JP2003134044A - セルの無線カバレッジを予備的に推定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セルの無線カバレッジを予備的に推定する方
法を提供すること。 【解決手段】 セルラー式無線電話網のセル１の無線カ
バレッジを予備的に推定する方法に従って、基地局によ
り、地図３１に対応するメッシュ設定の複数の所定のメ
ッシュ３４の突起物４１、４２の位置および性質を局所
的かつ自律的に指定するランダムアクセスのデジタル地
図３１、３２、３３をデータマトリックスの形式で準備
し、利用段階において、原点から、所定の方向および伝
搬条件で、経路の初期セクション５１に沿って無線電波
の伝搬条件を代表するサンプリングの電波をセル１内に
仮りに送出し、現行の地点の位置をメッシュ設定と比較
して、突起物４１、４２に衝突するメッシュを特定し、
衝突のメッシュの突起物を局所的かつ自律的に指定する
データから、衝突後の伝搬条件を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地域で実施するセ
ルラー式電話網を画定する段階に関し、詳細には、ネッ
トワークの基地局またはリピータの最適な動作および位
置のパラメータを決定するため、つまり対応する無線セ
ルの境界を決定するため、地域の無線カバレッジを予備
的に推定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セルラー式無線電話網は、有線電話網を
介して相互接続され、モバイル端末が、基地局の無線セ
ル内に位置するとき、アクセスすることができる複数の
地上基地局から構成される。

【０００３】セル内の無線伝搬は、基地局による電力の
送信が過度でないこと、および端末による無線信号の受
信の強度が十分であることの２つの要件を満たさなけれ
ばならない。

【０００４】というのも、まず、モバイル端末がセルを
変更するとき通信が切断されるリスクを完全に回避する
ため、各基地局の到達範囲は、当該のセルが隣接するセ
ルにはみ出すよう、十分でなければならないからであ
る。これにより、必要最小限を上回って局の送信電力を
増大させることが必要とされる。

【０００５】次に、無線リンクは、地上レベルでほぼ直
線の経路を有するので、自然の突起物または建造物に起
因する基地局の無線の陰の区域をカバーしなければなら
ない。陰の区域は、陰の区域に位置するモバイル端末と
基地局の間における無線伝搬の減衰が、無線回路の感度
の規格の限度を超えるため、通話または交換されるデー
タを表す送信ビットのパケットを正しく検出するのに受
信レベルが不十分である区域である。ところが、送信レ
ベルを増大させることは論外である。

【０００６】というのも、基地局側では、あらゆる増大
がセルのサイズを増加させ、隣接するセル間で過度の干
渉を生じさせるからである。モバイル端末側では、最大
電力は、人の安全性および端末のバッテリの自律性の絶
対的な必要性によって制限されている。

【０００７】また、費用および干渉を制限するため、陰
の区域がなすマイクロセルのために基地局またはリピー
タの数を無用に増やすことも避けなければならない。

【０００８】従来、セルに関して、とりわけ、国立地理
研究所（ＩＧＮ）によって供給され、含まれている地上
の建物およびその他の突起物とともに考慮された地理的
区域の地図を表すベクトルデータベースを使用して、セ
ルの複数の地点における減衰の予備的な計算が行われ
る。様々な符号語が、ランベルト座標で特定された、海
面を基準とする地表の局所的高度を超える高さの森、水
域、家屋などの地上物タイプを定義する。

【０００９】セルのあらゆる地点で予備的減衰を推定す
るため、無線電波信号の伝搬のシミュレーションを行
う。無線カバレッジを一般のコンピュータで計算するこ
とにより、基地局から指定の方向に仮想で電磁波を送出
しながら伝搬をモデル化し、その電磁波が占める基本立
体角における伝搬条件を計算する。既知の線形減衰の伝
搬である基地局が仮想無線端末から見通し線上にある場
合の自由空間における伝搬を別にすると、電波の経路
は、電波を減衰させる、またはさらに偏向させる障害物
に遭遇し、特に、基地局がしばしば、建造物の屋根の高
度より低い高度にあるマイクロセルにおいてはそうであ
る。

【００１０】したがって、街路では、電波は、反射また
は屈折によって偏向される可能性がある。電波の立体角
の角の開きが、偏向によって増大していることさえ可能
である。

【００１１】全体的に水平の円環などのセル全体の照準
の全体的な立体角において分割された複数の基本立体角
に関して以上の計算を繰り返し、セルの空間の様々な伝
搬条件をサンプリングするようにする。

