Kế hoạch mạng đơn tần lớn cho DVB-T2

Kế hoạch mạng đơn tần lớn cho DVB-T2
Li C.W., Telemi. S. Member IEEE, Zhang X.L., Brugger R., Angulo I., Member IEEE, Angueira P., thành viên cao cấp, IEEE
Tóm tắt - Phạm vi cuối cùng và hoạt động của 1 mạng đơn tần SFN là kết quả chung của các thuộc tính của tất cả các máy phát trong SFN. Do có nhiều tham số liên quan đến quá trình, việc tìm kiếm đúng cấu hình là khá phức tạp. Mục đích của bài báo là tìm cấu hình mạng SFN tối ưu cho DVB-T2. Cung cấp nhiều lựa chọn hơn về các thông số hệ thống so với DVB-T đời trước, DVB-T2 cho phép mạng lưới SFN lớn. Tuy nhiên, tự can thiệp vào các SFN sẽ làm tăng hạn chế về khoảng cách tối đa giữa máy phát và kích thước mạng. Để tận dụng tối đa quang phổ, cùng một tần số có thể được sử dụng lại trên các khu vực địa lý khác nhau - vượt quá khoảng cách tái sử dụng để tránh nhiễu đồng kênh. Bài báo này đề xuất một phương pháp dựa trên mô hình mạng lý thuyết. Một số kiến trúc mạng và mô hình mạng được viết ở đây được xem xét cho các chế độ thu khác nhau, để nghiên cứu tác động của các yếu tố quy hoạch chính lên kích thước SFN tối đa và khoảng cách tái sử dụng tối thiểu. Kết quả cho thấy tốc độ bit tối đa, kích thước mạng và khoảng cách tái sử dụng có liên quan chặt chẽ. Ngoài ra, người ta nhận thấy rằng khoảng bảo vệ không phải là chỉ số giới hạn duy nhất và ảnh hưởng của nó phụ thuộc nhiều vào các thông số chế độ DVB-T2 còn lại cũng như các đặc tính mạng (công suất bức xạ tương đương, độ cao hiệu dụng, khoảng cách máy phát trong). Giả thiết rằng các yêu cầu về C / N ở khoảng 20 dB và bitrate trên 30 Mbps, người ta thấy rằng mạng có thể lớn tới 360 x 360 km (cung cấp 39,2 Mbps) hoặc 720 x 720 km (cung cấp 37,5 Mbps). Khoảng cách tái sử dụng cũng sẽ có sự phụ thuộc phức tạp vào chế độ DVB-T2 và đặc biệt là các thông số mạng, dao động từ dưới 100 đến 300 km.
Điều khoản Index – kích thước tối đa, khoảng cách tái sử dụng, DVB-T2, SFN, LPLT, HPHT
I, Giới thiệu
So với mạng đa tần (MFN), mạng đơn tần (SFN) có nhiều lợi thế cho việc phân phối các dịch vụ phát sóng, chẳng hạn như phổ cao. Bản thảo nhận được ngày 14 tháng 12 năm 2014. Tác phẩm này đã được tài trợ bởi Đại học Beihang, IRT, Đại học Basque của UPV / EHU (UFI 11/30 và chương trình chuyên môn của các nhà nghiên cứu bậc tiến sĩ) và Bộ Tây Ban Nha Kinh tế và Khả năng cạnh tranh theo dự án HEDYT-GBB (TEC2012-33302).
Caiwei Li và Xiaolin Zhang cùng với trường Kỹ thuật Điện tử và Thông tin tại Đại học Hàng không và Hàng không Bắc Kinh. Đường Xueyuan 37, Quận Haidian, 100191 Bắc Kinh, Trung Quốc P.R. Caiwei Li là một nhà nghiên cứu thăm viếng tại Đại học Basque Country.
(e-mail: licaiweibuaa@gmail.com,zxl202@vip.163.com).
Sato Telemi và Roland Brugger cùng với Phòng Quản lý tần số (FM) của Institut für Rundfunktechnik GmbH, Floriansmühlstr. 60 80939 München, Đức (e-mail: telemi@irt.de, brugger@elt.de).
Itziar Angulo và Pablo Angueira cùng với Phòng Kỹ thuật Truyền thông, Đại học Quốc gia Basque (UPV / EHU), Alda. Urquijo s / n, 48013 Bilbao, Tây Ban Nha (e-mail: itziar.angulo@ehu.es, pablo.angueira@ehu.es)
Sử dụng và giảm điện [1] - [3]. Giảm tiêu thụ điện sẽ làm giảm phát thải các bon và tạo môi trường xanh [4].
Khi một SFN được triển khai, nó sẽ cung cấp dịch vụ sử dụng một kênh duy nhất. Trong một số trường hợp, khu vực dịch vụ này có thể lớn bằng cả một quốc gia. Trừ khu vực có đặc điểm địa hình cụ thể, khu vực SFN bị giới hạn bởi các hiệu ứng tự can thiệp (SI) có liên quan đến sự lựa chọn khoảng cách Guard (GI), nhưng, vì phần tiếp theo của bài báo này sẽ chỉ ra rõ hơn, đây không phải là Yếu tố hạn chế duy nhất.
