構造計画研究所 | 情報通信グループ

レイトレース法は電波を光に見立てて、直接波や正規反射と回折のパスで近似したものです。おおよその精度はあると一般的には言われていますが、レイトレース法の精度を心配する研究者はまだ多いと言えます。そこで、実際にシンプルなトンネルという環境で、レイトレース法と厳密な解析である電磁界解析（FDTD法）を比較してみました[1]。

モデル

モデルケースは二つあり、一つはトンネルのみのモデル、もう一つはトンネル内に車両を入れたモデルです。トンネルの寸法は断面が4.3 m×3.8 m、長さが100 mです。車両の寸法は断面が2.0 m×2.8 m、長さが20 mです。

送受信点の位置

送信点はトンネルの入り口から10 m、高さ2.82 mの位置に、Center（断面の中心位置、トンネル端から1.9 m）とSide（断面の中心位置、トンネル端から1.02 m）の二点を配置しています。受信点はトンネル内部に直線状に10 mの長さで配置してあり、髙さはLow（1.47 m）とHigh（2.82 m）の二通り、トンネル両端からはRightとLeft（それぞれ左右のトンネル端から1.183 m）の二通り、計四通りに配置しています。

トンネル内での伝搬利得比較

送信点がトンネル断面中心の場合、FDTD法とレイトレース法はよく一致しています。

同様に、送信点がトンネル断面壁側の場合にも、FDTD法とレイトレース法はよく一致しています。

トンネル＋車両モデルでの伝搬利得比較

トンネル内に車両が一つある場合、FDTD法とレイトレース法はよく一致しています。

車両が二つの場合でも同様に、FDTD法とレイトレース法はよく一致しています。

下記はFDTD法でのトンネル上面から見た図で、左がトンネルモデル、右がトンネル＋車両モデルの結果です[2]。

まとめ

FDTD法とレイトレース法では、平均で3 dBの誤差となり、レイトレース法の精度が実証されたといえます。

［1］Gilbert Siy Ching, Kensuke Tsuda, Yukiko Kishiki,"Comparison of Propagation Characteristics Using Ray Tracing Method and FDTD for Wireless Services inside Tunnels," IEICE Technical Report, AP2012-37, July 2012.
［2］Gilbert Siy Ching, Kensuke Tsuda, Yukiko Kishiki, Masahiko Kawamura, "Field Predictions inside Electrically Large Tunnel with Objects Using FDTD," 2012 IEICE General Conference, Sep. 2012. (Toyama, Japan).

参考：共通の計算条件

周波数やアンテナ、トンネル、車両の材質は以下の通りです。

参考：二つの手法の計算条件

レイトレース法とFDTD法で特有の計算条件は以下の通りです。レイトレース計算には電波伝搬解析ツール「RapLab」を、FDTD計算には電磁界シミュレーションソフトウェア「XFdtd」を使用しました。

以上、「レイトレース法とFDTD法の比較（トンネル内電波伝搬）」でした。

構造計画研究所では、目的に合わせた多種多様な電波伝搬解析ツールを取り扱っております。レイトレース法とFDTD法を使用した今回の解析ツールは以下をご覧ください。