【００１２】各電波の経路の各地点で、コンピュータが
ベクトルデータベースを調べ、その地点が障害物を含む
かどうかを判定する。当該のベクトル計算は、相当な計
算能力を必要とし、従来のコンピュータを使用する場
合、１日の就業時間にわたることになり、実際的には、
夕刻に開始しなければならない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、大きいサイ
ズのセル、つまりマクロセルであれ、マイクロセルであ
れ、そのようなセルの無線カバレッジの計算に必要とさ
れる計算能力を低減することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的で、本発明は、
セルの突起物の位置および性質を指定する立体地図のデ
ータベースを使用して、セルのトラフィック管理を行う
無線局により、セルラー式無線電話網のセルの無線カバ
レッジを予備的に推定する方法であって、計算システム
が、利用段階で、原点から経路の初期セクションに沿っ
て所定の伝搬方向および伝搬条件で、無線電波の伝搬条
件を代表するサンプルの電波をセル内に仮りに送出し、
データベースの読取りにより、計算システムが、経路セ
クションを立体地図のデータと比較して、経路セクショ
ンの突起物との衝突するあらゆる現行の地点の位置およ
び性質を特定し、当該の突起物のデータベースの中で特
定された性質に応じて、計算システムが、衝突地点以降
の経路の下流セクションにおける新しい伝搬条件を判定
し、計算システムが、場合によっては、経路の下流セク
ションにおけるその他の衝突に関して所定の回数、前述
の２つのステップを繰り返し、経路全体における伝搬条
件に応じて、計算システムが、経路の選択されたあらゆ
る地点に関する累積した減衰を判定し、計算システム
が、セル全体をサンプリングして、選択された地点の減
衰の地図を決定するため、複数の初期方向に関して複数
回、前述のすべてのステップを繰り返す方法に関し、方
法が、初期段階において、システムが、地図に対応する
メッシュ設定の複数の所定のメッシュにおけるそれぞれ
の突起物の位置および性質を局所的かつ自律的に指定す
るランダムアクセスのデータベースをデータマトリック
スの形式で準備し、システムが、マトリックスデータベ
ース（３２、３３）の中に突起物の地理指向データを記
憶し、利用段階において、現行の地点の位置をメッシュ
設定と比較して、衝突のメッシュを指定し、衝突メッシ
ュの突起物を局所的かつ自律的に指定するデータから、
衝突以降の伝搬条件を計算し、指向データから、下流の
セクション（５２）の反射された電波の方向を計算する
こと、を特徴とする。

【００１５】伝搬のデータが複数の自律的データに、し
たがって、より小さいボリュームのデータに細分化され
ると、利用可能な形式でデータを読み取るため、データ
に迅速にアクセスするのが容易になる。

【００１６】このように、衝突の地点の下流における伝
搬条件の計算が、ベクトルベースの場合にように逐次式
ではなく、ランダムアクセスの、局所的でボリュームの
限られたデータだけから行われ、データは、衝突の地点
に関して、場合によっては拡散を伴う減衰、反射、また
は屈折により、生じる可能性がある角の偏向および伝搬
の新たな減衰を決定する電波の異方性の条件を定義す
る。

【００１７】障害物を形成する突起物が存在しない場
合、自由空間における伝搬条件は、完全に知られてい
る。詳細には、この場合、横断されたメッシュのデータ
の読取りが、障害物の存在しないことを即時に示し、し
たがって、全体的なデータベースから局所的データのベ
クトル再構成を行う従来技術の非常に負荷の大きい計算
を必要することなく、次のメッシュに進む。

【００１８】本明細書で扱う突起物という用語は、水平
であっても、電波を少なくとも部分的に吸収または反射
する可能性がある地表を含め、伝搬に対するあらゆる障
害物を一般的に指すことに留意されたい。

【００１９】有利には、システムは、初期段階におい
て、マトリックスデータベースの中に突起物の地理指向
データを記憶し、また利用時に、指向データから、下流
のセクションの反射された電波の方向を計算する。

【００２０】好ましくは、この場合、記憶は、方位角の
データに限定し、利用時に、反射する突起物を垂直であ
ると見なして、下流のセクションの反射された電波の方
向を計算する。

【００２１】これにより、計算が限定される。

【００２２】特に、マトリックスデータベースの中に地
上物の性質を指定するデータを含めることが好ましく、
利用時に、システムが、地上物の前記性質に応じて下流
のセクションにおける伝搬条件を計算する。

【００２３】これにより、伝搬の計算の精度が向上す
る。

【００２４】突起物の詳細を考慮に入れるため、初期段
階において、マトリックスデータベースの中に突起物の
エッジに関するデータを含めることが可能であり、利用
時に、計算システムが、エッジの前記データから、屈折
された電波の下流のセクションにおける方向を計算す
る。

【００２５】また、好ましくは、初期段階において、マ
トリックスデータベースの中に突起物による減衰のデー
タを記憶し、利用時に、システムが、減衰の前記データ
から、下流のセクションにおける伝搬の減衰を計算す
る。

【００２６】そうした場合、減衰のデータが、突起物上
の反射に関し、このデータを利用して下流のセクション
における減衰を計算すること、および／または減衰のデ
ータが、突起物を透過する伝搬に関し、このデータを利
用して、突起物を透過して伝搬する電波の減衰を計算す
ることが可能である。

【００２７】有利には、突起物を透過する伝搬の減衰の
データは、突起物の中への浸入による減衰を指定する伝
搬環境間の遷移のデータをさらに含み、このデータを利
用して浸入による局所的減衰を判定する。

【００２８】伝搬条件のより高品質のモデル化のため、
衝突以降の電波の角の広がりを計算するアルゴリズムを
利用して、システムは、衝突以降の電波の拡散の立体角
を形成する特定の減衰を伴った下流のセクションにおけ
る複数の方向を計算する。

【００２９】さらに、経路上の連続する衝突を数え、第
２の衝突の場合、システムが、衝突後の前記伝搬条件を
計算するため、第１の衝突時に電波が偏向されていると
見なすようにすることができる。

【００３０】必要とされる計算を制限するため、システ
ムが、経路上の連続する衝突を数え、総数を高いしきい
値と比較して、そのしきい値に達したとき、本方法のス
テップの実行を停止するか、あるいは、衝突時に毎回、
システムが、累積した伝搬の減衰を判定し、その減衰を
最大減衰しきい値と比較して、そのしきい値に達したと
き、本方法のステップの実行を停止する。

【００３１】結果をよりよく利用するため、減衰の地図
を３次元で記憶する。

【００３２】このようにして、建造物の階に応じて予備
的なリンク品質レベルを推定することができる。

【００３３】詳細には、データベースを準備するため、
システムは、垂直に伸びるピクセルの連鎖の束によって
地図を表し、ピクセルの連鎖を切り取って、それぞれが
特定のデータを有するボリュームメッシュの積み重ねら
れた基本ボリュームを構成する。

