ITRM20010718A1 - DESIGN TECHNIQUE AND OPTIMIZATION OF THE GSM RADIO ACCESS NETWORK. - Google Patents

DESIGN TECHNIQUE AND OPTIMIZATION OF THE GSM RADIO ACCESS NETWORK. Download PDF

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ITRM20010718A1
ITRM20010718A1 ITRM20010718A ITRM20010718A1 IT RM20010718 A1 ITRM20010718 A1 IT RM20010718A1 IT RM20010718 A ITRM20010718 A IT RM20010718A IT RM20010718 A1 ITRM20010718 A1 IT RM20010718A1
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IT
Italy
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functional
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coverage
radio
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Inventor
Davide Micheli
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Telecom Italia Mobile Spa
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Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:

"TECNICA DI PROGETTO ED OTTIMIZZAZIONE DELLA RETE DI ACCESSO RADIO GSM" "DESIGN TECHNIQUE AND OPTIMIZATION OF THE GSM RADIO ACCESS NETWORK"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L'invenzione in generale riguarda le reti di telecomunicazione cellulare e più' in particolare essa fa riferimento ad un metodo di ottimizzazione della rete di accesso radio GSM che utilizzando strumenti e procedure della ricerca operativa, implementate mediante algoritmi di tipo genetico, riesce a fornire un ausilio vantaggioso alla progettazione della rete di accesso del servizio GSM CAPITOLO 1. The invention in general relates to cellular telecommunication networks and more particularly it refers to a method of optimizing the GSM radio access network which, using tools and procedures of operational research, implemented by means of genetic algorithms, is able to provide a advantageous aid for planning the access network of the GSM service CHAPTER 1.

TECNICA NOTA PRIMA PARTE CENNI SUL SISTEMA DI TELEFONIA MOBILE GSM TECHNIQUE NOTE PART ONE NOTES ABOUT THE GSM MOBILE TELEPHONE SYSTEM

In questo capitolo vengono esaminate alcune caratteristiche del sistema di telecomunicazione GSM, in particolar modo si analizzerà il concetto di copertura cellulare. L'analisi della tecnica di copertura cellulare servirà a individuare i parametri (posizioni antenne, potenze trasmettitori, etc) su cui poter intervenire per minimizzare i livelli dei campi elettromagnetici e per migliorare le caratteristiche di copertura e qualità della rete di telecomunicazione stessa. In this chapter some characteristics of the GSM telecommunication system are examined, in particular the concept of cellular coverage will be analyzed. The analysis of the cellular coverage technique will serve to identify the parameters (antenna positions, transmitter powers, etc.) on which to intervene to minimize the levels of electromagnetic fields and to improve the coverage and quality characteristics of the telecommunication network itself.

I sistemi radiomobili appartengono alla categoria dei radiosistemi d'area. Questi radiosistemi consentono ad un utente di comunicare alla sola condizione di trovarsi nella porzione di territorio nella quale è previsto il servizio. Mobile radio systems belong to the category of area radio systems. These radio systems allow a user to communicate on the sole condition of being in the portion of the territory in which the service is provided.

I sistemi radiomobili moderni, detti anche sistemi cellulari, consentono una comunicazione vocale bidirezionale tra due corrispondenti in tutto simile a quella della telefonia ordinaria; essendo di fatto collegati con la più vasta rete telefonica pubblica non soffrono limitazioni relativamente alle identità dei corrispondenti. Modern mobile radio systems, also called cellular systems, allow two-way voice communication between two correspondents in all respects to that of ordinary telephony; as they are actually connected to the largest public telephone network, they do not suffer from restrictions on the identity of correspondents.

In particolare le principali caratteristiche richieste ad un moderno sistema radiomobile possono essere riassunte nei seguenti punti: In particular, the main characteristics required of a modern mobile radio system can be summarized in the following points:

- qualità di servizio simile a quella delle reti fisse, - quality of service similar to that of fixed networks,

- buona copertura del territorio, - good coverage of the territory,

- grande capacità di utenza (ottenibile con una enfatizzazione della tecnica di riuso delle frequenze), - large user capacity (obtainable with an emphasis on the frequency reuse technique),

- completa automatizzazione sia della chiamata da e verso l’utente mobile sia della localizzazione dell’utente, - complete automation of both the call to and from the mobile user and the location of the user,

- accessibilità da parte dell’utente mobile alla maggior parte dei servizi offerti dalle reti di telefonia fissa, - accessibility by the mobile user to most of the services offered by fixed telephone networks,

- sicurezza del sistema sia per quanto riguarda le intercettazioni telefoniche sia per quanto riguarda la clonazione dei terminali. - system security both as regards wiretapping and as regards the cloning of terminals.

La peculiarità dei sistemi cellulari è che sono in grado di sostenere la comunicazione anche in movimento. The peculiarity of cellular systems is that they are able to support communication even on the move.

Per ottenere queste caratteristiche, nel progetto di una rete radiomobile si devono considerare le seguenti problematiche: - limitata disponibilità della risorsa radio (poche frequenze disponibili e quindi numero di canali radio limitato), To obtain these characteristics, the following problems must be considered in the design of a mobile radio network: - limited availability of the radio resource (few frequencies available and therefore limited number of radio channels),

- mobilità dell’utenza sul territorio servito dalla rete, - mobility of users in the area served by the network,

- caratteristiche del mezzo trasmissivo. - characteristics of the transmission medium.

1.2 CAPACITA’ DI UN SISTEMA RADIOMOBILE 1.2 CAPACITY OF A MOBILE RADIO SYSTEM

Per capacità di un sistema di comunicazione si intende il numero massimo di utenti che può essere servito contemporaneamente, con una prefissata qualità di servizio. La capacità di un sistema deve essere abbastanza elastica, in modo che sia sufficiente per le esigenze attuali e facilmente espandibile per fronteggiare l’aumento dell’utenza, mantenendo inalterate le caratteristiche qualitative del sistema. The capacity of a communication system means the maximum number of users that can be served at the same time, with a predetermined quality of service. The capacity of a system must be elastic enough, so that it is sufficient for current needs and easily expandable to cope with the increase in users, while maintaining the quality characteristics of the system.

Gli investimenti futuri per aumentare la capacità del sistema devono essere contenuti e non devono stravolgere la rete esistente; quindi già dalle fasi iniziali di progetto di una rete và tenuta in considerazione una possibile espansione della stessa. Future investments to increase the capacity of the system must be contained and must not disrupt the existing network; therefore, already from the initial stages of a network project, a possible expansion of the network must be taken into consideration.

La capacità di un sistema radiomobile è fondamentalmente legata ai seguenti parametri: The capacity of a mobile radio system is fundamentally linked to the following parameters:

- numero di portanti radio disponibili, - number of radio carriers available,

- caratteristiche tecniche del sistema (resistenza alle interferenze di cocanale e da canale adiacente, efficienza delle procedure di hand-over e di segnalazione) - technical characteristics of the system (resistance to co-channel and adjacent channel interference, efficiency of hand-over and signaling procedures)

- distribuzione geografica e temporale dell’utenza. - geographical and temporal distribution of users.

Nei sistemi radiomobili la limitazione principale è data dalla scarsa disponibilità della risorsa radio. In mobile radio systems the main limitation is given by the scarce availability of the radio resource.

Per servire un’area molto estesa ed un numero elevato di utenti, si devono quindi utilizzare al meglio tutte le tecniche messe a disposizione dallo sviluppo tecnologico. To serve a very large area and a large number of users, all the techniques made available by technological development must therefore be used in the best possible way.

In particolare per il sistema GSM la limitatezza dei canali radio viene superata grazie all’adozione di tecniche di accesso multiplo e grazie ad una strategia di copertura cellulare del territorio. In particular, for the GSM system, the limitation of radio channels is overcome thanks to the adoption of multiple access techniques and thanks to a strategy of cellular coverage of the territory.

1.3 TECNICHE DI ACCESSO MULTIPLO 1.3 MULTIPLE ACCESS TECHNIQUES

Nel sistema GSM vengono utilizzate contemporaneamente due tecniche di accesso multiplo: In the GSM system, two multiple access techniques are used at the same time:

- FDMA (accesso multiplo a divisione di frequenza) - FDMA (frequency division multiple access)

- TDMA (accesso multiplo a divisione di tempo) ' - TDMA (Time Division Multiple Access) '

La tecnica FDMA consiste nel suddividere la risorsa di comunicazione, che in questo caso è la banda di frequenza disponibile, in tante slot di frequenze e assegnarle di volta in volta agli utenti che ne facciano richiesta. The FDMA technique consists in dividing the communication resource, which in this case is the available frequency band, into many frequency slots and assigning them from time to time to users who request them.

Una molteplicità di utenti può accedere contemporaneamente su slot di frequenza differenti. A multiplicity of users can access simultaneously on different frequency slots.

La tecnica TDMA consiste nel dividere la risorsa radio nel tempo, ovvero più utenti accedono interamente alla risorsa disponibile ma in tempi diversi. The TDMA technique consists in dividing the radio resource over time, i.e. multiple users access the available resource entirely but at different times.

In questo modo si hanno più trasmissioni isofregtienziali ortogonali tra loro, perché avvengono ad istanti temporali diversi. In this way there are several isofregtiential transmissions orthogonal to each other, because they occur at different time instants.

La divisione avviene nel tempo individuando una trama (o base dei tempi) che viene suddivisa in sotto-intervalli ad ognuno dei quali verrà assegnato un utente diverso. The division takes place over time by identifying a frame (or time base) which is divided into sub-intervals, each of which will be assigned a different user.

Il problema fondamentale della TDMA è la sincronizzazione tra gli utenti: essi devono accedere alla risorsa comune rispettando la base dei tempi assegnata, bisogna quindi fare attenzione anche a valutare la distanza tra la stazione radio-base e l’utente mobile, in quanto il ritardo ΔΤ è proporzionale alla distanza. The fundamental problem of TDMA is the synchronization between users: they must access the common resource respecting the assigned time base, so care must also be taken to evaluate the distance between the radio-base station and the mobile user, as the delay ΔΤ is proportional to the distance.

Per tenere conto dell’effetto dei ritardi e migliorare la sincronizzazione vengono introdotti il concetto di Time Advance e i tempi di guardia. To take into account the effect of delays and improve synchronization, the concept of Time Advance and guard times are introduced.

Per il sistema GSM l’avanzamento temporale è tale per cui la distanza tra la stazione radio-base e il terminale può arrivare al massimo a 35 Km. For the GSM system, the time advance is such that the distance between the radio-base station and the terminal can reach a maximum of 35 km.

Nel GSM vengono usate entrambe le tecniche TDMA e FDMA in pratica si divide la risorsa radio in n slot di frequenze (canali disponibili) e poi ogni slot (ogni canale) viene divisa nel tempo tra 8 utenti diversi. In GSM both TDMA and FDMA techniques are used in practice the radio resource is divided into n frequency slots (available channels) and then each slot (each channel) is divided over time between 8 different users.

1.4 TECNICHE DI COPERTURA CELLULARE 1.4 MOBILE COVERING TECHNIQUES

Per aumentare la capacità del sistema radio-mobile, mantenendo inalterato il livello di qualità della trasmissione, è necessario avere un riuso delle frequenze, ossia le stesse frequenze devono essere usate contemporaneamente in S To increase the capacity of the radio-mobile system, while maintaining the transmission quality level unchanged, it is necessary to have a reuse of frequencies, i.e. the same frequencies must be used simultaneously in S

diverse aree geografiche separate tra loro da una distanza sufficiente a rendere trascurabile l’interferenza di cocanale. different geographical areas separated from each other by a distance sufficient to make the co-channel interference negligible.

La tecnica di copertura cellulare consiste nel suddividere l’area di servizio in tante zone dette celle; per ogni cella è prevista una stazione radio-base che ne garantisce la copertura e quindi il grado di servizio desiderato. The cellular coverage technique consists in dividing the service area into many areas called cells; for each cell there is a radio-base station which guarantees its coverage and therefore the desired degree of service.

Ciascuna cella ha a disposizione un proprio numero di canali radio, questi canali possono essere riutilizzati in altre celle opportunamente distanziate, dal momento che l’attenuazione dei segnali radio è proporzionale alla distanza con un esponenziale (coefficiente di propagazione) in genere compreso tra 2 e 5, di conseguenza le interferenze di cocanale sono relativamente contenute. In questo modo anche avendo a disposizione una banda di frequenze limitata è teoricamente possibile servire una regione comunque estesa, oppure servire in una data area un numero di utenti comunque grande riducendo opportunamente le dimensioni delle celle. Each cell has its own number of radio channels available, these channels can be reused in other suitably spaced cells, since the attenuation of the radio signals is proportional to the distance with an exponential (propagation coefficient) generally between 2 and 5, consequently the co-channel interferences are relatively low. In this way, even having a limited frequency band available, it is theoretically possible to serve a region which is however extended, or to serve in a given area a number of users which is however large by suitably reducing the size of the cells.

Si definisce cluster insieme completo di M celle che utilizzano tutti i canali radio a disposizione del sistema senza nessun riuso delle frequenze. A cluster is defined as a complete set of M cells that use all the radio channels available to the system without any reuse of frequencies.

La dimensione del cluster è determinata attraverso un processo di ottimizzazione del riuso delle frequenze sul The size of the cluster is determined through a process of optimization of the reuse of frequencies on the

territorio una volta definito il rapporto: territory once the relationship has been defined:

questo processo di ottimizzazione ci permetterà di garantire il livello minimo di qualità dato dalle specifiche. this optimization process will allow us to guarantee the minimum level of quality given by the specifications.

Per definire il rapporto C/I minimo bisogna conoscere le caratteristiche del sistema di telecomunicazione: tipo di modulazione, tipo di codifica, parametri radio-frequenza, etc; inoltre si deve considerare il margine necessario a superare l’effetto dovuto al fading alla Raylegh. To define the minimum C / I ratio, it is necessary to know the characteristics of the telecommunication system: type of modulation, type of coding, radio-frequency parameters, etc; in addition, the margin necessary to overcome the effect due to Raylegh fading must be considered.

Per il sistema radiomobile GSM una volta considerati i vari For the GSM mobile radio system after considering the various

parametri del sistema si ha: system parameters we have:

Per semplicità di esposizione si prenderanno in considerazione celle tutte uguali costituite da poligoni regolari, in realtà però le celle possono avere forme e dimensioni diverse. La dimensione delle celle dipende essenzialmente dal tipo di copertura che si vuole ottenere: macrocellulare o microcellulare (rispettivamente grandi celle, piccole celle). Per quanto riguarda le antenne trasmittenti (e quindi la forma delle celle), se si vuole minimizzare il numero di stazioni radio base, conviene usare antenne omnidirezionali poste al centro degli esagoni, perché a parità di distanza tra i trasmettitori e i punti più lontani (i vertici dell’esagono) la cella a forma di esagono è quella che ha l’area maggiore. For the sake of simplicity, all identical cells made up of regular polygons will be taken into consideration, but in reality the cells can have different shapes and sizes. The size of the cells essentially depends on the type of coverage to be obtained: macrocellular or microcellular (respectively large cells, small cells). As for the transmitting antennas (and therefore the shape of the cells), if you want to minimize the number of base radio stations, it is advisable to use omnidirectional antennas placed in the center of the hexagons, because with the same distance between the transmitters and the furthest points (i vertices of the hexagon) the hexagon-shaped cell is the one that has the largest area.

Nella figura la’ vengono rappresentati due tipi di cluster: quello di sinistra è costituito da 4 celle esagonali coperte ciascuna da un’antenna omnidirezionale posta al centro dello esagono, poi si ripete il cluster per garantire la copertura in tutta la regione (si ripetono i canali radio); quello di destra in figura la” è costituito da 7 celle esagonali coperte anch’esse da antenne omnidirezionali, il cluster viene poi replicato come detto sopra. In figure 1a, two types of clusters are represented: the one on the left consists of 4 hexagonal cells each covered by an omnidirectional antenna placed in the center of the hexagon, then the cluster is repeated to ensure coverage throughout the region (the radio channels); the one on the right in figure la "consists of 7 hexagonal cells also covered by omnidirectional antennas, the cluster is then replicated as mentioned above.

Nel caso in cui si vuole minimizzare l’interferenza di cocanale, e quindi ottenere un maggior riuso dei canali radio, si possono usare antenne direttive come rappresentato nella figura 1 b: If you want to minimize co-channel interference, and thus achieve greater reuse of radio channels, you can use directional antennas as shown in Figure 1 b:

il cluster di figura lb’ è formato da 9 celle romboidali, le antenne sono poste al centro degli esagoni, le linee in neretto indicano l’angolo di apertura delle antenne; il cluster di figura lb” è formato da tre celle esagonali, le antenne direzionali sono collocate nei vertici degli esagoni, le linee in neretto hanno lo stesso significato di prima. the cluster in figure 1b 'is made up of 9 rhomboidal cells, the antennas are placed in the center of the hexagons, the bold lines indicate the opening angle of the antennas; the cluster in figure 1b ”is made up of three hexagonal cells, the directional antennas are placed in the vertices of the hexagons, the bold lines have the same meaning as before.

Dalle immagini di figurai. b si vede che le antenne vengono installate a gruppi di tre su un unico sito, tale configurazione è detta dover e oltre a minimizzare l’interferenza di cocanale minimizza anche il numero di siti. From the images of figurei. b you can see that the antennas are installed in groups of three on a single site, this configuration is called having to and in addition to minimizing co-channel interference it also minimizes the number of sites.

Dai precedenti esempi si può dedurre che il numero di celle N costituenti un cluster è pari al prodotto di MI per M2, dove MI è il numero di celle necessarie a coprire un esagono, mentre M2 indica il numero di esagoni che formano il cluster Supponendo Ml=l, si può dimostrare che M2 deve verificare la seguente relazione: From the previous examples it can be deduced that the number of cells N making up a cluster is equal to the product of MI by M2, where MI is the number of cells needed to cover a hexagon, while M2 indicates the number of hexagons forming the cluster Assuming Ml = l, it can be shown that M2 must verify the following relationship:

Dove i e j sono numeri interi e di conseguenza M2 può assumere solo determinati valori: 1,3,7,9,12, etc. Where i and j are integers and consequently M2 can only assume certain values: 1,3,7,9,12, etc.

Si dimostra che il rapporto D/R (rapporto di riuso cocanale) è legato alla dimensione del cluster M2 attraverso la seguente relazione: It is shown that the D / R ratio (co-channel reuse ratio) is linked to the size of the M2 cluster through the following relationship:

dove: where is it:

D è la distanza tra i centri di due celle cocanali, D is the distance between the centers of two cochannel cells,

R è il raggio delle celle esagonali. R is the radius of the hexagonal cells.

A questo punto calcolando il rapporto C/I si vedrà che esiste un legame con la precedente relazione. At this point, by calculating the C / I ratio, it will be seen that there is a link with the previous relationship.

Supponendo che il sistema sia bilanciato nei confronti dell’interferenza (l’interferenza calcolata sul ricevitore mobile o sulla stazione radio base è la stessa), la potenza utile ricevuta dalla stazione radio base assume il seguente valore: Assuming that the system is balanced against interference (the interference calculated on the mobile receiver or on the radio base station is the same), the useful power received by the radio base station takes on the following value:

dove: where is it:

Pm è la potenza trasmessa dal radio mobili Pm is the power transmitted by the mobile radios

Gm è il guadagno dell’antenna del radio mobile, GB è il guadagno dell’antenna della stazione radio base, Gm is the antenna gain of the mobile radio, GB is the antenna gain of the base radio station,

α è il coefficiente di propagazione (tipicamente a è compreso tra 2 e 5), λ è la lunghezza d’onda. α is the propagation coefficient (typically a is between 2 and 5), λ is the wavelength.

L’interferenza sulla cella considerata, provocata dal j-esimo terminale mobile che trasmette alla sua stessa frequenza ma in una cella diversa, assume la seguente espressione: The interference on the cell considered, caused by the j-th mobile terminal that transmits at its same frequency but in a different cell, takes the following expression:

considerando solo la prima corona di celle cocanali (quindi si devono sommare solo 6 contributi di interferenze) e considerando le potenze e i guadagni j-esimi tutti uguali, l’interferenza totale è data da: considering only the first row of cochannel cells (therefore only 6 interference contributions must be added) and considering the j-th powers and gains all equal, the total interference is given by:

quindi il rapporto C/I è dato da: therefore the C / I ratio is given by:

cocanali si ha: cocanali we have:

in definitiva sostituendo il valore del rapporto D/R nella relazione precedente, si lega C/I alle dimensioni del cluster: ultimately by substituting the value of the D / R ratio in the previous relation, C / I binds to the size of the cluster:

Da questa relazione è possibile calcolare il valore M2 una volta fissato il valore C/Imin· From this relation it is possible to calculate the M2 value once the C / Imin value has been fixed

Nel caso del GSM C/Imin. vale 9 dB, poi ipotizzando a pari a 3 e sostituendo nella relazione precedente si ha. che M2 minimo vale 5. In the case of GSM C / Imin. it is 9 dB, then assuming a equal to 3 and replacing it in the previous relation we have. that the minimum M2 is 5.

Per determinare M2 in un sistema reale bisogna considerare anche le statistiche a lungo termine degli affievolimenti di propagazione. To determine M2 in a real system, the long-term statistics of propagation fading must also be considered.

Dopo aver determinato M2 si passa alla pianificazione dei canali radio e ripartizione delle celle. After determining M2, we move on to planning the radio channels and distributing the cells.

Nella pianificazione dei canali radio, al fine di utilizzare al meglio le strutture di cluster scelte, è opportuno suddividere il numero totale dei canali radio per il numero totale di celle formanti un cluster ottenendo così il numero di canali disponibili per ciascuna cella. In planning the radio channels, in order to make the best use of the chosen cluster structures, it is advisable to divide the total number of radio channels by the total number of cells forming a cluster, thus obtaining the number of channels available for each cell.

Nell’assegnazione dei canali alle varie celle oltre a tener presente l’interferenza di cocanale bisogna considerare anche l’interferenza da canale adiacente. In assigning the channels to the various cells, in addition to taking into account the co-channel interference, the interference from the adjacent channel must also be considered.

Per quanto riguarda l’interferenza di cocanale abbiamo visto che è sufficiente definire la dimensione minima del cluster, che ci serve per definire la distanza minima di riuso che rende trascufabile tale interferenza. As regards the co-channel interference, we have seen that it is sufficient to define the minimum cluster size, which we need to define the minimum reuse distance that makes this interference negligible.

Per limitare Γ interferenza da canale adiacente oltre a non usare i canali adiacenti nella stessa cella bisogna non utilizzarli nelle celle appartenenti allo stesso sito. In order to limit interference from adjacent channel as well as not using adjacent channels in the same cell, they must not be used in cells belonging to the same site.

Quando i canali adiacenti vengono usati in celle vicine ma non appartenenti allo stesso sito di quella considerata si può avere un degrado nella qualità ottenibile dal sistema, tale degrado deve essere opportunamente considerato durante la progettazione. When adjacent channels are used in neighboring cells but not belonging to the same site as the one considered, there may be a degradation in the quality obtainable by the system, this degradation must be appropriately considered during the design.

Tenendo presente tutto ciò, neU’effettuare l’associazione dei gruppi di canali radio alle celle del cluster, si deve evitare per quanto possibile l’uso di canali adiacenti sia nella cella considerata che in quelle delle stesso sito, ed eventualmente anche nelle celle attigue non appartenenti allo stesso sito. Keeping in mind all this, in making the association of the groups of radio channels to the cells of the cluster, it is necessary to avoid as much as possible the use of adjacent channels both in the cell considered and in those of the same site, and possibly also in the adjacent cells. not belonging to the same site.

Nella fase di ripartizione il territorio viene suddiviso in cluster e poi in celle; nel caso in cui si dovesse aumentare la capacita del sistema le celle verranno ulteriormente divise in celle più piccole e si dovrà rifare la ripartizione dei canali radio. In the distribution phase, the territory is divided into clusters and then into cells; if the capacity of the system should be increased, the cells will be further divided into smaller cells and the distribution of the radio channels will have to be redone.

Nell’eseguire questa successiva suddivisione, al fine di ridurre l’interferenza di cocanale, si sostituirà eventualmente anche la struttura del cluster passando da cluster con antenne omnidirezionali a cluster con antenne direttive. In carrying out this subsequent subdivision, in order to reduce co-channel interference, the cluster structure will eventually be replaced, passing from clusters with omnidirectional antennas to clusters with directive antennas.

Da quanto descritto e da altre considerazioni che non sono riportate per brevità, nell’ effettuare il progetto di una rete GSM si devono ottimizzare le seguenti caratteristiche: From what has been described and other considerations that are not reported for the sake of brevity, in carrying out the design of a GSM network, the following characteristics must be optimized:

strategia di copertura, hedging strategy,

posizione delle stazioni radio base, location of base stations,

tipo di antenna e orientamento (angolazione orizzontale e tilt verticale), antenna type and orientation (horizontal angle and vertical tilt),

potenza dei trasmettitori, power of transmitters,

altezza dei tralicci di antenna, height of the antenna masts,

tenendo in considerazioni vincoli oggettivi come: taking into consideration objective constraints such as:

orografia del territorio, orography of the territory,

caratteristiche vegetative del territorio, vegetative characteristics of the territory,

densità di urbanizzazione, urbanization density,

distribuzione geografica dell’utenza. geographical distribution of users.

Accanto a questi vincoli* si stanno affiancando altre esigenze, infatti la necessità di avere un minor impatto ambientale (espressa dalle leggi e dal buon senso) spinge sempre più i progettisti e i gestori delle reti a prendere in considerazioni soluzioni alternative nella pianificazione delle reti, al fine di ridurre il livello dei campi elettromagnetici almeno nelle zone più abitate e di particolare criticità (ospedali, scuole, etc) Alongside these constraints *, other needs are being added, in fact the need to have a lower environmental impact (expressed by laws and common sense) increasingly pushes designers and network managers to consider alternative solutions in network planning, to in order to reduce the level of electromagnetic fields at least in the most populated and particularly critical areas (hospitals, schools, etc.)

1.5 PROPRIETÀ’ DELLE RETI GSM 1.5 OWNERSHIP OF GSM NETWORKS

In una rete radiomobile le stazioni radiobase, le risorse radio da loro utilizzate e le connessioni che vengono attuate devono essere amministrate da un'intelligenza centralizzata al fine di garantire in ogni momento il miglior utilizzo delle prestazioni della rete stessa. Tale intelligenza deve comprendere delle proprietà che consentano di svolgere le diverse attività richieste. In a mobile radio network, the radio base stations, the radio resources they use and the connections that are implemented must be managed by a centralized intelligence in order to guarantee the best use of the network performance at all times. This intelligence must include properties that allow it to carry out the various activities required.

Queste proprietà si possono classificare in quattro categorie: a) proprietà di base These properties can be classified into four categories: a) basic properties

b) proprietà orientate ad incrementare la capacità della utenza b) properties aimed at increasing user capacity

c) proprietà orientate ad incrementare la qualità del servizio visto dall'utente c) properties aimed at increasing the quality of the service seen by the user

d) proprietà orientate ad incrementare la qualità del servizio offerto dalla rete. d) properties aimed at increasing the quality of the service offered by the network.

La rete dovrà quindi supportare un certo numero di funzioni che permettano di soddisfare tali proprietà. La tabella seguente elenca le principali funzioni di un sistema The network will therefore have to support a certain number of functions that allow to satisfy these properties. The following table lists the main functions of a system

Funzione Function

Locating Locating

Channel allocation Channel allocation

MS power control MS power control

DTX uplink DTX uplink

DIX downliuk DIX downliuk

Freguency_hopping Freguency_hopping

Intra celi handover Intra celi handover

Assignement to other celi Assignement to other celi

Overlaid underlaid subecell Overlaid underlaid subecell

Umbrella cells Umbrella cells

Antenna divcrsity Divcrsity antenna

Vedremo in seguito come queste funzioni soddisfano le proprietà sopra descritte e come utilizzarle al meglio per ottenere i risultati attesi. We will see later how these functions satisfy the properties described above and how to best use them to obtain the expected results.

1.6 PROPRIETÀ' DI BASE 1.6 BASIC PROPERTY

1.6.1 Locating 1.6.1 Locating

L'intelligenza centrale che amministra la risorsa radio deve innanzi tutto stabilire in quale cella devono essere connesse le chiamate. Pertanto dovrà localizzare i terminali mobili per assegnare loro un canale nella cella più appropriata. Inoltre come il terminale mobile si sposta la connessione dovrà essere commutata su una nuova cella ( handover) considerata migliore dal sistema. The central intelligence administering the radio resource must first determine in which cell the calls are to be connected. Therefore it will have to locate the mobile terminals to assign them a channel in the most appropriate cell. Furthermore, as the mobile terminal moves, the connection must be switched to a new cell (handover) considered better by the system.

Questa attività viene svolta dalla funzione Locating (Localizzazione). Il processo di localizzazione è sempre attivo durante una chiamata e produce una lista di celle candidate all'handover in ordine dì priorità. Tale lista viene continuamente aggiornata ed è utilizzata dal sistema al momento opportuno. This activity is performed by the Locating function. The localization process is always active during a call and produces a list of cells that are candidates for handover in order of priority. This list is continuously updated and is used by the system at the appropriate time.

L'input al processo di locating necessario alla definizione della lista sono una serie di misure eseguite in pare dal terminale mobile ed in parte dalla stazione radio base. The input to the locating process necessary for defining the list is a series of measurements carried out by the mobile terminal and partly by the radio base station.

Il mobile misura: The cabinet measures:

l'intensità del segnale ricevuto dalla cella servente; the intensity of the signal received by the serving cell;

la qualità del segnale ( basato sul BER sul segnale decodificato ) ricevuto dalla cella servente; the quality of the signal (based on the BER on the decoded signal) received by the serving cell;

l'intensità del segnale ricevuto da un certo numero di celle adiacenti. the intensity of the signal received by a certain number of adjacent cells.

La stazione radio base misura: The radio base station measures:

l'intensità del segnale ricevuto dalla stazione mobile; the strength of the signal received by the mobile station;

la qualità del segnale ricevuto dalla stazione mobile; the quality of the signal received by the mobile station;

il valore di timing advance necessario alla connessione ed inviato al mobile. the timing advance value needed for the connection and sent to the mobile.

1.6.2 Channel allocation 1.6.2 Channel allocation

Quando, attraverso il processo di locating, è stata definita la cella da utilizzare per la chiamata dovrà essere allocato un canale radio all'intemo di essa. Questa attività viene svolta dalla funzione Channel allocation. La funzione definisce inoltre il tipo di canale da utilizzare a secondo della risorsa radio richiesta. I tipi di risorse radio possono essere classificate in base ad un certo numero di parametri e cioè: When, through the locating process, the cell to be used for the call has been defined, a radio channel must be allocated inside it. This activity is carried out by the Channel allocation function. The function also defines the type of channel to be used according to the radio resource requested. The types of radio resources can be classified according to a certain number of parameters, namely:

procedura ( handover/assignement/immediate assignement etc; in accordo con il GSM); procedure (handover / assignement / immediate assignement etc; in accordance with GSM);

utilizzo ( segnalazione o fonia/dati utente); use (signaling or voice / user data);

subcell ( overlaid/underlaid) subcell (overlaid / underlaid)

Definito il tipo di risorsa il sistema destinerà ad essa il canale più idoneo. Once the type of resource has been defined, the system will allocate the most suitable channel to it.

1.7 PROPRIETÀ’ ATTE AD INCREMENTARE ' LA CAPACITA’ DI UTENZA 1.7 PROPERTIES SUITABLE TO INCREASE USER CAPACITY

1.7.1 Generalità 1.7.1 General

L'incremento della capacità d'utenza di una rete può essere attuato definendo celle di copertura sempre più piccole. Questo potrà avere però un impatto negativo sulla qualità della fonia a causa delle interferenze. Sarà quindi necessario definire delle funzioni che permettano di mantenere tale qualità a livelli accettabili anche utilizzando una pianificazione delle celle molto stretta. The increase in the user capacity of a network can be implemented by defining ever smaller coverage cells. However, this can have a negative impact on the quality of speech due to interference. It will therefore be necessary to define functions that allow to maintain this quality at acceptable levels even using a very strict cell planning.

Le funzioni che svolgono questo compito possono essere divise in tre gruppi: The functions that perform this task can be divided into three groups:

Funzioni orientate a mantenere un ottimizzazione geografica del rapporto CU. Functions aimed at maintaining a geographical optimization of the CU relationship.

A questo gruppo appartengono: To this group belong:

Locating; Locating;

Assignement to other celi; Assignement to other celi;

Overlaid/underlaid subcell. Overlaid / underlaid subcell.

Funzioni orientate a diminuire i fenomeni inteferenziali nella rete: A questo gruppo appartengono: Functions aimed at decreasing the interferential phenomena in the network: To this group belong:

Locating; Locating;

MS power control; MS power control;

DTX uplink; DTX uplink;

DTX downlink. DTX downlink.

Funzioni orientate a migliorare l'ambiente radio e renderlo il più vicino possibile ai modelli teorici nonostante la complessità della reale situazione pratica. Functions aimed at improving the radio environment and making it as close as possible to theoretical models despite the complexity of the real practical situation.

A questo gruppo appartengono: To this group belong:

Frequency hopping; Frequency hopping;

Antenna diversity. Antenna diversity.

1.7.2 Metodi per migliorare il rapporto C/I 1.7.2 Methods to improve the C / I ratio

Nel sistema GSM la localizzazione per l'handover è effettuata in base a misure di intensità del segnale radioelettrico eseguite dal terminale mobile ( downlink ) sulla cella servente e su un certo numero di celle adiacenti. I bordi per l'handover saranno quindi delle linee lungo le quali l'intensità del segnale proveniente dalla cella servente è uguale all'intensità del segnale proveniente dalla cella adiacente ( C handover borders ). Queste lineef^qualora venga rispettato lo schema teorico visto in precedenza, coincidono con le linee di pari C/I ( C/I handover borders). In the GSM system, the localization for handover is carried out on the basis of measurements of the intensity of the radioelectric signal carried out by the mobile terminal (downlink) on the serving cell and on a certain number of adjacent cells. The edges for the handover will therefore be lines along which the intensity of the signal coming from the serving cell is equal to the intensity of the signal coming from the adjacent cell (C handover borders). These linesf ^ if the theoretical scheme seen above is respected, they coincide with the lines of equal C / I (C / I handover borders).

In pratica però, lo schema teorico non è completamente attuabile e pertanto si verificheranno delle situazioni in cui nei bordi per l'handover, basati sui valori di intensità di segnale ricevuto, avremo dei valori di C/I al di sotto del limite tollerabile dal sistema. In practice, however, the theoretical scheme is not completely feasible and therefore situations will arise in which in the edges for the handover, based on the received signal intensity values, we will have C / I values below the limit tolerable by the system .

Vediamo quindi che cosa è necessario fare per migliorare il C/I ai bordi delle celle. So let's see what needs to be done to improve C / I at cell edges.

Come mostrato in figura 2 due fattori contribuiscono a definire il rapporto C/I. La potenza del segnale utile ( C ) e la potenza del segnale interferente (I) As shown in figure 2 two factors contribute to define the C / I ratio. The strength of the useful signal (C) and the strength of the interfering signal (I)

Facendo crescere C in un sito si possono migliorare le connessioni svolte in quell'area ma sicuramente questo contribuirà ad incrementare I in un sito vicino con un conseguente peggioramento del rapporto C/I di quell'area. Growing C in a site can improve the connections carried out in that area but this will certainly contribute to increasing I in a nearby site with a consequent worsening of the C / I ratio of that area.

