Antonio Sassano Università di Roma “La Sapienza”

1. Pianificazione e Progettazione di reti DVB-T Antonio SassanoUniversità di Roma “La Sapienza” Lavoro in collaborazione con:Carlo ManninoUniversità di Roma “La Sapienza”Fabrizio RossiUniversità dell’AquilaStefano SmriglioUniversità dell’Aquila Bologna 30/Giugno/2003

2. “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

3. 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

4. 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)

5. 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

6. DTM, Ricevitori e Propagazione • Risoluzione DTM  (250mt  250mt) • Italia divisa in55012 areole elementari (testpoint,pdv) • Ricevitore posto (in ogni areolaA) 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=1/4Tempo di Guardia tG=224s ; Tempo di Simbolo tU=896s

7. Valutazione del servizio • Classificazione dei segnali in utili e interferenti • Combinazione dei segnali attraverso il metodo K-LNM • Risultato:distribuzione log-normale con valor medio PW (PI) e varianza sW2 (sI2) per il contributo utile (interferente) • Un PV è servito a qualita` “buona” se: con Probabilità di copertura

8. 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 di N • Pianificazione di (eventuali) ulteriori risorse non utilizzate dalle N Reti

9. 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) • Assegnazioneottima delle 3 frequenze alle reti regionali (provinciali) • FASE 3 (OTTIMIZZAZIONE) • Ottimizzazione delle 3 reti iso-frequenza

10. 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

11. 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”.

12. 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

13. Algoritmo di Ricerca Locale per la progettazione SFN (Esempio) C A B Passo 2.“Accendo” C, arrivo a 25 PV coperti

14. 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 ….

15. 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 complessivamentecoperti …

16. Algoritmo di Ricerca Locale per la progettazione SFN (Esempio) C A B … ottengo 36 PV serviti !!!

17. Ottimizzazione della potenza: singolo testpoint • Servizio di tnel testpoint variando potenza Pt. • Per ogni testpoint tre situazioni possibili: Servito da altro ma Interferito da t se Pt > u Pt u Pmax 0 Non servito da altro e Servito da t se Pt  l Pt l Pmax 0 Servito da altro se Pt  u Servito da t se Pt l Non servitoseu < Pt < l Pt l u Pmax 0

18. Ottimizzazione della potenza: area geografica • Valutazione dell’effetto complessivo di tnei testpoint A, B, C, … dell’area variando Pt. A A B B C C D E Pt P* Pmax 0 Pt = P* serviti A, B, C, D, E (5 testpoint) Pt = 0 serviti A, B, C, D (4 testpoint)

19. FASE 2: Allotment • Strategia: assegnare frequenze diverse alle SFN locali più interferenti • Problema di difficile soluzione: risolto con tecniche di programmazione matematica • Allotment ERO

20. Riottimizzazione reti SFN • I siti candidati sono quelli delle SFN regionali (provinciali). • Limita le potenze dei trasmettitori candidati • Applica l’algoritmo di Ricerca Locale

21. t Pt Ptmax u Pmax 0 Limitazione delle potenze • Rete SFN • Testpoint importante • Trasmettitore interferente t appartenente ad altra rete locale (regionale) Limita la potenza massima di t

22. Il caso provinciale • Problema dell’aggregazione • Aumenta la complessità Allotment Provinciale II° Livello Piano DVB

23. Progettazione: Obiettivi • Nell’attuale (!) scenario analogico • Utilizzando le frequenze disponibili • Realizzare una Rete Digitale • 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)

24. Esempio: Progettazione in Banda III SITUAZIONE ESISTENTE • Rete analogica • 1530 Impianti attivi • III Banda Canalizzazione B* • Canali D, E, F, G, H, H1, H2

25. Utile >Interferente Totale Utile - Interferente Totale>-6 84.36% di Popolazione Servita 65.65% di Territorio Servito Esempio: Servizio Analogico Servizio Nazionale1530 SITI

26. 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

27. Location Probability > 95% Location Probability > 80% Servizio k-SFN + Analogico Servizio Nazionale526 SITI 92.4% di Popolazione Servita 71.0% di Territorio Servito

28. Utile >Interferente Totale Utile - Interferente Totale>-6 82.41% di Popolazione Servita 84.36% di Popolazione Servita 61.56% di Territorio Servito 65.65% di Territorio Servito Servizio Analogico + k-SFN Servizio Nazionale1530 SITI ERA

29. 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

30. Location Probability > 95% Location Probability > 80% ServizioMFN + Analogico Servizio Nazionale538 SITI 88.4% di Popolazione Servita 65.4% di Territorio Servito Servizio k-SFN era: 92.4% di Popolazione Servita 71.0% di Territorio Servito

31. Utile >Interferente Totale Utile - Interferente Totale>-6 82.0% di Popolazione Servita 84.36% di Popolazione Servita 61.4% di Territorio Servito 65.65% di Territorio Servito Servizio Analogico + MFN Servizio Nazionale1530 SITI ERA

32. Ricapitolando …

33. Ottimizzazione “offset” temporali • “Avvicina” gli istanti di arrivo in finestra • Introduzione di ritardi in trasmissione • Permette la composizione dei segnali utili TG ta tb tc ta + a tc tb + b

34. a c b Esempio: 3 trasmettitori, 3 PdV (150, 45) (100, 30) (320, 96) PV1 (300, 90) PV2 (700, 210) (200, 60) (700, 210) (550,165) PV3 (140, 42) (msec, Km)

35. Esempio: “offset” nulli PV1 msec 100 200 300 PV2 150 550 700 msec PV3 140 320 700 msec trasmettitoria, b,c

36. a ritardato di 200 msec -- c anticipato di 200 msec PV1 msec 100 200 300 PV2 msec 350 500 550 PV3 msec 140 520 500 • Osservazioni • Lo scenario “offset zero” serve solo un PV (il PV 1) • Introducendo un solo ritardo si serve al più un PV • Non esiste una distribuzione dei ritardi che serve tutti i PV

37. 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

38. Esempio: “offset” zero 480 Trasmettitori (Banda III) 4217 PV (> 3000 abitanti) Una sola frequenza Terr. 55.6 Pop. 76.7

39. Esempio: scenario ottimizzato 480 Trasmettitori (Banda III) 4217 PV (> 3000 abitanti) Una sola frequenza Terr. 65.5 Pop. 86.0