Đối với DVB-T, hệ thống phát sóng mặt đất kỹ thuật số thế hệ đầu tiên [5] - [7], trong kênh 8 MHz sử dụng chế độ mang 8k và khoảng thời gian bảo vệ 1/4, khoảng cách giữa các máy phát tối đa được giới hạn ở khoảng 70 km. Ngoài ra, tùy thuộc vào độ nhạy của chế độ truyền đã chọn, khoảng thời gian bảo vệ giới hạn kích thước tổng của SFN.
Hệ thống phát sóng mặt đất kỹ thuật số thế hệ thứ hai (DVB-T2) [8] đã thông qua các kỹ thuật khác nhau để vượt qua những hạn chế tiềm tàng của người tiền nhiệm DVB-T. DVB-T2 có thêm kích thước FFT là 1k, 4k, 16k và 32k cũng như nhiều giá trị GI: 1/128, 19/256 và 19/128. Phạm vi rộng hơn của GIs cho phép khoảng cách giữa các khu vực lớn hơn và SFN quy mô lớn. Trong DVB-T2, khoảng cách giữa máy phát tối đa có thể lên đến khoảng 160 km [10].
Spectrum là một nguồn tài nguyên khan hiếm. Để tận dụng được nguồn quang phổ, các tiêu chuẩn truyền hình kỹ thuật số mặt đất mới đang được phát triển để nâng cao năng lực và tăng hiệu quả quang phổ [11] - [13]. Ngoài ra, cùng một kênh phải được tái sử dụng trong các khu vực dịch vụ khác nhau để tránh sự ảnh hưởng đồng kênh. Khoảng cách tách biệt tối thiểu được gọi là khoảng cách tái sử dụng (RUD), được định nghĩa là khoảng cách tách biệt tối thiểu cần thiết giữa hai khu vực dịch vụ đồng kênh để duy trì sự can thiệp lẫn nhau ở mức chấp nhận được. Tham số này có ảnh hưởng đáng kể đến số kênh cần thiết để cung cấp phạm vi phủ sóng cho một khu vực lớn hơn, bao gồm một vài quốc gia hoặc khu vực, mỗi khu vực có nội dung truyền hình riêng.
Lập kế hoạch một mạng SFN cho một khu vực dịch vụ cụ thể liên quan đến một loạt các yếu tố quy hoạch bên ngoài như cơ sở hạ tầng hiện có, phân bố dân cư, cơ sở dữ liệu địa hình, xây dựng và các lớp lộn xộn khác ... [14] - [16]. Tất cả các cân nhắc này thêm vào các yếu tố quy hoạch liên quan đến sự lựa chọn thông số chuẩn DVB-T2 [8], [9]. Giải pháp cuối cùng trong một khu vực dịch vụ sẽ bị ảnh hưởng lớn bởi những yếu tố cụ thể đối với khu vực đó và không áp dụng trong các trường hợp khác.
Điều tra các kiến trúc SFN dựa trên các trường hợp cụ thể như vậy sẽ dẫn đến cấu hình không có khả năng áp dụng chung.
 Do đó, một cách tiếp cận khác là cần thiết, để có được cái nhìn sâu sắc về các thuộc tính chung của SFN DVB-T2. Với mục đích này, các mô hình SFN lý thuyết đại diện cho một công cụ hữu ích để phân tích các giới hạn hiệu suất của các mạng DVB-T2.
Ngoài ra, các topo mạng khác nhau sẽ yêu cầu các tham số DVB-T2 khác nhau và sẽ giới hạn kích thước vùng phủ sóng tối đa khác nhau và khoảng cách tái sử dụng tối thiểu.
Hiện đang có thảo luận về ưu và nhược điểm của hai phương pháp tiếp cận: Topology High-Power-High-Tower (HPHT) và Low-Power-Low-Tower (LPLT) [17] - [19].
Định nghĩa của các mô hình quy hoạch này đã bị giới hạn trong các báo cáo từ điều phối phát sóng quốc tế và các cơ quan liên quan, chủ yếu là ITU, EBU và CEPT [20] - [24].
Việc sử dụng chúng đòi hỏi giải thích một số thủ tục, thuật toán và các giá trị đầu vào có liên quan, có thể dẫn đến ước tính phạm vi phủ sóng rất khác nhau. Khía cạnh này đã được điều tra trong [25].
Bài báo này trình bày các kết quả định lượng cho phạm vi vùng phủ sóng tối đa và khoảng cách tái sử dụng tần số tối thiểu trong các SFN lớn và rất lớn sử dụng tiêu chuẩn DVB-T2. Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của các tham số quy hoạch như chế độ DVB-T2, độ cao anten hiệu quả và công suất bức xạ hiệu quả (ERP) trên diện tích dịch vụ.
Sự quan tâm trong việc đánh giá các cấu trúc mạng khác nhau ngày càng tăng, cụ thể là topo HPHT so với LPLT. Bài báo này đề xuất một định nghĩa chính thức cho các cấu trúc đó và đánh giá kích thước tối đa của một SFN trong DVB-T2 với mỗi lựa chọn. Các kết luận giải quyết các giới hạn hiệu suất và cấu hình tối ưu của một SFN DVB-T2 chung cho việc cung cấp các dịch vụ truyền hình cho việc tiếp nhận di động, trong nhà, và ngoài trời.
