JP7842003B2 - 電波可視化システム、評価条件作成装置、電波可視化方法及び評価条件作成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電波可視化システム、評価条件作成装置、電波可視化方法及び評価条件作成プログラムに関する。

近年、５Ｇ（5th Generation Mobile Communication System）やローカル５Ｇを代表とする新たな無線通信システムの導入が爆発的に進んでいる。これらの無線通信システムを設置する場合、電波の伝搬シミュレーションを活用した評価が必須となる。また、電波の伝搬を効率的に評価するために、電波の伝搬シミュレーションの結果を可視化し、無線通信システムの設定を最適化する技術が検討されている。

例えば、電波の伝搬を可視化する場合、無線通信システムが設置される環境に対して三次元の環境モデルを作成し、無線通信システムの基本的な性能(中心周波数、周波数帯域、送信電力、アンテナ条件、設置位置)と、伝搬シミュレーションに必要な評価条件(反射回数、回折回数、透過／反射条件など)を設定して伝搬シミュレーションを行う（例えば、非特許文献１参照）。

電波の伝搬シミュレーションや可視化は、無線通信システムを設置する前に実施しておくことが望ましい。実際の環境に無線通信システムを設置する場合、環境の変化や、通信エリアごとに要求条件が異なることがあるため、電波の伝搬特性をリアルタイムに評価できるシステムが要求されている。

今井哲朗、「Mobile Radio Propagation Simulation Based on Ray-Tracing Method」、電子情報通信学会、2009年、電子情報通信学会論文誌Ｂ Vol. J92-B No. 9、pp.1333-1347

しかしながら、電波の伝搬をリアルタイムで可視化するためには、伝搬シミュレーションを行うための各ステップのリアルタイム動作が必須になる。特に、伝搬シミュレーションにおける計算がボトルネックになることが知られている。具体的には、伝搬シミュレーションに対する評価条件が複雑化すると、指数関数的に計算負荷が増大するため、リアルタイムでの可視化は困難であった。

本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、電波の伝搬特性の可視化を、想定される電波の利用頻度に応じて効率的に行うことを可能にすることができる電波可視化システム、評価条件作成装置、電波可視化方法及び評価条件作成プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態にかかる電波可視化システムは、無線通信システムに用いる電波の伝搬特性の評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを作成するモデル作成部と、前記無線通信システムの性能に基づいて、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する第１評価条件作成部と、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件を、前記無線通信システムの性能及び前記領域の環境に基づいて電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域から順に、想定される電波の利用頻度に応じてそれぞれ作成する第２評価条件作成部と、前記モデル作成部が作成した三次元スケールモデルに対し、前記第１評価条件作成部及び前記第２評価条件作成部がそれぞれ作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をそれぞれ出力する伝搬シミュレータと、前記第２評価条件作成部が作成した評価条件を用いて前記伝搬シミュレータが実行したシミュレーション結果を、前記第１評価条件作成部が作成した評価条件を用いて前記伝搬シミュレータが実行したシミュレーション結果よりも優先させて選択する選択部と、前記選択部が選択した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する可視化部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一実施形態にかかる評価条件作成装置は、無線通信システムに用いる電波の伝搬特性を、評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを用いてシミュレーションする伝搬シミュレータに対し、電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する評価条件作成装置において、前記無線通信システムの性能に基づいて、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する第１評価条件作成部と、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件を、前記無線通信システムの性能及び前記領域の環境に基づいて電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域から順に、想定される電波の利用頻度に応じてそれぞれ作成する第２評価条件作成部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一実施形態にかかる電波可視化方法は、無線通信システムに用いる電波の伝搬特性の評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを作成するモデル作成工程と、前記無線通信システムの性能に基づいて、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する第１評価条件作成工程と、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件を、前記無線通信システムの性能及び前記領域の環境に基づいて電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域から順に、想定される電波の利用頻度に応じてそれぞれ作成する第２評価条件作成工程と、前記モデル作成工程により作成した三次元スケールモデルに対し、前記第１評価条件作成工程及び前記第２評価条件作成工程によりそれぞれ作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をそれぞれ出力する伝搬シミュレーション工程と、前記第２評価条件作成工程により作成した評価条件を用いて前記伝搬シミュレーション工程により実行したシミュレーション結果を、前記第１評価条件作成工程により作成した評価条件を用いて実行したシミュレーション結果よりも優先させて選択する選択工程と、前記選択工程により選択した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する可視化工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、電波の伝搬特性の可視化を、想定される電波の利用頻度に応じて効率的に行うことを可能にすることができる。