Facendo crescere C ovunque avremo la conseguenza di far crescere ovunque anche I dello stesso fattore e pertanto non avremo nessun miglioramento del rapporto C/I. Growing C everywhere will have the consequence of making I also grow everywhere by the same factor and therefore we will not have any improvement in the C / I ratio.

La strada migliore è quella di modificare i bordi per l'handover in modo di avvicinarli il più possibile alle linee di uguale C/I (C/I handover borders) viste in precedenza. The best way is to modify the borders for the handover so as to bring them as close as possible to the lines of the same C / I (C / I handover borders) seen above.

AH'intemo di una cella le variazioni di C/I dipendono maggiormente dalle variazioni di C piuttosto che da quelle di I. Infatti, come è mostrato in figura 2, spostandosi tra due celle il valore di I si mantiene abbastanza costante rispetto al valóre di C che varia molto più significativamente. Within a cell, the variations of C / I depend more on the variations of C rather than those of I. In fact, as shown in figure 2, moving between two cells the value of I remains fairly constant with respect to the value of C which varies much more significantly.

Impiegando un riuso delle frequenze non coincidente con lo schema teorico ma abbastanza regolare può essere definito un bordo per l'handover di uguale C/I medio ( average C/I handover border ) approssimabile al bordo per l'handover di uguale C (C handover border). By employing a reuse of frequencies that does not coincide with the theoretical but fairly regular scheme, an average C / I handover border can be defined for the handover of equal C border).

Modifica dei bordi delle celle Changing cell borders

Nel sistema GSM l'algoritmo di localizzazione lavora in modo che i bordi per l’handover siano definiti in base al intensità del segnale ricevuto C ( C handover borders). Questo criterio è chiamato "signal strength" mode. In the GSM system, the localization algorithm works so that the edges for the handover are defined based on the intensity of the received signal C (C handover borders). This criterion is called "signal strength" mode.

Se il riuso delle frequenze è molto irregolare il "C handover border" può essere molto diverso dal "average C/I handover border". Se si verifica questa situazione è necessario, tramite un meccanismo manuale ( modifica dei parametri di cella), spostare il bordo di una determinata cella. Se le posizioni della linea di uguale C e di uguale C/I medio sono conosciute dalle previsioni o simulazioni di copertura, il bordo della cella può essere spostato in modo che le due linee coincidano il più possibile. If the reuse of frequencies is very irregular, the "C handover border" can be very different from the "average C / I handover border". If this situation occurs it is necessary, through a manual mechanism (modification of cell parameters), to move the border of a certain cell. If the positions of the equal C and equal C / I mean line are known from coverage predictions or simulations, the cell border can be moved so that the two lines coincide as closely as possible.

1.7.4 Assegnazione della chiamata alla cella "migliore" 1.7.4 Assigning the call to the "best" cell

Il terminale mobile quando si trova in stato di "idle mode" è sempre alla ricerca della cella migliore in termine di intensità di campo ricevute. Questa valutazione servirà alla stazione mobile per determinare in fase di chiamata su quale canale e quindi in quale cella richiedere l'accesso. In seguito alla richiesta di accesso il sistema assegnerà un canale di segnalazione e poi di traffico appartenente alla cella scelta dal mobile. Se il sistema supporta la funzione di "Assignement to other celi”, o più in particolare "Assignement to better celi", al momento del setup della chiamata sarà in grado di valutare le condizioni di C/I ed eventualmente assegnare alla chiamata un canale appartenente ad una cella diversa da quella in cui il mobile ha richiesto l'accesso. When the mobile terminal is in "idle mode" it is always looking for the best cell in terms of field strength received. This evaluation will be used by the mobile station to determine during the call phase on which channel and therefore in which cell to request access. Following the access request, the system will assign a signaling channel and then a traffic channel belonging to the cell chosen by the mobile. If the system supports the "Assignement to other celi" function, or more specifically "Assignment to better celi", at the time of the call setup it will be able to evaluate the C / I conditions and possibly assign a belonging channel to the call to a cell other than the one in which the mobile requested access.

1.7.5 Distribuzione di C: utilizzo del diversity 1.7.5 Distribution of C: use of diversity

Frequencv diversitv Frequencv diversitv

Il fiequency hopping è una prestazione che provoca un effetto chiamato fiequency diversity. Fiequency hopping is a performance that causes an effect called fiequency diversity.

Il fiequency diversity è basato sul principio che il fenomeno del fading rapido dovuto ai cammini multipli è dipendente dalla frequenza. Pertanto se una comunicazione viene svolta saltando in diversi istanti di tempo tra diverse frequenze, i buchi di campo dovuti al fading rapido (fading dip) risultano meno profondi, e quindi la distribuzione di C più regolare, rispetto ad una comunicazione svolta in modo continuativo sulla stessa frequenza. In questo modo le comunicazioni svolte da mobili che si muovono lentamente potranno essere più regolari ed il margine di fading da considerare in fase di celi planning può essere diminuito. The fiequency diversity is based on the principle that the phenomenon of rapid fading due to multiple paths is frequency dependent. Therefore, if a communication is carried out by jumping in different instants of time between different frequencies, the field holes due to the rapid fading (fading dip) are less deep, and therefore the distribution of C more regular, compared to a communication carried out continuously on the same frequency. In this way the communications carried out by slowly moving furniture can be more regular and the fading margin to be considered in the celi planning phase can be decreased.

I mobili che si muovono velocemente, pur utilizzando anch'essi tale prestazione, non ne traggono beneficio da questo punto di vista. Infatti per via della rapidità del movimento la durata del fading dip risulta essere molto breve anche in assenza di frequency hopping e quindi i disturbi causati possorio^ essere facilmente recuperati dal correttore di errori nella codifica di canale Furniture that moves quickly, while also using this feature, does not benefit from this point of view. In fact, due to the rapidity of the movement, the duration of the fading dip turns out to be very short even in the absence of frequency hopping and therefore the disturbances caused can be easily recovered by the corrector of errors in the channel coding

Space diversitv Space diversity

La prestazione di space diversity ( diversità di spazio ) è attuata utilizzando nella stessa cella due antenne di ricezione posizionate ad una certa distanza tra di loro. Tale prestazione si basa sul principio che il fading dovuto ai cammini multipli è diverso ed indipendente sulle due antenne. Se le due antenne sono provviste di due ricevitori separati, i due segnali (indipendenti) sono combinati secondo uno schema che offre il massimo guadagno. 1.7.6 Diminuzione dell' interferenza The performance of space diversity is implemented by using two receiving antennas positioned at a certain distance from each other in the same cell. This performance is based on the principle that the fading due to the multiple paths is different and independent on the two antennas. If the two antennas are equipped with two separate receivers, the two (independent) signals are combined in a scheme that offers maximum gain. 1.7.6 Decrease in interference

Strategia generale General strategy

Un altro approccio per far crescere il rapporto C/I è quello di diminuire l'interferenza I. Another approach to increasing the C / I ratio is to decrease I interference.

Ci sono diverse possibilità per diminuire l'interferenza. Un metodo è quello di concentrarsi sulle aree dove il C/I è critico e cercare di migliorare la situazione dove c'è più bisogno. Un altro approccio è provare a diminuire la quantità totale di energia trasmessa dal sistema. Un terzo criterio è di limitare la variazione di interferenza così come quella di segnale ricevuto, in altre parole la varianza statistica dei fattori C ed I. There are several ways to decrease the interference. One method is to focus on areas where C / I is critical and try to improve the situation where it is most needed. Another approach is to try to decrease the total amount of energy transmitted by the system. A third criterion is to limit the variation in interference as well as that of the received signal, in other words the statistical variance of factors C and I.

Le prestazioni impiegate nel sistema GSM per ridurre l'interferenza utilizzano questi tre tipi di strategie. The performance employed in the GSM system to reduce interference uses these three types of strategies.

Power control Power control

Una connessione svolta molto vicino alla stazione radio base ha un rapporto C/I in eccesso rispetto a quello necessario per ottenere una buona qualità della conversazione. A connection made very close to the base station has a C / I ratio in excess of that necessary to obtain good conversation quality.

Se la potenza irradiata per questa connessione può essere diminuita ( sia in uplink che in downlink ), il segnale ricevuto C diminuirà e di conseguenza anche il rapporto C/I. A questo decremento non corrisponderà un degrado della qualità della fonia in quanto il rapporto C/I si manterrà entro il limite accettabile. Questo consentirà di irradiare meno potenza a parità di qualità ed avremo il vantaggio di diminuire interferenza in qualche altro punto della rete. If the radiated power for this connection can be decreased (both uplink and downlink), the received signal C will decrease and consequently also the C / I ratio. This decrease will not correspond to a degradation of the voice quality as the C / I ratio will remain within the acceptable limit. This will allow to radiate less power with the same quality and we will have the advantage of decreasing interference in some other point of the network.

Se la stessa strategia viene adottata in tutte le celle della rete, la quantità totale di potenza irradiata diminuirà e di conseguenza anche l'interferenza media ailinterno della rete, anche l’impatto ambientale ne giova direttamente. If the same strategy is adopted in all the cells of the network, the total amount of radiated power will decrease and consequently also the average interference within the network, the environmental impact also benefits directly.

Questa strategia avrà l'effetto di mantenere costante C indipendentemente dalla posizione del mobile e quindi anche il rapporto C/I potrà essere mantenuto entro i limiti desiderati in ogni punto della rete. L'obiettivo dell'algoritmo di controllo potenza è di regolare la potenza emessa dal mobile in modo di mantenere costante ad un valore desiderato il segnale ricevuto dalla stazione radio base. Tale regolazione ha un intervallo di dinamica che è limitato dalle caratteristiche del trasmettitore della stazione mobile e quindi la regolazione sarà efficace solo in una parte dell'area coperta dalla cella. Infatti vicino alla stazione base il mobile non può ridurre la potenza oltre un certo valore. Viceversa lontano dalla stazione radio base il mobile, che già sta trasmettendo al massimo della sua potenza, non può incrementare ulteriormente il segnale. This strategy will have the effect of keeping C constant regardless of the position of the cabinet and therefore also the C / I ratio can be kept within the desired limits at any point of the network. The goal of the power control algorithm is to regulate the power emitted by the mobile so as to keep the signal received from the radio base station constant at a desired value. This adjustment has a range of dynamics which is limited by the characteristics of the transmitter of the mobile station and therefore the adjustment will be effective only in a part of the area covered by the cell. In fact, near the base station, the mobile cannot reduce the power beyond a certain value. Conversely, away from the base radio station, the mobile, which is already transmitting at maximum power, cannot further increase the signal.

Più in dettaglio la potenza di uscita dei mobili è regolata (su SDCCH e TCH) in base alle misure di SS (Signal Strenth) e di qualità ( RX QUAL verso up-link) che la BTS invia al BSC: in questo modo il BSC calcola il livello di potenza di uscita del mobile e invia il comando di regolazione → riduzione interferenza uplink. More in detail, the output power of the furniture is regulated (on SDCCH and TCH) on the basis of the SS (Signal Strenth) and quality (RX QUAL towards up-link) measurements that the BTS sends to the BSC: in this way the BSC calculates the output power level of the cabinet and sends the adjustment command → uplink interference reduction.

La potenza massima di uscita per i mobili è legata alla classe del mobile ed al parametro MSTXPWR (massima potenza che un mobile può usare su una cella): The maximum output power for the furniture is related to the class of the furniture and the MSTXPWR parameter (maximum power that a furniture can use on a cell):

Potenza minima per mobili fGSM 05,051: Minimum power for furniture fGSM 05.051:

GSM900 di fase 1: 13 dBm; Phase 1 GSM900: 13 dBm;

GSM900 di fase 2: 5dBm; Phase 2 GSM900: 5dBm;

GSM1800 di fase 1, classe 1: 10 dBm; GSM1800 phase 1, class 1: 10 dBm;

GSM1 800 di fase 1, classe 2: 4 dBm; GSM1 800 phase 1, class 2: 4 dBm;

GSM1800 di fase 2: 0 dBm; GSM1800 phase 2: 0 dBm;

La massima variazione di potenza: 16dBm in 480ms; The maximum power variation: 16dBm in 480ms;

comandi di regolazione consecutivi (step 2dB); consecutive regulation commands (2dB step);

Nel caso di immediate assignment ed handover l’algoritmo è reinizializzato (si ha, cioè, una regolazione iniziale che prevede solo decrementi a partire dalla max potenza, per evitare il blocco dei ricevitori - MS localizzato vicino a BTS - e per non degradare la qualità delle altre chiamate). In the case of immediate assignment and handover, the algorithm is reinitialized (that is, an initial adjustment that only provides for decreases starting from the maximum power, to avoid blocking the receivers - MS located near BTS - and not to degrade the quality other calls).

A regime l’algoritmo di controllo di potenza opera in modo da tenere conto sia dell’attenuazione di tratta e sia della qualità, e prevede sia incrementi che decrementi. When fully operational, the power control algorithm operates in such a way as to take into account both the attenuation of the section and the quality, and provides for both increases and decreases.

Il Controllo di potenza a regime cosi’ come evidenziato in figura 3 prevede sia incrementi che decrementi. The steady-state power control as shown in Figure 3 provides for both increases and decreases.

Al fine di minimizzare la potenza trasmessa dal telefonino, a fronte del minor impatto ambientale e interferenziale, pur mantenendo un livello sufficiente di qualità del collegamento radio, l’algoritmo tende a mantenere determinati livelli di potenza e qualità. In order to minimize the power transmitted by the mobile phone, with a lower environmental and interference impact, while maintaining a sufficient level of radio link quality, the algorithm tends to maintain certain levels of power and quality.

Un esempio potrebbe essere: An example could be:

di segnale RX LEV ricevuti dalla SRB tra -85 dBm e - 91 dBm; di segnale RX LEV ricevuti dalla MS tra -79 dBm e - 85 dBm; di qualità RX Qual <=3 sia Doun Link e Up Link. of RX LEV signal received by the SRB between -85 dBm and - 91 dBm; of RX LEV signal received by the MS between -79 dBm and - 85 dBm; Quality RX Qual <= 3 for both Doun Link and Up Link.

In maniera approssimativa possono essere date tre linee guida da considerare per la pianificazione del controllo di potenza: Approximately three guidelines can be given to consider for power control planning:

- l'area della cella coperta dalla regolazione deve essere la più ampia possibile; - the cell area covered by the regulation must be as large as possible;

- l'intensità del segnale ricevuto desiderato ( desidered signal strenght ) dovrà essere impostato ad un valore tale che determini il più basso valore tollerabile di C/I in ogni punto della cella; - the intensity of the desired received signal (desired signal strength) must be set to a value such that it determines the lowest tolerable C / I value in each point of the cell;

- l'intensità del segnale ricevuto desiderato ( desidered signal strenght ) dovrà essere impostato ad un valore abbastanza alto per permettere di mantenere la qualità della fonia in ogni punto della cella. - the intensity of the desired received signal (desired signal strength) must be set at a high enough value to allow the quality of the voice to be maintained in every point of the cell.

Questi tre requisiti possono essere tra loro difficilmente conciliabili in una rete con celle di forma irregolare. These three requirements can be difficult to reconcile with each other in a network with irregularly shaped cells.

Pianificazione celle overlaid/underlaid Overlaid / underlaid cell planning

Un altro approccio per migliorare la distribuzione del rapporto C/I è quello di dividere ogni cella in due sottocelle ( subcell), una cella overlaid ed una underlaid. Si creano cosi due reti sovrapposte che utilizzano due differenti schemi di riuso delle frequenze. Inoltre le celle overlaid hanno un'area di copertura limitata rispetto alle celle underlaid. Another approach to improve the distribution of the C / I ratio is to divide each cell into two subcells, an overlaid cell and an underlaid cell. Thus two overlapping networks are created which use two different frequency reuse schemes. Furthermore, overlaid cells have a limited coverage area compared to underlaid cells.

Supponiamo che lo schema di riuso delle frequenze per una data rete si dimostra troppo stretto e che quindi il rapporto C/I in prossimità dei bordi delle celle risulta essere al di sotto del limite tollerabile. Un modo non troppo esemplare per risolvere la situazione potrebbe essere quello di restringere le celle in modo da escludere da esse le zone con il rapporto C/I sotto soglia. In questo modo però verrebbe tagliato fuori il traffico al di fuori delle celle ristrette creando inevitabilmente dei buchi di copertura al confine tra le celle. Se però altre celle possono essere provviste di un set di frequenze aggiuntivo indipendente dal principale e pianificato secondo uno schema di riuso più lasco, le zone di confine tra le celle di dimensioni ridotte possono essere coperte dalle celle di dimensioni più ampie in modo di colmare i buchi di copertura ed ottenere il rapporto C/I richiesto. Let us suppose that the frequency reuse scheme for a given network proves to be too narrow and that therefore the C / I ratio near the edges of the cells is below the tolerable limit. A not too exemplary way to solve the situation could be to narrow the cells in order to exclude from them the areas with the C / I ratio below the threshold. In this way, however, traffic outside the confined cells would be cut off, inevitably creating cover holes at the boundary between the cells. However, if other cells can be provided with an additional set of frequencies independent from the main one and planned according to a looser reuse scheme, the boundary areas between the smaller cells can be covered by the larger cells in order to fill the coverage holes and obtain the required C / I ratio.

Nella pratica la pianificazione della rete cellulare viene fatta utilizzando lo schema di riuso più largo e riservandosi un certo numero di frequenze per il futuro. Questa è la rete delle celle underlaid. In seguito quando la richiesta di capacità della rete aumenta le frequenze non utilizzate verranno pianificate secondo uno schema più stretto e con le limitazioni di copertura viste in precedenza. Questa è la rete overlaid. In practice, the planning of the cellular network is done using the largest reuse scheme and reserving a certain number of frequencies for the future. This is the network of underlaid cells. Later, when the demand for network capacity increases, the unused frequencies will be planned according to a tighter scheme and with the coverage limitations seen above. This is the overlaid network.

La fig. 4 mostra un esempio di alcune celle overlaid ed underlaid. Sul cluster gli esagoni più interni rappresentano le celle overlay quelli più grandi le celle underlay queste sono pianificate fon i gruppi di frequenza rispettivamentee f0 e f1 diversi. Fig. 4 shows an example of some overlaid and underlaid cells. On the cluster, the innermost hexagons represent the overlay cells, the larger ones the underlay cells, these are planned with different frequency groups f0 and f1 respectively.

Il controllo di potenza alfintemo delle sottocelle introdurrà un ulteriore beneficio. La frazione di area coperta dalla regolazione di potenza aumenterà per entrambe le sottocelle e quindi con essa l'efficienza del controllo di potenza. Power control at the end of the sub-cells will introduce an additional benefit. The fraction of the area covered by the power regulation will increase for both sub-cells and therefore with it the efficiency of the power control.

Trasmissione discontinua Discontinuous transmission

La prestazione di trasmissione discontinua ( discontinous transmission, DTX) consente di attivare il trasmettitore della stazione mobile e/o della stazione radio base solo quando è rilevata una sufficiente pressione acustica sul microfono del telefono, in altre parole solo quando l'utilizzatore sta parlando. Questo permette di ridurre la quantità di energia trasmessa in aria e pertanto di diminuire l’interferenza media nel sistema Inoltre il segnale ricevuto non è influenzato da tale funzione in quanto, quando il trasmettitore è attivo, quest'ultimo utilizzerà la potenza corretta. Pertanto utilizzando il DTX migliorerà il rapporto C/I medio del sistema Discontinous transmission (DTX) performance allows the transmitter of the mobile station and / or radio base station to be activated only when sufficient sound pressure is detected on the telephone microphone, in other words only when the user is speaking. This allows to reduce the amount of energy transmitted into the air and therefore to reduce the average interference in the system. Furthermore, the received signal is not affected by this function since, when the transmitter is active, the latter will use the correct power. Therefore using the DTX will improve the average C / I ratio of the system

1.7.7 Distribuzione di I 1.7.7 Distribution of I.

Le caratteristiche radio e quindi il rapporto C/I possono variare in modo significativo spostandoci alfintemo di una piccola area a causa dell'ambiente fisico. Inoltre il rapporto C/I in una specifica posizione geografica può variare significativamente anche nel tempo a causa delle variazioni dell'ambiente fisico ( passaggio di camion, etc. ) e della distribuzione dei terminali mobili e dei canali radio attivi nelle aree circostanti. The radio characteristics and therefore the C / I ratio can vary significantly as we move within a small area due to the physical environment. Furthermore, the C / I ratio in a specific geographical position can vary significantly over time due to variations in the physical environment (passage of trucks, etc.) and the distribution of mobile terminals and radio channels active in the surrounding areas.

Questo fatto deve essere preso in considerazione durante la pianificazione delle celle e dovrà quindi essere definito un margine di sicurezza (celli planning margin). This fact must be taken into account when planning the cells and a safety margin (celli planning margin) must therefore be defined.

Siccome la trasmissione della fonia in un sistemi digitale può sopportare un rapporto C/T fino a 9 dB, bisognerà fare in modo che in tutta la rete il valore più basso atteso del rapporto C/I sia uguale a 9 dB tenendo in considerazione tutti i casi più sfortunati che possono contribuire al suo degrado. Since the voice transmission in a digital system can withstand a C / T ratio up to 9 dB, it will be necessary to ensure that in the whole network the lowest expected value of the C / I ratio is equal to 9 dB, taking into account all the more unfortunate cases that can contribute to its degradation.

Purtroppo i casi peggiori sono tali che le funzioni di power control e DTX non possono contribuire al loro miglioramento. Vediamo due esempi. Unfortunately, the worst cases are such that the power control and DTX functions cannot contribute to their improvement. Let's see two examples.

Supponiamo che la stazione mobile che provoca l'interferenza cocanale sia posizionata molto distante dalla stazione radio base e che quindi stia trasmettendo al massimo della sua potenza. Suppose that the mobile station causing the co-channel interference is positioned very far from the base station and therefore is transmitting at its maximum power.

Supponiamo inoltre che la stazione radio base che sta ricevendo l'interferenza abbia la stazione mobile ad essa collegata molto vicina e che quindi quest'ultima stia trasmettendo alla minima potenza consentita; Let us also suppose that the radio base station that is receiving the interference has the mobile station connected to it very close and that therefore the latter is transmitting at the minimum allowed power;

In questa situazione, pur utilizzando il controllo di potenza, il rapporto C/I può essere peggiore di altre situazioni in cui il controllo di potenza non è impiegato. Il rapporto C/I medio statistico per questa particolare cella o per questa particolare posizione dovrà quindi essere pianificato in modo che C o il margine di C/I usati in celi planning siano impostati ad un livello sufficientemente elevato per consentire di sfruttare il guadagno del rapporto C/I medio introdotto dal controllo di potenza. In this situation, while using power control, the C / I ratio can be worse than other situations where power control is not employed. The statistical average C / I ratio for this particular cell or position will then need to be planned so that C or the C / I margin used in celi planning is set at a high enough level to allow for the gain of the ratio to be exploited. Average C / I introduced by the power control.

Il frequency hopping offre un metodo per combattere l'interferenza co-canale, la frequenza di trasmissione e di ricezione cambia ad ogni burst. Se la connessione che provoca l’interferenza cambia frequenza secondo uno schema di ripetizione ciclico diverso dalla connessione che la riceve, il danno per quella connessione sarà limitata ad un solo burst, e interferenza verrà distribuita in maniera regolare su tutte le altre connessioni attive. In questo modo la durata dell'interferenza sulla singola connessione sarà sufficientemente breve per consentire al correttore di errori di ripristinare il segnale originale. Come conseguenza di ciò i benefici previsti dall'utilizzo del DTX e del Power Control possono realmente verificarsi. Frequency hopping offers a method to combat co-channel interference, the transmit and receive frequency changes with each burst. If the connection that causes the interference changes frequency according to a cyclic repetition pattern different from the connection that receives it, the damage for that connection will be limited to a single burst, and interference will be distributed on a regular basis on all other active connections. In this way the duration of the interference on the single connection will be short enough to allow the error corrector to restore the original signal. As a result, the expected benefits of using the DTX and Power Control can actually occur.

La totalità di interferenza nella rete in termini di energia emessa non cambia con il frequency hopping, ma la varianza statistica del C/I medio decresce e quindi il margine di celi planning può essere ridotto della stessa quantità. The totality of interference in the grid in terms of energy emitted does not change with frequency hopping, but the statistical variance of the average C / I decreases and therefore the celi planning margin can be reduced by the same amount.

PROPRIETÀ’ ORIENTATE AD INCREMENTARE LA QUALITÀ’ DEL SERVIZIO IN OTTICA CLIENTE PROPERTIES ORIENTED TO INCREASE THE QUALITY OF THE SERVICE FROM A CLIENT VIEW

Generalità Generality

In questa sezione vengono descritte le prestazioni di sistema che possono essere usate per incrementare la qualità del servizio dal punto di vista dell'utente. This section describes the system performance that can be used to increase the quality of service from the user's point of view.

Ovviamente la stazione mobile è un componente chiave nella qualità del servizio intesa da questo punto di vista ed introduce dei fattori che sono al di fuori della portata della rete. Obviously the mobile station is a key component in the quality of service understood from this point of view and introduces factors that are beyond the reach of the network.

Ad ogni modo un certo numero di prestazioni radio della rete permettono di migliorare la qualità della fonia e la stabilità delle connessioni. In any case, a certain number of radio performances of the network allow to improve the voice quality and the stability of the connections.

Le funzioni che svolgono questi compiti possono essere divise in due gruppi: The functions that perform these tasks can be divided into two groups:

Funzioni che incrementano la qualità e l'affidabilità della trasmissione radio ( qualità della fonia e affidabilità ed efficienza della trasmissione dati ). A questo gruppo appartengono le seguenti funzioni: Functions that increase the quality and reliability of radio transmission (voice quality and reliability and efficiency of data transmission). The following functions belong to this group:

Locating Locating

Frequency hopping Frequency hopping

Intra-cell handover Intra-cell handover

Umbrella cells Umbrella cells

Antenna diversity Antenna diversity

funzioni che incrementano la durata delle batterie delle stazioni mobili. A questo gruppo appartengono le seguenti funzioni: functions that increase the battery life of mobile stations. The following functions belong to this group:

MS power control MS power control

DTX uplink DTX uplink

1.8.2 Qualità della trasmissione radio 1.8.2 Quality of the radio transmission

La procedura di Locating nel sistema GSM dispone di due funzioni che sono orientate ad ottenere connessioni stabili e di alta qualità: The Locating procedure in the GSM system has two functions which are aimed at obtaining stable and high quality connections:

handover at bad quality ( handover per cattiva qualità) handover at excessive timing advance ( handover per eccessivo avanzamento temporale). handover at bad quality handover at excessive timing advance.

La qualità della fonia è determinata in base alla misura di BER ( Bit Error Rate ) che viene eseguita in continuazione sul collegamento radio uplink e downlink. Se il BER supera un certo valore viene eseguito un hanodver in un'altra cella. The voice quality is determined on the basis of the BER (Bit Error Rate) measurement which is continuously performed on the uplink and downlink radio links. If the BER exceeds a certain value, a hanodver is performed in another cell.

Questa nuova cella può non essere ottimale dal punto di vista del C/I. In effetti questa funzione può alterare i bordi di cella che erano stati definiti per ottimizzare il rapporto C/I. This new cell may not be optimal from a C / I point of view. In fact this function can alter the cell borders that were defined to optimize the C / I ratio.

Anche il timing advanced è continuamente controllato durante'una connessione. Se supera un limite definito a priori, viene eseguito un handover in uri' altra cella. Advanced timing is also continuously checked during a connection. If it exceeds a previously defined limit, a handover is performed in another cell.

Questa funzione è pensata per essere usata principalmente in celle molto ampie con attenuazione del segnale molto bassa (in mezzo a un lago, in ambiente marittimo ), per definire un limite all'area coperta dalla cella. In questi casi, infatti, se la cella non fosse limitata potremmo avere un forte degrado del rapporto C/I del sistema. This function is designed to be used mainly in very large cells with very low signal attenuation (in the middle of a lake, in a maritime environment), to define a limit to the area covered by the cell. In these cases, in fact, if the cell were not limited we could have a strong degradation of the system C / I ratio.

Un altro modo per migliorare la qualità specialmente in connessioni con livelli di segnale elevati è di eseguire un handover in un canale appartenente alla stessa cella ( intra-cell handover ). Questo viene fatto partendo dal presupposto che la cella sia ancora la migliore e che il degrado di qualità è dovuto a coincidenze di tipo stocastico. In questi casi un cambio di canale può migliorare la qualità della trasmissione. Another way to improve quality especially in connections with high signal levels is to perform a handover in a channel belonging to the same cell (intra-cell handover). This is done on the assumption that the cell is still the best and that the quality degradation is due to stochastic coincidences. In these cases, a channel change can improve the quality of the transmission.

Un sistema che utilizza il frequency hopping permette delle connessioni che sono soggette a minori variazioni della qualità della trasmissione e pertanto le chiamate saranno più stabili e più affidabili. A system that uses frequency hopping allows connections that are subject to fewer variations in transmission quality and therefore calls will be more stable and more reliable.

Le celle ad ombrello (Umbrella cells) permettono di incrementare la qualità fornendo un rifugio per quelle connessioni soggette a cattive condizioni radio. La probabilità di mantenere in piedi una connessione cresce e cosi anche l'affidabilità del sistema. Umbrella cells allow to increase the quality by providing a refuge for those connections subject to bad radio conditions. The probability of maintaining a connection increases and so does the reliability of the system.

L'antenna diversity permette di avere una ricezione più uniforme alla stazione radio base rendendo più affidabile la qualità della fonia. The diversity antenna allows for more uniform reception at the base radio station making the voice quality more reliable.

1.8.3 Durata delle batterie 1.8.3 Battery life

Le funzioni MS power control e DTX uplink, pur essendo prestazioni di rete, permettono di ridurre i consumi delle batterie delle stazioni mobili e quindi la durata delle batterie. The MS power control and DTX uplink functions, despite being network performance, allow to reduce the consumption of the batteries of the mobile stations and therefore the battery life.

1.8.4 Dispersione temporale 1.8.4 Time dispersion

Un fenomeno di notevole importanza, non correggibile dalle funzioni di rete e con un forte impatto sulla qualità della trasmissione radio, e quindi sulla qualità del servizio vista A phenomenon of considerable importance, not correctable by the network functions and with a strong impact on the quality of the radio transmission, and therefore on the quality of the service seen

dall'utente, è quello della dispersione temporale. by the user, is that of temporal dispersion.

In un sistema radiomobile digitale, il segnale ricevuto in un punto della rete è composto da più componenti. Una componente diretta e più componenti riflesse che, a causa dei cammini multipli, arrivano al ricevitore in tempi differenti e quindi più o meno ritardate rispetto alla componente diretta. In a digital mobile radio system, the signal received at one point in the network is made up of several components. A direct component and several reflected components which, due to the multiple paths, arrive at the receiver at different times and therefore more or less delayed compared to the direct component.

Il segnale risultante sarà quindi soggetto ad interferenza intersimbolo (vedi fig 5a). Infatti i bit che arrivano in ritardo ( componenti riflesse ) andranno ad interferire i bit trasmessi in istanti immediatamente successivi ( componente diretta e componenti riflesse con minor ritardo). L'effetto sarà un forte degrado della qualità del collegamento a causa dell’ indecisione del decodificatore The resulting signal will therefore be subject to intersymbol interference (see fig 5a). In fact, the bits that arrive late (reflected components) will interfere with the bits transmitted immediately afterwards (direct component and reflected components with less delay). The effect will be a strong degradation of the connection quality due to the indecision of the decoder

Il sistema GSM è progettato per resistere al fenomeno della dispersione temporale purché questa sia contenuta entro certi limiti, definiti in termini di ritardo ed ampiezza. The GSM system is designed to resist the phenomenon of temporal dispersion as long as this is contained within certain limits, defined in terms of delay and amplitude.

In pratica è stata definita un finestra temporale di 16 microsecondi all'intemo della quale, grazie all'equalizzatore adattai ivo’ in ricezione, la differenza temporale tra segnale diretto e segnale riflesso può essere corretta dal sistema. Al di fuori ditale finestra l'equalizzatore è ancora in grado di sopprimere i segnali indesiderati purché questi si mantengano 10 dB al di sotto di quelli contenuti all'intemo della finestra. In practice, a time window of 16 microseconds has been defined within which, thanks to the adaptive equalizer in reception, the time difference between direct and reflected signal can be corrected by the system. Outside this window the equalizer is still able to suppress unwanted signals as long as they are kept 10 dB below those contained within the window.

Pertanto per determinare se una riflessione può causare problemi alla connessione è necessario conoscere due elementi: Therefore, to determine if a reflection can cause connection problems, you need to know two things:

La differenza in termini di tempo tra il segnale riflesso e il segnale diretto. Se tale differenza è minore di 16 microsecondi il segnale ritardato non causerà problemi ma, anzi, contribuirà a migliorare il segnale risultante. The difference in time between the reflected signal and the direct signal. If this difference is less than 16 microseconds the delayed signal will not cause problems but, on the contrary, will help to improve the resulting signal.

La potenza delle componenti del segnale all'interno della finestra dei 16 microsecondi rispetto alla potenza delle componenti al di fuori di essa. Le riflessioni non causeranno problemi se la potenza del segnale all'interno della finestra è di 10 dB più alta rispetto alla potenza delle componenti al di fuori di essa. The power of the signal components within the 16 microsecond window versus the power of the components outside it. Reflections will not cause problems if the signal strength inside the window is 10 dB higher than the power of the components outside it.

Per valutare se il ritardo del segnale riflesso potrebbe potenzialmente causare problemi alla connessione, si procede nel seguente modo. To assess whether the delay of the reflected signal could potentially cause connection problems, proceed as follows.

Si considera una cella con una stazione mobile posizionata in modo casuale all'interno dell'area di copertura; si disegna un ellisse con i due fuochi posizionati rispettivamente sulla stazione radio base e sulla stazione mobile ( vedi fig. 5b ) e tale che la differenza tra la distanza stazione radio base -stazione mobile ( a) e la distanza stazione radio base - circonferenza - stazione mobile ( b c) sia uguale alla distanza percorsa dal segnale in 16 microsecondi (circa 5 Km). Se gli oggetti riflettenti si trovano all'interno dell'ellisse, il segnale da loro riflesso non causerà problemi alla connessione. Ovviamente dovrà essere considerato un ellisse per ogni possibile posizione della stazione mobile all'interno dell'area di copertura della cella. We consider a cell with a mobile station positioned randomly within the coverage area; an ellipse is drawn with the two foci positioned respectively on the base radio station and on the mobile station (see fig.5b) and such that the difference between the distance between the base station and the mobile station (a) and the distance between the base radio station - circumference - mobile station (b c) is equal to the distance traveled by the signal in 16 microseconds (about 5 Km). If the reflective objects are inside the ellipse, the signal they reflect will not cause connection problems. Obviously an ellipse must be considered for every possible position of the mobile station within the cell coverage area.

La dimensione e la forma dell'ellisse dipendono dalla posizione del mobile rispetto alla posizione della stazione radio base e pertanto i problemi legati alla dispersione temporale potrebbero verificarsi solo in alcuni punti della cella. The size and shape of the ellipse depend on the position of the cabinet with respect to the position of the radio base station and therefore problems related to time dispersion could occur only in certain points of the cell.

Inoltre, siccome il segnale riflesso subisce la stessa attenuazione di percorso del segnale diretto, le componenti riflesse provenienti da oggetti posizionati molto al di fuori dei contorni dell'ellisse arrivano a destinazione molto più attenuate del segnale diretto. In pratica quindi i problemi maggiori si avranno quando le riflessioni sono dovute ad oggetti posizionati poco al di fuori dei contorni dell'ellisse considerato e quando l'oggetto riflettente è in visibilità ottica con la stazione mobile e la stazione radio base. In particolare questi problemi si possono incontrare più facilmente in aree di tipo rurale. Furthermore, since the reflected signal undergoes the same path attenuation as the direct signal, the reflected components from objects positioned far outside the boundaries of the ellipse arrive at their destination much more attenuated than the direct signal. In practice, therefore, the greatest problems will arise when the reflections are due to objects positioned just outside the contours of the considered ellipse and when the reflecting object is in optical visibility with the mobile station and the radio base station. In particular, these problems can be encountered more easily in rural areas.