Bài viết được tổ chức như sau: Phần tiếp theo mô tả phương pháp chung liên quan đến mô hình SFN lý thuyết. Phần III thảo luận các khía cạnh tính toán phạm vi phủ sóng và phần IV mô tả các yếu tố quy hoạch liên quan. Kết quả của nghiên cứu được đưa ra trong phần V. Phần VI trình bày kết quả của một nghiên cứu điển hình cho SFN lớn. Phần VII là kết luận.
II. PHƯƠNG PHÁP LUẬN
Nghiên cứu này dựa trên một mô hình mạng SFN mô hình sáu cạnh lý thuyết như trong hình 1. Mạng có bảy máy phát (Tx) nằm ở trung tâm và tại các đỉnh của lưới lục giác lục giác. Tất cả các máy phát trong mô hình này có cùng tính năng heff và ERP. Tất cả các máy phát được đồng bộ theo thời gian và tần số. Tất cả các hệ thống anten phát đều được giả định là không đối nghịch, để nhắm đến trường hợp xấu nhất khi đánh giá khoảng cách inter-site tối đa (ISD) và RUD tối thiểu. Các kỹ thuật phân biệt phân cực để giảm thiểu nhiễu đã không được xem xét trong nghiên cứu này, và tất cả các mô phỏng được thực hiện giả định phân cực ngang cho mỗi máy phát DVB-T2. Không có bất kỳ sự chậm trễ tĩnh chậm và hậu quả, sự chậm trễ tương đối tại mỗi địa điểm nhận được là những liên quan đến đường dây của đường truyền.
Mạng có thể mở hoặc đóng. Khu vực dịch vụ của một mạng lưới khép kín được giới hạn trong khu vực bên trong đường kết nối liên kết tất cả các thiết bị ngoại vi. Khu vực trong đường màu đỏ đứt là một khu vực dịch vụ mạng mở, cũng có sáu cạnh và đường kính dịch vụ D vượt quá 15% đối với trường hợp khép kín.
Cấu hình mạng cơ bản này được sử dụng để xác định các giá trị ERP tối thiểu cần thiết và đóng vai trò là điểm xuất phát cho các cuộc điều tra tiếp theo.
Đối với các hệ thống phát sóng kỹ thuật số, xác suất phủ sóng cần phải đủ cao để vượt qua sự xuống cấp nhanh chóng của chất lượng tín hiệu từ hoàn hảo đến khi thả hoàn toàn. Yêu cầu độ phủ sóng yêu cầu tối thiểu là 99% được sử dụng cho việc tiếp nhận điện thoại di động và 95% cho các cuộc tiếp tân cố định trong nhà, ngoài trời và di động.
Kích thước SFN tối đa
Giả định rằng ISD là một tham số cố định của mạng và do đó, để tính toán kích thước SFN tối đa, topo mạng truyền tin được dựa trên các vòng lục giác bổ sung, như hình 2.
Điều kiện phủ sóng sẽ là các địa điểm tiếp nhận trong khu vực dịch vụ có một xác suất phủ sóng cao hơn giá trị tối thiểu cần thiết để đạt được chất lượng tiếp nhận hài lòng. Kích thước tối đa đã được tính thêm các vòng tiếp theo và kiểm tra xem xác suất phủ sóng được giữ trên ngưỡng cho tất cả các khu vực dịch vụ. Một mạng lưới kín đã được sử dụng cho loại tính toán bao phủ này.
B. Khoảng cách tái sử dụng tối thiểu
Để tính khoảng cách tái sử dụng tối thiểu, mô hình định nghĩa sáu SFN can thiệp, nằm đối xứng quanh SFN mong muốn, như thể hiện trong hình. 3. Tất cả các mạng không mong muốn giống hệt với mạng mong muốn, được xem là mở.
Hình 3. Mô hình tính toán khoảng cách tái sử dụng.
Ngoài việc tự can thiệp của SFN mong muốn, sáu mạng hỗ trợ SFN không mong muốn sẽ tạo ra các mức độ can thiệp không mong muốn bên trong mạng SFN trung tâm mong muốn. Mục đích là để tìm khoảng cách yêu cầu tối thiểu giữa SFN trung tâm và sáu SFNs ngoại vi duy trì sự can thiệp lẫn nhau dưới tỷ lệ bảo vệ thích hợp. Để làm như vậy, sáu SFN can thiệp được di chuyển tới SFN mong muốn cho đến khi xác suất phủ sóng tại bất kỳ vị trí nào trong vùng SFN mong muốn nằm dưới ngưỡng tối thiểu. Mạng lười này được coi là mở. Đây được coi là đại diện của trường hợp xấu nhất và thực tế hơn cho việc lên kế hoạch, hơn là một mạng lưới khép kín khi sự can thiệp lẫn nhau giữa các mạng đều bị điều tra.
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHẠM VI CHO DVB-T2 SFN
Thủ tục đối với dự toán bao phủ dịch vụ phát sóng liên quan đến các mô hình khác nhau. Các thành phần chính của phương pháp lập kế hoạch là: mô hình dự báo cường độ trường, mô hình thu DVB-T2, mô hình tổng kết tín hiệu và mô hình tính xác suất phủ sóng.
A. Mô hình dự báo cường độ trường
Để tính xác suất phủ sóng, khu vực dịch vụ SFN sẽ bị phân hủy thành nhiều phần tử nhỏ (pixel) theo cách mà các vị trí nhận được nằm ở trung tâm của mỗi điểm ảnh. Do tính chất chung của các kết quả, các tính toán đã được thực hiện trên một địa hình bằng phẳng bằng đất sử dụng một phương pháp đường dẫn chung, mô hình truyền lan ITU-R Rec.P.1546-4 [26].
