Otimização multiobjetivo e multirestrição aplicada no planejamento de redes de frequência única

Abstract

Sistemas de transmissão de vídeo digital (DTV – Digital Television), que utilizam multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing), viabilizam a criação de Redes de Frequência Única (SFN – Single Frequency Networks). Em tais redes, um conjunto de transmissores envia a mesma informação dentro do mesmo intervalo de frequência, simultaneamente, e tal diversidade de transmissão faz das SFN muito eficientes em canais com desvanecimento, com excelente economia do espectro de frequências e melhoria na utilização da energia empregada. A presente tese trata alguns dos problemas-chave que emergem no planejamento de SFN e propõe a criação de um método de otimização multiobjetivo e multirestrição que reduz substancialmente os esforços de engenharia na etapa de planejamento. Tomam-se três critérios: a cobertura total da rede de radiodifusão, os custos estruturais de implantação desta e a interferência provocada pela SFN em redes externas, que operem na mesma faixa de frequências. A cobertura total da rede foi estimada com a seleção de pontos de teste em um mapa bidimensional com informações geográficas (GIS – Geographic Information System) e a avaliação da qualidade do sinal, além do nível de interferência foram estimados seguindo as recomendações do documento ABNT NBR 15608-1, que define os parâmetros de implantação e operação da DTV no Brasil. Os custos estruturais de implantação levam em conta a potência de transmissão, ganho e altura da torre das antenas, além do azimute e a formatação tri-setorizada do diagrama de irradiação. A abordagem proposta, que categoriza os múltiplos critérios como objetivos e restrições conflitantes, resultou em um método simples e eficaz de otimização, baseado em um modelo de busca direta, capaz de solucionar o problema de planejamento de DTV e utilizar com maior aproveitamento o potencial dado pelas SFN. ______________________________________________________________________________ ABSTRAC

Digital video broadcast systems (DTV - Digital Television), using multiplexing orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), enable the creation of Single Frequency Networks (SFN). In such networks, a set of transmitters send the same information in the same frequency range simultaneously, and such transmission diversity makes the SFN very effective in fading channels, with excellent economy of the frequency spectrum and improved use of used energy. This thesis addresses some of the key issues that arise in planning SFN and proposes a method for multi-objective and multi-constraint optimization which substantially reduces engineering efforts in the planning stage. Here, it takes three criteria: full coverage of the broadcasting network, the structural costs of implementing the network and interference caused by the SFN on external networks that operate in the same frequency band. Full coverage of the network was estimated with the selection of test points in a two-dimensional map with a Geographic Information System (GIS) and the evaluation of the signal quality, further the level of interference, were estimated following the recommendations of the document ABNT NBR 15608-1, which defines the parameters of the implementation and operation of DTV in Brazil. Structural deployment costs take into account the transmission power, gain and height of antennas, the azimuth and the tri-sectored formatting of the radiation pattern. The proposed approach, which categorizes multiple criteria such as objectives and conflicting constraints, resulted in a simple and effective optimization method, based on a direct search model, able to solve the problem of planning DTV and better using the potential given by SFN.