを指定する。

地図情報蓄積部１０４は、表示すべき基地局周辺の地図情報を蓄積する。

ユーザインタフェース部１０５は、エリア毎の表示パターンを、地図情報蓄積部１０４から取得した地図情報に重畳して、基地局周辺のセルカバレッジを表示する。

図６は、エリア毎の伝搬損失を表す評価画面である。

図６によれば、評価エリア毎に伝搬損失の平均値が表されている。伝搬損失平均値は、例えば実測された平均値、又は伝搬モデル式によって導出された値である。この場合、基地局から１エリア離れたエリアは１００ｄＢであり、基地局から３エリア離れたエリアは、１２０ｄＢである。ここで、許容伝搬損失１００ｄＢとすると、１００ｄＢ以下の伝搬損失平均値となるエリアのみが縦線で表示される。図６によれば、基地局から１エリア離れたエリアまでが縦線で表示される。

評価エリア毎に、伝搬損失平均値を、前述した正規分布データの母平均に対応させる。その上で、エリア評価者による信頼区間％又は標準偏差σの指定によって、正規分布データから最良値及び最悪値を導出する。

図６によれば、伝搬損失最悪値について、基地局から１エリア離れたエリアは１１０ｄＢであり、基地局から３エリア離れたエリアは１３０ｄＢである。ここで、許容伝搬損失１００ｄＢとすると、１００ｄＢ以下の伝搬損失平均値となるエリアのみが縦線で表示される。図６によれば、基地局が存在するエリアのみが縦線で表示される。

また、図６によれば、伝搬損失最良値について、基地局から１エリア離れたエリアは９０ｄＢであり、基地局から３エリア離れたエリアは１１０ｄＢである。ここで、許容伝搬損失１００ｄＢとすると、１００ｄＢ以下の伝搬損失平均値となるエリアのみが縦線で表示される。図６によれば、基地局から２エリア離れたエリアまでが縦線で表示される。

前述したように、図６によれば、伝搬損失平均値が信頼区間８０％で存在する確率において、最悪の場合には基地局が存在するエリアのみしか許容伝搬損失を満たさず、最良の場合には基地局から２エリア離れたエリアまで許容伝搬損失を満たすことが理解できる。

図７は、本発明におけるエリア評価画面である。

図７によれば、エリア評価者は、信頼区間８０％を入力しているとする。また、エリア評価のための許容伝搬損失は、１００ｄＢとする。
（Ｓ１）地図上に、最良値が許容伝搬損失１００ｄＢ以上となる評価エリアに、左斜線の表示パターンを重畳して表示する。
（Ｓ２）次に、平均値が許容伝搬損失１００ｄＢ以上となる評価エリアに、縦線の表示パターンを重畳して表示する。
（Ｓ３）更に、最悪値が許容伝搬損失１００ｄＢ以上となる評価エリアに、右斜線の表示パターンを重畳して表示する。

図７の画面表示を見たエリア評価者は、所定の評価エリアが、許容伝搬損失を満たすか又は満たさないかのみならず、許容伝搬損失を満たす場合であってもどのレベル（最良、中央、最悪）で満たしているのかを把握することができる。

このように、本発明によれば、無線通信システムのエリア評価において、シャドウイングの影響を考慮することができる。特に、シャドウイングの影響を受けやすい高周波数帯を利用する基地局のセルカバレッジの評価には、有効である。

前述した本発明における種々の実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略を、当業者は容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

無線通信システムにおける伝搬特性の説明図である。 従来技術におけるエリア評価画面である。 短区間変動について周波数ｆに対する標準偏差σを表す対数グラフである。 正規分布データである。 本発明におけるエリア評価表示装置の機能構成図である。 本発明におけるエリア毎の伝搬損失を表す評価画面である。 本発明におけるエリア評価画面である。

符号の説明

１ エリア評価表示装置
１００ エリア平均値収集部
１０１ 正規分布データ蓄積部
１０２ 評価範囲導出部
１０３ エリア評価部
１０４ 地図情報蓄積部
１０５ ユーザインタフェース部

Claims (6)

1. 基地局の周辺で区分されたエリア毎の伝搬損失を画面上に表示するように、コンピュータを機能させるエリア評価表示プログラムにおいて、
   周波数ｆに対する短区間変動の標準偏差σに基づいた正規分布データを蓄積する正規分布データ蓄積手段と、
   前記エリアにおける、実測された平均値又は伝搬モデル式による値である伝搬損失平均値を前記正規分布データの平均値として対応付けて、伝搬損失の正規分布データを求め、該正規分布データから、指定された信頼区間を満たす範囲についての伝搬損失の最良値及び最悪値を導出する評価範囲導出手段と、
   前記最良値、前記平均値及び前記最悪値がそれぞれ、指定された許容伝搬損失を許容するか否かによって、前記エリアの表示パターンを決定するエリア評価手段と、
   前記エリア毎の表示パターンを地図情報に重畳して、前記基地局のセルカバレッジを表示するユーザインタフェース手段と
   してコンピュータを機能させることを特徴とするエリア評価表示プログラム。
2. 前記エリア評価手段は、第１に、前記最良値が前記許容伝搬損失を許容するエリアに第１の表示パターンを決定し、第２に、前記平均値が前記許容伝搬損失を許容するエリアに第２の表示パターンを決定し、第３に、前記最悪値が前記許容伝搬損失を許容するエリアに第３の表示パターンを決定する
   ようにコンピュータを機能させることを特徴とする請求項１に記載のエリア評価表示プログラム。
3. 前記評価範囲導出手段における前記信頼区間は、標準偏差によって指定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のエリア評価表示プログラム。
4. 基地局の周辺で区分されたエリア毎の伝搬損失を画面上に表示するエリア評価表示装置において、
   周波数ｆに対する短区間変動の標準偏差σに基づいた正規分布データを蓄積する正規分布データ蓄積手段と、
   前記エリアにおける、実測された平均値又は伝搬モデル式による値である伝搬損失平均値を前記正規分布データの平均値として対応付けて、伝搬損失の正規分布データを求め、該正規分布データから、指定された信頼区間を満たす範囲についての伝搬損失の最良値及び最悪値を導出する評価範囲導出手段と、
   前記最良値、前記平均値及び前記最悪値がそれぞれ、指定された許容伝搬損失を許容するか否かによって、前記エリアの表示パターンを決定するエリア評価手段と、
   前記エリア毎の表示パターンを地図情報に重畳して、前記基地局のセルカバレッジを表示するユーザインタフェース手段と
   を有することを特徴とするエリア評価表示装置。
5. 前記エリア評価手段は、第１に、前記最良値が前記許容伝搬損失を許容するエリアに第１の表示パターンを決定し、第２に、前記平均値が前記許容伝搬損失を許容するエリアに第２の表示パターンを決定し、第３に、前記最悪値が前記許容伝搬損失を許容するエリアに第３の表示パターンを決定する
   ことを特徴とする請求項４に記載のエリア評価表示装置。
6. 前記評価範囲導出手段における前記信頼区間は、標準偏差によって指定されることを特徴とする請求項４又５に記載のエリア評価表示装置。

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