Nelle aree urbane infatti a causa della dimensione ridotta delle celle (tipicamente da i a 3 Km di raggio ) le distanze, e quindi il ritardo temporale, sono corte ed inoltre l'alta concentrazione di edifici provoca l'effetto di attenuare e disperdere in più direzioni le componenti riflesse. In fact, in urban areas, due to the small size of the cells (typically from 1 to 3 km radius), the distances, and therefore the time delay, are short and furthermore the high concentration of buildings causes the effect of attenuating and dispersing in several directions. the reflected components.

Purtroppo nessuna funzione di sistema è in grado di ridurre gli effetti della dispersione temporale. Infatti il frequency hopping, che riesce a migliorare il BER dovuto al C/I, non ha nessun effetto sul BER dovuto alle riflessioni ( C/R - Carrier to Refiected power ratio ). Anche la modifica della potenza trasmessa non ha nessun effetto in quanto la potenza del segnale riflesso diminuirà della stessa quantità della potenza del segnale diretto mantenendo costante il rapporto C/R. Unfortunately, no system function is able to reduce the effects of time dispersion. In fact, frequency hopping, which manages to improve BER due to C / I, has no effect on BER due to reflections (C / R - Carrier to Refiected power ratio). Changing the transmitted power also has no effect as the strength of the reflected signal will decrease by the same amount as the power of the direct signal while keeping the C / R ratio constant.

I metodi utilizzati per contenere gli effetti della dispersione temporale sono i seguenti: The methods used to contain the effects of temporal dispersion are as follows:

Spostamento di sito Site relocation

Cambio di antenna Change of antenna

Downtilt Downtilt

Uso di antenne di tipo downtilt Use of downtilt antennas

Modifica dei dati di cella Changing cell data

Il metodo più radicale è spostare la stazione radio base in un sito più favorevole. Non sempre però questa soluzione è facilmente realizzabile ed economica. The most radical method is to move the base station to a more favorable site. However, this solution is not always easily achievable and economical.

Un sistema sicuramente più conveniente è quello di utilizzare sistemi di antenna più direttivi (sia sul diagramma verticale che su quello orizzontale) che consentono di illuminare parti ridotte di territorio evitando così che il segnale raggiunga con forti intensità gli oggetti indesiderati. A certainly more convenient system is to use more directional antenna systems (both on the vertical and horizontal diagrams) which allow to illuminate small parts of the territory thus avoiding that the signal reaches unwanted objects with strong intensity.

Quando vengono usate antenne molto direttive sul lobo verticale (7 gradi o meno ) è possibile orientarle verso il basso (down tilt) irradiando maggiormente l'area vicina alla SRB evitando così di illuminare gli oggetti riflettenti più lontani. When very direct antennas are used on the vertical lobe (7 degrees or less) it is possible to direct them downwards (down tilt), radiating more the area close to the RBS, thus avoiding illuminating the more distant reflective objects.

La caratteristica fondamentale delle antenne di tipo downtilt, è di avere il diagramma di irradiazione sul piano verticale asimmetrico. Questo comporta la possibilità di illuminare maggiormente le aree vicino alla stazione radio base ed in misura minore quelle lontane. The fundamental characteristic of downtilt antennas is to have the irradiation pattern on the asymmetrical vertical plane. This implies the possibility of illuminating the areas near the base station more and to a lesser extent those far away.

Impiegando questo tipo di antenne si ha il vantaggio di assicurare il servizio nelle vicinanze del sito, potendo utilizzare la giusta potenza, senza il rischio di uscire dai confini della cella ed andare a colpire oggetti lontani che potrebbero causare riflessioni indesiderate. Using this type of antennas has the advantage of ensuring the service in the vicinity of the site, being able to use the right power, without the risk of going outside the boundaries of the cell and hitting distant objects that could cause unwanted reflections.

Un ultimo metodo per contenere gli effetti della dispersione temporale è la modifica dei dati di cella. Infatti è possibile impostare i parametri di cella relativi all'handover in modo che questo avvenga prima che la stazione mobile entri in un'area in cui è presente il problema della dispersione temporale. A final method to contain the effects of temporal dispersion is to modify the cell data. In fact, it is possible to set the cell parameters relating to handover so that this occurs before the mobile station enters an area where the problem of temporal dispersion is present.

1.9 PROPRIETÀ’ ORIENTATE AD INCREMENTARE LA QUALITÀ’ DEL SERVIZIO OFFERTO DALLA RETE 1.9 PROPERTIES ORIENTED TO INCREASE THE QUALITY OF THE SERVICE OFFERED BY THE NETWORK

1.9.1 Generalità 1.9.1 General

Un operatore di rete ha come obietivo che i suoi clienti e cioè gli utenti della rete siano sempre soddisfati. I prezzi, i servizi e la disponibilità sono le armi principali che gli operatori hanno a disposizione per conquistarsi gli utenti. A network operator has as its goal that its customers, that is, the users of the network, are always satisfied. Prices, services and availability are the main weapons that operators have at their disposal to win over users.

La rete deve quindi essere provvista di un certo numero di prestazioni che permetano di mantenere ed incrementare la qualità del servizio offerto in termini di disponibilità' ed affidabilità. The network must therefore be provided with a certain number of performances that allow to maintain and increase the quality of the service offered in terms of availability and reliability.

Gli operatori, inoltre, devono avere la possibilità di mantenere la rete in modo da ottenere il massimo ritorno economico dai.propri investimenti. Una chiamata fallita è un opportunità di guadagno persa Una congestione in un punto della rete mentre ci sono canali liberi da un'altra parte è segno di una cattiva gestione della rete stessa. Pertanto le risorse radio devono essere distribuite dove serve in modo da far crescere la qualità offerta dalla rete senza inutili sprechi. Furthermore, operators must be able to maintain the network in order to obtain the maximum economic return from their investments. A failed call is a lost profit opportunity. Congestion in one part of the network while there are free channels elsewhere is a sign of poor management of the network. Therefore the radio resources must be distributed where needed in order to increase the quality offered by the network without unnecessary waste.

1.9.2 Incremento della disponibilità della rete 1.9.2 Increase in network availability

In caso di congestione dei canali di traffico nella cella selezionata per il set-up della chiamata, può essere scelto di selezionare un <·. canale di traffico di un'altra cella. Questa soluzione, anche se non è ottimale dal punto di vista del segnale ricevuto e del rapporto C/T, consente di svolgere traffico che comunque andrebbe perso. In altri sistemi radiomobili, questa funzione, viene chiamata "directed retry". Nel sistema GSM la funzione di directed retry non è necessaria in quanto la procedura di Locating provvede, tramite la funzione "Assignement to other celi" o più in particolare "Assignement to worse celi", a definire la cella a cui sarà assegnata la conversazione tenendo conto anche dei fenomeni di congestione. In case of congestion of the traffic channels in the cell selected for the call set-up, it can be chosen to select a <·. traffic channel of another cell. This solution, even if it is not optimal from the point of view of the received signal and of the C / T ratio, allows to carry out traffic that in any case would be lost. In other mobile radio systems, this function is called "directed retry". In the GSM system, the directed retry function is not necessary as the Locating procedure, through the "Assignment to other celi" or more specifically "Assignment to worse celi" function, defines the cell to which the conversation will be assigned, keeping I also take into account the phenomena of congestion.

Questa funzionalità aumenta la disponibilità del sistema e ottimizza l'utilizzo delle risorse radio diminuendo il rischio di congestione dei canali di traffico. This feature increases system availability and optimizes the use of radio resources by decreasing the risk of traffic channel congestion.

Le Umbrella cells sono celle che possono essere usate in diversi modi. Possono essere usate per migliorare la qualità del servizio offerto colmando i buchi di copertura, fornendo risorsa di scorta (in caso di congestione), incrementando localmente la capacità del sistema, etc. Umbrella cells are cells that can be used in different ways. They can be used to improve the quality of the service offered by filling gaps in coverage, providing a spare resource (in case of congestion), locally increasing the capacity of the system, etc.

Il principio generale è di fornire delle risorse extra, che sono usate raramente, in modo che possano essere condivise in una vasta area anziché fornirle localmente con il rischi di lasciarle inutilizzate per la maggior parte del tempo The general principle is to provide extra resources, which are rarely used, so that they can be shared over a large area rather than providing them locally with the risk of leaving them unused most of the time.

I ricevitori delle stazioni radio base hanno una dinamica limitata. Questo può causare dei problemi quando la stazione ^nobile è molto vicina alla stazione radio base. In questi casi, infatti, il multicoupler di ricezione si può saturare a causa dei segnali elevati ricevuti provocando il blocco temporaneo dei ricevitori e quindi diminuendo la disponibilità della rete. Per evitare questo è necessario che la potenza trasmessa dalla stazione mobile possa essere regolata (MS power control ) in modo di diminuirla quando il mobile è vicino alla stazione radio ed aumentarla quando si allontana. Base station receivers have limited dynamics. This can cause problems when the ^ noble station is very close to the base station. In these cases, in fact, the reception multicoupler can become saturated due to the high signals received, causing temporary blocking of the receivers and therefore decreasing the availability of the network. To avoid this it is necessary that the power transmitted by the mobile station can be adjusted (MS power control) in order to decrease it when the mobile is close to the radio station and increase it when it moves away.

1.9.3 Carico e capacità 1.9.3 Load and capacity

Un carico elevato nella rete significa un carico elevato nel processore Centrale della stazione radio base e, soprattutto del BSC. A high load in the network means a high load in the Central processor of the radio base station and, above all, of the BSC.

La maggior parte delle attività svolte dal sistema determinano un carico che é uguale per ogni connessione. Infatti ogni connessione richiede un set di procedure di segnalazione per il cali setup e per il rilascio della chiamata; occupa un canale di segnalazione per il cali setup ed un canale di traffico per la conversazione ( 0 trasmissione dati utente ) la supervisione della chiamata in corso provoca un carico costante ed uguale per ogni connessione; etc L'unica cosa che può variare di molto tra connessioni dello stesso tipo è il numero di handover eseguiti. Il carico totale causato dagli handovers in linea di principio non ha limiti, Most of the activities carried out by the system result in a load that is the same for each connection. In fact, each connection requires a set of signaling procedures for the cali setup and for the release of the call; occupies a signaling channel for the cali setup and a traffic channel for the conversation (0 user data transmission) the supervision of the call in progress causes a constant and equal load for each connection; etc The only thing that can vary a lot between connections of the same type is the number of handovers performed. The total load caused by handovers in principle has no limits,

L’handover secondo la procedura di Locating del sistema GSM avverrà quando il segnale ricevuto proveniente da un cella adiacente diventa più forte di quello proveniente dalla cella servente tuttavia, variazioni nelle condizioni di propagazione, nelle condizioni di ricezione, nelle caratteristiche del ricevitore e variazioni di tipo stocastico, fanno si il punto di uguale intensità di campo tra due celle sia piuttosto diffuso. The handover according to the Locating procedure of the GSM system will take place when the signal received from an adjacent cell becomes stronger than that from the serving cell, however, variations in the propagation conditions, in the reception conditions, in the characteristics of the receiver and variations in stochastic type, make the point of equal field strength between two cells to be rather diffuse.

Di conseguenza, prima di determinare con esattezza quale cella fornisce il segnale più alto, potrebbero essere eseguiti un elevato numero di handover non necessari As a result, a large number of unnecessary handovers may be performed before determining exactly which cell provides the highest signal.

L’isteresi fornisce un margine di sicurezza da applicare nella comparazione tra l'intensità del segnale ricevuto dalla cella servente e dalle celle adiacenti. The hysteresis provides a safety margin to be applied in the comparison between the intensity of the signal received by the serving cell and the adjacent cells.

Ogni cella sarà quindi contornata da un area chiamata corridoio d’isteresi dove una connessione può appartenere indifferentemente ad una qualsiasi delle celle tra loro confinanti. Each cell will therefore be surrounded by an area called the hysteresis corridor where a connection can indifferently belong to any of the neighboring cells.

Il concetto dell'isteresi è utilizzato quindi per controllare il carico causato dall'handover. Più il corridoio è largo e più basso sarà il numero di handover e quindi più basso sarà anche il carico causato da handover non necessari. Approssimativamente, però, la metà delle connessioni svolte aH'intemo del corridoio saranno svolte dalla cella non corretta ( wrong celi ); ci sarà quindi in quest'area un elevato numero di connessioni che non rispetteranno le condizioni di C/I richieste dalla procedura di Locating. Pertanto una larghezza eccessiva del corridoio di isteresi può provocare un degrado della qualità della fonia e conseguentemente un elevato numero di disconnessioni. L'ampiezza del corridoio di isteresi dovrà quindi essere dimensinata in modo da ottenere un buon compresso tra il carico di BSC e il numero di disconnessioni. The concept of hysteresis is therefore used to control the load caused by handover. The wider the corridor, the lower the number of handovers and therefore the lower the load caused by unnecessary handovers. Approximately, however, half of the connections made inside the corridor will be made by the wrong cell (wrong celi); there will therefore be a large number of connections in this area that will not comply with the C / I conditions required by the Locating procedure. Therefore an excessive width of the hysteresis corridor can cause a degradation of the voice quality and consequently a high number of disconnections. The width of the hysteresis corridor must therefore be dimensioned in order to obtain a good compromise between the BSC load and the number of disconnections.

Le stesse considerazioni sono applicabili all'handover tra sottocelle e quindi al corridoio di isteresi tra underlaid ed overlaid subcell. The same considerations are applicable to handover between subcells and therefore to the hysteresis corridor between underlaid and overlaid subcell.

Anche la funzione intra-cell handover può contribuire ad incrementare il carico di BSC. In questo caso il giusto compromesso tra carico di BSC e qualità e stabilità della trasmissione radio può essere trovato agendo sulla soglia per intracell handover. The intra-cell handover function can also help increase the BSC burden. In this case the right compromise between BSC load and quality and stability of the radio transmission can be found by acting on the threshold for intracell handover.

CAPITOLO 2. CHAPTER 2.

TECNICA NOTA, SECONDA PARTE. MISURE: TRAFFICO TELEFONICO E INDICATORI DI QUALITÀ’ DEL SERVIZIO RADIOMOBILE GSM KNOWN TECHNIQUE, SECOND PART. MEASURES: TELEPHONE TRAFFIC AND QUALITY INDICATORS OF THE GSM RADIOMOBILE SERVICE

Questo Capitolo riporta l’analisi della differenza misurata in termini di Qualità del servizio e di Impatto Ambientale su celle ad elevata e a limitata copertura This Chapter reports the analysis of the difference measured in terms of Service Quality and Environmental Impact on cells with high and limited coverage

dimostrando che i due obiettivi vengono maggiormente raggiunti quando le SRB sono ubicate in prossimità delle sorgenti di traffico telefonico ovvero quando si trovano più vicino possibile a dove si trovano concentrati i clienti. demonstrating that the two objectives are best achieved when the SRBs are located near the sources of telephone traffic or when they are as close as possible to where the customers are concentrated.

Tale conclusione è stata tradotta matematicamente in appositi funzionali successivamente discussi nel corso del capitolo 6. This conclusion was mathematically translated into specific functionals subsequently discussed in chapter 6.

2.1 NORMATIVE 2.1 REGULATIONS

Elementi fondamentali per l’inserimento di nuove Stazioni Radio Base alFintemo della rete GSM esistente, derivano dall’analisi delle misure di Rete che ogni gestore di telefonia ha a sua disposizione, e dall’analisi di dati relativi al Marketing. Fundamental elements for the insertion of new Radio Base Stations within the existing GSM network, derive from the analysis of the network measures that each telephone operator has at its disposal, and from the analysis of data relating to Marketing.

In particolare le misure lato rete di Traffico e Qualità rispondono in modo appropriato alle fondamentali domande di QUANDO e DOVE è necessario installare una Stazione Radio In particular, the network side measures of Traffic and Quality respond appropriately to the fundamental questions of WHEN and WHERE it is necessary to install a Radio Station

Base. Base.

- Traffico - Traffic

Il Traffico in termini di capacità di smaltire erlang, ovvero permettere al cliente di parlare o accedere a Servizi a Valore Aggiunto (VAS), la remuneratività che ne consegue è funzione del piano tariffario. Traffic in terms of the ability to dispose of erlang, or rather allow the customer to speak or access Value Added Services (VAS), the resulting profitability is a function of the tariff plan.

Nell’analisi è importante un archivio storico per considerare il trend dal quale si estrapola una proiezione d’investimento per il futuro. In the analysis, a historical archive is important to consider the trend from which an investment projection for the future is extrapolated.

- Qualità - Quality

la Qualità anche come percezione da parte del cliente del grado o della bontà del servizio offerto dal gestore di telefonia e servizi. La qualità è un fondamentale aspetto della Loyalty ovvero incide sul fatto che un cliente decide di abbandonare un gestore a favore un altro e quindi del Chum, ovvero del periodo dopo il quale avviene l’abbandono del gestore da parte del cliente. Quality also as perception by the customer of the degree or quality of the service offered by the telephone and service provider. Quality is a fundamental aspect of Loyalty or it affects the fact that a customer decides to abandon a manager in favor of another and therefore of the Chum, or the period after which the customer leaves the manager.

Questo aspetto del servizio sarà sempre più importante in particolare nei servizi, attraverso le tecnologie utilizzate in ambito Radiomobile, per esempio Internet Banking via telefonino, con un semplice SMS si può comandare una transizione bancaria, se lo Short Message non va a buon fine il cliente potrebbe subire un danno maggiore del semplice costo di un SMS. This aspect of the service will be increasingly important in particular in services, through the technologies used in the Radiomobile field, for example Internet Banking via mobile phone, with a simple SMS you can command a banking transition, if the Short Message is not successful the customer. it could suffer more damage than the simple cost of an SMS.

In seguito è riportata una possibile definizione di Qualità del servizio; una breve serie di punti ne descrivono il profilo: Below is a possible definition of Service Quality; a short series of points describe its profile:

Copertura: dove si può parlare ? accendendo il cellulare compare il gestore ? Accessibilità: il cliente trova la linea libera? Cadute : si è verificata una interruzione non desiderata della chiamata? Interferenza o limpidezza del parlato: come si sente? E’ Coverage: Where Can You Talk? turning on the cell phone, does the manager appear? Accessibility: does the customer find the free line? Dropouts: Did you experience an unwanted call dropout? Speech interference or clarity: how does it feel? AND'

intelleggibile ? Riconosco chi parla? Disponibilità del servizio: funziona tutti i giorni ? intelligible? Do I recognize who is speaking? Availability of the service: does it work every day?

Efficacia del servizio: le telefonate sono instradate correttamente? Effectiveness of the service: are phone calls routed correctly?

Interattività: la navigazione è rapida ? Gli SMS arrivano in tempo ? Interactivity: Is navigation fast? Do the SMS arrive on time?

Correttezza della Correctness of the

documentazione: la tariffazzione è corretta ? documentation: is the pricing correct?

Capacità transazionale: quante transazioni bancarie posso fare? Quante Mail con Foto riesco a mandare in 15 minuti? Efficacia transazionale: quante transizioni vanno a buon fine ? La ricarica con SMS è stata accreditata? Collegamento Internet: il servizio si blocca? occorrono restart o reboot? L’apertura delle pagine web è veloce? e’ compensato il costo della mobilità? Quale paragone con reje'fissa? Immagine: compaiono le 5 tacche esiste la scritta GPRS Transactional capacity: how many bank transactions can I make? How many emails with photos can I send in 15 minutes? Transactional Effectiveness: How Many Transitions Are Successful? Has the SMS top-up been credited? Internet connection: does the service crash? need restart or reboot? Is the opening of web pages fast? is the cost of mobility offset? Which comparison with reje'fissa? Image: the 5 notches appear there is the writing GPRS

Altri Aperti Commerciali: non riguardano esplicitamente questa trattazione e non sono citati; Vi sono altri aspetti che riguardano la definizione di Qualità, nella trattazione che segue interessano tecnicamente soprattutto i primi quattro punti che caratterizzano prevalentemente la rete radio di accesso. Other Open Businesses: they do not explicitly concern this discussion and are not mentioned; There are other aspects concerning the definition of Quality; in the following discussion, the first four points which mainly characterize the radio access network are of particular interest.

Non esiste una standardizzazione dei metodi e dei report di misura, tuttavia la base dei dati che si considera è simile per tutti i gestori, in particolare si possono indicare alcune tipologie di misure consuete che si possono mappare in modo georeferenziato cioè sovrapposte ad una carta geografica ed altre che derivano dalfanalisi di contatori statistici There is no standardization of measurement methods and reports, however the data base that is considered is similar for all managers, in particular it is possible to indicate some types of customary measures that can be mapped in a georeferenced way that is superimposed on a geographical map and others deriving from the analysis of statistical counters

2.2 MISURE ELEMENTARI STANDARD DEL SISTEMA GSM (riferimento norme ETSI) 2.2 STANDARD ELEMENTARY MEASURES OF THE GSM SYSTEM (ETSI standards reference)

- Misure di Potenza (RX-Level) e di BER (RX-Qual) sia Down Link sia Up Link in funzione del Time Advance. - Power (RX-Level) and BER (RX-Qual) measurements both Down Link and Up Link according to Time Advance.

Tali misure si basano sui Measurement Report che vengono inviati da tutti i telefonini accesi, periodicamente al BSC (Base Station Controller). Va precisato per il BER che RX Qual 0 corrisponde ad un basso tasso di errore, RX Qual 7 corrisponde ad un elevato tasso di errore come da tabella seguente ricavata dalle specifiche ETSI: These measurements are based on the Measurement Reports that are sent from all mobile phones that are switched on periodically to the BSC (Base Station Controller). It should be specified for the BER that RX Qual 0 corresponds to a low error rate, RX Qual 7 corresponds to a high error rate as per the following table obtained from the ETSI specifications:

Da esperienza pratica si è constatato che il BER corrispondente alla fascia RX QUAL 0-3 si può correlare con una buona intelleggibilità della conversazione; mentre la fascia RX QUAL 6 e 7 con una pessima intelleggibilità. From practical experience it has been found that the BER corresponding to the RX QUAL 0-3 band can be correlated with a good intelligibility of the conversation; while the RX QUAL 6 and 7 band with poor intelligibility.

- Misure georeferenziate con sistemi Mobile Test in movimento su percorsi definiti. - Georeferenced measurements with Mobile Test systems moving on defined routes.

Con tali sistemi è possibile analizzare una singola connessione estrapolando gli indicatori quali: With these systems it is possible to analyze a single connection by extrapolating the indicators such as:

- Livelli di potenza ricevuti e trasmessi sia dal mobile che dalla SRB ; - Power levels received and transmitted from both the mobile and the RBS;

- Tasso di errore sulla singola trama ( BER); - Single frame error rate (BER);

- Distanza di lavoro dalla cella (Timing Advance) che è un fattore di Qualità; - Working distance from the cell (Timing Advance) which is a Quality factor;

- Cadute di connessione ; - Connection failures;

- Handover tentati e riusciti tra cella sorgente e destinazione su una singola chiamata; - attempted and successful handover between source and destination cell on a single call;

- MOS (Mean Opinion Score) indica la percezione umana della qualità della fonia, si tiene conto di molti parametri tra cui il timbro, l’intelleggibilità, le micro interruzioni. Una scala di valori da 1 a 5 indica con 1 percezione pessima, con 5 eccellente.; - MOS (Mean Opinion Score) indicates the human perception of speech quality, taking into account many parameters including timbre, intelligibility, micro interruptions. A scale of values from 1 to 5 indicates 1 bad perception, with 5 excellent;

- Accessi Falliti alla rete da parte del telefonino; - Failed access to the network by the mobile phone;

- Copertura; - Coverage;

- Misure tramite Contatori Statistici di traffico e Qualità delle celle. - Measurements through Statistical Traffic Counters and Cell Quality.

Gli indicatori a disposizione sono aggregati di contatori, ognuno dei quali si incrementa per ogni evento accaduto durante una connessione telefonica, tipicamente si hanno due fasi, nel corso della prima avviene la segnalazione tra telefonino e rete, questa è completamente invisibile al cliente ma consente al telefonino di ricevere le chiamate o di effettuarne o di passare da una cella ad un’altra mediante un handover o di inviare un SMS. Un'altra fase riguarda la conversazione fonica. Per ogni fase esistono diversi contatori il cui incremento o decremento indica su base oraria il successo o l’insuccesso di una procedura, per esempio l’incremento del contatore delle cadute di connessione indica se gli utenti serviti da una cella subiscono questo fenomeno di scarsa qualità. The available indicators are aggregates of meters, each of which increases for each event that occurs during a telephone connection, typically there are two phases, during the first one the signaling between the mobile phone and the network takes place, this is completely invisible to the customer but allows the mobile phone to receive calls or to make or to move from one cell to another by means of a handover or to send an SMS. Another phase concerns the phonic conversation. For each phase there are several counters whose increase or decrease indicates the success or failure of a procedure on an hourly basis, for example the increase in the connection drops counter indicates whether the users served by a cell suffer this phenomenon of poor quality. .

2.3 ANALISI MISURE: aspetti di Qualità del Servizio 2.3 ANALYSIS OF MEASURES: Quality aspects of the Service

Al fine di analizzare sia la qualità del servizio sia le potenze emesse dal telefonino in funzione della distanza dalla SRB dalle sorgenti di traffico, sono riportate le misure per quattro diverse tipologie di celle, i nomi reali delle celle sono stati sostituiti con nomi fittizi: In order to analyze both the quality of the service and the powers emitted by the mobile phone as a function of the distance from the RBS from the traffic sources, the measurements for four different types of cells are reported, the real names of the cells have been replaced with fictitious names:

- Celle extraurbane con vasta copertura raggio compreso tra 1 — 30 Km: Monte 1 e Monte2 - Extra-urban cells with wide coverage with a radius between 1 - 30 Km: Monte 1 and Monte2

- Celle Urbane con vasta copertura raggio maggiore di 3 Km: Urbani - Urban cells with large coverage radius greater than 3 Km: Urban

- Celle urbane con modesta copertura raggio max 3 km: Urban2 - Microcelle con raggio di copertura inferiore ai 400 m: Urban3 Nelle figure successive sono rappresentate in ordine, la copertura al simulatore, la distribuzione dei Campioni Measurement Report in funzione del Time Advance che è traducibile in Km, e l’attenuazione in dB della potenza emessa dal telefonino in funzione della qualità del segnale ricevuto dalla SRB. - Urban cells with modest coverage with a maximum radius of 3 km: Urban2 - Microcells with a coverage radius of less than 400 m: Urban3 translatable into Km, and the attenuation in dB of the power emitted by the mobile phone according to the quality of the signal received by the SRB.

Sono poi riportati su grafici gli andamenti dei principali indicatori statistici di qualità per tutte le celle in esame. The trends of the main statistical quality indicators for all the cells under examination are then shown on graphs.

2.3.1 Monte 1 2.3.1 Mount 1

La prima cella extraurbana ad elevata copertura presa in analisi, cosi' come riportata in fig. 6, è Monte 1. The first extra-urban cell with high coverage taken in analysis, as shown in fig. 6, is Monte 1.

La copertura estesa oltre che da simulazione si nota dalla distribuzione sparpagliata dei campioni Measurement Report di livello e qualità in funzione della distanza temporale Timing Advance , in particolare i campioni con qualità peggiore RX-QUAL 6-7 di colore rosso aumentano con la distanza dalla cella. Una causa del degrado di qualità è il segnale della cella servente che si riduce con la distanza, pertanto ad elevata distanza un’altra cella che interferisca anche con livelli bassi può ridurre il C/I in tali zone. The extended coverage as well as simulation can be seen from the scattered distribution of the Measurement Report samples of level and quality as a function of the temporal distance Timing Advance, in particular the samples with poorer quality RX-QUAL 6-7 in red color increase with the distance from the cell . One cause of the degradation of quality is the signal of the serving cell which reduces with distance, therefore at a high distance another cell that interferes even with low levels can reduce the C / I in these areas.

Un ulteriore degrado si ha in corrispondenza degli handover e dei Location Upadating A further degradation occurs in correspondence of the handover and of the Location Upadating

(registrazione del telefonino in stato di Idle mode alla Rete GSM). Gli Handover tra celle distanti distanti diversi Km, hanno un elevata percentuale di fallimenti inoltre inducono facilmente la chiamata telefonica, verso una caduta di connessione su altre celle qualora per handover successivi ci si accampi a celle dalle quali non si può ritornare indietro. (registration of the mobile phone in Idle mode to the GSM network). The handover between cells distant several kilometers, have a high percentage of failures and also easily induce the telephone call, towards a connection failure on other cells if for subsequent handover you camp in cells from which you cannot go back.

I Location Updating, possono congestionare i canali di segnalzione SDCCH determinando difficoltà di accesso alla rete GSM. Location Updates can congest the SDCCH signaling channels causing difficulties in accessing the GSM network.

Tipicamente infatti le celle a vasta copertura intersecano Larda di competenza di molte altre celle ivi comprese quelle appartenenti a Location Area diverse (LAC differenti). Typically, in fact, the cells with wide coverage intersect Larda which is the responsibility of many other cells including those belonging to different Location Areas (different LACs).

Ogni LAC è un raggruppamento di celle incluse in un area geografica normalmente controllata da una centrale MSC. Each LAC is a grouping of cells included in a geographical area normally controlled by an MSC.

I telefonini in stato di Idle Mode che varcano il confine tra Location Area differenti effettuano una registrazione alla rete per comunicare la loro posizione, questo sistema permette alla rete di indirizzare univocamente un paging verso un telefonino, solo attraverso le celle appartenente ad una data LAC, quella dove il telefonino è registrato, evitando di diffondere la chiamata sulle celle della rete non interessate cioè preservando la rete da un carico di segnalazione inutile. Mobile phones in Idle Mode that cross the border between different Location Areas register to the network to communicate their position, this system allows the network to uniquely address a paging to a mobile phone, only through the cells belonging to a given LAC, the one where the mobile phone is registered, avoiding spreading the call on the unaffected cells of the network, that is, preserving the network from a useless signaling load.

Relativamente alla potenza trasmessa dal mobile il grafico riporta l’attenuazione in step di 2 dB della potenza massima con cui il telefonino può trasmettere. With regard to the power transmitted by the mobile, the graph shows the attenuation in steps of 2 dB of the maximum power with which the mobile phone can transmit.

Montel ha la maggior parte del traffico a diversi Km di distanza pertanto i telefonini che sono ad essa accampati trasmettono sempre alla massima potenza. Montel has most of the traffic several kilometers away, therefore the mobile phones that are encamped there always transmit at maximum power.

La trasmissione a poi. Massima è causa di interferenze in UP-Link e oltre a consumare più rapidamente le batterie del telefonino, incide sulfimpatto ambientale in quanto sorgente irradiante direttamente a contatto con il corpo umano. The transmission to then. Maximum causes interference in UP-Link and in addition to consuming the batteries of the mobile phone more quickly, it has an impact on the environment as it is a source of radiation directly in contact with the human body.

La figura 7 in relazione alla Cella considerata fa riferimento al RXQUAL Down-Link in funzione del Time Advance, riportando sulle ascisse la distanza in Km e sulle ordinate il numero di campioni di misura. Mentre le figure 8 e 9 riportano rispettivamente il RXQUAL Down-Link ed il numero di "Location Updating-call Access - Handover" in funzione della distanza Figure 7 in relation to the considered Cell refers to the RXQUAL Down-Link as a function of Time Advance, reporting the distance in Km on the abscissas and the number of measurement samples on the ordinates. While figures 8 and 9 report respectively the RXQUAL Down-Link and the number of "Location Updating-call Access - Handover" as a function of the distance

2.3.2 Urbani 2.3.2 Urban

Un esempio di cella urbana ma ad elevata copertura, è la SRB Urbani in prossimità di un lago, cosi' come riportata in figura 10. Tale SRB copre principalmente la località turistica ubicata sulla costa del lago ma il segnale si propaga fino all’altro versante del lago andando ad interessare località fino a 30 Km di distanza dove si vede un picco. An example of an urban cell but with high coverage, is the Urban SRB near a lake, as shown in figure 10. This SRB mainly covers the tourist resort located on the coast of the lake but the signal propagates to the other side of the lake going to interest places up to 30 km away where you can see a peak.

Sul grafico che riporta la distribuzione dei Campioni di Measurement Report in funzione del Time Advance si notano delle punte di traffico con scarsa qualità intorno ai 12-13 Km, questi corrispondono ai paesi immediatamente dall’ altra parte del Lago. On the graph showing the distribution of the Measurement Report Samples as a function of Time Advance, we can see peaks of traffic with poor quality around 12-13 Km, these correspond to the countries immediately on the other side of the lake.

Tale riscontro si ha anche nella distribuzione degli accessi Cali Access che avvengono anche intorno ai 12-13 Km, dove si hanno maggiori cadute di connessione sui canali di segnalazione SDCCH con fallimento dei tentativi di chiamata dei telefonimi location Updating avvengono per buona parte dall’altra parte del lago con celle di un'altra regione. This confirmation is also found in the distribution of Cali Access accesses which also occur around 12-13 Km, where there are greater drops in connection on the SDCCH signaling channels with failure of the attempts to call the telephone names. Updating locations occur for the most part on the other. part of the lake with cells from another region.

I grafici presi in considerazione sono riportati nelle figure 1 la e I I b relative rispettivamente al numero di "Location Updatng-call Accesss-Handover" ed allo RxQual Down Link in funzione della distanza. The graphs taken into consideration are shown in figures 1 la and I I b relating respectively to the number of "Location Updatng-call Accesss-Handover" and to the RxQual Down Link as a function of distance.

La logica per un Progetto di Copertura e Qualità indica che per eliminare i picchi di traffico a 13 e a 30 Km si dovrebbero attivare impianti in corrispondenza di quei picchi sorgenti di traffico e, contemporaneamente le antenne della cella urbani dovrebbero essere tiltate in modo da evitare che la SRB copra fino a 30 Km. 2.3.3 Urhan 2 The logic for a Coverage and Quality Project indicates that to eliminate traffic peaks at 13 and 30 Km, systems should be activated in correspondence with those traffic source peaks and, at the same time, the urban cell antennas should be tilted in order to avoid the child restraint covers up to 30 Km. 2.3.3 Urhan 2

E’ il caso riportato in figura 12 di una cella urbana in cui si osserva come tutti i Campioni Measuremente Report siano concentrati a breve distanza dalla cella e contemporaneamente come i campioni con RX Qual 6-7 siano estremamente contenuti. E’ la copertura ideale per una cella cittadina di medie dimensioni che essendo molto confinata crea interferenze limitate ed offre un servizio qualitativamente elevato nella propria area di copertura, le figure 13 e 14 riportano, per questo caso, rispettivamente: il RxQual Down-Link ed il numero di "Location Updating-call Accesss-Handover" in funzione della distanza. This is the case reported in Figure 12 of an urban cell in which it is observed how all the Measurement Report Samples are concentrated at a short distance from the cell and at the same time how the samples with RX Qual 6-7 are extremely contained. It is the ideal coverage for a medium-sized city cell which, being very confined, creates limited interference and offers a qualitatively high service in its coverage area, figures 13 and 14 show, for this case, respectively: the RxQual Down-Link and the number of "Location Updating-call Accesss-Handover" as a function of the distance.