一実施形態にかかる電波可視化システムの構成の概要を模式的に例示する図である。 電波可視化システムが電波を可視化する電波可視化方法の一例を示す図である。 評価条件作成装置が有するハードウェア構成例を示す図である。

以下に、図面を用いて一実施形態にかかる電波可視化システムについて説明する。図１は、一実施形態にかかる電波可視化システム１の構成の概要を模式的に例示する図である。

図１に示すように、電波可視化システム１は、例えば、モデル作成部２、評価条件作成装置３、抽出部４、変更部５、伝搬シミュレータ６、選択部７、及び可視化部８を有する。そして、電波可視化システム１は、例えば１つ以上の基地局と、１つ以上の端末局とが無線通信を行う無線通信システムを設置する予定の領域（対象領域）の地形及び建造物を含む環境における電波の伝搬をシミュレーションして可視化する。

モデル作成部２は、対象領域の環境を示す環境情報を取得し、対象領域の環境を再現するためのスケールモデルを作成する。例えば、モデル作成部２は、基地局と端末局とが無線通信を行う無線通信システムに用いる電波の伝搬特性の評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境を再現する縮小した三次元スケールモデルを、例えば３Ｄ（三次元）プリンタなどによって所定の材料により作成する。

評価条件作成装置３は、例えば第１評価条件作成部３０及び第２評価条件作成部３２を有する。そして、評価条件作成装置３は、無線通信システムに用いる電波の伝搬特性を、評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを用いてシミュレーションする伝搬シミュレータに対し、電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する。

例えば、第１評価条件作成部３０は、無線通信システムの性能に基づいて、対象領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する。

また、第２評価条件作成部３２は、対象領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件を、無線通信システムの性能及び対象領域の環境に基づいて電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域から順に、想定される電波の利用頻度に応じて（利用頻度を予測して）それぞれ作成する。

例えば、第２評価条件作成部３２は、ＸＹ軸方向（水平方向）及びＺ軸方向（鉛直方向）それぞれに対し、以下に例示するように電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域の候補（候補場所・候補位置）から順に、評価条件を作成する。

ＸＹ軸方向（水平方向）：
屋外では、歩道、道路、広場の順に評価条件を作成する。
屋内では、座席、廊下、部屋、会議室の順に評価条件を作成する。

Ｚ軸方向（鉛直方向）：
端末の高さとして、高さ１ｍ程度を優先させて評価条件を作成する。
基地局の高さとして、ビルの壁面上部程度の位置を優先させて評価条件を作成する。

また、抽出部４は、対象領域の環境に基づいて、電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域を抽出する。抽出部４は、予め高頻度領域の候補場所を示す情報がある場合には、当該情報に基づいて高頻度領域を抽出する。また、抽出部４は、予め高頻度領域の候補場所を示す情報がない場合には、対象領域の画像解析を行って、電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域を抽出してもよい。

抽出部４が高頻度領域を抽出した場合には、第２評価条件作成部３２は、抽出部４が抽出した高頻度領域から順に、想定される電波の利用頻度に応じて複数の評価条件をそれぞれ作成する。

また、変更部５は、第２評価条件作成部３２に対して、例えば図示しないユーザインターフェースを介して作業者から入力される変更情報（例えば端末局情報など）に基づいて、電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域を設定する条件を変更する。

例えば、変更部５は、対象領域内を移動する移動体（人や車）の想定される動線に基づいて、電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域を設定する条件を変更する。

具体的には、抽出部４又は変更部５は、例えば電波の利用シーン（歩行、車、ドローン、オフィス利用、在宅勤務、工場など）に応じて、第２評価条件作成部３２が評価条件を作成する候補の優先順を調整する。

伝搬シミュレータ６は、例えば第１伝搬シミュレータ６０及び第２伝搬シミュレータ６２を有する。そして、伝搬シミュレータ６は、モデル作成部２が作成した三次元スケールモデルに対し、第１評価条件作成部３０及び第２評価条件作成部３２がそれぞれ作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をそれぞれ選択部７へ出力する。