【００３４】好ましくは、システムは、原点として、基
地局に定められた位置をとるが、ただし、原点として、
セル内の任意の位置をとることが可能であり、電波の送
出の方向は、近接した突起物の位置および性質に応じ
て、電波が基地局の付近を通過するように選択する。

【００３５】本発明の方法に従い、より大きく、マクロ
セルとも呼ばれるセルと接触するマイクロセル内の伝搬
条件計算すると、次に、システムは、セル内の伝搬条件
を計算し、続いて、セルとマイクロセルの間の境界区域
に関連して２つの計算の結果を平滑化する計算を行うこ
とができる。

【００３６】このように、本方法により、２つのタイプ
のセルを機能的によりよく統合することができる。

【００３７】本発明は、添付の図面を参照する本発明の
好ましい実施形態の以下の説明の助けを借りて、よりよ
く理解される。

【００３８】

【発明の実施の形態】図１は、２１で示すもののような
端末のために予定されたセルラー式無線電話網のセル１
の位置を地図３１の一部分上に移して示し、地図３１
は、セル１を管理する基地局１１に定められた位置も含
む。地図３１は、規定のサービス品質を伴う所望の無線
カバレッジを保証しながらも、ハードウェアの量を最適
化するため、実施する無線網を構成する複数のセルの予
備的な輪郭を、セルの数、サイズ、および位置を調整し
ながら決定するのに役立つ。

【００３９】参照番号３１は、実際、この場合、当該区
域の地表および地上の地勢の要素の表示を指している。
この表示を生成するのを可能にしている対応する地理的
データは、コンピュータ３０の突起物データベース３
２、３３の中に記憶されている。このデータベースは、
地表および地上の地勢の形状および突起物を指定するメ
モリブロック３２を含み、メモリブロック３２は、基地
局によって使用される周波数に対応する所定の周波数の
範囲における地表を占有する様々な物の無線伝搬の性質
または特性を指定する地表および地上物の形態のメモリ
ブロック３３に関連し、メモリブロック３３のこの形態
データは、当該の地勢の様々な地点を地理ブロック３２
からの突起物または形状とともに提示する。「突起物」
という用語は、基地局１１から直接の、または事前に偏
向された電波が到達する可能性があるあらゆる障害物を
指すよう、広い意味で理解されなければならないことに
留意されたい。したがって、地表および地上物が一般的
に対象となっている。建物、丘、およびそれに類するも
のの他、谷の斜面、さらには平野または水面も対象とな
る可能性がある。

【００４０】後に説明するとおり、ブロック３３のデー
タにより、直接に、または自然と無線伝搬特性データと
の対応のテーブルを介して、入射する無線電波にもたら
される擾乱を判定して、対応する下流の電波の方向およ
び減衰、または振幅を判定するようにすることができ
る。地図３１自体は、この場合、教示の目的しか有して
いない。というのは、地図３１を定義するデータは、コ
ンピュータが利用するブロック３２、３３の中に含まれ
ているからである。

【００４１】変形形態として、マイクロセルを画定する
ため、同一の機能を有するが、より小さい範囲の基地局
で基地局１１を置き換えることが可能であろう。最初に
述べたとおり、マイクロセルは、突起物の激しい区域内
または市街地で実施して、通常のセルの無線の陰の区域
をカバーするようにする。

【００４２】この場合、基地局１１をセル１内のモバイ
ル端末２１にリンクする無線電波の経路、つまり狭ビー
ムの経路は、それぞれ建物、および森の木々である障害
物４１および４２に出会うものと想定する。説明を簡明
にするため、この場合、図１の障害物４１、４２は、経
路を偏向させず、したがって、経路は、障害物４１、４
２による反射または屈折なしに、直線のままであると想
定する。

【００４３】図２は、横座標に記される経路上で進んだ
距離Ｘとの相関で、無線信号のレベルＳを縦座標にデシ
ベル（ｄＢ）で示している。したがって、送信のレベル
から開始して、伝搬の距離に伴うレベルの低下が減衰を
表す。この減衰は、経路の様々なセグメントの、つまり
セクションの減衰の合計であり、各セクションは、特定
の伝搬環境に該当する。

【００４４】この場合、５１から５５の順で番号が付け
られた５つのセクションが区別され、第１のセクション
５１が、基地局１１から建物４１にまで大気中を通過す
ることによる減衰に、第２のセクション５２が、建物４
１を透過することによる減衰に、第３のセクション５３
が、森４２の境に至る後続の大気中の通過による減衰
に、第４のセクション５４が、森４２を透過することに
よる減衰に、第５のセクション５５が、モバイル端末２
１に至る大気中の通過による減衰にそれぞれ対応してい
る。

【００４５】図２におけるレベルの傾斜によって表され
る大気中の自由空間における無線伝搬の距離単位当りの
減衰は、所定の搬送周波数に関して、よく知られた物理
定数であり、したがって、コンピュータ３０は、地図３
１を表すデータベースの中からとられた伝搬距離から、
対応する３つの減衰を計算することができる。これに対
して、障害物４１、４２は、より高い減衰に対応する。
さらに、前述したとおり、あるタイプの障害物は、図４
に示すとおり、経路を偏向させる可能性もある。ところ
で、予備的な無線カバレッジを確認するため、基地局１
１とモバイル端末２１の間のリンクに関して、計算によ
り、セル１全体の中に分散する様々な地点におけるフィ
ールドのレベルを推定することができなければならな
い。