2.3.4 Monte 2 2.3.4 Mount 2

Con riferimento alla figura 15 si ha un ulteriore esempio di cella extraurbana ad elevata copertura. Le figure 16a e 16b riportano, per questo caso, rispettivamente: il RxQual Down-Link ed il numero di "Location Updatng-call Accesss-Handover" With reference to Figure 15 there is a further example of an extra-urban cell with high coverage. Figures 16a and 16b show, for this case, respectively: the RxQual Down-Link and the number of "Location Updatng-call Accesss-Handover"

in funzione della distanza. as a function of distance.

2.3.5 MICROCELLA Urhan3 2.3.5 MICROCELL Urhan3

E1 una Microcella il cui traffico si distribuisce su 300 m. Come evidente dalle figure 17 e 18 che riportano, per questo caso, rispettivamente: il RxQual Down-Link ed il numero di "Location Updatng-call Accesss-Handover" in funzione della distanza, da cui si desume che nella regolazione della potenza dei mobili questi riescono a trasmettere con bassa potenza tendente al minimo in prossimità della microcella. E1 a Microcell whose traffic is distributed over 300 m. As evident from figures 17 and 18 which report, for this case, respectively: the RxQual Down-Link and the number of "Location Updatng-call Accesss-Handover" as a function of the distance, from which it can be deduced that in the regulation of the furniture power these are able to transmit with low power tending to the minimum near the microcell.

2.4 LIVELLI POTENZE DOWN LINK 2.4 DOWN LINK POWER LEVELS

Nel grafico riportato nella figura 19 viene riportata una correlazione dei livelli medi con i quali ogni SRB considerata lavora. The graph shown in figure 19 shows a correlation of the average levels with which each child restraint considered works.

L’andamento è ovviamente di tipo gaussiano con un valore di picco in corrispondenza dei livelli usati maggiormente dalla cella. E’ subito evidente una differenza principale tra la distribuzione relativa alla microcella dove i livelli con campioni più numerosi si concentrano intorno a -65 dBm con una campana molto larga, e le celle con più vasta copertura dove i campioni sono maggiormente presenti a -85 dBm. The trend is obviously of the Gaussian type with a peak value corresponding to the levels used most by the cell. A main difference is immediately evident between the distribution relative to the microcell where the levels with more numerous samples are concentrated around -65 dBm with a very large bell, and the cells with wider coverage where the samples are more present at -85 dBm. .

Nei funzionali che saranno utilizzati successivamente il livello di riferimento per il calcolo della BEST SERVER in un centro storico sono di -60 dBm. In the functionals that will be used subsequently, the reference level for the calculation of the BEST SERVER in a historic center is -60 dBm.

2.5 ANALISI CONTATORI STATISTICI QUALITÀ’ 2.5 ANALYSIS OF STATISTICAL QUALITY COUNTERS

Si può osservare che le celle prese in esame hanno un differente comportamento, in particolare le celle a più vasta copertura come Monte2 presentano gli indicatori peggiori cioè handover falliti con perdita della chiamata e Cadute di connessione elevate. It can be observed that the cells examined have a different behavior, in particular the cells with the widest coverage such as Monte2 have the worst indicators, that is, failed handover with call loss and high connection drops.

Tale cella in virtù della copertura smaltisce un traffico più elevato, anche se con peggiore qualità, perciò da un punto di vista puramente economico sembrerebbe la migliore soluzione cioè EFFICENZA =( ERLANG smaltiti / IMPIANTI) più alta. ' A questo punto resta da stabilire la soglia di compromesso economico tra numero di impianti per smaltire una determinata quantità di Erlang e, qualità del servizio che si vuole dare. This cell, by virtue of the coverage, disposes of a higher traffic, even if with worse quality, therefore from a purely economic point of view it would seem the best solution, i.e. higher EFFICIENCY = (ERLANG disposed of / PLANTS). 'At this point it remains to establish the threshold of economic compromise between the number of plants to dispose of a certain quantity of Erlang and the quality of the service to be provided.

Questo argomento è trattato nel capitolo 4 dedicato all’analisi sul traffico per ora ci si può limitare ad affermare che in ambito rurale è, in generale, economicamente meno remunerativo avere tanti impianti per splittare il traffico in quanto il rapporto qualità prezzo non ne trae un beneficio. This topic is dealt with in chapter 4 dedicated to traffic analysis for now we can limit ourselves to stating that in the rural area it is, in general, economically less profitable to have many systems for splitting traffic as the value for money does not derive a benefit.

Nei grafici rappresentati in figura 20a-d sono riportate in ordine: a- DSDC Cadute di connessone sul canale di segnalazione SDCCH; The graphs represented in figure 20a-d show in order: a- DSDC Connection drops on the signaling channel SDCCH;

b- Dropped TCH Cadute di connessione sui canali di fonia; c- TROFF Traffico offerto in Erlang; b- Dropped TCH Connection drops on the voice channels; c- TROFF Traffic offered in Erlang;

d- HFFP % Handover fra celle diverse falliti con perdita della chiamata. d- HFFP% Handover between different cells failed with loss of the call.

Da questi indicatori emerge per esempio che la cella urbana Urban2 a ridotta copertura ha una percentuale di handover andati a buon fine del 98 % contro 85 % della cella di Monte2. From these indicators it emerges, for example, that the urban cell Urban2 with reduced coverage has a percentage of successful handover of 98% compared to 85% of the cell of Monte2.

Questo conferma ancora una volta che le celle la cui area di copertura è limitata ad un obiettivo vicino a 1-2 Km MAX, offrono una qualità del servizio migliore. This confirms once again that the cells whose coverage area is limited to a target close to 1-2 Km MAX, offer a better quality of service.

2.6 ANALISI MISURE: aspetti di Impatto Ambientale Radio e Qualità del Servizio 2.6 ANALYSIS OF MEASURES: aspects of Radio Environmental Impact and Service Quality

Contrariamente a quanto si possa pensare i due aspetti non sono scorrelati, una buona qualità del servizio implica un basso impatto ambientale della telefonia cellulare. Contrary to what one might think the two aspects are not unrelated, a good quality of service implies a low environmental impact of cellular telephony.

Viene mostrato con un esempio tale correlazione, la cella esaminata cosi' come riportata in figura 2 1 , è una cella urbana di Ancona ubicata nella nuova area commerciale della città. This correlation is shown with an example, the cell examined as shown in figure 2 1, is an urban cell of Ancona located in the new commercial area of the city.

E' stato eseguito un percorso allontandandosi dalla SRB, con un telefonino di prova, tracciando dalla centrale telefonica la chiamata forzata su tale SRB escludendo cioè la possibilità di Handover su altre SRB. A path was carried out by moving away from the child restraint, with a test mobile phone, tracing from the telephone exchange the forced call on this child restraint, ie excluding the possibility of handover on other child restraints.

La post elaborazione dei measurement report ha permesso di analizzare il comportamento di un telefonino che si allontana dalla sua cella servente rimanendo agganciato ad essa The post-processing of the measurement reports made it possible to analyze the behavior of a mobile phone that moves away from its serving cell while remaining hooked to it.

Tutti le analisi che seguono sono state effettuate sulla tratta Up Link cioè dal telefonino verso la SRB, in ogni caso le medesime conclusioni restano valide anche sulla tratta Down Link, cioè da SRB a mobile, dove si fa riferimento alla potenza emessa dalla SRB anziché dalla MS. All the following analyzes were carried out on the Up Link section, i.e. from the mobile phone to the RBS, in any case the same conclusions are also valid on the Down Link section, i.e. from RBS to mobile, where reference is made to the power emitted by the RBS instead of the MS.

Si riportano la simulazione di copertura ed un grafico in figura 23, indicante la correlazione tra: The coverage simulation and a graph are shown in figure 23, indicating the correlation between:

- tra la potenza trasmessa dal telefonino; - between the power transmitted by the mobile phone;

- il livello in dBm RX LEV UP LINK ricevuto dalla SRB; - the level in dBm RX LEV UP LINK received by the SRB;

- la qualità RX QUAL UP LINK misurata nella SRB; - the RX QUAL UP LINK quality measured in the SRB;

- distanza temporale del mobile dalla SRB, un unità temporale di T.Advance corrisponde a 550 m, pertanto TA= 7 =3,8 Km max. La Fig. 18 riporta un grafico relativo alla correlazione dell'impatto Ambientale e la qualità' del servizio GSM con le distanze temporali riportate sulle ascisse. - temporal distance of the furniture from the child restraint, a temporal unit of T. Advance corresponds to 550 m, therefore TA = 7 = 3.8 Km max. Fig. 18 shows a graph relating to the correlation of the environmental impact and the quality of the GSM service with the time distances shown on the abscissa.

La curva rossa rappresenta attenuazione media in db della potenza trasmessa dal telefonino (m.s. = mobile station), all’aumentare della distanza tra telefonino e SRB la potenza ricevuta dalla SRB in dBr ( curva verde riferita a -1 10 dBm) diminuisce, conseguentemente il telefonino aumenta la sua potenza di trasmissione al fine di bilanciare l’attenuazione subita dal segnale. The red curve represents the average attenuation in db of the power transmitted by the mobile phone (m.s. = mobile station), as the distance between the mobile phone and the child restraint increases the power received by the child restraint in dBr (green curve referred to -1 10 dBm) decreases, consequently the mobile phone increases its transmission power in order to balance the attenuation suffered by the signal.

In un area aperta come quella considerata, oltre circa 2,5 Km di distanza dalla SRB, il telefonino trasmette sempre a potenza massima, tale circostanza ha tre effetti: In an open area such as the one considered, over about 2.5 km away from the RBS, the mobile phone always transmits at maximum power, this circumstance has three effects:

- massima energia irradiata nel corpo umano da parte del telefonino cioè massimo Impatto Ambientale; - maximum energy radiated into the human body by the mobile phone, ie maximum Environmental Impact;

- massima interferenza prodotta nel sistema da un apparto che trasmette alla massima potenza e quindi peggioramento del C/I sulla rete; - maximum interference produced in the system by an apparatus that transmits at maximum power and therefore worsening of the C / I on the network;

- consumo massimo di potenza del telefonino con conseguente più rapida scarica delle batterie. - maximum power consumption of the mobile phone resulting in faster battery discharge.

Si nota anche il deterioramento del BER (RX QUAL) con l’aumentare della distanza, tale degrado incide sulla intelleggibilità della conversazione e quindi sul servizio. The deterioration of the BER (RX QUAL) is also noted with increasing distance, this degradation affects the intelligibility of the conversation and therefore on the service.

Su una zona densamente urbanizzata tale distanza può ridursi oltre il 50% soprattutto se la zona è interferita. On a densely urbanized area, this distance can be reduced by more than 50%, especially if the area is interfered with.

Questi aspetti suggeriscono che per migliorare la qualità del servizio offerto al cliente e contemporaneamente ridurre l’impatto ambientale è necessario che le SRB siano ubicate vicino alle sorgenti di traffico telefonico ovvero nelle immediate vicinanze dell’obiettivo di copertura della SRB. These aspects suggest that to improve the quality of the service offered to the customer and at the same time reduce the environmental impact, it is necessary that the child restraints are located close to the sources of telephone traffic or in the immediate vicinity of the coverage objective of the child restraint.

2.7 ANALISI MS P.CONTROL SU UN AREA URBANA Al fine di evidenziare il funzionamento del controllo di potenza del mobile su un area urbana, è stata presa come esempio la città di Ancona. 2.7 MS P.CONTROL ANALYSIS ON AN URBAN AREA In order to highlight the functioning of the mobile power control on an urban area, the city of Ancona was taken as an example.

E’ stato effettuato un percorso con uno strumento di misura georeferenziato, in tal modo è possibile evidenziare sulla mappa geografica di Ancona tutti gli eventi di interesse: A path was carried out with a georeferenced measuring instrument, in this way it is possible to highlight all the events of interest on the geographical map of Ancona:

- Livello di segnale ricevuto dal mobile RX LEVEL; - Signal level received by the mobile RX LEVEL;

- Qualità RX QUAL (BER); - RX QUAL (BER) quality;

- Distanza temporale tra telefonino e cella servente Time Advance; - Time distance between mobile phone and cell serving Time Advance;

Nella Fig. 23 e' stato contrassegnato con In Fig. 23 it has been marked with

1- lo RX Qual7, handover e max potenza TX con successivo decremento della potenza TX 1- the RX Qual7, handover and max TX power with subsequent decrease in TX power

2- l'handover e l'aumento attenuazione potenza trasmessa dal mobile. 2- the handover and the increase in attenuation of the power transmitted by the cabinet.

Come evidenziato nelle zone cerchiate il mobile tende a trasmettere con potenza minore vicino alle SRB serventi e con potenza maggiore lontano da esse. As highlighted in the circled areas, the cabinet tends to transmit with less power near the serving SRBs and with greater power away from them.

Una particolarità che si nota nei grafici successivi è l’andamento a dente di sega a scalino della potenza. A peculiarity that can be seen in the following graphs is the sawtooth step-by-step trend of the power.

Tale fenomeno si spiega in quanto ad ogni handover o ad ogni nuova chiamata il mobile trasmette, in accordo con le specifiche GSM, con la massima potenza. This phenomenon is explained by the fact that with each handover or each new call the mobile transmits, in accordance with the GSM specifications, with maximum power.

Successivamente se i livelli e la qualità consentono una riduzione della potenza trasmessa, il telefonino inizia a decrementare a step di 2 db la propria potenza, questo si vede dai gradini presenti nella dente di sega. Subsequently, if the levels and quality allow a reduction in the transmitted power, the mobile phone begins to decrease its power in steps of 2 db, this can be seen from the steps present in the sawtooth.

Se il livello raggiunto è troppo basso si riduce il C/I degradando il BER che tende a RX QUAL 7, conseguentemente nella maggior parte dei casi al fine di ristabilire il valore di RX QUA1 <= 3, si induce un incremento mediamente de 4 a 6 dB minimo e istantaneo della potenza trasmessa dal telefonino. If the level reached is too low, the C / I is reduced by degrading the BER which tends to RX QUAL 7, consequently in most cases in order to restore the value of RX QUA1 <= 3, an average increase of 4 a is induced. 6 dB minimum and instantaneous of the power transmitted by the mobile phone.

In altri casi quando il valore di RX QUAL peggiora si ha un Handover e si rinizia tutto da capo, le procedure non sono casuali, dipende da come sono settate le soglie, l’intervento del controllo di potenza interviene prima dell’ eventuale Handover per qualità. In other cases, when the RX QUAL value worsens, you have a handover and start all over again, the procedures are not random, it depends on how the thresholds are set, the intervention of the power control intervenes before any handover for quality .

Celle con vasta copertura urbana hanno localmente zone di copertura con intersezione reciproca, di conseguenza vi sono molti handover talvolta non necessari. Cells with large urban coverage have local coverage areas with reciprocal intersection, so there are many sometimes unnecessary handovers.

Poiché' ad ogni handover corrisponde anche una micro interruzione della fonia ne consegue anche un peggioramento del MOS (Mean Opinion Score ) per tale motivo. Since every handover also corresponds to a micro interruption of the voice, it also follows a worsening of the MOS (Mean Opinion Score) for this reason.

Il grafico di figura di figura 23 riporta quindi gli andamenti di RX Level, RX Qual, T.Advance, MS TX POWER ATTENUATION; il livello variabile del T.Adavance è dovuto agli handover tra celle diverse in corrispondenza dei quali si osserva l’attenuazione della potenza TX del Mobile andare al minimo cioè potenza TX massima. The graph in figure 23 therefore shows the trends of RX Level, RX Qual, T. Advance, MS TX POWER ATTENUATION; the variable level of the T.Adavance is due to the handover between different cells in correspondence with which the attenuation of the Mobile TX power is observed going to the minimum ie maximum TX power.

Capitolo 3: SCENARI DI TRAFFICO Chapter 3: TRAFFIC SCENARIOS

In questo capitolo verranno analizzati dei casi di traffico GSM al fine di determinare un modello di traffico da implementare per la determinazione del numero di Stazioni Radio Base teoriche necessarie per garantire il servizio GSM in zone con una nota densità di utenti potenziali. Tale proporzione di SRB sarà inserita nell’area teorica da ottimizzare a livello di qualità del servizio GSM e di impatto ambientale con i funzionali descritti successivamente. In this chapter some GSM traffic cases will be analyzed in order to determine a traffic model to be implemented for determining the number of theoretical Radio Base Stations necessary to guarantee the GSM service in areas with a known density of potential users. This proportion of SRBs will be included in the theoretical area to be optimized in terms of the quality of the GSM service and environmental impact with the functionalities described below.

3.1 SCENARIO TLC MOBILI 3.1 MOBILE TLC SCENARIO

La tecnologia cellulare consente prestazioni adeguate a fronte di investimenti di circa un decimo rispetto alla rete fissa'. Cellular technology allows adequate performance against investments of about one-tenth compared to the fixed network '.

Tale compromesso tecnico economico conduce la tecnologia cellulare come probabile candidato per la comunicazione telefonica vocale sia nel settore consumer sia nel settore businnes. This technical and economic compromise leads cellular technology as a probable candidate for voice telephone communication in both the consumer and business sectors.

Inoltre, con il GPRS e UMTS sussiste un espansione dalla voce ai dati: testimonianza concreta di tale orientamento sono i servizi in-banking. Furthermore, with GPRS and UMTS there is an expansion from voice to data: concrete evidence of this orientation is in-banking services.

A conferma vi sono di già accordi con importanti istituti di credito per offrire alla clientela servizi di m-banking, trading on line e m-commerce mediante l’utilizzo di una smart card apposita fornita dal gestore. To confirm, there are already agreements with major credit institutions to offer customers m-banking, online trading and m-commerce services through the use of a special smart card provided by the manager.

SIM toolkit e WAP hanno consentito lo sviluppo delle prime applicazioni (di interfaccia elementare) e facilitano già oggi l’accesso ai servizi sempre più evoluti e il GPRS si caratterizza per l’elevata capacità e qualità nella trasmissione dati. SIM toolkit and WAP allowed the development of the first applications (of elementary interface) and already today facilitate access to increasingly advanced services and GPRS is characterized by high capacity and quality in data transmission.

L’UMTS, cioè il servizio radiomobile di terza generazione, renderà disponibili applicazioni multimediali anche in mobilità rivoluzionando lo scenario del mercato radiomobile. In questo ambito l’innovazione tecnologica rappresenterà un fattore determinante, l’evoluzione verso la Personal Comunication richiederà un potenziamento delle: UMTS, that is the third generation mobile radio service, will make multimedia applications available even on the move, revolutionizing the scenario of the mobile radio market. In this context, technological innovation will be a determining factor, the evolution towards Personal Communication will require an enhancement of:

Prestazioni di base Terminali e Rete accesso, qualità e copertura della rete Basic performance Terminals and Network access, quality and coverage of the network

Prestazioni a maggior valore: messaggistica, velocità trasmissiva, servizi di rete intelligente. Higher value performance: messaging, transmission speed, intelligent network services.

Tutti i gestori già oggi sono chiamati a trasformarsi da semplice “ fabbrica di minuti di conversazione” a “fabbrica di minuti e servizi”. All managers are already called upon to transform themselves from a simple “talk minutes factory” to a “minutes and services factory”.

Ciò che in futuro sarà remunerativo è rappresentato dai contenuti che verranno trasportati dalle reti radiomobili: informazioni, pubblicità, servizi, video. What will be profitable in the future is represented by the contents that will be transported by mobile radio networks: information, advertising, services, videos.

Per il momento si è ancora nella fase di ottimizzazione della Rete di Trasporto, oggi GSM/GPRS domani UMTS. For the moment we are still in the optimization phase of the Transport Network, today GSM / GPRS tomorrow UMTS.

Lo scopo della presente invenzione e' quello di fornire una tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM che mediante un modello di traffico permetta la determinazione del numero di Stazioni Radio Base teoriche necessarie per garantire il servizio GSM in zone con una nota densità di utenti potenziali. Tale proporzione di SRB sarà inserita nelTarea teorica da ottimizzare a livello di qualità del servizio GSM e di impatto ambientale con i funzionali descritti successivamente. The purpose of the present invention is to provide a design and / or optimization technique of the GSM radio access network which, by means of a traffic model, allows the determination of the number of theoretical Radio Base Stations necessary to guarantee the GSM service in areas with a known density of potential users. This proportion of child restraints will be included in the theoretical area to be optimized in terms of quality of the GSM service and environmental impact with the functionalities described below.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è di attuare detta analisi della rete GSM mediante apposite procedure che utilizzino algoritmi genetici, per ricercare attraverso funzionali la soluzione migliore per la ubicazione e per la scelta dei principali parametri radio delle SRB in ambito urbano. Sono tali algoritmi di tipo genetico, in pratica, che permettono di ottenere una pianificazione della rete GSM a minor impatto ambientale ed a maggiore qualità del servizio offerto. A further object of the present invention is to carry out said analysis of the GSM network by means of suitable procedures that use genetic algorithms, to search through functionalities the best solution for the location and for the choice of the main radio parameters of the RBS in an urban environment. In practice, these algorithms of a genetic type make it possible to obtain a planning of the GSM network with a lower environmental impact and a higher quality of the service offered.

Ε' infine scopo della presente invenzione di fornire una tecnica di progetto ed ottimizzazione della rete di accesso radio GSM che impieghi protocolli, procedure e tecnologie standard nell'ambito della telefonia cellulare al fine di rendere la tecnica stessa di immediata applicazione e di facile gestione. Finally, the object of the present invention is to provide a technique for designing and optimizing the GSM radio access network which uses standard protocols, procedures and technologies in the field of cellular telephony in order to make the technique itself immediately applicable and easy to manage.

Questi ed altri scopi che saranno chiari nel corso della descrizione sono ottenuti mediante una tecnica basata sulla classificazione e sulla valutazione degli obiettivi e dei vincoli che intervengono nella progettazione della stazione radio base, quali: These and other purposes that will be clear in the course of the description are obtained by means of a technique based on the classification and evaluation of the objectives and constraints involved in the design of the radio base station, such as:

-la massimizzazione del rapporto tra segnale utile ed interferenza, -la massima riduzione della distanza tra la stazione radio base, e la sorgente di traffico, - maximization of the relationship between useful signal and interference, - maximum reduction of the distance between the radio base station and the traffic source,

-la massima riduzione della presenza di campo elettromagnetico, -la massimizzazione del rendimento celle in base al rapp'orto traffico/costi, -the maximum reduction of the presence of electromagnetic field, -the maximization of the cell yield based on the traffic / cost ratio,

-la massimizzazione del livello di copertura, - maximization of the coverage level,

mediante modello operativo che formalizzi il rapporto tra l'obiettivo ed i parametri da cui esso dipende, basato sull'impiego di algoritmi di tipo genetico per l'ottimizzazione globale attraverso un criterio di compromesso fra i singoli indici. by means of an operating model that formalizes the relationship between the objective and the parameters on which it depends, based on the use of genetic algorithms for global optimization through a compromise criterion between the individual indices.

Tale tecnica di progetto ed ottimizzazione della rete di accesso radio GSM impiega dei mezzi di rappresentazione del funzionamento di un cèrto numero di stazioni radio base come Best Server in regioni enumerate con un primo indice al pari delle stazioni radio base stesse, essendo tali regioni a loro volta suddivise in pixel più piccoli con un ulteriore indice in modo da discretizzare con maggiore precisione i valori di campo elettromagnetico nello spazio e contemporaneamente fornire, ai mezzi software impiegati, i dati di ingresso relativi al traffico previsto sui vari pixel stessi. Per mezzo di algoritmi tipicamente nell’ambito della ricerca genetica si riescono ad ottenere delle rappresentazioni e delle indicazioni significative sulla possibilità’ di ottimizzare la rete di accesso radio GSM. This technique for designing and optimizing the GSM radio access network uses means of representing the operation of a certain number of base radio stations as Best Servers in regions enumerated with a first index like the radio base stations themselves, these regions being their once divided into smaller pixels with a further index so as to discretize the electromagnetic field values in space with greater precision and at the same time provide, to the software means used, the input data relating to the traffic expected on the various pixels themselves. By means of algorithms typically in the field of genetic research, it is possible to obtain significant representations and indications on the possibility of optimizing the GSM radio access network.

Al solo scopo esemplificativo e senza con ciò' voler in alcun modo limitare l'ambito e la portata dell'invenzione la stessa verrà' ora illustrata in base ad una realizzazione preferita con riferimento alle figure allegate in cui: For illustrative purposes only and without thereby wanting to limit the scope and scope of the invention in any way, the same will now be illustrated on the basis of a preferred embodiment with reference to the attached figures in which:

Figg. la e lb sono degli esempi di cluster di celle, Figs. la and lb are examples of cell clusters,

Fig. 2 è una rappresentazione schematica della relazione che si instaura tra segnale utile e segnale interferente in prossimità del bordo cella; Fig. 2 is a schematic representation of the relationship that is established between the useful signal and the interfering signal near the edge of the cell;

Fig. 3 è un grafico indicativo del sistema di controllo di potenza; Fig. 4 è un esempio di alcune celle di overlaid e underlaid; Fig. 3 is a graph indicative of the power control system; Fig. 4 is an example of some overlaid and underlaid cells;

Fig. 5 è una rappresentazione di dispersione temporale in rapporto aH'interferenza intersimbolo, mentre la Fig. 5b è indicativa della dispersione temporale relativamente al bordo di guardia. Fig. 5 is a representation of temporal dispersion in relation to the intersymbol interference, while Fig. 5b is indicative of the temporal dispersion relative to the guard edge.

Fig. 6 è una rappresentazione grafica di una cella extraurbana; Fig. 7 è una grafico relativo alla misurazione effettuata nell'ambito della cella di Fig. 6 precedente; Fig. 6 is a graphic representation of an extra-urban cell; Fig. 7 is a graph relating to the measurement carried out within the previous cell of Fig. 6;

Figg. 8 e 9 sono dei grafici relativi ad ulteriori misurazioni effettuate sulla cella extraurbana di Fig. 6 ; Figs. 8 and 9 are graphs relating to further measurements carried out on the extra-urban cell of Fig. 6;

Fig. 10 è una rappresentazione grafica di una cella urbana ad elevata copertura in prossimità di un lago; Fig. 10 is a graphic representation of an urban cell with high coverage near a lake;

Figg. I la e l lb sono dei grafici relativi a misurazioni effettuate nell'ambito della copertura di cella di Fig. 10; Figs. I la and lb are graphs relating to measurements carried out within the cell coverage of Fig. 10;

Fig. 12 è la rappresentazione grafica di una cella di copertura urbana di medie dimensioni; Fig. 12 is the graphic representation of a medium-sized urban roof cell;

Figg. 13a e 13b sono dei grafici relativi a delle misurazioni effettuate nell'ambito della copertura associata alla cella di Fig. 12; Figs. 13a and 13b are graphs relating to measurements made within the coverage associated with the cell of Fig. 12;

Fig. 14 è una rappresentazione di una cella extraurbana ad elevata copertura; Fig. 14 is a representation of an extra-urban cell with high coverage;

Figg. 15 e 16 sono dei grafici relativi a delle misurazioni effettuate nell'ambito della cella di copertura di Fig. 14; Figs. 15 and 16 are graphs relating to measurements made within the coverage cell of Fig. 14;

Figg. 17 e 18 sono grafici relativi a misurazioni effettuate su' una microcella; Figs. 17 and 18 are graphs relating to measurements made on a microcell;

Fig. 19 è un grafico riassuntivo relativo a distribuzioni di potenza in celle di diversa tipologia; Fig. 19 is a summary graph relating to power distributions in cells of different types;

Fig. 20 comprende ulteriori grafici riassuntivi relativi a distribuzioni di potenza per celle di diversa tipologia; Fig. 20 includes further summary graphs relating to power distributions for cells of different types;

Fig. 21 è una rappresentazione di una zona geografica relativa copertura telefonica cellulare; Fig. 21 is a representation of a geographical area relating to cellular telephone coverage;

Fig. 22 comprende una serie di grafici relativi a misurazioni effettuate sull'area di copertura di Fig. 21 ; Fig. 22 comprises a series of graphs relating to measurements made on the coverage area of Fig. 21;

Fig. 23 è un grafico che riporta una valutazione correlata suH'impatto ambientale; Fig. 23 is a graph showing a correlated assessment of the environmental impact;

Figg. 24 e 25 sono dei grafici che pongono in relazione l’efficienza di alcuni tipi di cluster con il raggio della cella elementare; Figs. 24 and 25 are graphs that relate the efficiency of some types of clusters with the radius of the unit cell;

Fig. 26 è una rappresentazione schematica di un cluster; Fig. 26 is a schematic representation of a cluster;

Fig. 27 è una rappresentazione grafica di una mappa territoriale; Figg. 28 e 29 riportano dei grafici relativi al traffico GSM su un particolare modello di riferimento; Fig. 27 is a graphic representation of a territorial map; Figs. 28 and 29 show graphs relating to GSM traffic on a particular reference model;

Fig. 30 è un diagramma di flusso relativo alle varie fasi comprese in un algoritmo genetico; Fig. 30 is a flow diagram relating to the various phases included in a genetic algorithm;

Fig. 31 è una rappresentazione grafica tridimensionale di un possibile spazio delle soluzioni nell'ambito dell'algoritmo genetico; Fig. 31 is a three-dimensional graphic representation of a possible solution space within the genetic algorithm;

Figg. 32 e 33 sono delle rappresentazioni grafiche di ambiente urbano da cui desumere alcuni parametri di analisi fondamentali; Fig. 34 è una rappresentazione grafica dei vincoli che intervengono nella scelta dei percorsi ottimali di rice trasmissione; Fig. 35a è uno schema grafico indicativo di varie traiettorie generate dall'algoritmo genetico per la ricerca della possibile stazione radio base permessa, Figs. 32 and 33 are graphic representations of the urban environment from which to deduce some fundamental analysis parameters; Fig. 34 is a graphical representation of the constraints involved in the choice of the optimal reception transmission paths; Fig.35a is a graphic diagram indicative of various trajectories generated by the genetic algorithm for the search for the possible permitted radio base station,

Fig. 35b è uno schema grafico indicativo di varie traiettorie generate daH'algoritmo genetico per la ricerca della stazione radio base migliore; Fig. 35b is a graphic diagram indicative of various trajectories generated by the genetic algorithm for the search for the best radio base station;

Fig. 36 è una rappresentazione grafica di un'area urbana di riferimento esemplificativa utilizzata nelle procedure grafiche secondo la presente invenzione; Fig. 36 is a graphical representation of an exemplary reference urban area used in the graphical procedures according to the present invention;

Fig. 37 è una rappresentazione tridimensionale per layer relativa ai dati di ingresso-uscita fomiti al procedimento secondo la presente invenzione; Fig. 37 is a three-dimensional representation by layer relating to the input-output data supplied to the process according to the present invention;

Fig. 38 è un grafico di una funzione esponenziale relativa all'attenuazione supplementare per tilt antenna di trasmissione con stazione radio base omni direzionale; Fig. 38 is a graph of an exponential function relating to the additional attenuation for transmitting antenna tilt with an omni-directional radio base station;

Fig. 39 è un grafico che schematizza con una figura pentagonale i parametri fondamentali che intervengono nell'ottimizzazione e/o nel progetto di una rete GSM; Fig. 39 is a graph that schematises with a pentagonal figure the fundamental parameters involved in the optimization and / or in the design of a GSM network;

Fig. 40 è una rappresentazione di un cluster di celle a diversa densità di traffico; Fig. 40 is a representation of a cluster of cells with different traffic density;

Fig. 41 è una rappresentazione grafica di funzionali che interlavorano per ottenere l'ottimizzazione delle distanze; Fig. 41 is a graphical representation of functionals that work together to obtain the optimization of the distances;

Fig. 42 è una rappresentazione grafica analoga alla precedente relativa a due regioni distinte; Fig. 42 is a graphic representation similar to the previous one relating to two distinct regions;

Fig. 43 è un grafico che riporta l'interrelazione tra tre celle, una servente e le altre due interferenti; Fig. 43 is a graph showing the interrelation between three cells, one serving and the other two interfering;

Fig. 44 è uno schema che sta ad indicare le combinazioni per un controllo reciproco delle interferenze tra tre regioni coperte da tre stazioni radio base; Fig. 44 is a diagram that indicates the combinations for a mutual control of the interferences between three regions covered by three radio base stations;

Fig. 45 è uno schema relativo a due regioni di copertura suddivise su due pixel; Fig. 45 is a diagram relating to two coverage regions divided over two pixels;

Fig. 46 è un grafico relativo alla dinamica del controllo di potenza; Fig. 46 is a graph relating to the dynamics of the power control;

Fig. 47 è uno schema relativo alla procedura di minimizzazione del rendimento della stazione radio base; Fig. 47 is a diagram relating to the procedure for minimizing the performance of the radio base station;

Fig. 48 è una rappresentazione grafica di una funzionale copertura con limiti impostati per pixel; Fig. 48 is a graphical representation of a functional coverage with limits set per pixel;

Fig. 49 è una rappresentazione grafica di un funzionale impatto ambientale minimo assoluto; Fig. 49 is a graphic representation of a functional absolute minimum environmental impact;

Fig. 50 è una rappresentazione grafica di un funzionale rapporto C/I con limiti! minimi impostati per pixel; Fig. 50 is a graphical representation of a functional C / I ratio with limits! minimums set per pixel;

Fig. 51 è unai rappresentazione grafica di una funzionale distanza minima della stazione radio base dalla sorgente di traffico; Fig. 51 is a graphical representation of a functional minimum distance of the radio base station from the traffic source;

Fig. 52 è una rappresentazione grafica di un funzionale sul rendimento a traffico massimo della rete; Fig. 52 is a graphical representation of a functional on the maximum throughput of the network;

Fig. 53 è una rappresentazione della distribuzione di aree best server della stazione radio base per evoluzione di funzionale rendimento tipo 1 ; Fig. 53 is a representation of the distribution of best server areas of the radio base station by evolution of functional efficiency type 1;

Fig. 54 è un grafico relativo ai valori che il funzionale costo tipo 1 ha assunto in seguito ai procedimenti interattivi; Fig. 54 is a graph relating to the values that the cost functional type 1 has assumed following the interactive procedures;

Fig. 55 è una rappresentazione della distribuzione della copertura dBm per evoluzione di funzionale rendimento tipo 1 ; Fig. 55 is a representation of the distribution of the dBm coverage by evolution of functional efficiency type 1;

Fig. 56 è una rappresentazione di distribuzione campo elettrico in V/m, per evoluzione funzionale con rendimento tipo 1; Fig. 56 is a representation of electric field distribution in V / m, for functional evolution with efficiency type 1;

Fig. 57 è una rappresentazione della distribuzione del C/I dB per evoluzione con rendimento tipo 1 ; Fig. 57 is a representation of the distribution of C / I dB by evolution with efficiency type 1;

Fig. 58 è una rappresentazione delle distanze SRB/pixel servito per evoluzione con funzionale rendimento tipo 1 ; Fig. 58 is a representation of the SRB / pixel distances served by evolution with functional efficiency type 1;

Fig. 59 è un grafico relativo alla evoluzione del funzionale rendimento tipo 1 per effetto del movimento imposto dal'algoritmo genetico; Fig. 59 is a graph relating to the evolution of the functional efficiency type 1 due to the effect of the movement imposed by the genetic algorithm;

Fig. 60 è una rappresentazione della distribuzione SRB e mappa area urbana per evoluzione con rendimento tipo delta delle SRB; Fig. 61 è una rappresentazione delle aree best server per SRB per 1 funzionale costo rendimento massimo tipo 2; Fig. 60 is a representation of the SRB distribution and urban area map by evolution with delta-like performance of the SRBs; Fig. 61 is a representation of the best server areas for SRBs for 1 functional cost maximum efficiency type 2;