Trong mỗi khu vực nhỏ, cường độ trường P thể hiện sự thay đổi ngẫu nhiên với vị trí do bóng mờ [27] và giả định là một biến ngẫu nhiên log-normal (RV) với trung bình `Pi và độ lệch chuẩn s [28]-[ 30]. `Pi được tính toán theo mô hình truyền thông ITU-R Rec.P.1546-4. Về độ lệch tiêu chuẩn, để tiếp nhận ngoài trời so = 5,5 dB thường được áp dụng trong phát sóng kỹ thuật số [20]. Đối với việc tiếp nhận trong nhà, độ lệch chuẩn s là kết quả tổng hợp của biến đổi ngoài trời và yếu tố biến thiên do sự suy giảm độ thấm của tòa nhà. Vì các phân bố này được dự kiến ​​sẽ không tương quan, giá trị của s đối với phân bố cường độ trường trong nhà có thể được tính như
(1)
Trong đó so và sI là độ lệch tiêu chuẩn của bóng mờ và mất thâm nhập xây dựng, tương ứng. Trong UHF, giá trị trung bình của tổn thất thâm nhập tòa nhà là 11 dB và độ lệch chuẩn sI là 6 dB [10].
Theo quan điểm của sự chuyển đổi rất nhanh chóng từ việc tiếp nhận thành công đến hoàn thành tiếp nhận thất bại, và do yêu cầu chất lượng dịch vụ cao (QoS) trong phát thanh kỹ thuật số, kế hoạch truyền hình kỹ thuật số dựa trên 99% thời gian bảo vệ chống lại sự can thiệp. Vì vậy, các giá trị cường độ trường vượt quá 1% thời gian được sử dụng cho tín hiệu không mong muốn (Einterfering1%), gần mức bảo vệ 99% thời gian, và giá trị cường độ trường vượt quá 50% thời gian cho tín hiệu mong muốn (Euseful50%). Tác động của việc sử dụng tỷ lệ phần trăm thời gian khác nhau cho dự báo cường độ trường đối với tính toán xác suất phủ sóng đã được phân tích trong [25]. 
B. Mô hình nhận DVB-T2
Giả sử khu vực dịch vụ SFN bao gồm các máy phát N được biểu diễn bởi {Tx1, Tx2, ... TxN}, mô hình dự báo cường độ trường được mô tả trong phần III-A được sử dụng để dự đoán
Công suất trung bình địa phương (P, P, ... P) và thời gian lan truyền 12N
{T1, t2, ..., tN} từ các máy phát N tại mỗi vị trí tiếp nhận. Tại máy thu, cửa sổ Fast Fourier Transform (FFT) để demodulate tín hiệu phải được đặt chính xác. Trong một SFN, có nhiều tín hiệu hữu ích tiềm năng có sẵn cho người nhận, làm cho nhiệm vụ đồng bộ cửa sổ FFT một quá trình phức tạp. Nhiều chiến lược có thể được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất của máy thu. Trong [31] năm chiến lược khác nhau cho đồng bộ cửa sổ FFT được mô tả. Trong công việc này, cửa sổ FFT được đồng bộ với tín hiệu nhận được đầu tiên, có
Thời gian đến được đánh dấu bởi to. Giả sử SFN mong muốn bao gồm N
Truyền, độ trễ truyền tương đối Dti của tín hiệu từ máy phát i-th bằng với Dti = ti-t0. Tùy thuộc vào Dti, tín hiệu thu được có thể góp phần hoàn toàn hoặc một phần vào phần hữu ích hoặc phần nhiễu của tín hiệu kết hợp. Tỷ lệ giữa sự đóng góp hữu ích và nhiễu được mô phỏng theo chức năng trọng số, như thể hiện trong (2) và được mô tả trong hình. 4 [10].
trong đó
W (Δτi) là hệ số trọng số cho thành phần thứ i
Tu là chiều dài ký hiệu hữu ích
Tg là khoảng thời gian bảo vệ
EI là khoảng thời gian cân bằng trong đó các tín hiệu có thể được cân bằng chính xác và do đó có thể đóng góp hữu ích.
Trong hình. 4, TP là chiều dài của EI. Chiều dài và vị trí của EI phụ thuộc vào mô hình thí điểm. Với mục đích lập kế hoạch mạng lưới, có thể giả thiết rằng TP là 57/64 giới hạn thời gian Nyquist, được tính bằng một phần nhỏ của ký hiệu hữu ích và cũng phụ thuộc vào mô hình thí điểm [10].

Fig. 4. Weighting function w(∆τi) for DVB-T2.
Tám mẫu thí điểm phân tán khác nhau (PP1-PP8) có sẵn trong DVB-T2. Các mô hình thí điểm có thể được lựa chọn theo kiểu kênh truyền tải mong muốn hoặc yêu cầu về tải trọng. Tuy ... iên quan đến các chế độ được mô tả trong phần V-A. Ví dụ về ba các trường hợp có thể được nhìn thấy trong hình. 6 (a) cho tiếp nhận cố định và trong hình. 6 (b) để tiếp nhận ngoài trời di động.