【００４６】このように計算された予備的リンクの結
果、つまり経路セクション５１から５５に関連する減衰
の合計は、基地局１１の送信の最大レベルＮｍと端末２
１の感度の所定のしきい値Ｓｍの差を超えてはならな
い。端末２１から基地局に向う通信のいわゆる上り方向
の場合も、この場合、２ワットである端末２１の最大送
信レベルと基地局１１の感度レベルに関して同様であ
る。この感度レベルは、無線フレームの時間チャネルを
介して交換されるビットのパケットの中の伝搬の誤りを
検出するコード、および限られた数のビット誤りを訂正
するコードを考慮に入れる。

【００４７】効率の目的で、コンピュータ上の減衰の計
算が必要とするのは、１日の就業時間よりずっと短い限
られた継続時間を超えてはならない。

【００４８】この目的で、地図３１は、セル１を表すデ
ジタル立体地図の形式で提供され、またデータベース３
２、３３は、４１および４２他などの突起物の位置を特
定し、高い建物、森、家屋地域、湖、その他などの、無
線伝搬条件を決定する突起物の性質を指定する。初期段
階で、減衰の計算の利用段階の前に、地図３１の所定の
メッシュ設定を行い、このように決定した地理マトリッ
クスの各メッシュ３４に、メッシュが含む突起物のデジ
タルデータを関連付け、利用段階において使用可能な突
起物を指定するマトリックスデータベース、つまりモザ
イクデータベースを備えるようにする。

【００４９】実際上、人間のオペレータまたはコンピュ
ータ３０が、メッシュ設定を定義し、各メッシュ３４の
突起物の形状データ、および突起物の性質データをそれ
ぞれブロック３２および３３の中に記憶する。前述した
とおり、森、建物などの突起物を識別するこれらのデー
タ、および対応の一般的テーブルにより、無線特性の
値、つまり、当該の突起物に到達する電波の伝搬条件を
判定するパラメータの値を決定することができる。変形
形態として、突起物のタイプを記憶する必要なしに、伝
搬のパラメータの値をブロック３３の中に直接に記憶す
ることができる。

【００５０】実際にコンピュータ３０によって実行され
る利用段階において、セル１の４１や４２などの突起物
の位置および性質を指定する立体地図のデータベース３
２、３３を使用して、セル１のトラフィックを管理する
無線基地局１１によるセル１の無線カバレッジを予備的
に推定するため、コンピュータが、原点から、所定の方
向および所定の伝搬条件で、初期経路セクション、例え
ば、１１、１４に沿って、つまり、実際上、大気を介し
て、無線電波の伝搬条件を代表するサンプリングの電波
をセル内に仮想で送出する。

【００５１】データベースの読取りにより、コンピュー
タが、経路セクション１１、４１を立体地図のデータ
に、この場合、正確には、ブロック３２のデータに比較
して、本例における突起物４１を有する経路セクション
の現行のあらゆる衝突地点の位置および性質を識別す
る。

【００５２】当該の突起物４１の特定された性質に応じ
て、コンピュータが、４１における衝突地点以降の経路
４１、４２の下流の部分（セクション５２）における新
しい伝搬条件を判定する。

【００５３】コンピュータは、場合によっては、経路の
下流の部分５３、５４の別の衝突に関して、所定の回
数、前述した２つのステップを繰り返す。

【００５４】経路１１から２１の全体における伝搬条件
に応じて、コンピュータが、経路全体から選択されたあ
らゆる地点に関して累積した減衰を判定し、複数の初期
方向に関して複数回、前述したすべてのステップを繰り
返し、セル全体をサンプリングして、これにより、選択
された地点の減衰の地図を決定するようにする。

【００５５】さらに、初期段階において、地図３１に対
応するメッシュ設定の複数の所定のメッシュ３４を局所
的かつ自律的に指定するデータの、マトリックス形式
の、つまりモザイク形式のデータベース３２、３３を事
前に準備しており、これにより、利用段階において、現
行の地点の位置をマトリックス設定と比較して衝突のメ
ッシュ３４を指定することと、衝突のメッシュ３４の突
起物を局所的かつ自律的に指定するデータから、衝突後
（例えば、セクション４１〜４２）の伝搬条件を計算す
ることとが可能になる。

【００５６】したがって、一般的な仕方で、データベー
ス３２、３３は、各メッシュの中で、具体的には、メモ
リ３３の中で、局所的な無線の異方性を、つまり、偏
向、減衰、偏波屈折、その他などの電波にもたらされた
ひずみを指定する。いわば、各メッシュ３４に関して、
空間内の伝搬条件を判定する異方性の楕円体が定義さ
れ、楕円体は、固有平行線、固有経線、および固有垂直
線などの、３つの固有方向に、例えば、横座標、縦座標
に直交する３つの単位ベクトルに関連付けられる。

【００５７】前述の楕円体は、実際、複数である。とい
うのは、楕円体は、伝搬の複数の変数を特定し、地図３
１上で、例えば、到着の角との相関で入射する電波の射
出の方向を計算するのを可能にする、または、入射およ
び射出の２つの方向との相関でメッシュ３４の横断に対
応する減衰を計算するのを可能にするからである。した
がって、データがブロック３３の中の独立の領域によっ
て記憶された様々なメッシュからの伝搬条件を変換する
マトリックスが対象とされている。