Fig. 62 è una rappresentazione della copertura dBm per funzionale costo rendimento massimo tipo 2; Fig. 62 is a representation of the dBm coverage for functional cost-efficiency type 2;

Fig. 63 è una rappresentazione della distribuzione interferenza C/l dB per funzionale costo rendimento massimo tipo 2; Fig. 63 is a representation of the interference distribution C / l dB for functional cost-efficiency type 2;

Fig. 64 è una rappresentazione del campo elettrico in V/M per il funzionale costo rendimento massimo tipo 2; Fig. 64 is a representation of the electric field in V / M for the functional maximum efficiency cost type 2;

Fig. 65 è una rappresentazione delle distanze pixel SRB servente per il funzionale costo rendimento massimo tipo 2; Fig. 65 is a representation of the SRB pixel distances serving for the functional maximum efficiency cost type 2;

Fig. 66 è una rappresentazione della ubicazione SRB in area urbana per funzionale rendimento costo massimo tipo 2; Fig. 66 is a representation of the SRB location in an urban area for functional maximum cost efficiency type 2;

Fig. 67 è un grafico che riporta il movimento SRB prodotto dall'algoritmo genetico per un funzionale costo rendimento massimo; Fig. 67 is a graph showing the SRB movement produced by the genetic algorithm for a functional cost-yield maximum;

Fig. 68 è un grafico relativo al funzionale costo rendimento massimo; Fig. 68 is a graph relating to the maximum yield cost functional;

Fig. 69 è un grafico relativo al funzionale rendimento con limiti traffico/funzionale costo rendimento massimo; Fig. 69 is a graph relating to the efficiency functional with traffic limits / maximum efficiency cost functional;

Figg. da 70a a 70e riportano rispettivamente: Figs. 70a to 70e report respectively:

a) funzionale impatto ambientale a) functional environmental impact

b) funzionale interferenza minima b) minimal functional interference

c) funzionale copertura con limiti zone c) functional coverage with zone limits

d) funzionale distanza power control d) functional distance power control

e) funzionale traffico distanza minima; e) functional minimum distance traffic;

Fig. 71 è una rappresentazione di una distribuzione aree di copertura best server per funzionale distanza minima SRB sorgenti di traffico; Fig. 71 is a representation of a distribution of best server coverage areas for functional minimum distance SRB traffic sources;

Fig. 72 è una rappresentazione della distribuzione del campo elettrico in V/m funzionale della distanza minima SRB per sorgente di traffico; Fig. 72 is a representation of the electric field distribution in functional V / m of the minimum SRB distance per traffic source;

Fig. 73 è una rappresentazione di una distribuzione C/I per funzionale distanza minima SRB per sorgente di traffico; Fig. 73 is a representation of a C / I distribution for functional minimum SRB distance per traffic source;

Fig. 74 è una distribuzione delle distanze pixel da SRB servente per funzionale distanza minima SRB sorgente di traffico; Fig. 74 is a distribution of the pixel distances from the SRB serving for functional minimum distance SRB traffic source;

Fig. 75 è una rappresentazione di una distribuzione SRB e mappa dell’area urbana, per funzionale distanza minima SRB sorgente di traffico; Fig. 75 is a representation of a SRB distribution and map of the urban area, for functional minimum distance SRB traffic source;

Fig. 76 è un grafico indicativo del movimento causato daH’algoritmo genetico per la ricerca migliore nel minimizzare la distanza delle SRB dalle sorgenti di traffico; Fig. 76 is a graph indicative of the movement caused by the genetic algorithm for the best research in minimizing the distance of the RBS from the traffic sources;

Fig. 77 è una rappresentazione delle aree di best server per funzionale traffico distanza minima; Fig. 77 is a representation of the best server areas for functional minimum distance traffic;

Fig. 78 è una rappresentazione di una copertura in dBm per funzionale di traffico distanza minima; Fig. 78 is a representation of a coverage in dBm per traffic functional minimum distance;

Fig. 79 è una rappresentazione di una distribuzione di interferenza C/I in dBm per funzionale di traffico distanza minima Fig. 79 is a representation of a C / I interference distribution in dBm per traffic functional minimum distance

Fig. 80 è una rappresentazione di una distribuzione di campo elettrico in V/m del funzionale di traffico distanza minima; Fig. 81 è una rappresentazione di una distribuzione di distanze pixel SRB servente del funzionale di traffico distanza minima; Fig. 82 è una rappresentazione di una distribuzione SRB sull’area urbana per funzionale distanza minima; Fig. 80 is a representation of an electric field distribution in V / m of the minimum distance traffic functional; Fig. 81 is a representation of an SRB pixel distance distribution serving the minimum distance traffic functional; Fig. 82 is a representation of a SRB distribution on the urban area for functional minimum distance;

Fig. 83 è un grafico che riporta delle traiettorie SRB modificate daH’algoritmo genetico relativamente al funzionale traffico distanza minima; Fig. 83 is a graph showing the SRB trajectories modified by the genetic algorithm in relation to the functional minimum distance traffic;

Fig. 84 è un grafico che riporta l’andamento funzionale del traffico per distanza minima in rapporto al numero di trazioni deH’algoritmo generico; Fig. 84 is a graph showing the functional trend of traffic for minimum distance in relation to the number of tractions of the generic algorithm;

Figg. 85a-85f riportano rispettivamente Figs. 85a-85f report respectively

andamento funzionale C/I massimo, maximum C / I functional trend,

andamento funzionale impatto ambientale minimo, functional trend minimal environmental impact,

funzionale copertura con limiti, functional coverage with limits,

livello medio di copertura in di BM, average level of coverage in of BM,

funzionale costo con limite sul traffico, functional cost with traffic limit,

andamento funzionale costo max, functional trend max cost,

tutti riportati in funzione del numero di trazione deH’algoritmo generico; all reported according to the traction number of the generic algorithm;

Fig. 86 è una rappresentazione di una distribuzione di aree best server per un funzionale di ottimizzazione della copertura radio con il minimo fissato per pixel; Fig. 86 is a representation of a distribution of best server areas for a functional optimization of the radio coverage with the minimum fixed per pixel;

Fig. 87 è una rappresentazione di una distribuzione copertura in dBm relativa ad un funzionale per ottimizzazione della copertura radio con minimo fissati per pixel; Fig. 87 is a representation of a coverage distribution in dBm relating to a functional for optimization of the radio coverage with minimum fixed per pixel;

Fig. 88 è una rappresentazione di una distribuzione della C/I in dB relativo ad un funzionale per ottimizzazione della copertura radio con minimo fissato e pixel; Fig. 88 is a representation of a C / I distribution in dB relative to a functional for optimization of radio coverage with fixed minimum and pixels;

Fig. 89 è una rappresentazione di una distribuzione del campo elettrico in V/M per un funzionale di ottimizzazione della copertura radio con minimo fissato per pixel; Fig. 89 is a representation of an electric field distribution in V / M for a functional optimization of the radio coverage with a fixed minimum per pixel;

Fig. 90 è una rappresentazione della distribuzione distanze pixel SRB-servente relativa ad un funzionale per ottimizzazione della copertura radio con minimo fissato per pixel; Fig. 90 is a representation of the SRB-serving pixel distance distribution relating to a functional for optimization of the radio coverage with a fixed minimum per pixel;

Fig. 91 è una rappresentazione della distribuzione SRB, oltre alla mappa della città. relativa ad un funzionale di copertura ottimizzata radio con minimo fissato per pixel; Fig. 91 is a representation of the SRB distribution, in addition to the city map. relating to an optimized radio coverage function with a fixed minimum per pixel;

Fig. 92 è la rappresentazione di un movimento SRB relativo al funzionale di copertura con minimo fissato per pixel; Fig. 92 is the representation of a SRB movement relative to the coverage functional with a fixed minimum per pixel;

Fig. 93 è una rappresentazione delle aree best server per funzionale di copertura con limiti zone; Fig. 93 is a representation of the best server areas for coverage functional with zone limits;

Fig. 94 è una rappresentazione della distribuzione di copertura in dBm relativa al funzionale di copertura con limiti zone; Fig. 94 is a representation of the coverage distribution in dBm relating to the coverage functional with zone limits;

Fig. 95 è una rappresentazione della distribuzione C/I dB del funzionale di copertura con zone limiti; Fig. 95 is a representation of the C / I dB distribution of the coverage functional with boundary zones;

Fig. 96 è la rappresentazione della distribuzione del campo elettrico in Volt/m relativo al funzionale di copertura con limiti zone; Fig. 96 is the representation of the electric field distribution in Volt / m relative to the coverage functional with zone limits;

Fig. 97 è una rappresentazione della copertura tridimensionale in dBm relativo al funzionale di copertura con zone limiti; Fig. 97 is a representation of the three-dimensional coverage in dBm relating to the coverage functional with boundary zones;

Fig. 98 è una rappresentazione della distribuzione delle distanze in pixel-SRB del servente relativo al funzionale di copertura con limiti zone; Fig. 98 is a representation of the distribution of the distances in pixel-SRB of the server relative to the coverage functional with zone limits;

Fig. 99 è una rappresentazione della posizione della SRB su area urbana relativa al funzionale di copertura con limiti zone; Fig. 99 is a representation of the position of the child restraint on an urban area relative to the coverage functional with zone limits;

Fig. 100 è un grafico relativo alle traiettorie SRB relativo al funzionale di copertura con minimi su zone; Fig. 100 is a graph relating to the SRB trajectories relating to the coverage functional with minima on zones;

Fig. 101 è un grafico relativo al funzionale di copertura con limiti zone in rapporto al numero di iterazioni deH'algoritmo genetico; Fig. 102 è relativa al grafico del funzionale di copertura massima relativo al funzionale di copertura con limiti zone in relazione con il numero di iterazione dell'algoritmo genetico; Fig. 101 is a graph relating to the coverage functional with zone limits in relation to the number of iterations of the genetic algorithm; Fig. 102 relates to the graph of the maximum coverage functional relative to the coverage functional with zone limits in relation to the iteration number of the genetic algorithm;

Figg. 103a-b sono relative al: Figs. 103a-b relate to:

a) funzionale impatto ambientale minimo, a) functional minimum environmental impact,

b) funzionale traffico distanza minima; b) functional minimum distance traffic;

Figg. 104a-b sono rispettivamente relative al funzionale costo con limite traffico relativo al numero Figs. 104a-b are respectively related to the functional cost with traffic limit relating to the number

b) funzionale costo tipo massimo b) functional cost type maximum

relativamente al numero di iterazioni dell'algoritmo genetico; relative to the number of iterations of the genetic algorithm;

Figg. 105 a, b, c sono delle rappresentazioni grafiche rispettivamente di: Figs. 105 a, b, c are graphical representations respectively of:

a) funzionale distanza di power control, a) functional power control distance,

b) funzionale C/I con limiti zone, b) functional A / C with zone limits,

c) funzionale C/I massimo, c) functional C / I maximum,

tutte in relazione con il numero di iterazioni dell'algoritmo genetico. all related to the number of iterations of the genetic algorithm.

Fig. 106 è una rappresentazione di una distribuzione best server per funzionale copertura radio massima sul pixel; Fig. 106 is a representation of a best server distribution for functional maximum radio coverage on the pixel;

Fig. 107 è una rappresentazione di una distribuzione copertura in dBm per funzionale copertura radio massima per pixel; Fig. 107 is a representation of a coverage distribution in dBm per functional maximum radio coverage per pixel;

Fig. 108 è una rappresentazione di una distribuzione campo elettrico in wolt/m per un funzionale copertura radio massima su pixel; Fig. 108 is a representation of an electric field distribution in wolt / m for a functional maximum radio coverage on pixels;

in dBm per il funzionale relativo al minimo impatto ambientale; Fig. 113 è una rappresentazione di una distribuzione della C/I in dB relativo al funzionale per il minimo impatto ambientale; in dBm for the functional relating to the minimum environmental impact; Fig. 113 is a representation of a distribution of the C / I in dB relative to the functional for the minimum environmental impact;

Fig. 114 è una rappresentazione relativa ad una distribuzione del campo elettrico in V/M per il funzionale di impatto ambientale minimo; Fig. 114 is a representation relating to a distribution of the electric field in V / M for the functional of minimum environmental impact;

Fig. 115 è una rappresentazione delle distanze in M pixel per SRB servente relativo al funzionale per il minimo impatto ambientale; Fig. 116 è una rappresentazione di una mappa di un'area urbana e di SRB relativa al funzionale per il minimo impatto ambientale; Fig. 117 è un grafico relativo al movimento fornito dall'applicazione del'algoritmo genetico sulle coordinate della SRB relative al funzionale per il minimo impatto ambientale; Fig. 115 is a representation of the distances in M pixels per SRB serving relative to the functional for minimum environmental impact; Fig. 116 is a representation of a map of an urban area and of the SRB relative to the functional for the minimum environmental impact; Fig. 117 is a graph relating to the movement provided by the application of the genetic algorithm on the coordinates of the child restraint relative to the functional for the minimum environmental impact;

Figg. 118a-h sono dei grafici relativi rispettivamente a: Figs. 118a-h are graphs relating respectively to:

a) evoluzione dei valori del funzionale, a) evolution of the values of the functional,

b) campo elettrico totale medio su pixel, b) average total electric field on pixels,

c) andamento funzionale massima copertura, c) maximum coverage functional trend,

d) andamento del funzionale C/I, d) trend of functional C / I,

e) andamento del costo, e) cost trend,

f) andamento funzionale traffico distanza, f) distance traffic functional trend,

g) andamento del grado di copertura GOS percentuale, g) trend of the percentage GOS coverage ratio,

h) andamento della distanza SRB-pixel servente, h) trend of the SRB-pixel serving distance,

in funzione del numero di iterazioni dell'algoritmo genetico; as a function of the number of iterations of the genetic algorithm;

Fig. 119 è una rappresentazione di aree best server relative al funzionale per la interferenza minima o per il C/I massimo; Fig. 119 is a representation of best server areas relating to the functional for minimum interference or for maximum C / I;

Fig. 120 è una rappresentazione di una copertura DBM relativa al funzionale per il C/I massimo; Fig. 120 is a representation of a DBM coverage relative to the functional for the maximum C / I;

Fig. 121 è una rappresentazione del rapporto C/I in dB relativa al funzionale per il massimo C/<'>I; Fig. 121 is a representation of the C / I ratio in dB relative to the functional for the maximum C / <'> I;

Figg. 122 è una rappresentazione del campo elettrico in V/M relativa al funzionale per il massimo C/I; Figs. 122 is a representation of the electric field in V / M relative to the functional for the maximum C / I;

Fig. 123 è una rappresentazione della distanza pixel SRB servente relativa al funzionale della massima C/I; Fig. 123 is a representation of the pixel distance SRB serving relative to the functional of the maximum C / I;

Fig. 124 è una rappresentazione della localizzazione SRB nell'area urbana per il funzionale per il massimo C/I; Fig. 124 is a representation of the SRB location in the urban area for the functional for maximum C / I;

Fig. 125 è un grafico che riporta il movimento SRB causato daH'algoritmo genetico per il funzionale di massima C/I; Fig. 125 is a graph showing the SRB movement caused by the genetic algorithm for the maximum functional C / I;

Fig. 126 è un grafico che riporta l'andamento funzionale del rapporto C/I massimo in funzione del numero di iterazioni dell'algoritmo genetico; Fig. 126 is a graph showing the functional trend of the maximum C / I ratio as a function of the number of iterations of the genetic algorithm;

Fig. 127 è un grafico che riporta il funzionale relativo al rapporto C/I con limiti fissati per il funzionale relativo al massimo C/I in funzione del numero di iterazioni dell'algoritmo genetico Figg. 128a-128 e riportano rispettivamente: Fig. 127 is a graph showing the functional relative to the C / I ratio with limits set for the functional relative to the maximum C / I as a function of the number of iterations of the genetic algorithm Figs. 128a-128 and report respectively:

a) funzionale impatto ambientale minimo, a) functional minimum environmental impact,

b) traffico per distanza minima SRB, b) traffic for minimum distance SRB,

c) funzionale copertura con limiti imposti, c) functional coverage with imposed limits,

d) funzionale distanza di power control, d) functional power control distance,

e) funzionale costo con limiti sul traffico, e) functional cost with traffic limits,

f) funzionale costo minimo, f) functional minimum cost,

relativi tutti relativi al funzionale per il massimo rapporto CI I, e tutti in funzione del numero di iterazioni deH'algoritmo genetico; Fig. 129 è una rappresentazione delle distribuzioni di aree best server per funzionali C/I con limiti minimi fissati per ogni zona; Fig. 130 è una rappresentazione della copertura DBM per funzionali C/I con limiti minimi fissati per ogni zona; all related to the functional for the maximum ratio CI I, and all as a function of the number of iterations of the genetic algorithm; Fig. 129 is a representation of the distributions of best server areas for C / I functionalities with minimum limits set for each zone; Fig. 130 is a representation of the DBM coverage for functional C / I with minimum limits set for each zone;

Fig. 131 è una rappresentazione in DBM 3D per funzionale C/I con limiti minimi fissati per ogni zona; Fig. 131 is a representation in 3D DBM for functional C / I with minimum limits set for each zone;

Fig. 132 è una rappresentazione della distribuzione interferenza C/I dB per funzionale C/I con limiti minimi fissati per ogni zona; Fig. 133 è una rappresentazione di campo elettrico in V/M per funzionale C/I con limiti minimi fissati per ogni zona; Fig. 132 is a representation of the C / I dB interference distribution for functional C / I with minimum limits set for each zone; Fig. 133 is a representation of electric field in V / M for functional C / I with minimum limits set for each zone;

Fig. 134 è una rappresentazione delle distanze pixel SRB servente per funzionale C/Ί con limiti minimi fissati per ogni zona; Fig. 134 is a representation of the SRB pixel distances serving for functional C / Ί with minimum limits set for each zone;

Fig. 135 è una rappresentazione delle ubicazioni SRB in area urbana per funzionale C/I con limiti minimi fissati per ogni zona; Fig. 136 è un grafico che riporta i valori del funzionale C/I con limiti minimi fissati per ogni zona in funzione del numero di iterazioni dell'algoritmo genetico; Fig. 135 is a representation of the SRB locations in the urban area for functional C / I with minimum limits set for each zone; Fig. 136 is a graph showing the values of the C / I functional with minimum limits set for each zone as a function of the number of iterations of the genetic algorithm;

Fig. 137 è un grafico che riporta il funzionale di interferenza minima relativo al funzionale C/I con limiti minimi fissati per ogni zona, in funzione del numero di iterazioni dell'algoritmo genetico; Fig. 137 is a graph showing the minimum interference functional relative to the C / I functional with minimum limits set for each zone, as a function of the number of iterations of the genetic algorithm;

Figg. 138a-138d riportano rispettivamente per un funzionale C/l con limiti zone: Figs. 138a-138d report respectively for a functional C / l with zone limits:

a) funzionale costo con limiti di traffico, a) functional cost with traffic limits,

b) funzionale impatto ambientale minimo, b) functional minimum environmental impact,

c) funzionale copertura con limiti zone, c) functional coverage with zone limits,

d) funzionale traffico distanza minima. d) functional minimum distance traffic.

in funzione del numero di iterazioni del'algoritmo genetico; as a function of the number of iterations of the genetic algorithm;

Fig. 139 riporta i valori del funzionale della distanza di power control in relazione con il funzionale C/I con limiti minimi fissati per ogni zona; Fig. 139 shows the values of the power control distance functional in relation to the C / I functional with minimum limits set for each zone;

Fig. 140 è una rappresentazione grafica della somma dei funzionali con peso 10 della copertura; Fig. 140 is a graphical representation of the sum of the functionals with weight 10 of the cover;

Fig. 141 è una rappresentazione grafica della somma dei funzionali con peso 10 del margine ambientale; Fig. 141 is a graphical representation of the sum of the functionals with weight 10 of the environmental margin;

Fig. 142 è una rappresentazione della somma dei funzionali con peso 1,5 del funzionale margine ambientale; Fig. 142 is a representation of the sum of the functionals with weight 1.5 of the environmental margin functional;

Fig. 143 è una rappresentazione della somma dei funzionali con peso unitario dei funzionali singoli; Fig. 143 is a representation of the sum of the functionals with unit weight of the single functionals;

Fig. 144 è una rappresentazione della somma del funzionali con peso 4 del funzionale margine ambientale; Fig. 144 is a representation of the sum of the functional with weight 4 of the functional environmental margin;

Fig. 145 è una rappresentazione di una somma di funzionali per aree best server per una prova per peso funzionale copertura posto Fig. 146 è una rappresentazione di una somma di funzionali di copertura dBm per una prova per peso funzionale copertura posto a 10; Fig. 145 is a representation of a sum of functionals for best server areas for a test by coverage functional weight placed at 10;

Fig. 147 è una rappresentazione di una somma di funzionali campo elettrico in V/M per una prova per peso funzionali copertura posto a 10; Fig. 147 is a representation of a sum of functional electric field in V / M for a test for functional weight coverage set to 10;

Fig. 148 è una rappresentazione di una somma di funzionali campo elettrico in DBUV/M per una prova per peso funzionale copertura posto a 10; Fig. 148 is a representation of a sum of functional electric field in DBUV / M for a test for functional weight coverage set to 10;

Fig. 149 è una rappresentazione di una somma di funzionali C/l in dB per una prova per peso funzionali copertura posto a 10; Fig. 149 is a representation of a sum of functional C / l in dB for a test for functional weight coverage set to 10;

Fig. 150 è una rappresentazione di una somma di funzionali distanza pixel SRB servente in vetri per una prova per peso funzionali copertura posto a 10; Fig. 150 is a representation of a sum of functional SRB pixel distance serving in glasses for a test for functional coverage weight set at 10;

Fig. 151 è una rappresentazione di una somma di funzionali SRB in area urbana per una prova per peso funzionale copertura posto a 10; Fig. 151 is a representation of a sum of functional RBSs in an urban area for a test for roof functional weight set at 10;

Fig. 152 è una rappresentazione di una somma di funzionali per una prova del peso funzionale margine ambientale posto a 10; Fig. 152 is a representation of a sum of functionals for a test of the environmental margin functional weight set at 10;

Fig. 153 è una rappresentazione di una somma di funzionali copertura dBm per una prova per peso funzionale margine ambientale posto a 10; Fig. 153 is a representation of a sum of dBm coverage functionals for a test for environmental margin functional weight set at 10;

Fig. 154 è una rappresentazione di una somma funzionali C/I dB per una prova per peso funzionale margine ambientale posto a 10; Fig. 155 è una rappresentazione di una somma di funzionali campo elettrico V/M per una prova per peso funzionale margine ambientale posto a 10; Fig. 154 is a representation of a functional sum C / I dB for a test for the environmental margin functional weight set at 10; Fig. 155 is a representation of a sum of functional electric field V / M for a test for functional weight of the environmental margin set at 10;

Fig. 156 è una rappresentazione di una somma di funzionali relativi al campo elettrico in DBUV/M per una prova per peso funzionale margine ambientale posto a 10; Fig. 156 is a representation of a sum of functionals relating to the electric field in DBUV / M for a test for functional weight of the environmental margin set at 10;

Fig. 157 è una rappresentazione di somma di funzionali distanza pixel SRB servente in metri per una prova per peso funzionale margine ambientale posto a 10; Fig. 157 is a representation of the sum of functional SRB pixel distance serving in meters for a test for functional weight of the environmental margin set at 10;

Fig. 158 è una rappresentazione di somma di funzionali SRB in area urbana per una prova per peso funzionale margine ambientale posto a 10; Fig. 158 is a representation of the sum of functional RBSs in an urban area for a test for the environmental margin functional weight set at 10;

Fig. 159 riporta in un grafico la parte finale del movimento delle SRB prodotto dal'algoritmo genetico per mezzo di una somma di funzionali movimento SRB; Fig. 159 shows in a graph the final part of the SRB movement produced by the genetic algorithm by means of a sum of functional SRB movements;

Fig. 160 è una rappresentazione di una somma di funzionali aree best server per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto ad 1,5; Fig. 160 is a representation of a sum of functional best server areas for a test with the weight of the functional environmental margin set to 1.5;

Fig. 161 è la rappresentazione di una somma di funzionali copertura dBm per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto ad 1.5; Fig. 161 is the representation of a sum of functional coverage dBm for a test with the weight of the functional environmental margin set at 1.5;

Fig. 162 è una rappresentazione di una somma di funzionali C/I dB per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 1.5; Fig. 162 is a representation of a sum of functional C / I dB for a test with the weight of the functional environmental margin set to 1.5;

Fig. 163 è una somma di funzionali relativi al campo elettrico in V/M per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 1.5; Fig. 163 is a sum of functionals relating to the electric field in V / M for a test with the weight of the functional environmental margin set to 1.5;

Fig. 164 è una rappresentazione di somma di funzionali per campo elettrico in DBUV/M per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 1.5; Fig. 164 is a representation of sum of functionals for electric field in DBUV / M for a test with weight of the functional environmental margin set to 1.5;

Fig. 165 è una rappresentazione di somma di funzionali per distanza pixel SRB servente in M per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 1.5; Fig. 165 is a representation of the sum of functionals for pixel distance SRB serving in M for a test with weight of the functional environmental margin set to 1.5;

Fig. 166 è una rappresentazione di una allocazione SRB in area urbana per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 1.5; Fig. 166 is a representation of a SRB allocation in an urban area for a test with the weight of the functional environmental margin set to 1.5;

Fig. 167 riporta un grafico del movimento delle coordinate delle SRB è usato dall'algoritmo di somma per una prova con pesò del funzionale margine ambientale posto a 1.5; Fig. 167 shows a graph of the movement of the coordinates of the RBS is used by the sum algorithm for a test with weight of the functional environmental margin set at 1.5;

Fig. 168 riporta un grafico relativo ai valori del funzionale peso 1.5 impatto ambientale; Fig. 168 shows a graph relating to the values of the functional weight 1.5 environmental impact;

Figg. 169a-169e riportano per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 1.5, rispettivamente Figs. 169a-169e report for a test with the weight of the functional environmental margin set at 1.5, respectively

a) funzionale copertura, a) functional coverage,

b) funzionale impatto ambientale, b) functional environmental impact,

c) funzionale traffico per distanza minima, c) traffic functional for minimum distance,

d) funzionale rendimento massimo, d) maximum efficiency functional,

e) funzionale C/I, e) functional C / I,

in funzione del numero di iterazioni deH'algoritmo genetico; Fig. 170 è una rappresentazione di una somma di funzionali aree best server per una prova con peso dei funzionali a valore unitario; Fig. 171 è una rappresentazione di una somma di funzionali copertura in dBm per una prova con peso dei funzionali a valore unitario; as a function of the number of iterations of the genetic algorithm; Fig. 170 is a representation of a sum of functional areas best server for a test with weight of the functional units at unit value; Fig. 171 is a representation of a sum of coverage functionals in dBm for a test with unit weight of functionals;

Fig. 172 è una rappresentazione di una somma di funzionali campo elettrico in V/M per una prova con peso di funzionali a valore unitario; Fig. 172 is a representation of a sum of electric field functionals in V / M for a test with weight of functionals at unit value;

Fig. 173 è una rappresentazione di una somma di funzionali campo elettrico di DBUV/'M per una prova con peso di funzionali a valore unitario; Fig. 173 is a representation of a sum of electric field functionals of DBUV / 'M for a test with weight of unitary functionals;

Fig. 174 è una rappresentazione di una somma di funzionali distanze pixel SRB servente in m, per una prova con peso di funzionali a valore unitario; Fig. 174 is a representation of a sum of functional SRB pixel distances serving in m, for a test with weight of functionals at unit value;

Fig. 175 è una rappresentazione di somma di funzionali ubicazione SRB in area urbana per una prova con peso di funzionali a valore unitario; Fig. 175 is a representation of sum of functionals SRB location in urban area for a test with weight of functionals at unit value;

Fig. 176 è un grafico che riporta il movimento del SRB relativo alla somma di funzionali indotto dalla ricerca della soluzione migliore durante l'evoluzione dell'algoritmo genetico per una prova con peso dei funzionali a valore unitario; Fig. 176 is a graph showing the movement of the SRB relative to the sum of functionals induced by the search for the best solution during the evolution of the genetic algorithm for a test with weight of functionals at unit value;

Fig. 177 è un grafico che mostra l'evoluzione totale della somma dei funzionali relativo alla Figura precedente; Fig. 177 is a graph showing the total evolution of the sum of the functionals relative to the previous Figure;

Fig. 178 è una rappresentazione di una somma di funzionali per aree best server, per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 4; Fig. 178 is a representation of a sum of functionals for best server areas, for a test with the weight of the functional environmental margin set to 4;

Fig. 179 è una rappresentazione di una somma di funzionali copertura dBm per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 4; Fig. 179 is a representation of a sum of functional dBm coverage for a test with the weight of the functional environmental margin set to 4;

Fig. 180 è una rappresentazione di una somma di funzionali campo elettrico V/M per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 4; Fig. 180 is a representation of a sum of functional electric field V / M for a test with the weight of the functional environmental margin set to 4;

Fig. 181 è una rappresentazione di una somma di funzionali campo elettrico in DBUV/M per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 4; Fig. 181 is a representation of a sum of functional electric field in DBUV / M for a test with weight of the functional environmental margin set to 4;

Fig. 182 è una rappresentazione di una somma di funzionali C/I dB per una prova con funzionale margine ambientale posto a 4; Fig. 183 è una rappresentazione di somma di funzionali distanza in m pixel SLB servente per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 4; Fig. 182 is a representation of a sum of functional C / I dB for a test with functional environmental margin set to 4; Fig. 183 is a representation of the sum of functional distance in m pixels SLB serving for a test with weight of the functional environmental margin set to 4;

Fig. 184 è una rappresentazione di somma della locazione SRB in area urbana per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 4; Fig. 184 is a representation of the sum of the SRB location in an urban area for a test with the weight of the functional environmental margin set to 4;

Fig. 185 è una rappresentazione dei livelli in dBm tridimensionale per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 4; Fig. 185 is a three-dimensional representation of the levels in dBm for a test with the weight of the functional environmental margin set to 4;

Fig. 186 è un grafico dell'evoluzione finale della posizione migliore delle SRB; Fig. 186 is a graph of the final evolution of the best position of the RBS;

Fig. 187 è un grafico relativo all'evoluzione della somma dei funzionali per una prova col peso del funzionale margine ambientale posto a 4 relativamente al numero di iterazioni dell'algoritmo genetico; Fig. 187 is a graph relating to the evolution of the sum of the functionals for a test with the weight of the functional environmental margin set to 4 relative to the number of iterations of the genetic algorithm;

Figg. 188a- 188e riportano per una prova con peso del funzionale margine ambientale posto a 4 rispettivamente Figs. 188a 188e report for a test with the weight of the functional environmental margin set to 4 respectively

a) funzionale impatto ambientale, a) functional environmental impact,

b) funzionale copertura, b) functional coverage,

c) funzionale distanza minima s.traffico, c) functional minimum traffic distance,

d) funzionale rendimento massimo, d) maximum efficiency functional,

e) funzionale C/I e) functional C / I

in funzione del numero di iterazioni deH'algoritmo genetico. as a function of the number of iterations of the genetic algorithm.

3.2 ANALISI DI MERCATO POTENZIALE 3.2 POTENTIAL MARKET ANALYSIS

Prima di investire denaro nella messa in opera di una rete radiomobile vengono inizialmente condotte delle analisi di mercato sviluppando ipotesi sulla legge di domanda di Traffico Offerto (traffico che il cliente vuole fare). Before investing money in setting up a mobile radio network, market analyzes are initially conducted by developing hypotheses on the law of demand for Offered Traffic (traffic that the customer wants to do).

Una serie di ricerche e di sondaggi mirano a comprendere dove sia il Core Businnes impiegando una rete cellulare quindi a come indirizzare al meglio gli investimenti sulla rete e servizi. A series of researches and surveys aim to understand where the Core Business is, employing a cellular network and therefore how to best target investments in the network and services.

Due sono in particolare i filoni che vengono osservati: Two are in particular the lines that are observed:

Market Survey cioè segmentazione del tipo di traffico potenziale, ed esempio tipo Businnes o Consumer, questo primo passo cerca anche di determinare il potenziale livello di interesse sul servizio di telefonia mobile in una data area ovvero viene effettuata un’analisi socio economica: Market Survey, i.e. segmentation of the type of potential traffic, such as Business or Consumer, this first step also seeks to determine the potential level of interest in the mobile phone service in a given area or a socio-economic analysis is carried out:

età; age;

sesso; sex;

occupazione; occupation;

tipo industria; industry type;

frequenza uso cellulare; cellular use frequency;

tipo uso del cellulare type of cell phone use

tipo di mobilità; type of mobility;

Demographic Analysis:cioè distribuzione dei clienti per Km2: consumatori con interesse potenziale; Demographic Analysis: ie distribution of customers per Km2: consumers with potential interest;

market share; market share;

potenziali conversazioni prepagate vendute; potential prepaid conversations sold;

sottoscrittori potenziali; potential subscribers;

bench marking con altre realtà; bench marking with other companies;

Dati di fatturazione Billing information

Anche le analisi su eventuali gestori competitor già attivi sono fondamentali per comprendere quale sia parte di mercato scalabile. Analyzes on any competing managers already active are also essential to understand which part of the scalable market is.

Nel caso di rete già attiva i sondaggi di opinione per determinare il COS (Customer Opinion Score) sono di fondamentale importanza per conoscere i punti deboli propri e dei concorrenti. In the case of an already active network, opinion polls to determine the COS (Customer Opinion Score) are of fundamental importance to know one's own and competitors' weaknesses.

Nei successivi paragrafi vengono presentate delle i requisiti modalità per il dimensionamento a traffico delle SRB, partendo dal traffico stimato medio per cliente. In the following paragraphs, the modalities for the traffic dimensioning of the RBS are presented, starting from the estimated average traffic per customer.

3.3 REQUISITI DI UN SISTEMA CELLULARE 3.3 REQUIREMENTS OF A CELLULAR SYSTEM

I requisiti fondamentali richiesti ad un moderno sistema radiomobile pubblico possono essere riassunti nei seguenti punti; grande capacità di utenza che deve essere raggiunta attraverso una organizzazione della rete volta ad ottimizzare le risorse radio disponibili; The basic requirements of a modern public mobile radio system can be summarized in the following points; large user capacity that must be reached through an organization of the network aimed at optimizing the available radio resources;

copertura del territorio; coverage of the territory;

qualità del servizio analoga a quella delle rete fisse; quality of service similar to that of the fixed network;

completa automazione sia della chiamata da e verso utente mobile, sia della localizzazione dell’utente; complete automation of both the call to and from the mobile user and the location of the user;

accessibilità da parte dell’utente mobile alla maggior parte dei servizi offerti dalle reti pubbliche. accessibility by the mobile user to most of the services offered by public networks.

Per raggiungere questi obiettivi, nel progetto di una rete radiomobile si devono affrontare e superare le seguenti problematicità: To achieve these objectives, the following problems must be faced and overcome in the design of a mobile radio network:

limitata disponibilità della risorsa (canali radio) cioè della banda; caratteristiche dei mezzo trasmissivo; limited availability of the resource (radio channels) that is of the band; characteristics of the transmission medium;

mobilità dell’utenza sul territorio; mobility of users on the territory;

quantità di utenza e distribuzione sul territorio ( capacità per traffico); quantity of users and distribution on the territory (capacity per traffic);

limitata disponibilità permessi per le SRB; limited availability of child restraint permits;

limitata disponibilità finanziaria; limited financial availability;

costi di gestione; management costs;

flessibilità della gestione (outsaurcing); management flexibility (outsourcing);

tecnologia e fornitori. technology and suppliers.

