2013 Fiscal Year Research-status Report
高速モバイルネットワーク構築のための高精度時空間電波伝搬モデルの基盤研究
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25330098
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大宮 学 北海道大学, 情報基盤センター, 教授 (30160625)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 移動通信 / 電波伝搬 / 屋内伝搬 / チャネルモデリング / 無線LAN / MIMO-OFDM / 計算機シミュレーション / 電磁界解析 |
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| Research Abstract |
本研究は，高速・広帯域ワイヤレスネットワークの構築を支援するための屋内伝搬推定及び回線設計に有効な手法を提案する．平成25年度は，電波伝搬推定及び特性評価のための大規模電磁界解析システムの構築と計算機シミュレーションによる評価を行った．初めに，5GHz帯IEEE802.11n/ac規格に準拠した無線LANシステムを利用した屋内電波伝搬推定を計算機シミュレーションで行うため，空間分解能10mmの数値モデルから高空間分解能な数値モデルを作成するソフトウエアの開発に成功した．その成果を利用して空間分解能5mm及び2.5mmの数値モデルを作成し，計算機シミュレーションを行い，周波数5GHzでは計算資源と計算時間を考慮しつつ，実験結果と一致する数値解析結果を得るためには空間分解能5mmの数値モデルで十分であることを明らかにした．
さらに，伝搬遅延時間及び電波到来角度を推定する手法として，数値モデルとポインティングベクトルを同時に可視化した屋内伝搬チャネル推定法を提案した．これにより，戸建住宅や一般的なオフィスビル内における伝搬チャネルを特定でき，伝搬遅延時間及び到来方向の推定を可能にした．
このほか，無線LANアクセスポイントの最適設置位置決定を支援するための進化型計算手法を利用した計算機シミュレーション法を示し，計算時間短縮を目的とした並列化手法を検討した．ただし，進化型計算手法として，パラメータフリー遺伝的アルゴリズム(PfGA)及びマイクロ遺伝的アルゴリズム(microGA)について検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究においては，大規模電磁界解析アルゴリズムに基づく計算機シミュレーションソフトウエアを開発し，その計算精度，処理性能及び大規模分散メモリ型並列計算環境における性能を検証する．さらに，屋内伝搬推定ツール，屋外から屋内への建物侵入推定ツール及び設計ツールを提供する．
基本的な機能を有する計算機シミュレーションソフトウエア及び空間分解能10mmの数値モデルは過去の研究成果として準備ができていたことから，ソフトウエアの機能拡張及び高空間分解能な数値モデルの開発を順調に実施することができた．さらに，モデル作成を支援するソフトウエアツールを新規に開発することで，数値モデルの高精度化および数値表現された什器やコンクリート内部の鉄筋構造など短時間に追加・修正できるようになった．これにより，計算機シミュレーションに集中することができた．
また，ポインティングベクトル表示を利用した伝搬チャネルの推定法では，商用可視化システムを利用することで，部分的ではあるが詳細かつ合理的な可視化結果を短時間に作成でき，研究の進展に大きく貢献した．
また，進化型計算手法に基づく最適設計法を大規模電磁界シミュレーションに組み込むことが可能になった．この研究成果を発展させることで，無線LANアクセスポイントの設置位置決定のための参考資料を提示できると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
戸建住宅やオフィスビルの複数フロアを含む高精度数値モデルを開発し，大規模電磁界解析ソフトウエアを利用した計算機シミュレーションを実施する．複数フロアを含む数値モデルに対応させて，演算ノード等の計算資源を増加することで，シミュレーションが可能であることを明らかにする．ただし，数値モデルの大規模化により考慮すべき伝搬距離が増加し，より多くのタイムステップ数あるいは計算時間が必要になることから，計算資源量とシミュレーション時間の関係についてデータを取得する．
遅延時間や到来角度など伝搬チャネルの推定に対して，ポインティングベクトルに基づく可視化表現は有効である．これまで無線LANアクセスポイントからの電波伝搬について注目して検討を行ってきた．一方，遅延スプレッドや到来角度スプレッドの定量的な評価を目的として，指定した受信点へのポインティングベクトルを逆追跡する手法とその有効性を検討する．
最適設計ツールとしてソフトウエア実装した進化型計算手法に関して，設計時間の短縮や効率的な探索を目的に免疫アルゴリズム等の手法を検討し，その有効性を明らかにする．
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