例えば、伝搬シミュレータ６は、第１評価条件作成部３０が作成した評価条件を用いた複数の伝搬特性のシミュレーションを第１伝搬シミュレータ６０が行い、第２評価条件作成部３２が作成した評価条件を用いた複数の伝搬特性のシミュレーションを第２伝搬シミュレータ６２が行う。

つまり、伝搬シミュレータ６は、複数の伝搬特性のシミュレーションをそれぞれ並列に実行してもよい。また、伝搬シミュレータ６は、基地局と端末局との距離が近い順に伝搬特性のシミュレーションを実行してもよい。なお、伝搬シミュレータ６は、１つのシミュレータとして構成されていてもよい。

選択部７は、第２評価条件作成部３２が作成した評価条件を用いて伝搬シミュレータ６が実行したシミュレーション結果を、第１評価条件作成部３０が作成した評価条件を用いて伝搬シミュレータ６が実行したシミュレーション結果よりも優先させて選択する。そして、選択部７は、選択した順にシミュレーション結果を可視化部８に対して出力する。

可視化部８は、例えばディスプレイ（表示装置）などであり、選択部７が選択した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する。

次に、電波可視化システム１が電波を可視化する電波可視化方法の一例について説明する。図２は、電波可視化システム１が電波を可視化する電波可視化方法の一例を示す図である。

図２に示すように、電波可視化システム１は、電波を可視化するために、まず、三次元スケールモデルを作成する（Ｓ１００）。

次に、電波可視化システム１は、第１伝搬シミュレータ６０に対して第１評価条件作成部３０が評価条件（第１評価条件）を設定し（Ｓ１０２）、第２伝搬シミュレータ６２に対して第２評価条件作成部３２が評価条件（第２評価条件）を設定する（Ｓ１０４）。

そして、電波可視化システム１は、伝搬シミュレータ６が第１評価条件及び第２評価条件に基づく伝搬シミュレーションを例えば並列して実行する（Ｓ１０６）。

選択部７は、第２評価条件作成部３２が作成した評価条件を用いて伝搬シミュレータ６が実行したシミュレーション結果を、第１評価条件作成部３０が作成した評価条件を用いて伝搬シミュレータ６が実行したシミュレーション結果よりも優先させて選択する（Ｓ１０８）。

可視化部８は、選択部７が選択した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する（Ｓ１１０）。

そして、電波可視化システム１は、対象環境の変化などにより、評価条件を変更する必要が生じた場合にはＳ１０２、Ｓ１０４の処理に戻り、三次元スケールモデルを再度作成する必要が生じた場合にはＳ１００の処理に戻る。

このように、電波可視化システム１は、第２評価条件作成部３２が作成した評価条件を用いて伝搬シミュレータ６が実行したシミュレーション結果を、第１評価条件作成部３０が作成した評価条件を用いて伝搬シミュレータ６が実行したシミュレーション結果よりも優先させて可視化するので、電波の伝搬特性の可視化を、想定される電波の利用頻度に応じて効率的に行うことができる。

なお、電波可視化システム１を構成する各部は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。

例えば、電波可視化システム１を構成する各部は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

図３は、評価条件作成装置３が有するハードウェア構成例を示す図である。図３に示すように、例えば評価条件作成装置３は、入力部９０、出力部９１、通信部９２、ＣＰＵ９３、メモリ９４及びＨＤＤ９５がバス９６を介して接続され、コンピュータとしての機能を備える。また、評価条件作成装置３は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体９７との間でデータを入出力することができるようにされている。

入力部９０は、例えばキーボード及びマウス等である。出力部９１は、例えば上述した可視化部８に対応する例えばディスプレイなどの表示装置である。通信部９２は、例えばネットワークインターフェースなどである。

ＣＰＵ９３は、評価条件作成装置３を構成する各部を制御し、所定の処理等を行う。メモリ９４及びＨＤＤ９５は、データ等を記憶する記憶部である。

記憶媒体９７は、評価条件作成装置３が有する機能を実行させるプログラム等を記憶可能にされている。なお、評価条件作成装置３を構成するアーキテクチャは図３に示した例に限定されない。