Alcuni di tali argomenti di progetto sono considerati dalle specifiche GSM attraverso i concetti di cluster ed accesso ^multiplo discussi nel seguito. Some of these design topics are considered by the GSM specification through the cluster and multiple access concepts discussed below.

3.4 CAPACITA’ DI UN SISTEMA RADIOMOBILE In generale, per capacità di un sistema di comunicazione si intende il numero massimo di utenti che può essere servito con un prefissato grado di servizio. 3.4 CAPACITY OF A MOBILE RADIO SYSTEM In general, the capacity of a communication system means the maximum number of users that can be served with a predetermined degree of service.

Per grado di servizio si intende un paragone con la rete fissa, in particolare per esempio un GOS <= 2%, implica che massimo 2 chiamate su 100 trovano l’occupato durante l’ora di punta (Peak Hour) o alternativamente che per il 98 % del tempo durante l’ora di punta l’utente troverà disponibilità di canali per l’accesso in rete. By degree of service we mean a comparison with the fixed network, in particular for example a GOS <= 2%, it implies that a maximum of 2 calls out of 100 find the busy during the peak hour or alternatively that for the 98% of the time during the rush hour the user will find availability of channels for accessing the network.

Per ora di punta in accordo con il CCITT si definisce un periodo di 60 minuti durante il giorno quando l’intensità del traffico mediato su più giorni della settimana è il maggiore. In pratica l’ora di punta è fissata sui 4 quarti d’ora consecutivi corrispondenti al massimo traffico offerto, mediato su un periodo normalmente di più settimane in un mese. For rush hour, in accordance with the CCITT, a period of 60 minutes during the day is defined when the intensity of traffic averaged over several days of the week is the greatest. In practice, the rush hour is set at 4 consecutive quarters of an hour corresponding to the maximum traffic offered, averaged over a period normally of several weeks in a month.

Le misure di intensità di traffico (espresse in Erlang) indicano il numero medio di canali fonici delle singole celle impiegati dagli utenti durante un periodo di riferimento, ovvero il numero medio di clienti che parlano nell’ora di punta. The traffic intensity measures (expressed in Erlang) indicate the average number of voice channels of the individual cells used by users during a reference period, or the average number of customers who speak at rush hour.

La capacità di un sistema deve risultare scalabile la fine di rispondere sia alle esigenze immediate sia a quelle a più lungo termine, in modo che a fronte di un incremento dell'utenza la qualità del servìzio possa essere mantenuta inalterata, conservando al tempo stesso ragionevolmente contenuti il valore degli investimenti ed il tempo di ammortamento degli impianti. The capacity of a system must be scalable in order to respond to both immediate and longer-term needs, so that in the face of an increase in users, the quality of the service can be maintained unchanged, while at the same time keeping reasonably content. the value of the investments and the amortization time of the plants.

Gli elementi principali che determinano il dimensionamento e la capacità di un sistema radiomobile pubblico possono essere così riassunti: The main elements that determine the size and capacity of a public mobile radio system can be summarized as follows:

vincoli economici: quanto deve rendere economicamente la rete; economic constraints: how much the network must make economically;

vincoli finanziari ovvero quanto posso spendere in un anno; numero di canali radio a disposizione, tele vincolo può essere dovuto sia a flussi di cassa non infiniti sia a capacità produttiva del fornitore; financial constraints or how much I can spend in a year; number of radio channels available, the restriction may be due to both non-infinite cash flows and the supplier's production capacity;

distribuzione sia geografica sia temporale dell’utenza (andamento statistico del traffico offerto al sistema), quest’ultima particolarmente importante per gestire i periodi di punta, giornalieri e stagionali; both geographical and temporal distribution of users (statistical trend of the traffic offered to the system), the latter particularly important for managing peak periods, daily and seasonal;

caratteristiche tecniche del sistema utilizzato ( resistenza alle interferenze e da canale adiacente, efficienza del sistema di segnalazione, efficienza della procedura di Hand-Over), questi aspetti influenzano la larghezza di banda del canale e pertanto la capacità globale del sistema. technical characteristics of the system used (resistance to interference and from adjacent channel, efficiency of the signaling system, efficiency of the Hand-Over procedure), these aspects influence the bandwidth of the channel and therefore the overall capacity of the system.

Poiché nei sistemi radiomobili la limitazione tecnica principale è data dalla disponibilità sia economica finanziaria sia della risorsa radio, compito fondamentale del progettista di sistema e dell’operatore di rete è quello di utilizzare al meglio tutte le strategie messe a disposizione dallo sviluppo tecnologico al fine di avvicinarsi il più possibile all’obiettivo ideale di servire, con una determinata qualità del servizio ed un area comunque estesa, un numero elevato di utenti avendo a disposizione una risorse economiche e banda di frequenza limitate. Since in mobile radio systems the main technical limitation is given by both the economic and financial availability of the radio resource, the fundamental task of the system designer and the network operator is to make the best use of all the strategies made available by technological development in order to get as close as possible to the ideal goal of serving, with a certain quality of service and an area in any case large, a large number of users having a limited economic resources and frequency band available.

Tecnologicamente parlando per raggiungere questo obiettivo, l’utilizzazione della risorsa fisica ( canali radio) è ottimizzata grazie alle tecniche di accesso multiplo ed alle strategie di copertura cellulare trattate nel capitolo 1. Technologically speaking, to achieve this goal, the use of the physical resource (radio channels) is optimized thanks to the multiple access techniques and cellular coverage strategies discussed in chapter 1.

3.5 COSTI E MODALITÀ’ PROGETTUALI 3.5 COSTS AND PROJECT METHODS

Con alcuni esempi si chiariranno le difficoltà per bilanciare correttamente i costi di investimento per traffico, con quelli per la qualità del servizio attesa. Some examples will clarify the difficulties in correctly balancing the investment costs for traffic with those for the expected quality of service.

Si supponga ad esempio di voler servire 3500 utenti ognuno dei quali sia caratterizzato da un traffico specifico offerto a=28 mErl. Se la durata media di occupazione del servente (durata di occupazione del canale radio) è pari a 110 secondi, nell’ora di punta si avranno mediamente 3200 richieste di servizio di occupazione risorsa (3200=α*3500*3600/1 10) For example, suppose you want to serve 3500 users, each of which is characterized by a specific traffic offered at = 28 mErl. If the average duration of occupation of the server (duration of occupation of the radio channel) is equal to 110 seconds, during the rush hour there will be an average of 3200 resource occupation service requests (3200 = α * 3500 * 3600/1 10)

Nell’ipotesi di sistema a piena accessibilità, senza attesa con traffico di ingresso puramente casuale, per valutare il^numero di serventi (canali radio) necessari a soddisfare queste richieste di servizio è sufficiente applicare, definito il grado di perdita B% accettabile, la formula B di Erlang. In the hypothesis of a system at full accessibility, without waiting with purely random entry traffic, to evaluate the number of servers (radio channels) necessary to satisfy these service requests it is sufficient to apply, having defined the acceptable degree of loss B%, the Erlang's formula B.

Se si fissa ad esempio B pari al 2%, allora il numero di serventi N necessari per svolgere il servizio risulta: If, for example, B is fixed equal to 2%, then the number of servers N necessary to perform the service is:

dove si è indicato con where it is indicated with

B=2% il grado di perdita B = 2% the degree of loss

Eri il traffico offerto totale nell’ora di punta calcolato a partire dal tasso di crescita a 6 mesi del traffico You were the total traffic offered at rush hour calculated from the 6-month traffic growth rate

f la funzione B di Erlang. f the Erlang B function.

E’ importante sottolineare che, purché soddisfatte le ipotesi statistiche di validità per la legge B di Erlang, la procedura sopra utilizzata per valutare il numero di serventi e il grado di servizio è indipendente dalla tecnica di accesso multiplo attuata nel sistema, in generale poi per il dimensionamento a traffico non è richiesta la durata media di occupazione del servente in quanto normalmente si dispone dei millierlang medi per cliente. It is important to underline that, provided that the statistical validity hypotheses for Erlang's law B are satisfied, the procedure used above to evaluate the number of servers and the degree of service is independent of the multiple access technique implemented in the system, in general then for the traffic dimensioning does not require the average duration of occupation of the server as the average millierlang per customer is normally available.

Un altro aspetto che si è trascurato è il fatto che su una rete radiomobile gli utenti che generano traffico non sono tutti concentrati su un punto Another aspect that has been overlooked is the fact that on a mobile radio network the users who generate traffic are not all concentrated on one point

I 98 erlang possono essere infatti smaltiti con Be=2% con 110 canali di un'unica cella se concentrati su un punto o, per . esempio, con 3 celle da 43 canali ciascuna se suddiviso su tre aree equivalenti disgiunte da 33 erlang ciascuna, per un totale di 43*3=129 canali delle 3 celle contro gli 110 canali del primo caso. The 98 erlangs can in fact be disposed of with Be = 2% with 110 channels of a single cell if concentrated on one point or, for. example, with 3 cells of 43 channels each if divided into three equivalent areas disjointed by 33 erlangs each, for a total of 43 * 3 = 129 channels of the 3 cells against the 110 channels of the first case.

Anche il grado di servizio che si intende dare grava pesantemente sugli investimenti, riferendoci sempre ai 98 erlang dell’esempio se anziché Be=2% si sceglie Be=0,l% il numero di canali sale a 130 se concentrati in un punto o a tre celle da 51 canali per un totale di 153 canali nel secondo caso. The degree of service to be given also weighs heavily on investments, always referring to the 98 erlangs of the example if instead of Be = 2% you choose Be = 0, l% the number of channels rises to 130 if concentrated in one point or three cells with 51 channels for a total of 153 channels in the second case.

Tale semplice esempio denota le difficoltà tecniche ed economiche per servire un traffico distribuito sul territorio per lo più in modo non uniforme, con conseguente levitazione dei prezzi di investimento in canali radio e SRB necessarie. This simple example denotes the technical and economic difficulties to serve a traffic distributed throughout the territory mostly in an uneven way, with consequent levitation of the investment prices in radio channels and necessary SRBs.

Relativamente alle dimensioni delle celle va precisato che se N è in numero di canali fissati assegnati ad una qualunque cella del Cluster, la capacità di traffico per cella risulta costante. With regard to the size of the cells, it should be noted that if N is a number of fixed channels assigned to any cell of the Cluster, the traffic capacity per cell is constant.

Poiché l’area della cella è proporzionale al quadrato del raggio, la capacità per unità di area (Erl/Km2) smaltibile dal sistema risulta inversamente proporzionale all’area della cella; ad esempio dimezzando il raggio della cella si incrementa di un fattore 4 la capacità per unità di area. Since the cell area is proportional to the square of the radius, the capacity per unit area (Erl / Km2) that can be disposed of by the system is inversely proportional to the cell area; for example, halving the radius of the cell increases the capacity per unit area by a factor of 4.

L 'ultimo aspetto citato è particolarmente incisivo sui costi per la costruzione della rete, la domanda che ci si può porre è quale architettura impiegare: scegliere tra molte BTS di piccola capacità con una conseguente grande flessibilità nella gestione delle punte di traffico localizzate, oppure optare per un numero minimo di SRB necessario alla sola copertura ? The last aspect mentioned is particularly incisive on the costs for the construction of the network, the question that can be asked is which architecture to use: choose among many small capacity BTS with consequent great flexibility in the management of localized traffic peaks, or opt for a minimum number of child restraints necessary for coverage only?

La maggior parte dei gestori di TLC mobili italiani, per la implementazione della rete GSM ha seguito una metodologia alternativa arrivando solo oggi con la rete matura ad una maggiore flessibilità mediante anche la soluzione micro e pico cellulare. Most of the Italian mobile TLC operators, for the implementation of the GSM network, followed an alternative methodology, arriving only today with the mature network at greater flexibility through the micro and pico cellular solution.

In particolare si è preferito iniziare dando priorità alla copertura delle maggiori città italiane fornita attraverso un limitato numero di SRB, successivamente la costruzione di nuove SRB satellite è stata tarata inseguendo il traffico che progressivamente è andato aumentando con la diffusione del servizio di telefonia mobile GSM. In particular, it was decided to start by giving priority to the coverage of the major Italian cities provided through a limited number of SRBs, subsequently the construction of new satellite SRBs was calibrated following the traffic that gradually increased with the spread of the GSM mobile telephone service.

Questo approccio ha permesso di ottimizzare gli investimenti economici che soprattutto nella fase di Start Up sono onerosi da sostenere, pertanto anche se tecnicamente discutibile per la qualità del servizio offerto, è stato più conveniente inseguire il traffico piuttosto che implementare dall’ inizio tutte le SRB partendo da una quantità stimata di millierlang con le ipotesi fatte. This approach has made it possible to optimize the economic investments which, above all in the Start Up phase, are expensive to sustain, therefore even if technically questionable for the quality of the service offered, it was more convenient to follow the traffic rather than implement all the SRBs from the beginning. from an estimated amount of millierlang with the assumptions made.

Tal metodo si è dimostrato conveniente per un duplice obiettivo: This method has proved convenient for a twofold objective:

si sono distribuiti negli anni gli investimenti di rete inseguendo il traffico crescente e, contemporaneamente, non si è corso il rischio di sovradimensionare una rete a causa di errori nella stima del traffico teorico per cliente, variabile in funzione anche deH’immagine commerciale del gestore e del mercato concorrenziale. network investments were distributed over the years, chasing increasing traffic and, at the same time, there was no risk of oversizing a network due to errors in the estimate of theoretical traffic per customer, which also varies according to the manager's commercial image and of the competitive market.

Nel paragrafo seguente viene con dettaglio spiegato il processo di inseguimento del traffico. The following paragraph explains the traffic tracking process in detail.

3.6 AMPLIAMENTI SRB E CELL SPLITTING 3.6 SRB EXPANSION AND CELL SPLITTING

Di norma per reti GSM già funzionanti esistono degli studi che consentono di stimare la crescita del traffico a sei mesi o un anno, inoltre gli ampliamenti per una buona qualità del servizio divengono imperativi, quando la perdita Be % sulle misure erlangmetriche di più settimane consecutive supera un certo GOS, in funzione anche delle zone considerate ad alta o bassa quantità di utenza, o a forte o minore concentrazione di traffico pregiato. As a rule, for GSM networks that are already functioning there are studies that allow to estimate the traffic growth at six months or a year, moreover the extensions for a good quality of service become imperative, when the loss Be% on the erlangmetric measurements of several consecutive weeks exceeds a certain GOS, also depending on the areas considered to have a high or low quantity of users, or with a strong or lower concentration of valuable traffic.

Si distinguono solitamente diverse tipologie di traffico: stagionale come il traffico estivo lungo le riviere; occasionale come eventi o manifestazioni per esempio concerti; There are usually different types of traffic: seasonal such as summer traffic along the rivers; occasional such as events or shows such as concerts;

urbano quello offerto nelle città; urban that offered in cities;

suburbano quello offerto fuori dei centri abitati; viabile per esempio su strade a forte percorrenza; industriale tipico in aree a forte concentrazione industriale. suburban that offered outside the towns; viable for example on roads with heavy traffic; typical industrial in areas with a strong industrial concentration.

All’intemo di ogni categoria si possono ulteriormente diversificare le sorgenti di traffico al fine di arrivare ad una mappa per la conoscenza puntuale del territorio, con l’obiettivo di indirizzare meglio gli investimenti di rete. Within each category, traffic sources can be further diversified in order to arrive at a map for precise knowledge of the territory, with the aim of better targeting network investments.

L’analisi di redditività degli investimenti su base traffico è importante quando si deve decidere di ampliare la rete con nuovi canali o nuove SRB. The analysis of the profitability of investments on a traffic basis is important when you have to decide to expand the network with new channels or new SRBs.

Per tale motivo occorre determinare più oggettivamente possibile la localizzazione geografica del traffico all’ interno della rete esistente. For this reason, the geographic location of traffic within the existing network must be determined as objectively as possible.

Le misure di intensità di traffico delle nuove antenne, infatti, sono riconducibili alla somma dei seguenti tre contributi che scatenano conseguenze differenti sui ricavi dell’Azienda: The traffic intensity measures of the new antennas, in fact, are attributable to the sum of the following three contributions that trigger different consequences on the Company's revenues:

traffico fresco: quota di nuovo traffico che viene servito proprio perché è stata installata la SRB che estende la copertura relativa al servizio outdoor o indoor; fresh traffic: share of new traffic that is served precisely because the child restraint system has been installed, which extends the coverage relating to the outdoor or indoor service;

traffico recuperato: quota di traffico che non poteva essere soddisfatta precedentemente alla realizzazione della SRB a causa dei problemi di congestione degli impianti; recovered traffic: share of traffic that could not be satisfied prior to the construction of the child restraint due to the congestion problems of the plants;

il traffico “spostato” o “cannibalizzato” (mutuando la terminologia del marketing): quota di traffico “attratto” dal nuovo impianto, ma sottratto alle altre celle adiacenti che sarebbero comunque state in grado di smaltire tale traffico. “displaced” or “cannibalized” traffic (borrowing the marketing terminology): share of traffic “attracted” by the new plant, but subtracted from the other adjacent cells that would have been able to dispose of this traffic anyway.

La componente di traffico “cannibalizzato”: The "cannibalized" traffic component:

complica significativamente l’analisi di redditività degli impianti, in quanto solo il traffico fresco e quello recuperato consentono di aumentare i ricavi (sia pure in proporzione significativamente diversa, in quanto il traffico recuperato, tipicamente, si concentra nelle ore di punta e non nell’arco dell’intera giornata), mentre il traffico "cannibalizzato” non comporta ricavi in quanto sarebbe stato comunque smaltito. significantly complicates the profitability analysis of the plants, as only fresh and recovered traffic allow revenue to be increased (albeit in significantly different proportions, since recovered traffic is typically concentrated in peak hours and not in throughout the day), while "cannibalized" traffic does not involve revenues as it would have been disposed of anyway.

Non può essere trascurata in ambito metropolitano dove la copertura outdoor risulta praticamente completa (100%) e le nuove SRB sono realizzate per far fronte alla crescita della domanda di traffico (traffico offerto) ed alla riduzione dell’interferenza (che si consegue diminuendo il numero medio di canali radio installati nelle singole SRB). It cannot be neglected in the metropolitan area where the outdoor coverage is practically complete (100%) and the new RBSs are designed to cope with the growth in traffic demand (traffic offered) and the reduction of interference (which is achieved by decreasing the number average number of radio channels installed in the individual RBSs).

Dalle su esposte considerazioni si osserva che la determinazione della crescita del traffico richiede l’analisi del comportamento di un insieme di SRB. In particolare, risulta necessario considerare una superficie di riferimento rispetto alla quale possono essere definiti i seguenti parametri per un adeguato periodo temporale: ' traffico offerto - domanda di traffico espressa dai Clienti che frequentano l’area di riferimento; From the above considerations it can be observed that the determination of traffic growth requires the analysis of the behavior of a set of RBSs. In particular, it is necessary to consider a reference area with respect to which the following parameters can be defined for an adequate period of time: 'traffic offered - traffic demand expressed by customers who frequent the reference area;

traffico smaltito - traffico effettivamente gestito dalla rete; investimento - costo degli impianti (o frazioni di costo) che consentono di servire la superficie di riferimento. traffic disposed of - traffic actually managed by the network; investment - cost of the systems (or cost fractions) that make it possible to serve the reference area.

3.7 IMPOSTAZIONE DEL CLUSTER 3.7 SETTING THE CLUSTER

Per quanto detto nel capitolo 1 sui cluster da utilizzare, è stato osservato che per soddisfare il rapporto [C/I] = 9 dB minimo adottato per il GSM, è necessario che la dimensione minima del cluster sia pari a M=3*3=9, 3 siti con 3 celle per sito ovvero il numero di esagoni coperti ciascuno da una cella, che costituiscono il Cluster tende 9. As mentioned in chapter 1 on the clusters to be used, it has been observed that to satisfy the minimum [C / I] = 9 dB ratio adopted for GSM, the minimum cluster size must be equal to M = 3 * 3 = 9, 3 sites with 3 cells per site or the number of hexagons each covered by a cell, which constitute the Cluster tents 9.

Nel caso del progetto che affrontiamo consideriamo siti a 3 celle con 4 portanti per cella corrispondenti a 12 portanti per sito. In the case of the project we are dealing with, we consider 3-cell sites with 4 carriers per cell corresponding to 12 carriers per site.

Data la banda per il Frequency Planning disponibile a 900 Mhz di 41 portanti si ha una dimensione data da 10,2 celle per il cluster elementare: Given the frequency planning band available at 900 Mhz of 41 carriers, we have a size given by 10.2 cells for the elementary cluster:

In questo caso il cluster è vicino al modello 3/9 = 3 siti / 9 celle che ha D/R=5.2. In this case the cluster is close to the model 3/9 = 3 sites / 9 cells which has D / R = 5.2.

Questo modello di cluster minimizza il numero di gruppi di canali aH’intemo del cluster, massimizzando il numero di canali per cella (aumentano però le interferenze), consentendo così una maggiore capacità di traffico cioè una maggiore redditività dell’impianto. In realtà un calcolo più accurato distingue le portanti del layer GSM a 900 Mhz da quelle GSM a 1800 Mhz in quanto la pianificazione frequenziale è diversa. .. This cluster model minimizes the number of groups of channels within the cluster, maximizing the number of channels per cell (however, interference increases), thus allowing greater traffic capacity, that is, greater plant profitability. In reality, a more accurate calculation distinguishes the carriers of the GSM layer at 900 Mhz from the GSM ones at 1800 Mhz as the frequency planning is different. ..

Mediamente si hanno per ogni cella solo 3 portanti 900 Mhz e una portante 1800, di conseguenza il margine a disposizione per il riuso frequenziale è più elevato ed a parità di capacità di traffico si possono riutilizzare meglio le frequenze in cluster più ampi, calcoliamo il C/I corrispondente alle reti 900 e 1800 separatamente: On average there are for each cell only 3 carriers 900 Mhz and one carrier 1800, consequently the margin available for frequency reuse is higher and for the same traffic capacity, the frequencies in larger clusters can be better reused, let's calculate the C / I corresponding to networks 900 and 1800 separately:

Dai calcoli si osserva come l’utilizzo di un Layer 1800 Mhz sovrapposto a quello 900 Mhz migliori nettamente il C/I teorico di ogni Rete GSM conservando la capacità di traffico originaria ma con una maggiore qualità del servizio. The calculations show how the use of a 1800 Mhz Layer superimposed on the 900 Mhz one clearly improves the theoretical C / I of each GSM network while retaining the original traffic capacity but with a higher quality of service.

3.8 EFFICIENZA SPETTRALE CLUSTER 3.8 CLUSTER SPECTRAL EFFICIENCY

Vari modi sono usati per valutare l’efficienza di un sistema cellulare: Various ways are used to evaluate the efficiency of a cellular system:

Efficienza di canale o di allocazione: Portanti/Banda*superficie) Channel or allocation efficiency: Carriers / Band * surface)

Efficienza spettrale Erlang/Mhz Spectral efficiency Erlang / Mhz

Il primo è definito come il numero di canali o portanti per un dato spettro per una data superficie, il secondo come il numero massimo di chiamate per unità di spettro. The former is defined as the number of channels or carriers for a given spectrum for a given surface, the latter as the maximum number of calls per unit of spectrum.

Questa seconda è una valida figura di merito per la maggior parte dei sistemi cellulari ma ha dei limiti in quanto non relaziona la densità geografica. This latter is a valid figure of merit for most cell systems but has limitations as it does not relate geographic density.

Per esempio se il servizio è dato su due città con diversa popolazione e si hanno medesimi valori di Erlang per unità di spettro (Erl/Mhz), la efficienza spettrale sarà più alta per la città più piccola rispetto alla città più grande che è più sparpagliata geograficamente, il termine inglese Spread out descrive efficaciemente questo concetto, in altri termini un traffico elevato può essere meglio smaltito se è concentrato. For example, if the service is given on two cities with different populations and the same Erlang values per spectrum unit (Erl / Mhz) are obtained, the spectral efficiency will be higher for the smaller city than for the larger city which is more scattered. geographically, the English term Spread out effectively describes this concept, in other words a high traffic can be better disposed of if it is concentrated.

Per correlare anche la superficie geografica si usa l’unità composita Erlang/Mhz/Km2 . tale _ indicatore è correlato all’efficienza di allocazione in quanto maggiore è il numero di portanti per cluster tanto più alto è il traffico smaltibile da quel cluster e tanto peggiore è il C/I di quel cluster. To also correlate the geographical area, the composite unit Erlang / Mhz / Km2 is used. this _ indicator is related to the allocation efficiency as the greater the number of carriers per cluster, the higher the traffic that can be disposed of from that cluster and the worse the C / I of that cluster.

Un equazione per esprimere tale efficienza è la seguente: An equation to express this efficiency is the following:

Relazionando per ogni cluster esaminato il traffico totale dato dalla somma degli Erlang smaltibili con Be = 2% di ogni cella dei siti con l’area del cluster corrispondente al totale delle SRB o celle presenti si ottiene: Relating for each cluster examined the total traffic given by the sum of the disposable Erlangs with Be = 2% of each cell of the sites with the cluster area corresponding to the total of the SRBs or cells present, we obtain:

CLUSTER (1) 900 MHZ 4*3 (4 siti e 3 celle) con 3 portanti 900 Mhz per cella CLUSTER (1) 900 MHZ 4 * 3 (4 sites and 3 cells) with 3 carriers 900 Mhz per cell

41 portanti; 41 carriers;

4,5 siti mediamente per cluster; 4.5 sites on average per cluster;

3 Celle per sito da 3 portanti per cella in tot. 9 portanti per sito da 8 tch; 3 Cells per site with 3 carriers per cell in tot. 9 carriers for 8 tch site;

71 canali equivalenti per sito; 71 equivalent channels per site;

61 Eri. con Be=2% smaltibili per sito: 61 You were. with Be = 2% disposable per site:

274 Eri. smaltibili dal Cluster con Be=2%; 274 You were. disposable by the Cluster with Be = 2%;

C/I 20 dB C / I 20 dB

CLUSTER (2) 1800 MHZ 16*3 (16 * 3 celle) con 1 portante per cella CLUSTER (2) 1800 MHZ 16 * 3 (16 * 3 cells) with 1 carrier per cell

48 portanti; 48 carriers;

16 siti mediamente per cluster; 16 sites on average per cluster;

3 Celle per sito da 1 portante per cella; 3 Cells per site with 1 carrier per cell;

24 canali equivalenti per sito; 24 equivalent channels per site;

16,6 Eri. con Be=2% smaltibili per sito; 16.6 You were. with Be = 2% disposable per site;

266 Eri smaltibili dal Cluster con Be=2%; 266 You were disposable by the Cluster with Be = 2%;

Cfl 30 dB Cfl 30 dB

CLUSTER (3) 900 MHZ 3*3 (3 siti * 3 celle) con 4 portanti per cella CLUSTER (3) 900 MHZ 3 * 3 (3 sites * 3 cells) with 4 carriers per cell

41 portanti; 41 carriers;

3,42 siti mediamente per cluster; 3.42 sites on average per cluster;

3 Celle per sito da 4 portanti per cella, 32 tch per cella; 3 Cells per site with 4 carriers per cell, 32 tch per cell;

96 canali equivalenti per sito; 96 equivalent channels per site;

84,1 Eri. con Be-2 % smaltibili per sito; 84.1 You were. with Be-2% disposable per site;

285 Eri smaltibili dal Cluster con Be=2%; 285 Were disposable by the Cluster with Be = 2%;

C/I 18 dB C / I 18 dB

Le Figg. 24 e 25 sottostanti mettono in relazione graficamente le efficienze dei 3 tipi di cluster in funzione del raggio della cella elementare del cluster. Figs. 24 and 25 below graphically relate the efficiencies of the 3 types of clusters as a function of the radius of the elementary cell of the cluster.

Si noti che quanto più il cluster e le celle sono piccoli tanto più aumenta la loro efficienza. Note that the smaller the cluster and the cells, the more their efficiency increases.

3.9 STUDIO DI UN MODELLO DI TRAFFICO 3.9 STUDY OF A TRAFFIC MODEL

Obietivo di questo paragrafo è stimare il rr di siti necessario per ser/ire un dato m di clienti su una determinata area geografica, e quindi di rica\ are un modello di traffico da adotare per il dimensionamento a traffico di una rete GSM per una cirtà di carateristiche simili ad Ancona. The aim of this paragraph is to estimate the rr of sites necessary to serve a given m of customers in a given geographical area, and therefore to derive a traffic model to be adopted for the traffic sizing of a GSM network for a certain geographical area. of characteristics similar to Ancona.

Il progetti) della rete è realizzato conoscendo la superfìcie del territorio e il ir dì potenziali clienti che dobbiamo servire. Sì deve ipotizzare quindi il traffico medio per ciascun cliente e il grado di penetrazione del servizio radiomobile nella popolazione, un dato, necessario è il grado di servizio che si desidera dare il aitale condiziona pesantemente il ninnerò di canali e di SRB. The project) of the network is carried out by knowing the surface of the territory and the number of potential customers we need to serve. Therefore, it is necessary to assume the average traffic for each customer and the degree of penetration of the mobile radio service in the population, a given, necessary is the degree of service that you want to give the aitale heavily conditions the non-nero of channels and RBS.

Dati orografici del Comune di Ancona: Orographic data of the Municipality of Ancona:

Clienti medi per Km quadrato: Average customers per square km:

Dati di traffico medio per cliente: Average traffic data per customer:

Hipotesi di traffico medio cliente: 14 mErlang/cliente, supponendo 50.000 clienti il traffico totale del comune di Ancona risulterebbe: Average customer traffic hypothesis: 14 mErlang / customer, assuming 50,000 customers, the total traffic of the municipality of Ancona would be:

3.9.1 Ipotesi di progetto 3.9.1 Design hypothesis

Nell’ipotesi come visto che la scelta del sito ottimale in termini di costi, traffico, interferenza per la copertura del territorio in oggetto, sia costituito di 3 settori con 4 portanti per ciascun settore, il traffico, secondo il modello di Erlang, smaltibile per cella con Be=0% risulta circa di 15.9 Eri. (47.7 Eri. per Stazione Radio Base). Assuming, as seen, that the choice of the optimal site in terms of costs, traffic, interference for the coverage of the territory in question, consists of 3 sectors with 4 carriers for each sector, the traffic, according to the Erlang model, can be disposed of for cell with Be = 0% is approximately 15.9 Eri. (47.7 Eri. For Radio Base Station).

N° clienti per ogni settore: N ° customers for each sector:

L’esempio 26 e’ una configurazione di un CLUSTER 3*3, mentre sulla mappa del territorio comunale di figura 27 è stata riportata una divisione puramente teorica contenente le SRB calcolate con i settori orientati come nel cluster ideale. Example 26 is a configuration of a 3 * 3 CLUSTER, while on the map of the municipal area in figure 27 a purely theoretical division has been reported containing the SRBs calculated with the sectors oriented as in the ideal cluster.

3.10 ELEMENTI DI RIFERIMENTO ADOTTATI 3.10 REFERENCE ELEMENTS ADOPTED

Al fine di verificare se il progetto teorico fatto aveva un riscontro reale è stato fatto un confronto con una rete attualmente funzionante. In order to verify whether the theoretical project made had a real response, a comparison was made with a currently functioning network.

Il modello di riferimento è la rete TIM di Ancona, non si riportano i dati riservati della configurazione di rete, tuttavia si evidenzia che la corrispondenza reale con il modello teorico si ha quasi totalmente, inoltre si possono adottare le seguenti considerazioni: vista la buona copertura, i buoni indicatori di qualità, i buoni dati di Customer Opinion Score ed il fatto che sulle SRB 900 Mhz del comune di Ancona non vi sono perdite Be >2 %, si può considerare il modello progetto siti GSM che ne deriva significativo anche se non generalizzabile a causa di errori intrinseci che derivano dalle approssimazioni di un caso ideale riportate ad una situazione reale. The reference model is the TIM network of Ancona, the confidential data of the network configuration are not reported, however it should be noted that the real correspondence with the theoretical model is almost completely, moreover the following considerations can be adopted: given the good coverage , the good quality indicators, the good Customer Opinion Score data and the fact that on the SRB 900 Mhz of the municipality of Ancona there are no losses Be> 2%, the GSM site project model that derives from it can be considered significant even if not generalizable due to intrinsic errors deriving from approximations of an ideal case reported to a real situation.

Gli errori che si possono commettere nel generalizzare il ^modello ricavato da ΉΜ Ancona possono ricondursi a: The errors that can be made in generalizing the ^ model obtained from ΉΜ Ancona can be traced back to:

distribuzione non uniforme del traffico telefonico nel territorio comunale; uneven distribution of telephone traffic in the municipal area;

orografia collinosa del territorio comunale di Ancona che non permette di considerare un cluster ideale posto su un piano con celle esagonali tutte con stessa copertura; hilly orography of the municipal area of Ancona which does not allow us to consider an ideal cluster placed on a plane with hexagonal cells all with the same roof;

ubicazione vincolata dei siti in posizioni non corrispondenti ad un cluster ideale; constrained location of sites in positions not corresponding to an ideal cluster;

direttrici delle celle su obiettivi di copertura non disposti idealmente a 0°, 120°, 240°; cell leaders on coverage objectives not ideally arranged at 0 °, 120 °, 240 °;

SRB non tutte a tre celle come nel caso ideale; Not all 3-cell SRBs as in the ideal case;

presenza di zone del comune ancora da coprire con il servizio GSM; presence of areas of the municipality still to be covered with the GSM service;

potenze e tilt delle celle diversi dal caso ideale di un cluster piano uniforme; powers and tilts of the cells different from the ideal case of a uniform plane cluster;

3.11 GRAFICO DEL MODELLO E CONCLUSIONI I buoni indicatori misurati di qualità del servizio, Accessibilià Cadute di Connessione, MOS (Mean Opinion Score), permettono di considerare la rete GSM TIM di Ancona accettabile per essere assunta come riferimento per un modello di traffico, tale modello di traffico può quindi essere utilizzato per il calcolo del numero di siti necessari per un progetto di rete GSM di simili dimensioni. La differenza tra le 15 SRB del progetto ideale e le 18 SRB che invece sono attive in rete, si giustifica tenendo conto che 4 SRB attive sono a 2celle e 3 SRB sono ad 1 cella, lo scarto totale di 10 celle 900 Mhz corrisponde a circa 3 siti in meno, pertanto si ritorna ai 15 siti del progetto teorico basato sulla teoria del cluster ideale. 3.11 GRAPH OF THE MODEL AND CONCLUSIONS The good measured indicators of service quality, Accessibility of Connection Failures, MOS (Mean Opinion Score), allow us to consider the GSM TIM network of Ancona acceptable to be taken as a reference for a traffic model, this model of traffic can therefore be used to calculate the number of sites required for a GSM network project of similar size. The difference between the 15 RBSs of the ideal project and the 18 RBSs that are active on the network, is justified by taking into account that 4 active RBSs are 2-cell and 3 RBs are 1-cell, the total deviation of 10 900 Mhz cells corresponds to approximately 3 sites less, therefore we return to the 15 sites of the theoretical project based on the theory of the ideal cluster.

La necessità di questi siti a configurazione non standard nasce da esigenze di copertura e da vincoli di altra natura che non giustificano siti tutti a 3 celle, in ogni caso tale circostanza è solo apparentemente un sovra dimensionamento della rete, questa infatti è progettata per rispondere a domande di traffico, spesso localizzate (per esempio uno stadio) con punte giornaliere o stagionali che implicano un maggiore equipaggiamento in termini di canali radio disponibili. The need for these non-standard configuration sites arises from coverage needs and other constraints that do not justify all 3-cell sites, in any case this circumstance is only apparently an oversizing of the network, this is in fact designed to respond to traffic demands, often localized (for example a stadium) with daily or seasonal peaks that imply greater equipment in terms of available radio channels.