【００５８】したがって、ブロック３３の中で衝突のメ
ッシュ３４に関連する適切な領域を読み取ることによ
り、入射の経路セクション、例えば、１１、４１から、
メッシュからの射出の伝搬条件を迅速に判定することが
できる。詳細には、当該のメッシュ３４が障害物を含む
か否かをメッシュ３４ごとの１ビットが指定することが
可能である。限られたサイズで、高速アクセスのレジス
タの中に同様のビットとともに配列されていることが可
能なこのビットを直接に読み取ることより、障害物の指
示が存在しないことが即時に検出され、コンピュータ３
０は、新しい伝搬条件を計算することなく、次のメッシ
ュのテストに即時に進む。このように、障害の存在を示
すビットを読み取ることを除き、コンピュータ３０は、
無線障害物の性質を指定するデータブロック３３を調べ
ない。経路上のメッシュごとに現行の地点の減衰を計算
することは必要ない。というのは、累積した減衰は、障
害物が存在する場合だけ、当該のセクションの端の２つ
のメッシュ３４間の距離を計算することによって計算す
ることができる。平均半径５００メートルのセルに関す
る計算が、平均的な能力のコンピュータでおよそ１分間
を必要とすることが経験で示されている。

【００５９】コンピュータ３０は、地図３１の空間内で
入射する電波の角を決定、または計算しており、メッシ
ュ３４から射出する電波の伝搬パラメータの対応するす
べての値を、電波がメッシュ３４から実際に射出する場
合、ブロック３３の中で直接に読み取ることができる。

【００６０】地図３１は、立体式であるので、本例にお
けるようなデータのメッシュ設定は、好ましくは、前述
した３次元のように、独立した３次元で行われることに
留意されたい。言い換えれば、平面またはその他の表面
により、各水平メッシュ３４に特有であることが可能な
様々な高度で切り取られた垂直に伸びるボリュームが、
各水平メッシュ３４に対応する、いわゆる水平メッシュ
３４の２方向メッシュ設定を定義し、それぞれが、ブロ
ック３３の領域の中に記憶された特定の伝搬データを有
する基本ボリュームを決定するようにすることが可能で
ある。たいていの場合、水平メッシュ３４ごとに２つの
基本ボリュームで十分であり、２つのボリュームとは、
例えば建造物全体を含む下方ボリューム、および自由空
間に対応する上方ボリュームである。これに対し、アー
チ型建造物または橋などの張り出した部分を有する突起
物の場合、当該の障害物を含む基本ボリュームの下に、
自由伝搬の第３の基本ボリュームが設けられることにな
る。

【００６１】言い換えれば、各メッシュ３４に関して、
垂直に伸びるピクセルの連鎖の束によって地図３１を表
し、ピクセルの連鎖を切り取って、それぞれが特定のデ
ータを有するボリュームメッシュの積み重ねられた基本
ボリュームを構成するようにする。

【００６２】初期段階において含められた各メッシュ３
４の突起物の特性および性質を指定するデータは、以下
のデータの１つまたは複数に該当することが可能であ
る。

【００６３】メモリ３２の突起物を指定するデータは、
例えば、無線反射平面を示す突起物の地理指向データで
あることが可能である。入射経路の部分またはセグメン
トを知っていることで、この知識から、計算によって反
射された下流の経路の部分の方向を推定することがで
き、この方向は、衝突の地点における反射平面に対する
法線に関して対称である。大気中で、第１フレネル楕円
体の中で障害物が存在しない（直接伝搬）場合、近接フ
ィールドにおける減衰は、経路の最初の５００メートル
において、およそ２０ｄＢ／ｋｍであり、５００メート
ルを越えると、３０ｄＢ／ｋｍの値をとる。

【００６４】したがって、図３は、ブロック３３からの
マトリックスのデータテーブルの内容を示し、この内容
は、説明を簡明にするため、地図３１の一部分を図形の
形式で概略で提示している。

【００６５】図３は、建造物が占める表面がその上に移
されるいくつかの水平メッシュ３４を示す。

【００６６】当該の建造物は、６１から６４の番号を付
けた直線の４つの壁を含み、壁の４つのコーナ、つまり
垂直エッジ６５から６８を有する台形を有している。

【００６７】ブロック３３の中で、壁のエッジの１つを
含む４つのメッシュが、その特性を指定するデータを含
む。さらに、エッジの角の値、さらには、エッジの側面
の向きを指定するようにすることも可能である。壁６１
から６４の１つが横断する別のメッシュ３４が、その特
性を指定するデータを含む。この場合、実際上、これら
のデータは、当該の壁の向き、つまり、壁の方位を指定
する。また、例えば、別の突起物、例えば、自然物が対
象となる場合、突起物の傾きも指定するようにすること
が可能である。そのような場合、突起物の平面の向きの
そのデータは、例えば、前述した三次元座標に従って表
現された突起物に対する法線によって定義することがで
きる。

【００６８】ただし、ブロック３３のサイズを制限する
ため、方位角データだけに突起物の指向データを限定
し、利用時に、当該の電波を反射する突起物が垂直であ
ると見なして、下流のセクションの反射された電波の方
向を計算するようにすることが可能である。市街地で
は、一般に、電波を反射する突起物は垂直である。

【００６９】また、マトリックスデータベースのブロッ
ク３３の中に、森、家屋区域、その他などの、地上物の
性質を指定するデータを含めることが可能であり、利用
時に、システム３０が、特定されたとおりの地上物の性
質に応じて、下流のセクションにおける伝搬条件を計算
する。

【００７０】初期段階において、マトリックスデータベ
ースのブロック３３の中に突起物のエッジのデータを含
める場合、このことにより、利用時に、エッジのデータ
から、屈折された電波の下流のセクションにおける方向
を計算することができるようになる。前述したとおり、
屈折は、一般に、建物の垂直のコーナ、つまり垂直エッ
ジによって生ぜられる。ただし、屋根の棟の縁およびエ
ッジも同様に、ブロック３３の中で特定して、例えば、
下方に偏向された、入射する電波の屈折の方向も判定す
るようにすることが可能である。前述した偏向は、セル
１のカバレッジ区域のサイズを増大させる。というの
は、この偏向は、屈折された電波を線形伝搬では陰の区
域であるボリュームに向けるからである。

