Pianificazione e Progettazione
di reti DVB-T
Antonio Sassano
Università 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
“Outline” della Presentazione
 Ipotesi tecniche
 Pianificazione (AGCOM)
STRUMENTI:
• Ottimizzazione delle potenze di emissione (“siting”)
• Assegnazione ottima delle frequenze
OBIETTIVI:
• Massimizzazione del numero di reti
• Massima estensione e qualità del servizio
• Flessibilità per il progettista
 Progettazione (“Broadcaster”)
IN PRESENZA DELLE TRASMISSIONI ANALOGICHE
• Ottimizzazione di potenze e diagrammi
• Assegnazione ottima delle frequenze
• Ottimizzazione degli “offset” temporali
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
Ipotesi Tecniche
Caratteristiche dei Trasmettitori
Caratteristiche dei Ricevitori
Modulazione
• 64QAM FEC 2/3
• Bit Rate utile ca. 20Mbit/sec (8Mhz)
Valutazione del Servizio
Previsione di Campo e.m.
• Modello Nazionale (Libro Bianco)
Caratteristiche dei Trasmettitori
 Sito geografico
 Altezza del traliccio
 Frequenza fi  [f1, …, fmax]
 Polarizzazione
 Diagramma d’antenna
 Potenza di emissione Pimin Pi  PiMAX
 “Offset” temporale statico ti
DTM, Ricevitori e Propagazione
 Risoluzione DTM  (250mt  250mt)




Italia divisa in 55012 areole elementari (testpoint,pdv)
Ricevitore posto (in ogni areola A) a quota(A)+10mt
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=224s ;
Tempo di Simbolo tU=896s
Valutazione del servizio
1. Classificazione dei segnali in utili e interferenti
2. Combinazione dei segnali
attraverso il metodo KLNM
Risultato: distribuzione lognormale con valor medio
PW (PI) e varianza sW2 (sI2)
per il contributo utile
(interferente)
3. Un PV è servito a qualita` “buona” se:
PW  P I
Erf ( P )  0.95
con P  2
2
s

s
W
I
Probabilità di copertura
Pianificazione: Obiettivi
Definizione 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
 Pianificazione
di N
di (eventuali) ulteriori
risorse non utilizzate dalle N Reti
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
FASE1: Reti SFN locali (regionali)
 Insieme dei testpoints dove valutare il servizio
 Insieme dei siti candidati T.
Accendi alcuni trasmettitori di T e assegna le
potenze di emissione e i diagrammi d’antenna in
modo da massimizzare il servizio nei testpoint
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);
 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.
 Si accende (o si spegne) il trasmettitore che produce il
massimo incremento di popolazione servita con qualità
“buona”.
Algoritmo di Ricerca Locale per la
progettazione SFN (Esempio)
 Si esamina un trasmettitore alla volta. In ordine di
popolazione incrementale potenzialmente “servibile”
con qualità buona (in assenza di interferenza)
C
A
B
Passo 1. “Accendo” B, 19 PV coperti
Algoritmo di Ricerca Locale per la
progettazione SFN (Esempio)
C
A
B
Passo 2. “Accendo” C, arrivo a 25 PV coperti
Algoritmo di Ricerca Locale per la
progettazione SFN (Esempio)
C
A
B
Passo 3. Se attivo A a potenza nominale e diagramma circolare
ottengo 26 PV coperti ….
Algoritmo di Ricerca Locale per la
progettazione SFN (Esempio)
C
A
B
…, 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)
C
A
B
… ottengo 36 PV serviti !!!
Ottimizzazione della potenza: singolo testpoint
 Servizio di t nel testpoint variando potenza Pt.
 Per ogni testpoint tre situazioni possibili:
0
u
l
0
0
Pmax
u
l
Pmax
Pmax
Pt
Pt
Pt
Servito da altro ma
Interferito da t se Pt > u
Non servito da altro e
Servito da t se Pt  l
Servito da altro se Pt  u
Servito da t se Pt  l
Non servito se u < Pt < l
Ottimizzazione della potenza: area geografica
 Valutazione dell’effetto complessivo di t nei
testpoint A, B, C, … dell’area variando Pt.
A
B
C
D
0
A
B
C
E
P*
Pmax
Pt
Pt = P*
serviti A, B, C, D, E (5 testpoint)
Pt = 0
serviti A, B, C, D
(4 testpoint)
FASE 2: Allotment
 Strategia: assegnare frequenze diverse
alle SFN locali più interferenti
 Problema di difficile
soluzione: risolto con
tecniche di
programmazione
matematica
 Allotment ERO
Riottimizzazione reti SFN
 I siti candidati sono quelli delle SFN regionali (provinciali).
 Limita le potenze dei trasmettitori candidati
 Applica l’algoritmo di Ricerca Locale
Limitazione delle potenze
 Rete SFN
 Testpoint importante
t
 Trasmettitore interferente t
appartenente ad altra rete
locale (regionale)
Pt
Limita la potenza massima di t
0
Ptmax u
Pmax
Il caso provinciale
 Problema dell’aggregazione
 Aumenta la complessità
Allotment Provinciale
II° Livello Piano DVB
Progettazione: Obiettivi
 Realizzare una Rete Digitale
 Nell’attuale (!) scenario analogico
 Utilizzando le frequenze disponibili
 Minimizzando la perdita di servizio analogico
 Minimizzando il numero di impianti digitali
 Massimizzando l’estensione del servizio
Come ?
 Ottimizzando potenze, frequenze, “offset”
temporali statici e diagrammi d’antenna
 Utilizzando un MODELLO DI PROGRAMMAZIONE
LINEARE INTERA (+ Metodi euristici)
Esempio: Progettazione in Banda III
SITUAZIONE ESISTENTE