Hình. 6 Kích thước tối đa theo chức năng của sự gia tăng ERP cho các C / N khác nhau và ISD / hEff / GI. (A)Tiếp nhận cố định. (B) Tiếp nhận ngoài trời di động.
Kích thước tối đa có thể của SFN được cho là một chức năng của yêu cầu bổ sung ERP, gọi là margin có thể vượt quá công suất tối thiểu được tìm thấy trong phần V-A để đạt được đảm bảo đầy đủ. Trường hợp đầu tiên là ở đó chế độ hệ thống đủ mạnh và hệ số ERP tối thiểu bắt nguồn từ phần V-A cao đủ để bù đắp cho sự gia tăng SI chỉ bởi một nhỏ Lượng điện bổ sung thì SFN có thể được gia hạn mà không có bất kỳ thay đổi thêm vào các thông số mạng, thậm chí có thể không giới hạn, nghĩa là về vô cực phân đoạn {ISD = 60 km; Heff = 300 m; GI = 266 μs; C / N = 17 dB} trong hình. 6 (a) Là một ví dụ của trường hợp đầu tiên này mạng có thể được mở rộng đến Một diện tích rộng hơn 1000 km với một hệ thống ERP rất gần với giá trị tối thiểu được tính trong phần trước V-A. Trong thực tế, như một trường hợp đặc biệt, có cấu hình mạnh đủ để kích hoạt các kích thước SFN rất lớn (về mặt lý thuyết không giới hạn) ngay cả với yêu cầu tối thiểu của ERP là bắt nguồn từ đơn Ring. Tuy nhiên, những loại này có một lượng GI lớn như thế bất hợp lý họ sẽ không được thực hiện trong thực tế về lý do năng lực.
Trường hợp thứ hai được thấy rằng nếu chế độ hệ thống vẫn đủ mạnh để đối phó với SI bổ sung, riêng ERP phải được tăng đáng kể để có thể phủ sóng toàn bộ trở lại. Sau đó một phần mở rộng nhất định của SFN bằng một hoặc hai hoặc thậm chí có thể là nhiều tầng của Tx. Trường hợp này được thể hiện bằng kịch bản {ISD = 30 km; heff = 80 m; GI = 532 μs; C/N = 23,2 dB} trong Hình 6(a). Sự gia tăng ERP cho phép mở rộng SFN một lượng nhất định, tuy nhiên là có hạn.
Cuối cùng, ở vị trí thứ ba, sự gia tăng SI trong mạng bởi Tx bổ sung là quá lớn nên không thể đạt được một sự phủ sóng đầy đủ nào nữa, ngay cả khi tăng ERP. Kịch bản (ISD = 60 km; heff = 300 m; GI = 266 μs; C/N = 23,2 dB} trong Hình 6(a) là một ví dụ của trường hợp này. Ngay cả với một sự gia tăng lớn của ERP cũng không thể mở rộng SFN vì SI sẽ trở nên quá lớn với Tx bổ sung trong mạng.
Một lần nữa, điêuf này có thể được giải thích bằng (12). Với sự gia tăng của hệ thống ERP, thuật ngữ đầu tiên trong (12) giữ nguyên không đổi. Cho đến khi giới hạn này còn khá lớn, hay hoàn thành tiêu chí phủ sóng QoS cho chính nó, thì sự gia tăng của ERP sẽ cho phép mở rộng SFN vì khi tăng ERP thì giới hạn thứ hai trong (12) trở nên lớn hơn. Xác suất phủ sóng sẽ tăng lên và kích thước tối đa có thể trở nên lớn hơn; giá trị C/N càng nhỏ thì kích thước SFN có thể gia tăng lớn hơn. Ngay khi giới hạn đầu tiên rơi xuống dưới tiêu chuẩn phủ sóng QoS vì có quá nhiều SI trong SFN, thì sự tăng trưởng của hệ thống ERP không thể bù đắp được cho việc phủ sóng bị mất đi và việc mở rộng SFN bằng các máy phát bổ sung là không thể.
Một khía cạnh đáng chú ý của kế hoạch SFN được chỉ ra bởi các kịch bản ví dụ đầu tiên và thứ năm trong Hình 6(a). Kịch bản HPHT (ISD = 60 km; heff = 300 m; GI = 532 μs; C/N = 23,2 dB) cho phép mở rộng SFN đến các kích thước rất lớn, trong khi kịch bản MPMT (ISD = 30 km; heff = 80 m; GI = 532 μs; C/N = 23,2 dB} với đặc tính Tx dày hơn của nó chỉ cho phép mở rộng vừa phải, và thêm nữa, biên độ công suất yêu cầu cao hơn nhiều. Kết quả này không như dự kiến bởi mạng lưới dày đặc thường được coi là ít nhạy cảm với SI. Nhưng ở đây điều này được bù đắp vượt quá bởi hiệu ứng ức chế SI của định hướng của ăng-ten nhận và bất cứ ai rất lớn GI. Ví dụ cho thấy sự cân bằng tinh vi của các thông số quy hoạch mạng ISD, heff, GI và C/N.
