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Antonio SassanoUniversità di Roma “La Sapienza”
Lavoro in collaborazione con:Carlo Mannino Università di Roma “La Sapienza”
Fabrizio Rossi Università dell’Aquila
Stefano Smriglio Università dell’Aquila
Bologna 30/Giugno/2003
Pianificazione e Progettazione di reti DVB-T
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“Outline” della Presentazione
Pianificazione (AGCOM) STRUMENTI:
• Ottimizzazione delle potenze di emissione (“siting”)• Assegnazione ottima delle frequenzeOBIETTIVI:
• Massimizzazione del numero di reti• Massima estensione e qualità del servizio• Flessibilità per il progettista
Ipotesi tecniche
Progettazione (“Broadcaster”) IN PRESENZA DELLE TRASMISSIONI ANALOGICHE
• Ottimizzazione di potenze e diagrammi• Assegnazione ottima delle frequenze• Ottimizzazione degli “offset” temporali
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Pianificazione vs. Progettazione Pianificazione (AGCOM)
• Reti 3-SFN Regionali e Provinciali• Dimensione nazionale del problema• Nessun “offset”, “tilt” o “shaping” d’antenna• Situazione “a regime”: “Spettro Vuoto”• Flessibilità per il progettista
Progettazione (“Broadcaster”)• Realizzazione di Reti Digitali a partire dalla
situazione attuale dello spettro (ignorata la transizione).
• Interferenza Analogico-Digitale• “Siting” + assegnamento frequenze• Ottimizzazione degli “offset” nelle SFN• (Possibili) dimensioni ridotte dei problemi
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Ipotesi Tecniche
Modulazione• 64QAM FEC 2/3 • Bit Rate utile ca. 20Mbit/sec (8Mhz)
Caratteristiche dei Trasmettitori
Previsione di Campo e.m.• Modello Nazionale (Libro Bianco)
Caratteristiche dei Ricevitori
Valutazione del Servizio
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Sito geografico Altezza del traliccio Frequenza fi [f1, …, fmax] Polarizzazione Diagramma d’antenna Potenza di emissione Pi
min Pi Pi
MAX
“Offset” temporale statico i
Caratteristiche dei Trasmettitori
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DTM, Ricevitori e Propagazione
Risoluzione DTM (250mt 250mt)
Ricevitore posto (in ogni areola A) a quota(A)+10mt
Italia divisa in 55012 areole elementari (testpoint,pdv)
Antenna direttiva (discriminazione fino a 12/16dB) Puntamento ottimizzato
Discriminazione di polarizzazione (16dB)
Previsione di Campo con “Algoritmo Bordoni” (Libro Bianco) (Deygout+Troposcatter)
tG/ tU=1/4 Tempo di Guardia tG=224s ;
Tempo di Simbolo tU=896s
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Valutazione del servizio
2. Combinazione dei segnali attraverso il metodo K-LNM
Risultato: distribuzione log-normale con valor medio PW (PI) e varianza W
2 (I2) per
il contributo utile (interferente)
95.0)( PErf
3. Un PV è servito a qualita` “buona” se:
22IW
IW PPP
Probabilità di coperturacon
1. Classificazione dei segnali in utili e interferenti
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Pianificazione: ObiettiviDefinizione di N Reti a copertura
nazionale con le seguenti caratteristiche:• Alta qualità dei segnali ricevuti • Alta estensione del servizio• Omogeneità della qualità dei segnali ricevuti
(Equivalenza tra Reti) • Decomponibilità di ciascuna Rete a livello
Regionale (Equivalenza Nazionale/Locale)
Massimizzazione di N
Pianificazione di (eventuali) ulteriori risorse non utilizzate dalle N Reti
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Progetto della rete nazionale 3-SFN
FASE 1 (RETI DI RIFERIMENTO LOCALI) Progetto di reti SFN regionali (provinciali) Scelta di siti, potenze e diagrammi
FASE 2 (ALLOTMENT) Assegnazione ottima delle 3 frequenze alle reti
regionali (provinciali)
FASE 3 (OTTIMIZZAZIONE) Ottimizzazione delle 3 reti iso-frequenza
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FASE1: Reti SFN locali (regionali)
Insieme dei testpoints dove valutare il servizio
Accendi alcuni trasmettitori di T e assegna le potenze di emissione e i diagrammi d’antenna in modo da massimizzare il servizio nei testpoint
Insieme dei siti candidati T.