【００７１】初期段階において、システムは、メモリの
中にマトリックスデータベース３３の中の突起物の減衰
データを入れ、利用時に、前述の減衰データから電波の
減衰を判定する。

【００７２】減衰のデータが突起物６０上の反射に関わ
り、このデータを使用して、反射された電波の減衰、例
えば、およそ７ｄＢを計算することが可能であり、減衰
値は、ガラス、煉瓦、またはその他などの正面の形態上
の性質に依存する。

【００７３】さらに、または別法として、減衰データが
突起物４１、４２、６０を透過する伝搬に関わり、この
データを利用して、図２に示すとおり、突起物を透過し
て伝搬する電波の減衰を計算することが可能である。

【００７４】詳細には、突起物４１、４３を透過する伝
搬の減衰データは、突起物の中への浸入による減衰を指
定する伝搬環境の遷移のデータ、つまり伝搬環境の変化
のデータをさらに含むことが可能であり、このデータを
使用して、例えば、大気／建物の浸入による局所的減衰
を判定する。

【００７５】図４は、図３と同様であるが、図４が表す
建造物７０は、説明を簡明にするため、上から見て、本
例では三角形である単純化された形状を有している。入
射する電波８１が、正面７１が横断するメッシュ３４の
中に位置する衝突地点である建造物７０の正面７１の地
点に到達する。

【００７６】正面７１の方位を示し、また当該のメッシ
ュ３４を正面７１が（全体的に）横断することを示すブ
ロック３３からのメッシュの対応するデータに応じて、
入射する電波８１が線８２に沿って正面７１において反
射されることをコンピュータ３０が判定し、コンピュー
タ３０は、この電波の射出の方向を計算する。射出の方
向は、正面７１に対する固有の法線７２に関して、入射
する電波８１の角に等しい相対する角をなす。

【００７７】示すとおり、反射された電波８２は、実
際、電波８２を取り囲み、したがって、空間内で立体角
を形成する副次電波８３のローブ８４の主な方向を規定
する。というのは、電波８１は、到達する区域を励起
し、これにより、通常の１次ソースよりもより拡散し
た、つまり等方性のパターンに従う電磁放射を放出する
２次ソースを生成するからである。

【００７８】伝搬をよりよくモデル化するため、本例で
は、システムが、角の広がりを計算するアルゴリズムに
より、衝突地点以降の入射する電波８１の拡散の立体角
を形成する特定の減衰を伴った電波８２および８３の複
数の方向を判定する。これは、窓およびバルコニーを有
する建造物の正面などの一様でない表面によって反射さ
れた電波、および屈折された電波に関することが可能で
ある。これを例示すると、入射する電波９１が、やはり
正面７１に到達するが、垂直エッジの区域７３において
到達する。当該のメッシュ３４のブロック３３からのデ
ータが、この場合、エッジの存在を特定し、射出する電
波９２に関する主な屈折の方向、および屈折された副次
電波９３の立体角９４を示す。以上の説明は、垂直方向
で傾斜したエッジに関しても有効である。したがって、
屈折された電波が、地表に向って先験的に無線の陰の区
域と考えることが可能なボリュームの中に「沈む」のが
可能であることを示すメッシュの重ねられた水平配列を
通る突起物の縦断面図であると図４を見なすことも可能
である。

【００７９】入射する電波８１、９１が、エッジ７３の
存在によって部分的にしか影響を受けないメッシュ３４
の大きさ程度の断面を有すると見なす場合、ブロック３
３は、部分的反射（８２）を計算するための指向デー
タ、および屈折された電波９２を計算するデータを含む
のが可能であることに留意されたい。

【００８０】図５を参照すると、Ｌｔａｍ屋根（モバイ
ル端末に対する屋根）上の屈折による減衰を以下の数式
によって計算することができる。 Ｌｔａｍ＝−１６．９−１０ｌｏｇ（Ｗ）＋１０ｌｏｇ
（ｆ）＋２０ｌｏｇ（ｈｂ−Ｈｍ） または、以上の計算がＬｔａｍ＜０をもたらす場合、Ｌ
ｔａｍ＝０とし、ただし、 Ｗ：基地局１１のアンテナから見た受信の街路の幅 Ｆ：ＭＨｚでの周波数 Ｈｂ：モバイル端末２１に向けて屈折させる屋根の高さ
である。 Ｈｍ：モバイル端末２１のアンテナの高さ

【００８１】減衰の推定の精度さらに向上させるため、
本例では、経路上の連続する衝突（５１から５５、８
１、８２、９１、９２）数え、第２の衝突の場合、この
衝突後の伝搬条件を判定するため、第１の衝突時に電波
が偏向されていると見なす。というのは、建造物の正面
によって反射された、または屈折された電波は、少なく
とも部分的に、ほぼ垂直の偏向を受けるからである。こ
のため、第１の衝突時に消され、全体の減衰の大部分を
なす水平方向の偏向の成分がないので、減衰は、後続の
衝突時により小さい値を有する。したがって、電波は、
いわば、障害物に適応している。このように、反射によ
る減衰は、平均で、第１の反射に関する７ｄＢから後続
の反射に関する３ｄＢになる。

【００８２】建造物の様々な階における無線カバレッジ
のデータを利用可能にし、また前述した張り出した部分
を有する形状を扱うため、本例では、３次元で減衰の地
図、つまり減衰の地勢図を確立する。