Trong hình 6(b) ba cấu hình với {ISD = 30 km; heff = 80 m; GI = 448 μs) phản ánh tác động của yêu cầu C/N. Đối với C/N thấp = 16.9 dB, phần mở rộng lớn của SFN có thể chỉ bổ sung một lượng nhỏ ERP; Đối với C/N = 20,4 dB thì cần phải có thêm công suất 3dB để đạt được kết quả này, còn với C/N = 23,3 dB thì chỉ có thể mở rộng hạn chế của SFN. Kịch bản liên quan với GI = 266 μs nhỏ hơn chỉ cho phép mở rộng SFN thậm chí còn hạn chế hơn.
Đối với tất cả các chế độ thu nhận, kích thước SFN có thể giảm tối đa với sự gia tăng giá trị C/N do hiệu ứng SI. Có sự cân bằng giữa tỷ lệ dữ liệu cao hơn và kích thước mạng nhỏ hơn vì giá trị C/N cao hơn được kết hợp với dữ liệu cao hơn.
Có một giới hạn trên của C/N mà chỉ có thể mở rộng có hạn về kích thước SFN hoặc thậm chí không mở rộng chút nào. Giới hạn trên là cụ thể đối với mạng topology, chế độ GI và chế độ nhận. HPHT thấp hơn so với cấu trúc LPLT, thu cố định thấp hơn thu di động và di động và thấp hơn cho GI nhỏ hơn.
C. Khoảng cách tái sử dụng
Khoảng cách tái sử dụng (RUD) là khoảng cách tối thiểu mà khu vực dịch vụ đồng kênh phải tôn trọng để tránh sự can thiệp quá đáng. Phần II-B mô tả mô hình để đánh giá RUD. Trong phần này, hiệu quả của C/N, ERP, heff và ISD về khoảng cách tái sử dụng được nghiên cứu cho bốn chế độ nhận. Các kết quả được cho trong Hình 7 và Hình 8.
Trong Hình 7 khoảng cách tái sử dụng được hiển thị như một hàm của ngưỡng C/N. ISD được chọn là 60 km dành cho thu cố định và di động ngoài trời và 30 km cho thu cầm tay trong nhà và di động; ERP được lựa chọn sao cho ngay cả đối với ngưỡng C/N cao nhất thì ngân sách điện năng cũng đủ cao để đạt được mức phủ sóng đầy đủ.
Với yêu cầu tăng C/N, chế độ truyền dẫn trở nên nhạy hơn với sự nhiễu kênh nhiễu đồng kênh. Sự nhiễu đồng kênh trong trường hợp nào cao hơn hiệu ứng tự nhiễu. Để bù đắp nhiễu đồng kênh, khoảng cách giữa các mạng mong muốn và mạng nhiễu phải được tăng lên để giảm điện thế gây nhiễu.
Hình 7. RUD theo chức năng của ngưỡng C/N (và giá trị h). 
(a) Thu cố định, ERP = 44dBW, ISD = 60km. 
(b) Thu di động ngoài trời, ERP = 53dBW, ISD = 60km. 
(c) Thu trong nhà, ERP = 50dBW, ISD = 30km. 
(d) Thu di động, ERP = 41dBW, ISD = 30km.
Do đó, sự gia tăng của hệ thống ERP trong các mạng sẽ làm giảm RUD miễn là các mạng được vận hành gần với giới hạn tiếng ồn. Các trường cường độ hữu ích và cản trở có cùng mức tăng cùng một lúc và khoảng đầu tiên trong (12) vẫn giữ nguyên ở lần tăng thứ hai. Sau đó, một xác suất phủ sóng cao hơn có thể thu được làm giảm RUD. Hiệu ứng này cho thấy độ bão hòa và với hệ thống ERP cao hơn, sẽ có sự thay đổi nhỏ hơn về khoảng cách tái sử dụng. Nói chung, có thể thấy một sự cân bằng giữa RUD và robustness của các chế độ truyền. Các chế độ truyền nhạy hơn sẽ cung cấp dung lượng dữ liệu cao hơn với mức chi phí tái sử dụng khoảng cách lớn hơn.
RUD tăng cùng với sự gia tăng giá trị ngưỡng C/N. Mức tăng này gần như tuyến tính miễn là ERP đủ cao để cung cấp ở khắp mọi nơi trong khu vực dịch vụ một mức năng lượng sẵn có (link budget) cao hơn mức tiếng ồn. Nếu mức năng lượng sẵn có đạt đến giới hạn tiếng ồn thì tác động trở thành vô tuyến. Một ví dụ về sự thay đổi này có thể được thấy ở Hình 7(d) với heff=80m.
	RUD giảm với sự gia tăng chiều cao ăng-ten hiệu dụng heff. Theo các đường truyền cong trong ITU-R Rec - Mô hình P.1546 [26], tác động của việc phân biệt trường cường độ giữa các đường cong của các độ cao anten khác nhau cao hơn ở khoảng cách ngắn hơn so với khoảng cách dài hơn từ máy phát. Do đó, khi trường cường độ hữu ích tăng cùng với độ cao ăng ten thì trường cường độ cản trở sẽ tăng nhanh hơn cho phép khoảng cách tái sử dụng thấp hơn cho chiều cao của anten cao hơn.
	Hình 8 biểu diễn RUD cho bốn chế độ hệ thống/tiếp nhận như là một chức năng của mật độ Tx. Có thể thấy được sự phụ thuộc mạnh mẽ vào ISD. Đối với một chế độ tiếp nhận nhất định, các mạng lưới có ISD nhỏ hơn có khoảng cách sử dụng nhỏ hơn so với các mạng lưới có ISD lớn hơn. Nhìn chung, có thể thu được từ các bảng V và VI, các mạng LPLT có khoảng cách tái sử dụng nhỏ hơn các cấu hình HPHT.