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Algoritmo di Ricerca Locale per la progettazione SFN
Si esamina un trasmettitore alla volta. In ordine di popolazione potenzialmente “servibile” con qualità buona (in assenza di interferenza);
Si accende (o si spegne) il trasmettitore che produce il massimo incremento di popolazione servita con qualità “buona”.
Per ogni trasmettitore spento: si calcola potenza e diagramma d’antenna che assicurano il massimo incremento di popolazione servita con qualità “buona”.
Per ogni trasmettitore acceso: si calcola l’incremento di popolazione servita con qualità “buona” ottenuto spegnendo.
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A
B
C
Si esamina un trasmettitore alla volta. In ordine di popolazione incrementale potenzialmente “servibile” con qualità buona (in assenza di interferenza)
Algoritmo di Ricerca Locale per la progettazione SFN (Esempio)
Passo 1. “Accendo” B, 19 PV coperti
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Algoritmo di Ricerca Locale per la progettazione SFN (Esempio)
A
C
B
Passo 2. “Accendo” C, arrivo a 25 PV coperti
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A
B
C
Passo 3. Se attivo A a potenza nominale e diagramma circolareottengo 26 PV coperti ….
Algoritmo di Ricerca Locale per la progettazione SFN (Esempio)
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A
B
C
…, ma, se determino la potenza e il diagramma d’antenna che massimizzano i PV complessivamente coperti …
Algoritmo di Ricerca Locale per la progettazione SFN (Esempio)
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A
B
C
Algoritmo di Ricerca Locale per la progettazione SFN (Esempio)
… ottengo 36 PV serviti !!!
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Ottimizzazione della potenza: singolo testpoint
Servizio di t nel testpoint variando potenza Pt. Per ogni testpoint tre situazioni possibili:
Pmax0 u Pt
Pmax0 l
Pmax0 u l
Servito da altro ma Interferito da t se Pt > u
Pt
Non servito da altro e Servito da t se Pt l
Pt
Servito da altro se Pt u Servito da t se Pt l Non servito se u < Pt < l
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Pmax0Pt
BA
DE
Valutazione dell’effetto complessivo di t nei testpoint A, B, C, … dell’area variando Pt.
CBA
C
P*
Pt = P*
serviti A, B, C, D, E (5 testpoint)
Pt = 0 serviti A, B, C, D (4 testpoint)
Ottimizzazione della potenza: area geografica
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FASE 2: Allotment
Strategia: assegnare frequenze diverse alle SFN locali più interferenti
Problema di difficile soluzione: risolto con tecniche di programmazione matematica
Allotment ERO
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Riottimizzazione reti SFN
I siti candidati sono quelli delle SFN regionali (provinciali).
Limita le potenze dei trasmettitori candidati
Applica l’algoritmo di Ricerca Locale
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Limitazione delle potenze
Pmax0 u Ptmax
Pt
t Testpoint importante
Trasmettitore interferente t appartenente ad altra rete locale (regionale)
Limita la potenza massima di t
Rete SFN
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Il caso provinciale
Aumenta la complessità
Problema dell’aggregazione
Allotment ProvincialeII° Livello Piano DVB
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Progettazione: Obiettivi Realizzare una Rete Digitale
Utilizzando le frequenze disponibili
Minimizzando la perdita di servizio analogico
Minimizzando il numero di impianti digitali
Massimizzando l’estensione del servizio
Ottimizzando potenze, frequenze, “offset” temporali statici e diagrammi d’antenna
Come ?