【００８３】計算時間を無用に長引かせるのを回避する
ため、システムは、電波の連続する衝突を数え、その合
計を高いしきい値と比較して、そのしきい値に達したと
き、本方法のステップの実行を停止する。

【００８４】同じ目的で、補足としてまたは代用とし
て、各衝突時に、システムは累積減衰を決定し、それを
最大減衰閾値と比較し、閾値に達した場合は処理ステッ
プの実行を停止する。

【００８５】この特定の例の変形として、電波の逆方向
のリターンの原理を適用する、つまり電波を端末２１の
任意の位置から、セル１全体の中で端末２１の位置を前
述の場合と同様に移動させながら、基地局１１に向けて
送信するのも可能なことが認められよう。

【００８６】ただし、そのような場合、各回の試行の成
功に関してある不確実さが存在する。というのは、基地
局１１の方向に送信した電波は、偏向される恐れがあ
り、反対に、別の方向に送信した電波は、突起物による
偏向を受けて基地局１１に到達するからである。したが
って、端末２１付近における、例えば、屈折させる効果
を有する建造物の屋根による予期される偏向を考慮に入
れて、例えば、基地局１１を含む大きい立体角の中に、
より多数の電波送信機を備えなければならない。

【００８７】したがって、原点として、基地局１１に定
められた位置をとること、あるいは、原点として、セル
１内の任意の位置をとることが可能であり、また電波の
送出の方向は、近接した突起物の位置および性質に応じ
て、電波が基地局１１の付近を通るように選択する。こ
れにより、十分な割合の計算が利用可能である。

【００８８】本方法は、詳細には、（マクロ）セルに含
まれないにしても、（マクロ）セルと接触するマイクロ
セルに関して使用される。（マクロ）セルのアンテナが
より高い位置にあることを考慮すると、（マクロ）セル
における伝搬は、擾乱がより少なく、（マクロ）セルに
おける計算は、伝搬の従来の方法によって行うことがで
きる。本方法に従って（マクロ）セルと接触するマイク
ロセル内の伝搬条件も計算した後、セル内の伝搬条件を
計算し、次に、セルとマイクロセルの間の境界区域に関
して、２つの計算の結果を平滑化する計算を行う。

【００８９】地図３１は、この場合、平行線および経線
に沿っておよそ５メートル間隔で地勢にメッシュを設定
するピッチを有する。地図３１は、詳細には、縮尺のよ
り小さいＩＧＮの高度測量地図から、地勢の高度の他
に、突起物の位置および突起物の性質を定義するベクト
ルデータのデータベースを有するほぼ、一辺が５０メー
トルの大きい正方形のメッシュに直線補間を行うことに
よって得られる。計算システムが、それぞれの大きい正
方形を一辺が５メートルの１００の小さい正方形に切り
取り、５メートル間隔のピッチで大きい正方形のメッシ
ュにメッシュを設定する。これにより、それぞれの小さ
い正方形によって画定された表面が、突起物の位置およ
び性質を定義するデータの対応するサブセットを決定す
る。

【００９０】次に、計算システムは、当該の大きい正方
形に隣接する大きい正方形の前述した高度測量データを
考慮に入れて、直線補間、コラム補間、対角線補間で補
間計算を行うことにより、平滑化、つまり低域パス空間
フィルタリングを行う。これにより、コンピュータ３０
は、例えば、当該の大きい正方形からの平均地表高度の
データを変調して、その大きい正方形の中でそれぞれの
小さい正方形に関する最も確からしい固有値を判定し、
ブロック３２の複数の領域の１つを構成する高度測量デ
ータのマトリックスサブブロックを得るようにする。

【００９１】例えば、森、家屋区域、空き地、またはそ
の他などの地上物を指定するその他の全体的データも、
以上の仕方で計算することができる。反対に、例えば、
ブロック３３に関する建造物の正面の向きを指定するよ
り局所的なデータは、好ましくは、例えば、航空写真に
よって現地で行われた調査に従って確立される。地上物
のデータのマトリックスサブブロックが、好ましくは、
この場合のように、海面を基準とする地上物の高度と地
表の高度の差によって得られた地上物の高さのデータの
マトリックスサブブロックによって補完される。これに
より、ブロック３２、３３のデータが、より正確で、最
新のものになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】画定中のセルラー式無線電話網のセルの位置が
移されたデータベースを形成する立体地図を示す図であ
る。

【図２】障害物を含む経路上の、基地局が境界部の一部
をなすセル内の無線減衰の曲線を表す図である。

【図３】地図の一部分上の建造物の輪郭を示す平面図で
ある。

【図４】図３と同様であり、建造物上の反射および屈折
を示す図である。

【図５】マクロセルの建造物間における伝搬を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１ セル １１ 基地局 ２１ モバイル端末 ３０ コンピュータ ３１ 地図 ３２、３３ データベース ４１、４２、７１ 突起物 ５１、５２、５３、５４、５５、８２ 経路セクション ７３ データ ８４ 立体角 ９２ 電波