Hình. 8. RUD theo chức năng của ISD.
(a) Thu cố định, ERP = 41dBW, heff = 300m, C/N = 21.3dB.
(b) Thu di động ngoài trời, ERP = 50dBW, heff = 300m, C/N = 11.8dB.
(c) Thu di động trong nhà, ERP = 50dBW, heff = 300m, C/N = 11.8dB.
(d) Thu di động, ERP = 50dBW, heff = 150m, C/N = 12.4dB.
	Nếu các vòng tiếp theo được thêm vào mạng, như được mô tả trong phần II-A, khoảng cách tái sử dụng sẽ chỉ tăng nhẹ như đã thấy từ Bảng V và Bảng VI cho một số kết hợp các kịch bản mạng và các chế độ truyền. Điều này có nghĩa là tỷ lệ giữa khoảng cách tái sử dụng và đường kính khu vực phục vụ giảm. Trong so sánh thể hiện trong Bảng V và Bảng VI, các giá trị ERP tối thiểu bắt nguồn từ 7-Tx SFN được sử dụng, tăng thêm 3dB để đối phó với nhiễu đồng kênh bổ sung.
	Trong một bối cảnh quy hoạch tần số, tỷ lệ khoảng cách tái sử dụng và đường kính khu vực phục vụ là một chỉ số cho hiệu quả sử dụng phổ tần: một tỷ lệ nhỏ hơn, nghĩa là một đường kính SFN lớn hơn so với RUD, cho thấy sử dụng lại tần số tốt hơn. Do đó, khoảng cách tái sử dụng sẽ ảnh hưởng đến số kênh cần thiết để bao phủ một khu vực hoặc quốc gia với các khu vực dịch vụ được yêu cầu.
VI. TRƯỜNG HỢP: BITRATE KHẢ NĂNG TỐI ĐA CHO MẠNG SFN RỘNG VÀ RẤT RỘNG
	Phần này nghiên cứu hai ranh giới quan trọng cho một mạng đơn tần. Thứ nhất, nó là kích thước tối đa có thể của một SFN cho một mạng lưới cụ thể và chế độ hoạt động đảm bảo một phạm vi phủ sóng hoàn toàn của khu vực dịch vụ và thứ hai, tối đa có thể thông qua của một SFN như thế.
	Sử dụng một mạng lưới lục giác lý thuyết, phạm vi phủ sóng của SFN "lớn" và "rất lớn" với đường kính 360 và 720 km được phân tích trong phần này. Kích cỡ của các SFN được lựa chọn theo tổng diện tích của vùng Bavarian cho SFN lớn và cuả Đức cho SFN rất lớn. Bảng VII cho thấy các tham số được sử dụng cho tính toán của ba kịch bản tiếp nhận. Topology của máy phát mạng tương tự như trong Hình 2.
	Tần số phát là 626MHz. Thông số heff, ERP và ISD giống hệt nhau trong một SFN cho tất cả các kịch bản được tính toán. ISD 60 km là ước tính sơ bộ của ISD trung bình trong các mạng phát sóng của Đức và nó phù hợp với các giá trị ở các quốc gia khác có mạng SFN. Heff và ERP tương ứng là 300m và 50dBW. Các xác suất xác định mức độ phủ sóng mục tiêu trong ví dụ thực tế này là 95% đối với thu cố định, thu di động và 99% đối với thu di động.
	Bắt đầu từ giá trị C/N cao nhất có thể trong DVB-T2, yêu cầu về C/N giảm xuống dần đến mức 100% diện tích dịch vụ được phủ sóng với độ tin cậy 99% đối với điện thoại di động và 95% đối với thiết bị xách tay và thu cố định. Các chế độ đã chọn và tỷ lệ dữ liệu tối đa tương ứng được hiển thị trong Bảng. VIII.
	Theo kết quả của chúng tôi, luôn luôn có sự cân bằng giữa kích thước tối đa của SFN và lưu lượng tối đa. Nếu kích thước của SFN tăng từ mức độ 'lớn' đến 'rất lớn' thì tổng phạm vi phủ sóng chỉ được đảm bảo chỉ khi C/N và thông lượng giảm. Nói cách khác, kích thước SFN theo lý thuyết có thể được tăng lên nhiều như mong muốn, mặc dù tốc độ dữ liệu sau đó sẽ bị tổn hại.
	Sử dụng ăng-ten nhận hướng trong trường hợp tiếp nhận cố định giảm thiểu các sự cố tự gây nhiễu. Đây là lý do chính GI nhỏ nhất có thể cho SFN lớn trong chế độ thu cố định. Trong tất cả các kịch bản khác, cho dù ăng-ten thu tín hiệu không định hướng hay khu vực dịch vụ SFN là rất lớn, khoảng phủ sóng với thời gian 448 μs là không thể tránh khỏi.
	Ngoài kích thước tối đa và thông lượng của một mạng SFN, thật đáng chú ý khi nhìn thấy lượng phủ sóng mất đi khi thông lượng hệ thống được tăng cao hơn tiềm năng tối đa như được đưa ra trong Bảng VIII. Hình 9 minh họa sự phủ sóng mất đi trong kịch bản tiếp nhận điện thoại di động cho các mạng SFN lớn khi thông lượng hệ thống được tăng vượt 20,1 Mbit/s.