Si tiene conto inoltre di un margine per la crescita annuale del traffico che neiresempio di progetto non è stato preso in considerazione. It also takes into account a margin for annual traffic growth which was not taken into account in the project example.

Il modello di traffico ricavato è sintetizzato nei grafici riportati in figura 28 e 29 essi correlano: The traffic model obtained is summarized in the graphs shown in figures 28 and 29, they correlate:

Il primo le celle con 4 portanti necessarie per smaltire rispettivamente con Be =0, % e Be=2%, una determinata quantità di traffico. The first is the cells with 4 carriers necessary to dispose of a certain amount of traffic respectively with Be = 0,% and Be = 2%.

Il secondo le celle necessarie per servire una data quantità di clienti partendo dalle curve precedenti e dal traffico in millierlang per cliente. Questo è ipotizzato in un caso di 10,71 mErl, e nell’altro caso di 14 mErl. The second is the cells needed to serve a given quantity of customers starting from the previous curves and the traffic in millierlang per customer. This is assumed in one case of 10.71 mErl, and in the other case of 14 mErl.

Dai grafici emerge immediatamente che per passare da una progettazione con GOS da 2% a 0% il numero di celle necessario aumenta, e con esso il costo della rete. From the graphs it immediately emerges that to pass from a design with GOS from 2% to 0% the number of cells needed increases, and with it the cost of the network.

Pertanto il gestore valuta caso per caso quando occorre privilegiare la qualità del servizio o viceversa quando conviene ridurre su un investimento in SRB accettando una qualità minore. CAPITOLO 4: ALGORITMI GENETICI Therefore, the manager assesses on a case-by-case basis when it is necessary to privilege the quality of the service or vice versa when it is convenient to reduce on an investment in child restraint by accepting a lower quality. CHAPTER 4: GENETIC ALGORITHMS

In questo capitolo vengono descritti in maniera abbastanza dettagliata gli algoritmi genetici. Essi verranno utilizzati per ottenere una pianificazione della rete GSM a minor impatto ambientale ed a maggiore qualità del servizio offerto. This chapter describes the genetic algorithms in some detail. They will be used to obtain a planning of the GSM network with a lower environmental impact and a higher quality of the service offered.

4.1 I PROCESSI ALLA BASE DELL’EVOLUZIONE NATURALE 4.1 THE PROCESSES AT THE BASE OF NATURAL EVOLUTION

I processi fondamentali che rendono possibile l’evoluzione di una data specie sono due: la selezione naturale e la riproduzione sessuale. There are two fundamental processes that make the evolution of a given species possible: natural selection and sexual reproduction.

La selezione naturale agisce in maniera molto semplice: essa elimina tutti gli organismi che non superano qualche “esame di idoneità” e fa sopravvivere gli elementi più prestanti della specie. Quindi la selezione naturale determina quali elementi di una popolazione soccomberanno e quali sopravvivranno per mettere in atto il secondo processo: la riproduzione. Quest’ ultima garantisce il mescolamento e la ricombinazione dei geni dei genitori per costituire i geni dei discendenti: quando spermatozoo e uovo si uniscono i cromosomi corrispondenti si allineano, si incrociano e poi si riseparano, scambiandosi materiale genetico. Questo rimescolamento consente una evoluzione molto più rapida di quella che si avrebbe se tutti i discendenti contenessero semplicemente una copia di geni di un unico genitore modificata di tanto in tanto per mutazione perché, grazie al mescolamento dei geni, si hanno buone probabilità che i discendenti riassumano le caratteristiche migliori di entrambi i genitori. Natural selection acts in a very simple way: it eliminates all organisms that do not pass some "suitability test" and allows the best performing elements of the species to survive. Then natural selection determines which elements of a population will succumb and which will survive to carry out the second process: reproduction. The latter guarantees the mixing and recombination of the parents' genes to form the genes of the descendants: when the sperm and egg unite, the corresponding chromosomes align, cross and then separate, exchanging genetic material. This shuffling allows for a much faster evolution than if all the descendants simply contained a copy of genes from a single parent modified from time to time by mutation because, thanks to the mixing of the genes, there is a good chance that the descendants will summarize. the best characteristics of both parents.

4.2 DESCRIZIONE DELL’ ALGORITMO GENETICO Gli algoritmi genetici cercano di modellare i meccanismi naturali della selezione e dell’accoppiamento al fine di effettuare una ottimizzazione proprio grazie ad essi. Gli algoritmi genetici manipolano stringhe di bit (i cromosomi) trattando le informazioni in esse contenute come se fossero materiale genetico. 4.2 DESCRIPTION OF THE GENETIC ALGORITHM The genetic algorithms try to model the natural mechanisms of selection and mating in order to optimize thanks to them. Genetic algorithms manipulate strings of bits (chromosomes) by treating the information they contain as if they were genetic material.

Vediamo più in dettaglio i passi fondamentali deH’algoritmo genetico. Dato un problema di ottimizzazione esso verrà modellato da una funzione ‘F’di ‘n’ variabili che chiameremo funzione cost (o funzione obiettivo): Let's see in more detail the fundamental steps of the genetic algorithm. Given an optimization problem, it will be modeled by a 'F' function of 'n' variables which we will call the cost function (or objective function):

esso esprime, nell’ambito di un generico sistema, la prestazione che si vuole ottimizzare in funzione delle variabili del sistema stesso. it expresses, within a generic system, the performance that you want to optimize according to the variables of the system itself.

Ad esempio, per quanto riguarda la determinazione della traiettoria a minima distanza da far percorrere ad un robot per passare da un punto all’altro, si dovrà minimizzare il funzionale dato proprio dalla lunghezza della traiettoria in funzione del punto di partenza, del punto di arrivo, degli eventuali ostacoli interposti, etc. For example, as regards the determination of the minimum distance trajectory to be made by a robot to travel from one point to another, the functional given by the length of the trajectory as a function of the starting point, the end point must be minimized. , any obstacles interposed, etc.

La prima considerazione da fare è che l’algoritmo genetico, a differenza di altri metodi di ottimizzazione, lavora esclusivamente con una codifica dei parametri e non con i parametri di partenza . The first consideration to make is that the genetic algorithm, unlike other optimization methods, works exclusively with an encoding of the parameters and not with the starting parameters.

Tutti i parametri vengono codificati e quindi ogni loro valore è rappresentato, se la codifica è binaria, da una stringa di bit (0 1 0 . . 0). Il parametro in origine può essere di natura discreta o continuo; se è discreto la codifica non pone alcun problema, se è continuo bisognerà restringere il campo dei suoi valori operando una quantizzazione. Per esempio, volendo eseguire la codifica binaria di un parametro continuo ‘p’ che assume i seguenti valori: All the parameters are encoded and therefore each of their values is represented, if the encoding is binary, by a string of bits (0 1 0.. 0). The parameter can originally be of a discrete or continuous nature; if it is discrete the coding does not pose any problem, if it is continuous it will be necessary to restrict the range of its values by performing a quantization. For example, if you want to perform the binary coding of a continuous parameter 'p' which takes on the following values:

mentre la sua forma quantizzata sarà: while its quantized form will be:

dove la sommatoria è intesa per ‘m’ cha va da ‘ 1 ’ a ‘NBit’ ‘q’ è la versione quantizzata di ‘p’ where the summation is intended for 'm' ranging from '1' to 'NBit' 'q' is the quantized version of 'p'

‘b’ è la sequenza binaria ottenuta dalla codifica del parametro ‘p’. 'B' is the binary sequence obtained from the coding of the 'p' parameter.

Precisato ciò, definiremo gene la codifica binaria di un singolo parametro; l’insieme degli ‘n’ geni, che rappresentano gli ‘n’ parametri del sistema in esame, costituirà un cromosoma. Ad esempio, considerando 5 parametri di 4 bit ciascuno, la rappresentazione binaria di un gene qualsiasi e di un cromosoma sarà: Having said this, we will define the binary coding of a single parameter as gene; the set of 'n' genes, which represent the 'n' parameters of the system under examination, will constitute a chromosome. For example, considering 5 parameters of 4 bits each, the binary representation of any gene and a chromosome will be:

Ciascun cromosoma a seconda della configurazione che assume, cioè del valore che assumono i parametri al suo interno, avrà associato un valore del funzionale ottenuto semplicemente valutando la funzione stessa in corrispondenza a quel set di parametri. Each chromosome, depending on the configuration it assumes, that is, the value that the parameters within it assume, will have associated a value of the functional obtained simply by evaluating the function itself in correspondence with that set of parameters.

Quindi a ciascun cromosoma sarà attribuita una prestazione, cioè una misura della sua forza (ossia ad ogni cromosoma corrisponderà attraverso il funzionale un determinato valore della grandezza che si vuole ottimizzare) . Therefore, a performance will be attributed to each chromosome, that is a measure of its strength (ie to each chromosome will correspond through the functional a certain value of the quantity to be optimized).

Il parallelismo con l’evoluzione naturale è semplice: ogni individuo possiede delle caratteristiche genetiche che lo rendono più o meno adatto a raggiungere un particolare obiettivo ed in base ad esso subirà la selezione naturale. The parallel with natural evolution is simple: each individual has genetic characteristics that make him more or less suitable for achieving a particular goal and based on it he will undergo natural selection.

Ad esempio, se l’obiettivo è la capacità di catturare una preda, il predatore dovrà aver ereditato il giusto equilibrio di parametri fisici quali forza e agilità che gli permettono di massimizzare tale capacità. For example, if the goal is the ability to capture prey, the predator must have inherited the right balance of physical parameters such as strength and agility that allow it to maximize this ability.

Parallelamente riprendendo in considerazione l’esempio s' precedente, ovvero la minimizzazione del percorso che deve seguire un robot, una configurazione di variabili sarà migliore At the same time, taking into consideration the previous example, that is the minimization of the path that a robot must follow, a configuration of variables will be better

di un’altra se conduce ad un percorso più agevole e a minore distanza. of another if it leads to an easier and shorter distance path.

Dopo aver stabilito una regola per la codifica e decodifica dei parametri, algoritmo genera una popolazione casuale di lN’ cromosomi, a questi ‘N’ cromosomi corrispondono altrettanti set di variabili casuali, e li sottopone alle tre operazioni fondamentali del processo: After establishing a rule for coding and decoding the parameters, the algorithm generates a random population of lN chromosomes, these 'N' chromosomes correspond to as many sets of random variables, and submits them to the three fundamental operations of the process:

1) selezione 1) selection

2) accoppiamento 2) coupling

3) mutazione 3) mutation

SELEZIONE SELECTION

Vengono calcolati i valori del funzionale per tutti gli ‘n’ cromosomi, in base a tali valori (che non sono altro che i valori della prestazione che si vuole ottimizzare) i cromosomi vengono ordinati dal migliore al peggiore. Supponendo di avere una popolazione iniziale di ‘N’=8 cromosomi, con i loro cosi associati: The functional values are calculated for all the 'n' chromosomes, based on these values (which are nothing more than the performance values to be optimized), the chromosomes are sorted from best to worst. Assuming we have an initial population of 'N' = 8 chromosomes, with their associated thus:

Tabella 4.1 Possibile popolazione di otto cromosomi con i relativi valori di cost associati. Table 4.1 Possible population of eight chromosomes with their associated cost values.

e supponendo di voler massimizzare la funzione cost (cioè di cercare il cromosoma che realizza il più alto valore possibile del funzionale), l’ordinamento sarà fatto in questo modo: and assuming you want to maximize the cost function (i.e. to search for the chromosome that achieves the highest possible value of the functional), the ordering will be done as follows:

A questo punto bisognerà scegliere i cromosomi migliori e scartare i peggiori. At this point it will be necessary to choose the best chromosomes and discard the worst ones.

Questa operazione può essere eseguita in vari modi e per ognuno ci saranno vantaggi e svantaggi per quanto riguarda il raggiungimento del risultato finale: This operation can be performed in various ways and for each there will be advantages and disadvantages regarding the achievement of the final result:

a) il modo più semplice è quello di eliminare una certa percentuale dei cromosomi peggiori, tipicamente il 50 %. Nel caso dell’esempio precedente verrebbero scartati i cromosomi n° 2 , n° 7, n° 1 e n° 4. a) the simplest way is to eliminate a certain percentage of the worst chromosomes, typically 50%. In the case of the previous example, chromosomes n ° 2, n ° 7, n ° 1 and n ° 4 would be discarded.

b) un altro modo potrebbe essere quello di scartare i cromosomi che non soddisfano determinate prestazioni. Nel nostro esempio, se la condizione di sopravvivenza fosse: b) another way could be to discard the chromosomes that do not satisfy certain performances. In our example, if the survival condition were:

cost>50 cost> 50

verrebbero scartati i cromosomi n° 7 , n1 e n° 4. chromosomes n ° 7, n1 and n ° 4 would be discarded.

c) una terza modalità, più complessa, potrebbe essere quella che utilizza una roulette condizionata che introduce una certa alcatorietà nella determinazione dei sopravvissuti. c) a third, more complex modality could be that which uses a conditioned roulette that introduces a certain acidity in the determination of the survivors.

In pratica viene considerata la somma dei cost di tutti i cromosomi della generazione corrente, poi per ogni cromosoma viene effettuato il rapporto tra il proprio cost e tale somma; il valore risultante da tale rapporto sarà considerato come la probabilità che l’individuo in esame riesca a sopravvivere. In practice, the sum of the costs of all the chromosomes of the current generation is considered, then for each chromosome the relationship between its cost and this sum is made; the value resulting from this ratio will be considered as the probability that the individual in question will be able to survive.

Si considera poi una ipotetica roulette con settori angolari proporzionali ai pesi percentuali di ciascun cromosoma e la si lancia per N volte ottenendo N copie dei cromosomi. A hypothetical roulette wheel with angular sectors proportional to the percentage weights of each chromosome is then considered and it is thrown N times obtaining N copies of the chromosomes.

Di conseguenza oltre alla prestazione della configurazione entra in gioco l’aleatorietà del lancio che può portare alla scelta di configurazioni peggiori (cioè configurazioni con valore del cost meno interessante di quello di altre, che con questo tipo di selezione potrebbero essere scartate) ma* questo non è un fatto del tutto negativo dato che può far continuare la ricerca in regioni che altrimenti verrebbero abbandonate ma che comunque possono portarci alla soluzione ottima magari in un lasso di tempo minore. Consequently, in addition to the performance of the configuration, the uncertainty of the launch comes into play which can lead to the choice of worse configurations (i.e. configurations with a cost value less interesting than that of others, which with this type of selection could be discarded) but * this it is not a completely negative fact given that it can continue the research in regions that would otherwise be abandoned but which in any case can lead us to the optimal solution, perhaps in a shorter period of time.

Nell’esempio finora considerato i pesi da dare alla roulette saranno: In the example considered so far, the weights to be given to roulette will be:

Tabella 4.2 Ordinamento e selezione condizionata. Table 4.2 Ordering and conditional selection.

Gli individui con maggior peso avranno una maggiore probabilità di essere pescati e quindi otterranno un maggior numero di copie e di discendenti futuri. Individuals with heavier weight will have a greater chance of being fished and therefore will obtain a greater number of copies and future offspring.

La successiva fase di accoppiamento dipenderà da 'come è stata effettuata la selezione e in particolare da quanti cromosomi sono stati scartati e quindi quanti cromosomi dovranno essere generati per sostituirli. Per semplicità di esposizione supporremo che siano sopravvissuti gli N/2 cromosomi migliori. The subsequent mating phase will depend on how the selection was made and in particular on how many chromosomes have been discarded and therefore how many chromosomes will have to be generated to replace them. For the sake of simplicity, we will assume that the best N / 2 chromosomes survived.

2) ACCOPPIAMENTO 2) PAIRING

Questa fase stabilisce che i cromosomi selezionati diventano genitori e si accoppiano per dare origine alla prole cioè ai nuovi cromosomi (ossia ai nuovi set di variabili). This phase establishes that the selected chromosomes become parents and mate to give rise to the offspring ie the new chromosomes (ie the new sets of variables).

Anche l’accoppiamento può avvenire in vari modi; i più utilizzati sono: Coupling can also take place in various ways; the most used are:

a) in successione dalla cima al fondo della lista (il primo con il secondo, il terzo con il quarto, etc.). a) in succession from the top to the bottom of the list (the first with the second, the third with the fourth, etc.).

b) il primo con l’ultimo, il secondo con il penultimo, etc. casualmente. b) the first with the last, the second with the penultimate, etc. casually.

Qualunque sia il modo con cui si fa avvenire l’accoppiamento, da ogni coppia verranno originati due figli che erediteranno un patrimonio genetico ottenuto dalla mescolanza dei geni dei genitori. Whatever the way in which mating takes place, two children will be born from each couple who will inherit a genetic heritage obtained from the mixture of the parents' genes.

L’operazione caratteristica di questa fase è il crossover (incrocio): al’intemo delle due stringhe genitrici viene selezionata casualmente una posizione che individua il bit di crossover; il primo figlio sarà ottenuto dall’unione della semistringa di bit del primo genitore situata a sinistra del punto di crossover e la semistringa di bit del secondo genitore situata a destra del punto di crossover; il secondo figlio sarà ottenuto dall’unione delle semistringhe complementari. The characteristic operation of this phase is the crossover (crossing): within the two parent strings a position is randomly selected that identifies the crossover bit; the first child will be obtained by joining the half-string of the first parent located to the left of the crossover point and the half-string of the second parent located to the right of the crossover point; the second child will be obtained from the union of the complementary semi-strings.

Si può osservare il tutto con un semplice esempio, supponendo che il bit di crossover sia il nono: We can observe everything with a simple example, assuming that the crossover bit is the ninth:

2 2

Dopo l’operazione di crossover avremo di nuovo una popolazione di N elementi (N/2 genitori più N/2 figli). After the crossover operation we will again have a population of N elements (N / 2 parents plus N / 2 children).

3) MUTAZIONE 3) MUTATION

L’operazione di mutazione è molto semplice e il suo effetto sulla ricerca della soluzione ottima è minimo: essa va ad alterare una piccola percentuale di bit (tipicamente il 10%) fra tutti quelli presenti nella matrice ‘N x n’ dei cromosomi. In pratica, seleziona casualmente un certo numero di bit e cambia il loro valore da ‘0’ a ‘ 1 e viceversa. Con questa operazione l’algoritmo genetico risponde a quell’esigenza di casualità e imprevedibilità che anche la natura mette in atto nella riproduzione degli esseri viventi; la mutazione fa sì che non si venga a creare una popolazione troppo uniforme ed inoltre aiuta a far uscire la ricerca dai minimi locali. A questo punto l’algoritmo può passare ad iterazioni successive procedendo ogni volta nel seguente modo: riparte con il calcolo del cosi di tutti gli elementi della nuova generazione, li ordina in base ad esso, li seleziona eliminando i più deboli, li fa accoppiare per generare nuova prole, esegue la mutazione e così via. The mutation operation is very simple and its effect on the search for the optimal solution is minimal: it alters a small percentage of bits (typically 10%) among all those present in the 'N x n' matrix of chromosomes. In practice, it randomly selects a certain number of bits and changes their value from '0' to '1 and vice versa. With this operation, the genetic algorithm responds to that need for randomness and unpredictability that nature also implements in the reproduction of living beings; the mutation ensures that a population that is too uniform is not created and also helps to bring research out of local minima. At this point the algorithm can move on to successive iterations proceeding each time in the following way: it restarts with the calculation of the so of all the elements of the new generation, sorts them based on it, selects them by eliminating the weakest ones, makes them couple by generate new offspring, mutate and so on.

Il tutto è schematizzato nel diagramma di flusso di figura 30. Everything is schematized in the flow diagram of figure 30.

Le iterazioni saranno interrotte o quando l’algoritmo troverà una soluzione soddisfacente, cioè fissata una soglia la soluzione avrà superato tale soglia, o dopo un numero prefissato di iterazioni stesse. The iterations will be interrupted or when the algorithm will find a satisfactory solution, that is, once a threshold has been set, the solution will have exceeded that threshold, or after a predetermined number of iterations.

Inoltre si può far ripartire l’algoritmo più volte e miscelare le soluzioni così ottenute attraverso, ancora una volta, l’algoritmo genetico stesso, così da ridurre l’influenza del punto iniziale di ricerca sulla soluzione finale. In addition, you can restart the algorithm several times and mix the solutions thus obtained through, once again, the genetic algorithm itself, so as to reduce the influence of the initial research point on the final solution.

4.3 MECCANISMI DI CONVERGENZA DELL’ALGO-RITMO GENETICO 4.3 MECHANISMS OF CONVERGENCE OF THE GENETIC ALGO-RHYTHM

Cerchiamo di entrare nei meccanismi dell’algoritmo per capire se e come soddisfa l’ipotesi di robustezza. We try to enter the algorithm mechanisms to understand if and how it satisfies the robustness hypothesis.

Gli algoritmi genetici derivano gran parte della loro potenza dalla tendenza che hanno a concentrare l’attenzione sulle parti più promettenti di uno spazio delle soluzioni (la direzionalità nella ricerca degli algoritmi genetici è dovuta proprio a questa caratteristica che discende essenzialmente dal modo in cui si fa la selezione e l’accoppiamento). Genetic algorithms derive much of their power from the tendency they have to focus attention on the most promising parts of a solution space (the directionality in the search for genetic algorithms is due precisely to this characteristic which essentially derives from the way in which it is made selection and coupling).

Come visto, in primo luogo viene valutata ciascuna stringa della popolazione al fine di determinare le prestazioni che quella stringa codifica. As we have seen, each string of the population is first evaluated in order to determine the performance that that string encodes.

In secondo luogo, vengono accoppiate le stringhe che hanno ottenuto le valutazioni più alte. Due stringhe si allineano, si sceglie un punto lungo ciascuna di esse (punto di crossover) e le parti che si trovano a sinistra e a destra di quei punti vengono combinate in maniera da generare due discendenti. Second, the strings that have obtained the highest ratings are matched. Two strings align, a point along each of them is chosen (crossover point) and the parts to the left and right of those points are combined to generate two descendants.

I cromosomi biologici si incrociano in questo modo quando si incontrano due gameti e si forma uno zigote; per questo motivo il processo di crossover, implementato negli algoritmi genetici, imita molto da vicino il modello biologico. Inoltre i discendenti non vanno a sostituire le stringhe genitrici bensì stringhe che hanno ottenuto valutazioni basse. Biological chromosomes cross in this way when two gametes meet and a zygote is formed; for this reason the crossover process, implemented in the genetic algorithms, closely mimics the biological model. Furthermore, descendants do not replace parent strings but strings that have obtained low ratings.

Poi si verificano delle mutazioni che modificano una piccola percentuale di stringhe. In genere, le mutazioni da sole non fanno progredire di molto la ricerca di una soluzione ma garantiscono che non si venga a formare una popolazione troppo uniforme, che sarebbe incapace di ulteriore evoluzione. Quindi l’operazione di mutazione permette aH’algoritmo genetico di non concentrarsi in regioni troppo limitate dello spazio delle soluzioni e di ispezionare percorsi alternativi. Then mutations occur that modify a small percentage of strings. Generally, mutations alone do not advance the search for a solution very far but ensure that a too uniform population is not formed, which would be incapable of further evolution. Therefore, the mutation operation allows the genetic algorithm not to concentrate in too limited regions of the solution space and to inspect alternative paths.

4.3.1 II parallelismo implicito 4.3.1 The implicit parallelism

L’algoritmo genetico sfrutta le regioni “bersaglio” dello spazio delle soluzioni, cioè le regioni in cui si trovano le soluzioni migliori poiché, nelle generazioni successive, attraverso la riproduzione e il crossover, aumenta progressivamente il numero delle stringhe che si trovano in quelle regioni (infatti quando si è raggiunta la convergenza i cromosomi sono pressoché identici, cioè appartengono alla stessa regione) . The genetic algorithm exploits the "target" regions of the solution space, i.e. the regions where the best solutions are found since, in subsequent generations, through reproduction and crossover, the number of strings found in those regions progressively increases (in fact, when convergence has been reached, the chromosomes are almost identical, that is, they belong to the same region).

L’algoritmo favorisce la riproduzione delle stringhe più adatte, perciò le stringhe sopra la media (che si trovano in regioni bersaglio) avranno un maggior numero di discendenti nella generazione successiva. The algorithm favors the reproduction of the most suitable strings, therefore strings above the average (found in target regions) will have a greater number of descendants in the next generation.

In effetti il numero delle stringhe in una data regione aumenta proporzionalmente alla valutazione statistica della fitness di quella regione (la fitness è il valore adattativo, che rappresenta la qualità della soluzione). In fact, the number of strings in a given region increases in proportion to the statistical evaluation of the fitness of that region (fitness is the adaptive value, which represents the quality of the solution).

Un programma statistico dovrebbe valutare decine di campioni, tratti da migliaia o milioni di regioni, per ottenere il valore adattativo medio di ciascuna di esse. L’algoritmo genetico riesce ad ottenere lo stesso risultato con un numero di gran lunga minore di stringhe. A statistical program would have to evaluate dozens of samples, drawn from thousands or millions of regions, to obtain the average adaptive value of each of them. The genetic algorithm manages to obtain the same result with a far smaller number of strings.

La chiave di questo comportamento, piuttosto sorprendente, consiste nel fatto che una singola stringa appartiene a tutte le regioni in cui appare almeno qualcuno dei suoi bit. Per esempio, la stringa: The key to this rather surprising behavior is that a single string belongs to all regions where at least some of its bits appear. For example, the string:

e via di seguito (dove l’asterisco indica che il valore del bit corrispondente non è specificato e potrebbe assumere qualunque dei due valori). and so on (where the asterisk indicates that the value of the corresponding bit is not specified and could take any of the two values).

Le regioni più grandi (cioè quelle che contengono molti bit non specificati) tipicamente saranno rappresentate da una elevata percentuale di tutte le stringhe di una popolazione. Così un algoritmo genetico che manipola una popolazione di poche migliaia di stringhe di fatto dispone di campioni di un numero molto più grande di regioni (la codifica in un certo senso porta ad un ampliamento dello spazio delle soluzioni ma allo stesso tempo porta ad identificare prima le regioni bersaglio). Larger regions (i.e. those that contain many unspecified bits) will typically be represented by a high percentage of all strings in a population. Thus a genetic algorithm that manipulates a population of a few thousand strings actually has samples from a much larger number of regions (coding in a sense leads to an expansion of the solution space but at the same time leads to the identification of the target regions).

Questo parallelismo implicito conferisce al’algoritmo genetico il suo vantaggio fondamentale rispetto ad altri procedimenti di ottimizzazione tradizionalmente utilizzati. This implicit parallelism gives the genetic algorithm its fundamental advantage over other traditionally used optimization procedures.

Il crossover complica gli effetti del parallelismo implicito. NeH’algoritmo genetico il fine dell’ incrocio tra le stringhe è sondare nuove parti delle regioni bersaglio anziché mettere alla prova la stessa stringa ripetutamente in generazioni successive. Inoltre il processo può anche trasferire un discendente da una regione ad un’altra e in questo modo il tasso di campionamento di regioni diverse può allontanarsi dalla proporzionalità stretta rispetto al valore adattativo medio. Questo allontanamento rallenta il ritmo dell’evoluzione. The crossover complicates the effects of implicit parallelism. In the genetic algorithm, the purpose of crossing strings is to probe new parts of the target regions instead of testing the same string repeatedly in successive generations. Furthermore, the process can also transfer a descendant from one region to another and in this way the sampling rate of different regions can move away from strict proportionality with respect to the average adaptive value. This distancing slows down the pace of evolution.

4.3.2 Blocchi costitutivi compatti 4.3.2 Compact building blocks

La probabilità che la prole di due stringhe lasci la regione a cui appartengono i genitori dipende dalla distanza tra gli ‘ 1 ’ e gli ‘0’ che definiscono quella regione. The probability that the offspring of two strings leave the region to which the parents belong depends on the distance between the '1' and '0' that define that region.

I discendenti di una stringa della regione io******, per esempio, possono trovarsi al di fuori di quella regione solo se il crossover inizia dalla seconda posizione della stringa, il che avviene con una probabilità di uno su sette per una stringa che contiene otto bit (se la srtinga contenesse mille bits la probabilità sarebbe solo di un caso su novecentonovantanove). For example, the descendants of a string in the io ****** region can only lie outside that region if the crossover starts at the second position of the string, which is a one in seven probability for a string. which contains eight bits (if the srtinga contained one thousand bits the probability would be only one case out of nine hundred ninety-nine).

Invece la prole di una stringa di otto bit che appartiene alla regione 1 ****** 1 lascia la regione dei genitori indipendentemente dal punto in cui avviene il crossover. Instead, the offspring of an eight-bit string belonging to region 1 ****** 1 leaves the parental region regardless of where the crossover occurs.

Gli ‘ 1 e o gli ‘0’ adiacenti che definiscono una regione vengono chiamati ‘blocchi costitutivi compatti’. E’ molto probabile che questi blocchi rimangano intatti nei processi di crossover e che quindi si trasmettano a generazioni future ad un tasso proporzionale al valore adattativo medio delle stringhe che li trasportano. The adjacent '1s and or' 0s that define a region are called 'compact building blocks'. It is very likely that these blocks remain intact in the crossover processes and that they are therefore transmitted to future generations at a rate proportional to the average adaptive value of the strings that carry them.

Un meccanismo di riproduzione che includa il crossover non riesce a campionare tutte le regioni ad un tasso proporzionale al loro valore adattativo ma è in grado di farlo per quelle regioni che sono definite da blocchi compatti. A reproduction mechanism that includes crossover fails to sample all regions at a rate proportional to their adaptive value but is capable of sampling for those regions that are defined by compact blocks.

Il numero dei blocchi definiti in modo compatto in una popolazione di stringhe supera di molto il numero delle stringhe, perciò l’algoritmo genetico presenta comunque un parallelismo implicito. The number of compactly defined blocks in a population of strings greatly exceeds the number of strings, so the genetic algorithm still has an implicit parallelism.

Grazie al suo parallelismo implicito l’algoritmo genetico può esplorare e sfruttare moltissime regioni dello spazio di ricerca pur manipolando un numero relativamente piccolo di stringhe. Thanks to its implicit parallelism, the genetic algorithm can explore and exploit many regions of the search space while manipulating a relatively small number of strings.

4.3.3 Linearità 4.3.3 Linearity

Sempre grazie al parallelismo implicito, gli algoritmi" genetici possono affrontare anche problemi non lineari, in cui cioè il valore adattativo di una stringa contenente due blocchi costitutivi particolari può essere molto maggiore (o molto minore) della somma dei valori adattativi corrispondenti a ciascun blocco costitutivo. Again thanks to implicit parallelism, "genetic" algorithms can also tackle non-linear problems, in which the adaptive value of a string containing two particular building blocks can be much greater (or much less) than the sum of the adaptive values corresponding to each building block .

I problemi lineari hanno uno spazio di ricerca ridotto perché la presenza di un T o di uno ‘0’ in una certa posizione di una stringa non ha alcuna influenza sul valore adattativo attribuibile alla presenza di un T o di uno ‘0’ in qualche altra posizione; in sostanza, grazie alla linearità, ogni bit ha il suo peso al’interno del funzionale indipendentemente dal valore che assumeranno gli altri bit. Linear problems have a small search space because the presence of a T or a '0' in a certain position of a string has no influence on the adaptive value attributable to the presence of a T or a '0' in some other position; in essence, thanks to linearity, each bit has its own weight within the functional regardless of the value that the other bits will assume.

Quando il problema non è lineare la difficoltà aumenta drasticamente; il valore adattativo medio delle stringhe nella regione ******01, per esempio, potrebbe essere superiore alla media, anche se i valori adattativi associati alle regioni ******0* e *******1 sono al di sotto della media, quindi come si può notare la non linearità non comporta che non esistano blocchi costitutivi utili ma semplicemente che non sono utili i blocchi costituiti da singoli ‘1 o singoli ‘0’. Questo porta ad una esplosione di possibilità ma fortunatamente è possibile sfruttare ancora il parallelismo implicito, infatti i blocchi costitutivi che sfruttano la non linearità per ottenere prestazioni superiori alla media verranno utilizzati automaticamente più spesso nelle generazioni future. When the problem is not linear the difficulty increases dramatically; the average adaptive value of the strings in the region ****** 01, for example, could be higher than the average, although the adaptive values associated with the regions ****** 0 * and ******* 1 they are below average, so as you can see the non-linearity does not mean that there are no useful building blocks but simply that blocks made up of single '1's or single' 0 'are not useful. This leads to an explosion of possibilities but fortunately it is still possible to exploit the implicit parallelism, in fact the building blocks that exploit non-linearity to obtain above-average performance will be automatically used more often in future generations.

4.3.4 Esplorazione e sfruttamento 4.3.4 Exploration and exploitation

Oltre ad affrontare la non linearità, l’algoritmo genetico contribuisce a risolvere un enigma che ha eluso fin qui i metodi convenzionali di ricerca della soluzione ottima: come raggiungere un buon equilibrio tra esplorazione e sfruttamento. Quando si comincia ad ottenere un buon risultato, nella risoluzione di un problema, ci si può concentrare sul suo sfruttamento ma questa scelta ha un costo nascosto perché lo sfruttamento rende improbabile la scoperta di percorsi migliori nello spazio delle soluzioni. In addition to addressing non-linearity, the genetic algorithm contributes to solving an enigma that has so far eluded conventional methods of searching for the optimal solution: how to achieve a good balance between exploration and exploitation. When you begin to get a good result, in solving a problem, you can focus on its exploitation but this choice has a hidden cost because exploitation makes the discovery of better paths in the solution space unlikely.

I miglioramenti si ottengono anche rischiando di far decadere le prestazioni fin li ottenute cercando percorsi alternativi. Un problema tipico per tutti i sistemi che si adattano e apprendono (di qui l’appartenenza dell’algoritmo alla classe degli algoritmi ad intelligenza artificiale) è decidere in che misura ipotecare il presente per il futuro. The improvements are also obtained by running the risk of decaying the performance obtained since looking for alternative routes. A typical problem for all systems that adapt and learn (hence the belonging of the algorithm to the class of artificial intelligence algorithms) is deciding to what extent to mortgage the present for the future.

L’algoritmo genetico affronta questo ostacolo utilizzando il crossover. Benché il crossover possa interferire con lo sfruttamento di un blocco costitutivo scomponendolo, questo processo esplora il comportamento dei blocchi costitutivi in nuove combinazioni e in nuovi contesti. The genetic algorithm addresses this obstacle using the crossover. Although crossover can interfere with the exploitation of a building block by breaking it down, this process explores the behavior of building blocks in new combinations and in new contexts.

II crossover quindi genera nuovi campioni di regioni sopra la media confermando o confutando le stime prodotte sulla base di campioni precedenti; quando il crossover scompone un blocco costitutivo produce un nuovo blocco che consente all’ algoritmo genetico di esplorare regioni che in precedenza non aveva saggiato. The crossover then generates new samples of above-average regions, confirming or refuting the estimates produced on the basis of previous samples; when the crossover breaks down a constitutive block it produces a new block that allows the genetic algorithm to explore regions that it had not previously tested.

Il crossover manifesta questo comportamento, un po’ sbilanciato verso l’esplorazione, soprattutto nelle prime interazioni quando le stringhe campionate non hanno un alto valore adattativo e quindi è alta la probabilità di uscire da una certa regione per sondare un’altra con un valore adattativo medio statisticamente migliore. The crossover manifests this behavior, somewhat unbalanced towards exploration, especially in the first interactions when the sampled strings do not have a high adaptive value and therefore the probability of exiting a certain region to probe another with an adaptive value is high. statistically better average.