Rete analogica
1530 Impianti attivi
III Banda Canalizzazione B*
Canali D, E, F, G, H, H1, H2
Esempio: Servizio Analogico
Servizio Nazionale
1530 SITI
Utile > Interferente Totale
Utile - Interferente Totale >-6
84.36% di Popolazione Servita
65.65% di Territorio Servito
Progettazione di Rete Digitale k-SFN
CARATTERISTICHE DELLA RETE





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
Servizio k-SFN + Analogico
Servizio Nazionale
526 SITI
Location Probability > 95%
Location Probability > 80%
92.4% di Popolazione Servita
71.0% di Territorio Servito
Servizio Analogico + k-SFN
Servizio Nazionale
1530 SITI
Utile > Interferente Totale
Utile - Interferente Totale >-6
82.41% di Popolazione Servita
61.56% di Territorio Servito
ERA
84.36% di Popolazione Servita
65.65% di Territorio Servito
Progettazione di Rete Digitale MFN
CARATTERISTICHE DELLA RETE





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
Servizio MFN + Analogico
Servizio Nazionale
538 SITI
Location Probability > 95%
Location Probability > 80%
88.4% di Popolazione Servita
65.4% di Territorio Servito
Servizio k-SFN era:
92.4% di Popolazione Servita
71.0% di Territorio Servito
Servizio Analogico + MFN
Servizio Nazionale
1530 SITI
Utile > Interferente Totale
Utile - Interferente Totale >-6
82.0% di Popolazione Servita
61.4% di Territorio Servito
ERA
84.36% di Popolazione Servita
65.65% di Territorio Servito
Ricapitolando …
Rete
Tx
Analogica
Dig Comp
Pop
Terr
Pop
Terr
1530 84.36
65.65
82.41 61.56 82.03 61.38
526
-
-
92.41 70.98 -
Dig NO Comp 538
-
-
-
-
Pop
Terr
-
88.44 65.91
Ottimizzazione “offset” temporali
 Introduzione di ritardi in trasmissione
 “Avvicina” gli istanti di arrivo in finestra
 Permette la composizione dei segnali utili
TG
ta
tb
tc
ta + a
tc
tb + b
Esempio: 3 trasmettitori, 3 PdV
(100, 30)
(300, 90)
c
(700, 210)
PV1
(150, 45)
(320, 96)
PV2
(700, 210)
(200, 60)
b
(sec, Km)
a
(550,165)
(140, 42)
PV3
Esempio: “offset” nulli
PV1
PV2
PV3
100
200
150
140
trasmettitori a, b, c
sec
300
550
320
700
700
sec
sec
a ritardato di 200 sec -- c anticipato di 200 sec
PV1
100
PV2
PV3
200
sec
300
350
140
sec
500 550
500 520
sec
Osservazioni
1. Lo scenario “offset zero” serve solo un PV (il PV 1)
2. Introducendo un solo ritardo si serve al più un PV
3. Non esiste una distribuzione dei ritardi che serve tutti i PV
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
Esempio: “offset” zero
480 Trasmettitori (Banda III)
4217 PV (> 3000 abitanti)
Una sola frequenza
Terr. 55.6 Pop. 76.7
Esempio: scenario ottimizzato
480 Trasmettitori (Banda III)
4217 PV (> 3000 abitanti)
Una sola frequenza
Terr. 65.5 Pop. 86.0