Utilizzando un MODELLO DI PROGRAMMAZIONE
LINEARE INTERA (+ Metodi euristici)
Nell’attuale (!) scenario analogico
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Esempio: Progettazione in Banda III
Rete analogica 1530 Impianti attivi III Banda Canalizzazione B* Canali D, E, F, G, H, H1, H2
SITUAZIONE ESISTENTE
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Esempio: Servizio Analogico
Servizio Nazionale1530 SITI
Utile > Interferente Totale
Utile - Interferente Totale >-6
84.36% di Popolazione Servita65.65% di Territorio Servito
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Progettazione di Rete Digitale k-SFN
Rete Digitale (con composizione SFN) 526 Impianti attivi (scelti tra ~1800) III Banda Canalizzazione B Canali R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12 Polarizzazione e orientamento delle antenne riceventi uguali a quelli della rete analogica
CARATTERISTICHE DELLA RETE
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Servizio k-SFN + Analogico
Servizio Nazionale526 SITI
Location Probability > 95%
Location Probability > 80%
92.4% di Popolazione Servita71.0% di Territorio Servito
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Servizio Analogico + k-SFN
Servizio Nazionale1530 SITI
Utile > Interferente Totale
Utile - Interferente Totale >-6
82.41% di Popolazione Servita61.56% di Territorio Servito
84.36% di Popolazione Servita65.65% di Territorio Servito
ERA
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Progettazione di Rete Digitale MFN
Rete Digitale (con composizione MFN) 538 Impianti attivi (scelti tra ~1800) III Banda Canalizzazione B Canali R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12 Polarizzazione e orientamento delle antenne riceventi uguali a quelli della rete analogica
CARATTERISTICHE DELLA RETE
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Servizio MFN + Analogico
Servizio Nazionale538 SITI
Location Probability > 95%
Location Probability > 80%
88.4% di Popolazione Servita65.4% di Territorio Servito
92.4% di Popolazione Servita71.0% di Territorio Servito
Servizio k-SFN era:
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Servizio Analogico + MFN
Servizio Nazionale1530 SITI
Utile > Interferente Totale
Utile - Interferente Totale >-6
82.0% di Popolazione Servita61.4% di Territorio Servito
84.36% di Popolazione Servita65.65% di Territorio Servito
ERA
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Ricapitolando …
Rete Tx Pop Terr Pop Terr Pop Terr
Analogica 1530 84.36 65.65 82.41 61.56 82.03 61.38
Dig Comp 526 - - 92.41 70.98 - -
Dig NO Comp 538 - - - - 88.44 65.91
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Ottimizzazione “offset” temporali Introduzione di ritardi in trasmissione “Avvicina” gli istanti di arrivo in finestra
Permette la composizione dei segnali utili
tb tcta
tctb + b
ta + a
TG
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PV1
PV2
PV3
a
b
c
(100, 30)
(200, 60)
(300, 90)
(150, 45)
(320, 96)
(700, 210)
(700, 210)
(140, 42)
(550,165)
(sec, Km)
Esempio: 3 trasmettitori, 3 PdV
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100
150
320
200
550
140
300
700
700
PV1
PV2
PV3
trasmettitori a, b, c
sec
sec
sec
Esempio: “offset” nulli
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100
350
520
200
550
140
300
500
500
PV1
PV2
PV3
sec
sec
sec
a ritardato di 200 sec -- c anticipato di 200 sec
Osservazioni1. Lo scenario “offset zero” serve solo un PV (il
PV 1)2. Introducendo un solo ritardo si serve al più un
PV3. Non esiste una distribuzione dei ritardi che
serve tutti i PV
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Ottimizzazione “offset”: casi reali
PROBLEMA: Determinare una distribuzione dei ritardi che massimizza il numero di PV serviti (o la popolazione servita).
SOLUZIONE: MODELLO DI PROGRAMMAZIONE
LINEARE INTERA (+ Metodi euristici)
RISULTATI: Istanze con alcune migliaia (5000) di PV sono risolvibili mediante il solutore commerciale CPLEX 8.0
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480 Trasmettitori (Banda III)
4217 PV (> 3000 abitanti)
Una sola frequenza
Terr. 55.6 Pop. 76.7
Esempio: “offset” zero
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480 Trasmettitori (Banda III)
4217 PV (> 3000 abitanti)
Una sola frequenza
Terr. 65.5 Pop. 86.0
Esempio: scenario ottimizzato