１・・・電波可視化システム、２・・・モデル作成部、３・・・評価条件作成装置、４・・・抽出部、５・・・変更部、６・・・伝搬シミュレータ、７・・・選択部、８・・・可視化部、３０・・・第１評価条件作成部、３２・・・第２評価条件作成部、６０・・・第１伝搬シミュレータ、６２・・・第２伝搬シミュレータ、９０・・・入力部、９１・・・出力部、９２・・・通信部、９３・・・ＣＰＵ、９４・・・メモリ、９５・・・ＨＤＤ、９６・・・バス、９７・・・記憶媒体

Claims (8)

1. 無線通信システムに用いる電波の伝搬特性の評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを作成するモデル作成部と、
   前記無線通信システムの性能に基づいて、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する第１評価条件作成部と、
   前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件を、前記無線通信システムの性能及び前記領域の環境に基づいて電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域から順に、想定される電波の利用頻度に応じてそれぞれ作成する第２評価条件作成部と、
   前記モデル作成部が作成した三次元スケールモデルに対し、前記第１評価条件作成部及び前記第２評価条件作成部がそれぞれ作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をそれぞれ出力する伝搬シミュレータと、
   前記第２評価条件作成部が作成した評価条件を用いて前記伝搬シミュレータが実行したシミュレーション結果を、前記第１評価条件作成部が作成した評価条件を用いて前記伝搬シミュレータが実行したシミュレーション結果よりも優先させて選択する選択部と、
   前記選択部が選択した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する可視化部と
   を有することを特徴とする電波可視化システム。
2. 前記伝搬シミュレータは、
   前記第１評価条件作成部が作成した評価条件を用いた複数の伝搬特性のシミュレーションと、前記第２評価条件作成部が作成した評価条件を用いた複数の伝搬特性のシミュレーションとを並列に行うこと
   を特徴とする請求項１に記載の電波可視化システム。
3. 前記領域の環境に基づいて、電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域を抽出する抽出部をさらに有し、
   前記第２評価条件作成部は、
   前記抽出部が抽出した高頻度領域から順に、想定される電波の利用頻度に応じて複数の評価条件をそれぞれ作成すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の電波可視化システム。
4. 前記第２評価条件作成部に対して、電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域を設定する条件を変更する変更部をさらに有すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の電波可視化システム。
5. 前記変更部は、
   前記領域内を移動する移動体の想定される動線に基づいて、電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域を設定する条件を変更すること
   を特徴とする請求項４に記載の電波可視化システム。
6. 無線通信システムに用いる電波の伝搬特性を、評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを用いてシミュレーションする伝搬シミュレータに対し、電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する評価条件作成装置において、
   前記無線通信システムの性能に基づいて、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する第１評価条件作成部と、
   前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件を、前記無線通信システムの性能及び前記領域の環境に基づいて電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域から順に、想定される電波の利用頻度に応じてそれぞれ作成する第２評価条件作成部と
   を有することを特徴とする評価条件作成装置。
7. 無線通信システムに用いる電波の伝搬特性の評価対象となる領域の地形及び建造物を含む環境の三次元スケールモデルを作成するモデル作成工程と、
   前記無線通信システムの性能に基づいて、前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件をそれぞれ作成する第１評価条件作成工程と、
   前記領域に対する電波の伝搬特性の評価に用いる複数の評価条件を、前記無線通信システムの性能及び前記領域の環境に基づいて電波の利用頻度が高いと想定される高頻度領域から順に、想定される電波の利用頻度に応じてそれぞれ作成する第２評価条件作成工程と、
   前記モデル作成工程により作成した三次元スケールモデルに対し、前記第１評価条件作成工程及び前記第２評価条件作成工程によりそれぞれ作成した複数の評価条件をそれぞれ用いて複数の伝搬特性のシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をそれぞれ出力する伝搬シミュレーション工程と、
   前記第２評価条件作成工程により作成した評価条件を用いて前記伝搬シミュレーション工程により実行したシミュレーション結果を、前記第１評価条件作成工程により作成した評価条件を用いて実行したシミュレーション結果よりも優先させて選択する選択工程と、
   前記選択工程により選択した複数の伝搬特性のシミュレーション結果をそれぞれ順次に可視化する可視化工程と
   を含むことを特徴とする電波可視化方法。
8. 請求項６に記載の評価条件作成装置の各部としてコンピュータを機能させるための評価条件作成プログラム。