	Ngoại trừ C/N, tất cả các hệ thống khác và các thông số mạng cho các dự báo về độ phủ sóng khác nhau vẫn không thay đổi. Nếu yêu cầu C/N quá cao, một số vị trí trong vùng phủ sóng không thể đạt được tiêu chí QoS tối thiểu và phần trăm vùng phủ sóng của khu vực dịch vụ giảm.
Ngoài ra, trong hình. 9 sự hao hụt độ phủ sóng được thể hiện khi một khoảng bảo vệ nhỏ hơn 266 μs được chọn. Hai thanh màu bên phải trong Hình. 9, với phân số GI 19/128, cho thấy ảnh hưởng của các GI nhỏ hơn trên phạm vi bao phủ. Các GI gốc của 448 μs tương ứng với khoảng cách GI 134 km. Mặc dù nó là nhỏ hơn kích thước mạng, tỷ lệ tổng thể các cường độ trường nhiễu cao đến mức bao phủ toàn bộ khu vực dịch vụ đã đạt được. Khi GI giảm xuống còn 266 μs cường độ trường nhiễu tăng, và kết quả là thấp hơn sơ đồ điều chế với tốc độ truyền dữ liệu thấp sẽ bù lại việc hao hụt độ phủ sóng.
VII. PHẦN KẾT LUẬN
Bài báo này khảo sát quy mô tối đa và khoảng cách tái sử dụng tần số tối thiểu cho mạng SFN cung cấp DVB-T2. Có 4 trường hợp đã được nghiên cứu cụ thể là thu cố định, thu trong nhà di động, thu ngoài trời di động và thu di động tiếp nhận. Các bài báo nhằm đánh giá mối quan hệ giữa chế độ hoạt động, bitrate hữu ích, ngưỡng hệ thống và kiến trúc mạng, đặc trưng tác động của các yếu tố trên kích thước của SFN và mẫu tái sử dụng tần số.
Phân tích đã được thực hiện bằng cách sử dụng sáu cạnh lý thuyết mạng lưới nhằm tránh ảnh hưởng của các yếu tố cụ thể liên quan đến địa hình, phân bố dân cư và các yếu tố khác không trực tiếp liên quan đến các thông số của tiêu chuẩn DVB-T2 hay kiến trúc mạng: ERP, heff và ISD.
Có một mối quan hệ chặt chẽ giữa mạng ERP, khoảng cách giữa máy phát và hệ thống tối đa C / N ngưỡng, mà lần lượt nó sẽ xác định mức vận chuyển tối đa Bitrate. Về khía cạnh này, người ta đã phát hiện ra rằng phạm vi xác suất liên quan đến một chế độ cụ thể (C / N, GI) và các thông số mạng (ISD, heff) có ba tính năng khác nhau.Mỗi cái có sự phụ thuộc khác nhau vào máy phát Giá trị ERP. Một phát hiện thú vị là sự tồn tại của một yêu cầu C / N, cụ thể cho từng kịch bản, nơi mà phạm vi phủ sóng mục tiêu không thể đạt được không có vấn đề tiềm năng tăng ERP có sẵn
Kết quả thu được rất khác nhau cho tối đa kích cỡ của SFN đạt được tùy thuộc vào chế độ cụ thể (C / N và GI) và các tham số mạng (ISD, heff). Một lần nữa, có thể gặp ba trường hợp có liên quan đến ba chế độ mô tả mối quan hệ giữa ERP, C / N, ISD và phủ sóng. Đối với cấu trúc mạng nhất định, nếu yêu cầu ngưỡng C / N là đủ thấp, mạng có thể được mở rộng với các vòng bổ sung với mức tăng ERP tương đối thấp. Khi C / N tăng, kích thước tối đa có thể đạt được trở nên ngắn hơn, đến một điểm mà SI không cho phép thêm các vòng trong mạng, và kích thước tối đa là gấp đôi ISD. Người ta thấy rằng GI là một tham số quan trọng nhưng có quan hệ gần gũi với phần còn lại của DVB-T2 và các thông số mạng. Thực tế này đã được chứng minh với hai trường hợp sử dụng: SFN lớn (360 km) và SFN rất lớn (720 km). Mở rộng SFN từ 360 km lên 720 km sẽ bao hàm khoảng 5% tốc độ bit cho các dịch vụ cố định và 16% đối với tiếp nhận di động và cầm tay.
Nói chung, một sự đánh đổi giữa RUD và robustness của các chế độ truyền đã được xác định. Các chế độ truyền nhạy hơn sẽ cung cấp dung lượng dữ liệu cao hơn với chi phí sử dụng lại khoảng cách lớn hơn. Đối với một chế độ nhận được các mạng LPLT có khoảng cách tái sử dụng nhỏ hơn các cấu hình HPHT. 
Nếu kích thước của SFN tăng từ 'lớn' đến 'rất lớn' thì tổng phạm vi phủ sóng chỉ được đảm bảo nếu C / N và lưu lượng giảm. Nói cách khác, kích thước SFN theo lý thuyết có thể tăng lên như mong muốn, mặc dù tốc độ dữ liệu sẽ bị xâm nhập