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セル（１）の突起物（４１、４２）の位
   置および性質を指定する立体地図（３１）のデータベー
   ス（３２、３３）を使用して、前記セル（１）のトラフ
   ィック管理を行う無線局（１１）により、セルラー式無
   線電話網の前記セル（１）の無線カバレッジを予備的に
   推定する方法であって、 計算システムが、利用段階で、 原点から経路の初期セクション（５１）に沿って所定の
   伝搬方向および伝搬条件で、無線電波の伝搬条件を代表
   するサンプルの電波をセル（１）内に仮りに送出し、 前記データベース（３２、３３）の読取りにより、前記
   計算システムが、前記経路セクション（５１）を前記立
   体地図（３１）のデータと比較して、前記経路セクショ
   ン（５１）の突起物（４１、４２）との衝突のあらゆる
   現行の地点の位置および性質を特定し、 当該の突起物（４１、４２）の前記データベースの中で
   特定された性質に応じて、前記計算システムが、衝突地
   点以降の経路の下流セクション（５２）における新しい
   伝搬条件を判定し、 前記計算システムが、場合によっては、経路の下流セク
   ション（５２〜５５）におけるその他の衝突に関して所
   定の回数、前述の２つのステップを繰り返し、 前記経路全体における伝搬条件に応じて、前記計算シス
   テムが、前記経路の選択されたあらゆる地点に関する累
   積した減衰を判定し、 前記計算システムが、前記セル全体（１）をサンプリン
   グして、前記選択された地点の減衰の地図を決定するた
   め、複数の初期方向に関して複数回、前述のすべてのス
   テップを繰り返し、 方法が、初期段階において、 前記システムが、前記地図（３１）に対応するメッシュ
   設定の複数の所定のメッシュにおけるそれぞれの前記突
   起物（４１、４２）の前記位置および前記性質を局所的
   かつ自律的に指定するランダムアクセスの前記データベ
   ース（３２、３３）をデータマトリックスの形式で提供
   し、 前記システムが、前記マトリックスデータベース（３
   ２、３３）の中に前記突起物の地理指向データを記憶
   し、 前記利用段階において、 前記現行の地点の前記位置を前記メッシュ設定と比較し
   て、衝突のメッシュを指定し、 前記衝突メッシュの突起物を局所的かつ自律的に指定す
   るデータから、衝突以降の前記伝搬条件を計算し、 指向データから、下流のセクション（５２）の反射され
   た電波の方向を計算することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 記憶が、方位角のデータに限定され、利
   用時に、反射する突起物（７１）を垂直であると見なし
   て、下流のセクション（８２）の反射された電波の方向
   を計算する請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記マトリックスデータベース（３２、
   ３３）の中に地上物の性質を指定するデータを含め、利
   用時に、前記システムが、地上物の前記性質に応じて下
   流のセクション（５２）における伝搬条件を計算する請
   求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記初期段階において、前記マトリック
   スデータベース（３２、３３）の中に前記突起物のエッ
   ジ（７３）のデータを含め、利用時に、前記計算システ
   ムが、前記エッジのデータから屈折された電波（９２）
   の下流のセクションにおける方向を計算する請求項１か
   ら３のいずれか一項に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記初期段階において、前記マトリック
   スデータベース（３２、３３）の中に前記突起物（４
   １、４２）による減衰のデータを記憶し、利用時に、前
   記システムが、減衰の前記データから、下流のセクショ
   ンにおける伝搬の減衰を計算する請求項１から４のいず
   れか一項に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記減衰のデータが、前記突起物（４
   １、４２）上の反射に関わり、前記下流セクション（５
   ２）における前記減衰を計算するために使用される請求
   項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記減衰のデータが、前記突起物（４
   １、４２）を透過する伝搬に関わり、前記突起物（４
   １、４２）を透過して伝搬する電波の減衰を計算するた
   めに使用される請求項５または６に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記突起物（４１、４２）を透過する伝
   搬の前記減衰のデータが、前記突起物（４１、４２）の
   中への浸入による減衰を特定し、浸入による局所的減衰
   を判定するために使用される、伝搬環境間の遷移のデー
   タをさらに含む請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 衝突以降の前記電波の角の広がりを計算
   するアルゴリズムを利用して、前記システムが、衝突以
   降の前記電波の拡散の立体角（８４）を形成する特定の
   減衰を伴った下流のセクションにおける複数の方向を計
   算する請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記システムが、前記経路上の連続す
    る前記衝突を数え、第２の衝突の場合、前記第２の衝突
    後の前記伝搬条件を計算するため、第１の衝突時に前記
    電波が偏向されていると見なす請求項１から９のいずれ
    か一項に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記システムが、前記経路上の連続す
    る前記衝突を数え、総数を高いしきい値と比較して、前
    記しきい値に達したとき、方法の前記ステップの実行を
    停止する請求項１から１０のいずれか一項に記載の方
    法。
12. 【請求項１２】 衝突時に毎回、前記システムが、累積
    した伝搬の減衰を判定し、前記減衰を最大減衰しきい値
    と比較して、前記しきい値に達したとき、方法の前記ス
    テップの実行を停止する請求項１から１１のいずれか一
    項に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記減衰の地図が、３次元で記憶され
    る請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記データベース（３２、３３）を準
    備するため、前記システムが、垂直に伸びるピクセルの
    連鎖の束によって前記地図（３１）を表し、ピクセルの
    前記連鎖を切り取って、それぞれが特定のデータを有す
    るボリュームメッシュの積み重ねられた基本ボリューム
    を構成する請求項１から１３のいずれか一項に記載の方
    法。
15. 【請求項１５】 前記システムが、原点として、前記局
    （１１）に定められた位置をとる請求項１から１４のい
    ずれか一項に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記システムが、原点として、前記セ
    ル内の任意の位置をり、前記電波の送出の方向が、近接
    した突起物の位置および性質に応じて、前記電波が前記
    局（１１）の付近を通過するように選択される請求項１
    から１４のいずれか一項に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記システムが、セルと接触するマイ
    クロセル内の伝搬条件を計算した後、前記セル内の伝搬
    条件を計算し、次に、前記セルと前記マイクロセルの間
    の境界区域に関して、前記２つの計算の結果を平滑化す
    る計算を行う請求項１から１６のいずれか一項に記載の
    方法。