Andando avanti con le iterazioni, quando l’algoritmo trova una regione ad alto valore adattativo il crossover perde la sua capacità di esplorazione in quanto tutte le stringhe della popolazione corrente tendono a possedere blocchi costituiti appartenenti alla stessa regione e da quel momento anche il crossover contribuisce allo sfruttamento (anche se di poco). 4.4 CONSIDERAZIONI PER L’APPLICAZIONE DELL'ALGORITMO GENETICO AI VARI PROBLEMI Prima di applicare l’algoritmo genetico alla minimizzazione del C.E.M. dovuto alla rete GSM, si è analizzato il suo comportamento con problemi più semplici al fine di comprendere meglio il suo funzionamento e la sua efficacia. Going forward with the iterations, when the algorithm finds a region with a high adaptive value, the crossover loses its exploration capacity as all the strings of the current population tend to have constituted blocks belonging to the same region and from that moment the crossover also contributes to exploitation (even if only slightly). 4.4 CONSIDERATIONS FOR THE APPLICATION OF THE GENETIC ALGORITHM TO THE VARIOUS PROBLEMS Before applying the genetic algorithm to the minimization of the C.E.M. due to the GSM network, its behavior was analyzed with simpler problems in order to better understand its functioning and its effectiveness.

In particolare l’algoritmo è stato applicato nella ricerca delle interdistanze dei dipoli in una schiera che ottimizzassero il suo diagramma di radiazione (minimizzazione del rapporto lobo principale su lobo secondario). Questo esempio ha dato delle indicazioni su come debba essere implementato l algoritmo genètico ai vari problemi pratici, su come debbano essere fatte le operazioni fondamentali, quali siano i cicli giusti da far compiere al’algoritmo, etc. In particular, the algorithm was applied in the search for the interdistances of the dipoles in an array that would optimize its radiation pattern (minimization of the main lobe to secondary lobe ratio). This example has given indications on how the genetic algorithm should be implemented for the various practical problems, on how the fundamental operations must be done, which are the right cycles to be performed by the algorithm, etc.

4.4.1 Discretizzazione delle variabili continue 4.4.1 Discretization of continuous variables

La discretizzazione delle variabili è un’operazione abbastanza cruciale perché ha delle implicazioni sia sull’efficacia che sull’efficienza dell’algoritmo stesso. The discretization of the variables is a fairly crucial operation because it has implications both on the effectiveness and on the efficiency of the algorithm itself.

Per quanto riguarda la bontà della soluzione (l’efficacia dell’algoritmo) si può notare che essa dipende pesantemente da questa operazione, infatti se si è fatta una quantizzazione con pochi livelli disponibili (pochi bit per variabile) si è in pratica limitato lo spazio delle soluzioni e con esso è stata limitata la possibilità di ottenere soluzioni migliori; è come se fossero stati creati dei buchi inaccessibili nello spazio delle soluzioni, nessuno può dire se in corrispondenza di questi buchi ci siano soluzioni scadenti o soluzioni buone. As for the goodness of the solution (the effectiveness of the algorithm) it can be noted that it heavily depends on this operation, in fact if a quantization has been made with few levels available (a few bits per variable), the space is practically limited. of solutions and with it the possibility of obtaining better solutions has been limited; it is as if inaccessible holes had been created in the solution space, no one can say whether there are poor or good solutions in correspondence with these holes.

Quindi dal punto di vista dell’efficacia bisognerebbe fare una quantizzazione più fine possibile (minima perdita <' >di informazione e minimo rumore di quantizzazione). Therefore, from the point of view of effectiveness, a quantization as fine as possible should be done (minimum loss <'> of information and minimum quantization noise).

invece per quanto riguarda l’efficienza bisognerebbe fare una quantizzazione più grezza possibile, perché i tempi di calcolo dipendono in maniera diretta dalla mole di dati (di bit) utilizzati. instead, as far as efficiency is concerned, a quantization as rough as possible should be done, because the calculation times depend directly on the amount of data (bits) used.

Ci si trova dunque davanti a due esigenze contrastanti: da una parte ottenere la minima perdita di informazione dovuta alla quantizzazione, dall’altra non gravare sui tempi di calcolo. Un valido aiuto per trovare un buon compromesso tra queste esigenze può essere ottenuto da una buona conoscenza del problema che si sta affrontando. In particolare si può ottenere un buon compromesso conoscendo in maniera dettagliata la dipendenza del funzionale dai vari parametri in modo da fare una quantizzazione fine per i parametri critici e una più blanda per i parametri meno influenti all ’interno del funzionale. We are therefore faced with two conflicting needs: on the one hand to obtain the minimum loss of information due to quantization, on the other hand not to burden the calculation times. A valid help in finding a good compromise between these needs can be obtained from a good knowledge of the problem that is being faced. In particular, a good compromise can be obtained by knowing in detail the dependence of the functional on the various parameters in order to make a fine quantization for the critical parameters and a milder one for the less influential parameters within the functional.

Se non si hanno a disposizione queste informazioni si può usare un criterio empirico: si fa girare l’algoritmo con un numero minimo di bit per parametro, poi si aumentano gradualmente i bit per parametro fin quando si osserva che l’accuratezza della soluzione diventa insensibile a tale aumento, a questo punto è inutile proseguire su questa strada dato che si penalizza solo l’efficienza deH’algoritmo. If this information is not available, an empirical criterion can be used: the algorithm is run with a minimum number of bits per parameter, then gradually increasing the bits per parameter until it is observed that the accuracy of the solution becomes insensitive to this increase, at this point it is useless to continue on this path since only the efficiency of the algorithm is penalized.

4,4.2 Scelta del numero di cromosomi 4.4.2 Choice of the number of chromosomes

Il numero di cromosomi della popolazione, come visto, rappresenta il numero di configurazioni di variabili che vengono valutate contemporaneamente e che subiranno i vari passi dell’ algoritmo. The number of chromosomes in the population, as seen, represents the number of configurations of variables that are evaluated simultaneously and that will undergo the various steps of the algorithm.

La ricerca della soluzione diventa la ricerca di particolari stringhe di bit che codificano appunto i set di variabili che danno origine alle soluzioni migliori. The search for the solution becomes the search for particular bit strings that encode the sets of variables that give rise to the best solutions.

Si è immaginato uno spazio delle soluzioni composto da valli e da cime: le cime ospitano le configurazioni che codificano le soluzioni meno valide, le valli corrispondono invece alle stringhe migliori (se si sta facendo una minimizzazione, altrimenti vale il contrario per le valli e le cime). We have imagined a solution space composed of valleys and peaks: the peaks host the configurations that encode the less valid solutions, the valleys correspond instead to the best strings (if you are doing a minimization, otherwise the opposite is true for the valleys and tops).

In figura 31 è rappresentato un tipico spazio delle soluzioni: Ricordando quanto detto a proposito del parallelismo implicito, le varie regioni dello spazio delle soluzioni possono essere definite considerando le stringhe che hanno un ‘ 1 o uno ‘0’ in posizioni particolari. Figure 31 shows a typical solution space: Recalling what has been said about implicit parallelism, the various regions of the solution space can be defined by considering the strings that have a '1 or' 0 'in particular positions.

Si è visto anche che i paesaggi diventano ampi ed accidentati all’aumentare del numero di parametri e della complessità del problema. Quindi quando il paesaggio ha delle caratteristiche topologiche molto complesse trovare il minimo o anche determinare la direzione verso la quale si giunge ad esso diviene sempre più difficile. It has also been seen that the landscapes become large and rugged as the number of parameters and the complexity of the problem increase. Therefore, when the landscape has very complex topological characteristics, finding the minimum or even determining the direction towards which it is reached becomes increasingly difficult.

Una delle caratteristiche che rendono l’algoritmo genetico robusto e che gli permettono di superare tale inconveniente è la sua capacità di sondare contemporaneamente molte regioni dello spazio delle soluzioni. Questa sua caratteristica discende dal fatto che esso dispone sin dall’inizio di un certo numero di soluzioni (cromosomi) che gli permettono di avere una buona visione di tutto il paesaggio e di far progredire le soluzioni parallelamente. One of the features that make the genetic algorithm robust and that allow it to overcome this drawback is its ability to simultaneously probe many regions of the solution space. This characteristic derives from the fact that from the beginning it has a certain number of solutions (chromosomes) that allow it to have a good view of the whole landscape and to advance the solutions in parallel.

Da queste considerazioni risulta chiaro che maggiore è il numero di cromosomi iniziali e migliore sarà la soluzione finale; in pratica partendo da più punti si ha la possibilità di sondare più regioni con maggior dettaglio. From these considerations it is clear that the greater the number of initial chromosomes, the better the final solution will be; in practice, starting from several points, it is possible to probe several regions in greater detail.

Anche in questo caso c’è il rovescio della medaglia perché aumentando il numero di cromosomi aumenta il tempo di calcolo; inoltre dato che l’elaboratore deve procedere parallelamente con tutti i dati, il tempo di calcolo potrebbe aumentare esponenzialmente se viene esaurita la memoria RAM e si inizia ad usare il disco rigido. Also in this case there is the downside because increasing the number of chromosomes increases the calculation time; furthermore, since the computer must proceed in parallel with all the data, the computation time could increase exponentially if the RAM memory is exhausted and the hard disk is used.

Per fare una buona scelta ancora una volta è utile la conoscenza della fisica del problema in esame, in particolare se lo spazio delle soluzioni è vasto e molto accidentato sarà conveniente aumentare il più possibile il numero di cromosomi della popolazione, se invece lo spazio delle soluzioni è piuttosto regolare e poco esteso è possibile avere una buona convergenza con poche configurazioni iniziali. Se queste informazioni non sono disponibili si può adottare di nuovo il criterio empirico già visto: si parte da pochi cromosomi che verranno aumentati fin quando si avranno miglioramenti apprezzabili della qualità della soluzione. To make a good choice, once again it is useful to know the physics of the problem in question, in particular if the space of solutions is vast and very bumpy it will be convenient to increase the number of chromosomes of the population as much as possible, if instead the space of solutions it is quite regular and not very extensive it is possible to have a good convergence with a few initial configurations. If this information is not available, the empirical criterion already seen can be adopted again: we start from a few chromosomes that will be increased until there are appreciable improvements in the quality of the solution.

D'altronde la cosa migliore da fare per avere una buona convergenza è quella di usare il maggior numero di cromosomi compatibilmente con le risorse di calcolo che si hanno a disposizione. On the other hand, the best thing to do to have a good convergence is to use the greatest number of chromosomes compatibly with the computing resources available.

Bisogna osservare che oltre al rischio che l’elaboratore usi il disco rigido, aumentare il numero di cromosomi non solo rallenta la velocità di ogni iterazione (il tempo di calcolo cresce in maniera proporzionale al numero di cromosomi) ma costringe ad aumentare il numero stesso di iterazioni per arrivare alla convergenza. Per chiarire meglio quest’ultima affermazione conviene esaminare le trasformazioni che subiscono i cromosomi nelle varie iterazioni. It should be noted that in addition to the risk that the computer uses the hard disk, increasing the number of chromosomes not only slows down the speed of each iteration (the calculation time grows in proportion to the number of chromosomes) but forces to increase the number of chromosomes itself. iterations to arrive at convergence. To better clarify this last statement, it is worth examining the transformations that the chromosomes undergo in the various iterations.

Con le prime istruzioni si crea in modo random la popolazioni di cromosomi che verrà utilizzata in tutte le fasi successive del programma. A causa delle istruzioni random nella popolazione iniziale regna una totale casualità: i cromosomi coprono statisticamente tutto lo spazio delle soluzioni. With the first instructions, the chromosome populations are randomly created and used in all subsequent phases of the program. Due to the random instructions, total randomness reigns in the initial population: the chromosomes statistically cover the entire solution space.

Con il proseguire delle iterazioni la ricerca si concentra nelle regioni in cui vengono trovate le migliori soluzioni e i corrispondenti cromosomi tendono ad evidenziare particolari blocchi costitutivi (cioè vengono a formarsi in determinate posizioni gruppi di bit adiacenti con specifici valori). As the iterations continue, the search is concentrated in the regions where the best solutions are found and the corresponding chromosomes tend to highlight particular building blocks (i.e. groups of adjacent bits with specific values are formed in certain positions).

Proseguendo ancora con le iterazioni, le ragioni esplorate diventeranno sempre più piccole e i blocchi costitutivi nei cromosomi sempre più complessi (i blocchi costitutivi saranno formati da un maggior numero di bit adiacenti sempre uguali). Ad un certo punto i primi cromosomi, anche soltanto i primi due, tenderanno ad essere uguali; da questo momento in poi ad ogni successiva iterazione ci saranno un numero sempre maggiore di cromosomi tutti uguali (a parte i singoli bit modificati di tanto in tanto per mutazione, che comunque rappresentano una percentuale molto piccola di bit) dunque la popolazione tenderà ad essere costituita da cromosomi tutti uguali. Continuing further with the iterations, the reasons explored will become smaller and smaller and the building blocks in the chromosomes more and more complex (the building blocks will be formed by a greater number of adjacent bits always the same). At some point the first chromosomes, even just the first two, will tend to be the same; from this moment on at each subsequent iteration there will be an increasing number of chromosomes all the same (apart from the single bits modified from time to time by mutation, which in any case represent a very small percentage of bits) therefore the population will tend to be constituted from chromosomes all the same.

Quando i cromosomi diventano tutti uguali l’algoritmo non evolve più, praticamente si è giunti alla convergenza. . When the chromosomes all become the same, the algorithm no longer evolves, practically convergence has been reached. .

E’ evidente a questo punto che aumentando il numero di cromosomi della popolazione iniziale l’algoritmo dovrà procedere per più iterazioni per produrre cromosomi identici. It is evident at this point that by increasing the number of chromosomes of the initial population, the algorithm will have to proceed for several iterations to produce identical chromosomes.

4.4.3 Caratteristiche dei vari tipi di selezione 4.4.3 Characteristics of the various types of selection

Sono stati esaminate tre possibili modalità per effettuare la selezione, che riportiamo qui di seguito per comodità: vengono scartate le configurazioni peggiori (per esempio il 50%), Three possible ways to make the selection have been examined, which we report below for convenience: the worst configurations are discarded (for example 50%),

vengono scartate le soluzioni che hanno un valore del funzionale al di sotto di una soglia prefissata, solutions that have a functional value below a predetermined threshold are discarded,

la selezione viene fatta lanciando più volte una roulette condizionata avente i settori angolari proporzionali al valore del cost delle configurazioni. the selection is made by rolling several times a conditioned roulette wheel having the angular sectors proportional to the value of the cost of the configurations.

Si è visto che il secondo criterio esegue la selezióne scartando tutti i cromosomi che non rispettano le specifiche sul valore del funzionale (tipicamente viene fissata una soglia di decisione che permette di stabilire quali cromosomi verranno scartati e quali verranno utilizzati nelle successive fasi del programma). It has been seen that the second criterion performs the selection by discarding all the chromosomes that do not comply with the specifications on the functional value (typically a decision threshold is set that allows to establish which chromosomes will be discarded and which will be used in the subsequent phases of the program).

Questo tipo di selezione porta alla convergenza molto rapidamente ma fa anche aumentare il rischio di cadere nei minimi locali. This type of selection leads to convergence very quickly but also increases the risk of falling to local minima.

La convergenza avviene molto rapidamente perché alle prime iterazioni, dovendo essere la condizione di esclusione abbastanza stringente (dopo si vedrà per quale ragione si fa questa scelta) molti cromosomi saranno scartati e quindi l’algoritmo si concentrerà sin dall’inizio sui pochi cromosomi rimasti, i cromosomi futuri saranno generati tutti da essi e di conseguenza la ricerca verrà condotta sulle poche regioni che essi rappresentano. Questo spiega la rapida convergenza verso la soluzione e l’alta probabilità di cadere in un minimo locale (o massimo locale). Convergence occurs very quickly because at the first iterations, since the exclusion condition must be quite stringent (later we will see why this choice is made) many chromosomes will be discarded and therefore the algorithm will focus from the beginning on the few remaining chromosomes, future chromosomes will all be generated from them and consequently research will be conducted on the few regions they represent. This explains the rapid convergence towards the solution and the high probability of falling into a local minimum (or local maximum).

Il tipo di selezione appena descritto porta con se un ulteriore problema e cioè quale debba essere il giusto valore da dare alla soglia. Tale problema diviene stringente se si considera che con il succedersi delle iterazioni tutte le configurazioni tenderanno a soddisfare la specifica, quindi sempre meno cromosomi saranno scartati per essere sostituiti da nuovi discendenti andando così a pregiudicare l<’>operazione centrale dell’algoritmo il crossover; ecco perché la condizione<' >di esclusione deve essere molto stringente, altrimenti la convergenza viene raggiunta molto rapidamente con i rischi suddetti. Essendo il crossover propenso all’esplorazione, nel momento in cui tale meccanismo è compromesso, la ricerca cade nei minimi locali. The type of selection just described brings with it a further problem, namely what should be the right value to be given to the threshold. This problem becomes pressing if we consider that with the succession of iterations all the configurations will tend to meet the specification, therefore fewer and fewer chromosomes will be discarded to be replaced by new descendants, thus affecting the <’> central operation of the crossover algorithm; this is why the condition <'> of exclusion must be very stringent, otherwise convergence is achieved very quickly with the aforementioned risks. Since the crossover is inclined to exploration, when this mechanism is compromised, the search falls to local minima.

Il terzo criterio di selezione, basato sulla roulette pesata, a causa della casualità dei lanci fa sì che configurazioni buone possano essere scartate a favore di soluzioni peggiori. The third selection criterion, based on weighted roulette, due to the randomness of the rolls means that good configurations can be discarded in favor of worse solutions.

Questo rimescolamento di configurazioni buone con configurazioni meno prestanti da una parte fa tendere l’algoritmo all’esplorazione di regioni che verrebbero altrimenti accantonate ma dall’altra causa l’allungamento dei tempi di convergenza e eventualmente porta anche ad un deterioramento delle qualità della soluzione finale. This remixing of good configurations with less performing configurations on the one hand makes the algorithm tend to explore regions that would otherwise be set aside but on the other hand causes the lengthening of the convergence times and possibly also leads to a deterioration of the qualities of the final solution. .

Un buon compromesso tra esplorazione e sfruttamento delle regioni bersaglio si raggiunge con il primo criterio di selezione, anche se questo criterio è meno propenso all’esplorazione di nuove regioni rispetto al criterio della roulette. A good compromise between exploration and exploitation of the target regions is reached with the first selection criterion, even if this criterion is less inclined to explore new regions than the roulette criterion.

Esso prevede di scartare una certa percentuale di cromosomi peggiori tipicamente il 50% concentrando la ricerca sul restante 50%; in pratica questo criterio di selezione non lascia spazio a soluzioni mediocri, comunque in alcuni casi le soluzioni mediocri potrebbero portarci in regioni bersaglio. Come visto ogni criterio ha dei vantaggi e degli svantaggi rispetto agli altri, anche in questo caso la scelta può essere facilitata dalla conoscenza dello spazio delle soluzioni. Nel caso si abbia uno spazio delle soluzioni poco accidentato molto probabilmente la scelta migliore da fare è quella di utilizzare il secondo metodo di selezione molto più veloce degli altri due ma che comunque in questi casi non dovrebbe pregiudicare la qualità della soluzione. It plans to discard a certain percentage of the worst chromosomes typically 50% by concentrating the research on the remaining 50%; in practice this selection criterion leaves no room for mediocre solutions, however in some cases the mediocre solutions could lead us to target regions. As seen, each criterion has advantages and disadvantages compared to the others, even in this case the choice can be facilitated by the knowledge of the space of the solutions. If you have a slightly bumpy solution space, most likely the best choice to make is to use the second selection method much faster than the other two but which in these cases should not compromise the quality of the solution.

Se invece ci si trova in uno spazio molto accidentato bisognerà decidere se sia conveniente dare spazio all’esplorazione e quindi scegliere il terzo criterio o dare un giusto compromesso all’esplorazione e allo sfruttamento e perciò scegliere il primo criterio. If, on the other hand, you are in a very bumpy space, you will need to decide whether it is convenient to give space to exploration and then choose the third criterion or give a fair compromise to exploration and exploitation and therefore choose the first criterion.

4.4.4 Caratteristiche dei vari tipi di accoppiamento 4.4.4 Characteristics of the various types of coupling

Il primo criterio di accoppiamento prevede che i cromosomi vengano fatti accoppiare in successione dalla cima al fondo della lista: il primo con il secondo, il terzo con il quarto, ecc. Tale metodologia di accoppiamento supera sicuramente gli altri due criteri per quanto riguarda i tempi di convergenza, in quanto i migliori si accoppiano con i migliori e quindi la ricerca di un set di cromosomi superiore alla media avviene prima. The first pairing criterion foresees that the chromosomes are paired in succession from the top to the bottom of the list: the first with the second, the third with the fourth, etc. This coupling methodology certainly surpasses the other two criteria with regard to convergence times, as the best couple with the best and therefore the search for an above-average set of chromosomes occurs first.

Il secondo criterio prevede che avvenga l’accoppiamento del primo con l’ultimo, del secondo con il penultimo, etc, infine il terzo criterio dispone che l’accoppiamento avvenga in maniera casuale; gli ultimi due criteri dovrebbero consentire, almeno dal punto di vista teorico, una maggiore esplorazione dello spazio delle soluzioni (maggiore efficacia del’algoritmo) e quindi l’ottenimento di una soluzione più raffinata. The second criterion provides for the coupling of the first with the last, of the second with the penultimate, etc, finally the third criterion provides that the coupling occurs randomly; the last two criteria should allow, at least from a theoretical point of view, a greater exploration of the solution space (greater effectiveness of the algorithm) and therefore the achievement of a more refined solution.

Come contropartita si ha un aumento dei tempi di convergenza, perciò prima di scegliere il tipo di accoppiamento da adottare conviene valutare se l’aumento della qualità della soluzione è apprezzabile o meno. Nel caso in cui la qualità della soluzione non varia sensibilmente, usando il secondo o il terzo criterio, conviene adottare il primo criterio avvantaggiando così l’efficienza. As a counterpart, there is an increase in convergence times, so before choosing the type of coupling to be adopted, it is advisable to evaluate whether the increase in the quality of the solution is appreciable or not. In the event that the quality of the solution does not vary significantly, using the second or third criterion, it is advisable to adopt the first criterion thus benefiting efficiency.

Un buon compromesso potrebbe scaturire dalla coordinazione del primo criterio con il secondo e cioè nel utilizzare il primo criterio per metà iterazioni e il secondo criterio per le restanti iterazioni. A good compromise could arise from the coordination of the first criterion with the second, that is, in using the first criterion for half iterations and the second criterion for the remaining iterations.

Si può usare questa strategia perché quando i primi cromosomi iniziano ad essere uguali il primo criterio tende a far divenire uguali tutti i cromosomi e quindi fa scomparire la diversità genetica eliminando eventuali cromosomi che potrebbero divenire promettenti con l’andare delle iterazioni. Questo accade perché l’operazione di crossover non è più efficace in quanto operare il crossover fra due cromosomi uguali non fa altro che generare due figli identici ai genitori, qualsiasi sia il punto di crossover. Inoltre tutto ciò avviene in maniera molto rapida perché ad ogni iterazione il numero di cromosomi uguali raddoppia. This strategy can be used because when the first chromosomes begin to be the same, the first criterion tends to make all the chromosomes become the same and therefore makes genetic diversity disappear by eliminating any chromosomes that could become promising with the progress of the iterations. This happens because the crossover operation is no longer effective as operating the crossover between two identical chromosomes does nothing but generate two children identical to their parents, whatever the crossover point. Furthermore, all this happens very quickly because at each iteration the number of identical chromosomes doubles.

Procedendo invece con il secondo criterio (nel momento in cui si avranno le prime repliche dei cromosomi migliori) i migliori cromosomi si accoppieranno con gli ultimi, che sono meno prestanti e sicuramente diversi, in modo che l’algoritmo può sondare qualche buona regione vicina senza perdere i cromosomi migliori e senza perdere troppo in efficienza, avvantaggiando eventualmente la caratteristica di efficacia. 4.4.S Scelta del numero di mutazioni Proceeding instead with the second criterion (when you have the first replicas of the best chromosomes) the best chromosomes will couple with the last ones, which are less performing and certainly different, so that the algorithm can probe some good neighboring region without losing the best chromosomes and without losing too much efficiency, possibly benefiting the efficacy feature. 4.4.S Choice of the number of mutations

La scelta del numero di mutazioni da effettuare sui cromosomi è abbastanza critica in quanto un eccessivo aumento dei bit mutati se da un lato può allontanare il pericolo di cadere in ottimi locali dall’altro porta sicuramente ad un aumento dei tempi di calcolo e a volte può addirittura compromettere irrimediabilmente la soluzione finale; questo può succedere nel caso in cui la mutazione colpisce i bit del cromosoma migliore. The choice of the number of mutations to be carried out on the chromosomes is quite critical as an excessive increase of the mutated bits, if on the one hand it can remove the danger of falling into excellent premises, on the other hand it certainly leads to an increase in calculation times and sometimes it can even irreparably compromise the final solution; this can happen in case the mutation affects the best chromosome bits.

A tal proposito un buon accorgimento e quello di evitare che i bit dei cromosomi migliori vengano mutati, così da evitare il rischio di perdere tempo a ritrovare un risultato già acquisito o addirittura l’uscita da una zona promettente. In this regard, a good trick is to prevent the bits of the best chromosomes from being changed, so as to avoid the risk of wasting time in finding an already acquired result or even leaving a promising area.

Da queste considerazioni possiamo dedurre che nelle prime iterazioni, quando nella popolazione dei cromosomi regna la più completa casualità, la mutazione può provocare salti che si rilevano negativi per la convergenza, perciò in questa fase conviene mutare pochi bit. From these considerations we can deduce that in the first iterations, when the most complete randomness reigns in the chromosome population, the mutation can cause jumps that are negative for convergence, therefore in this phase it is convenient to change a few bits.

Nelle iterazioni finali, quando ormai i cromosomi tendono ad essere tutti uguali, mutare un alto numero di bit può aiutare l’algoritmo ad uscire da una regione molto ristretta o a trovare il valore migliore di quella regione. Per tale ragione risulta conveniente aumentare il numero di bit mutati nelle iterazioni finali. In the final iterations, when by now the chromosomes tend to be all the same, changing a high number of bits can help the algorithm to get out of a very narrow region or to find the best value of that region. For this reason it is convenient to increase the number of bits changed in the final iterations.

4.4.6 Scelta del numero di iterazioni 4.4.6 Choice of the number of iterations

Si è già osservato che 1’algoritmo genetico può terminare o quando trova una soluzione soddisfacente (ossia una soluzione che soddisfa determinati requisiti precedentemente imposti) o dopo un fissato numero di iterazioni. It has already been observed that the genetic algorithm can terminate either when it finds a satisfactory solution (ie a solution that satisfies certain previously imposed requirements) or after a fixed number of iterations.

Il primo criterio comporta qualche rischio infatti dopo un certo numero di iterazioni, quando tutti i cromosomi tenderanno ad essere identici, l’unica operazione che può modificare qualche cromosoma della popolazione è la mutazione, che essendo un’operazione del tutto casuale e fatta su pochi bit rispetto al totale molto probabilmente non farà evolvere ulteriormente la soluzione. The first criterion involves some risk in fact after a certain number of iterations, when all the chromosomes will tend to be identical, the only operation that can modify some chromosomes of the population is the mutation, which being a completely random operation and done on a few bit compared to the total will most likely not further evolve the solution.

Se non avviene quindi un miglioramento apprezzabile della soluzione, dovuto alla mutazione, tale da far scattare la condizione di terminazione del'algoritmo, il calcolatore ciclerà all’infinito. Per tale considerazione un limite superiore di iterazioni è comunque consigliabile. Therefore, if there is no appreciable improvement of the solution, due to the mutation, such as to trigger the termination condition of the algorithm, the computer will cycle indefinitely. For this consideration an upper limit of iterations is however advisable.

Per stabilire il numero di iterazioni bisogna considerare che esso deve crescere al crescere del numero di cromosomi della popolazione , del numero dei parametri di ogni cromosoma, del numero di bit per cromosoma, della accidentalità dello spazio delle soluzioni, della casualità delle configurazioni iniziali, etc. To establish the number of iterations it is necessary to consider that it must increase as the number of chromosomes in the population, the number of parameters of each chromosome, the number of bits per chromosome, the accidentality of the solution space, the randomness of the initial configurations increase, etc. .

Un modo semplice per stabilire il numero di iterazioni, fissati i parametri suddetti, è provare a far girare algoritmo con un certo numero di iterazioni e verificare in uscita lo stato dei cromosomi: se essi sono molto diversi tra loro vuol dire che bisogna aumentare molto il numero delle iterazioni, se essi sono quasi uguali vuol dire che è sufficiente qualche iterazione in più per arrivare alla convergenza, infine se sono già tutti uguali vuol dire che quel numero di iterazioni è sovrabbondante. A simple way to establish the number of iterations, once the above parameters have been set, is to try to run the algorithm with a certain number of iterations and check the status of the chromosomes at the output: if they are very different it means that it is necessary to increase the number of iterations, if they are almost equal it means that a few more iterations are enough to reach convergence, finally if they are all the same it means that that number of iterations is overabundant.

4.4.7 Utilizzo di conoscenze acquisite sul funzionale 4.4.7 Use of acquired functional knowledge

Le informazioni acquisite sulle caratteristiche fisiche del particolare problema, di cui si sta facendo l’ottimizzazione, sono molto utili per la stesura dell’algoritmo genetico più indicato al caso in esame. The information acquired on the physical characteristics of the particular problem, which is being optimized, are very useful for drafting the most suitable genetic algorithm for the case in question.

Attraverso queste conoscenze, come visto in precedenza, si può aumentare notevolmente l’efficienza deH’algoritmo, meno per quanto riguarda l’efficacia, settando in maniera opportuna i suoi parametri (numero di cromosomi, numero di iterazioni, modalità di accoppiamento, selezione, etc). Through this knowledge, as seen above, it is possible to significantly increase the efficiency of the algorithm, less as regards its effectiveness, by appropriately setting its parameters (number of chromosomes, number of iterations, coupling modes, selection, etc).

Inoltre queste informazioni possono essere usate per mettere dei vincoli aggiuntivi sulla soluzione finale o sui set di variabili che possono essere scelti. Furthermore, this information can be used to place additional constraints on the final solution or on the variable sets that can be chosen.

Tali vincoli non fanno altro che restringere la regione delle possibili soluzioni ed aumentare di conseguenza la velocità di convergenza dell’algoritmo. These constraints do nothing but restrict the region of possible solutions and consequently increase the convergence speed of the algorithm.

In particolare i vincoli sui set di variabili che si possono scegliere, portano ad una notevole diminuzione dei tempi di calcolo, questo perché si scartano delle configurazioni di parametri senza calcolare il relativo valore del funzionale. Bisogna infatti notare che calcolare il funzionale per una configurazione può essere molto laborioso (lunghi tempi di calcolo) e quindi evitare di calcolarlo per le configurazioni che sicuramente verranno scartate o che sicuramente otterranno una prestazione inferiore alla media, può portare ad un sostanziale miglioramento dell’efficienza deH’algoritmo. Per esempio si può pensare a funzionali ottenuti dall’integrazione numerica di funzioni abbastanza strane, per i quali si possono avere tempi di calcolo dell’ordine dei minuti per il calcolo di una singola configurazione di variabili; considerando poi che tali calcoli devono essere fatti migliaia di volte per ottenere la convergenza dell’algoritmo, si intuisce che evitare il calcolo di un centinaio di configurazioni, ad esempio, può far diminuire notevolmente il tempo di calcolo. Da tali considerazioni risulta evidente che è conveniente usare tutte le informazioni sulla caratteristiche del problema in esame per aggiungere dei vincoli sui parametri del funzionale ed ottenere così una maggiore efficienza dell'algoritmo . I vincoli sui set di variabili ammissibili, oltre a diminuire i tempi di calcolo, a volte sono necessari in quanto possono costituire soluzioni non accettabili. Si pensi a funzionali che hanno al loro interno punti 0 regioni di discontinuità, in tali casi si devono vietare tali regioni a prescindere dall’aumento dell’efficienza che si ottiene di conseguenza In particular, the constraints on the variable sets that can be chosen lead to a considerable decrease in calculation times, this is because parameter configurations are discarded without calculating the relative value of the functional. In fact, it should be noted that calculating the functional for a configuration can be very laborious (long calculation times) and therefore avoiding calculating it for configurations that will surely be discarded or that will certainly obtain a performance below average, can lead to a substantial improvement of the efficiency of the algorithm. For example, you can think of functionals obtained from the numerical integration of quite strange functions, for which you can have calculation times in the order of minutes for the calculation of a single configuration of variables; considering then that these calculations must be done thousands of times to obtain the convergence of the algorithm, it is understood that avoiding the calculation of a hundred configurations, for example, can significantly reduce the calculation time. From these considerations it is evident that it is convenient to use all the information on the characteristics of the problem under examination to add constraints on the parameters of the functional and thus obtain a greater efficiency of the algorithm. The constraints on the sets of admissible variables, in addition to decreasing the calculation times, are sometimes necessary as they can constitute unacceptable solutions. Think of functionals that have within them points or regions of discontinuity, in such cases these regions must be prohibited regardless of the increase in efficiency that is obtained as a result

CAPITOLO 5 CHAPTER 5

ALGORITMO GENETICO APPLICATO AL SISTEMA GSM GENETIC ALGORITHM APPLIED TO THE GSM SYSTEM

In questo capitolo è descritta la modalità di applicazione dell’algoritmo genetico al sistema Radiomobile GSM This chapter describes how to apply the genetic algorithm to the GSM mobile phone system

5.1 DATI DEL PROBLEMA 5.1 PROBLEM DATA

I funzionali scelti, e descritti successivamente nel prossimo capitolo dipendono in generale dai seguenti parametri: numero di SRB, The functionals chosen, and described later in the next chapter, generally depend on the following parameters: number of SRBs,

numero dei canali radio per ogni SRB, number of radio channels for each child restraint,

posizioni antenne (x,y), antenna positions (x, y),

potenze antenne, antenna powers,

altezza antenne, antenna height,

guadagni delle antenne, gains of antennas,

attenuazione del branching di trasmissione della SRB, tilt verticale delle antenne, attenuation of the transmission branching of the SRB, vertical tilt of the antennas,

caratteristiche del te ITI torio ( densità di edificazione, etc.)· traffico telefonico, characteristics of the ITI (building density, etc.) telephone traffic,

distanza tra le SRB e le sorgenti di traffico telefonico; interferenza C/Ί come differenza di potenza nell’area Best Server tra la cella servente e le celle interferenti. distance between child restraints and telephone traffic sources; C / Ί interference as the difference in power in the Best Server area between the serving cell and the interfering cells.

livelli di copertura desiderati, desired coverage levels,

livelli di interferenza massimi consentiti, maximum permitted interference levels,

livelli di campo elettromagnetico preesistente, pre-existing electromagnetic field levels,

impatto ambientale desiderato, desired environmental impact,

SRB preesistenti, Pre-existing child restraints,

zone vietate alla ubicazione di SRB, areas restricted to the location of child restraints,

regolazione della potenza emessa dalla funzione Power Controll, regulation of the power emitted by the Power Control function,

frequenza del sistema da 900 Mhz a 2000 Mhz. system frequency from 900 Mhz to 2000 Mhz.

Rendimento degli impianti. Plant yield.

Alcuni dei parametri suddetti diventano delle costanti all’ interno del funzionale una volta che si sono fatte delle particolari scelte. Some of the aforementioned parameters become constants within the functional once particular choices have been made.

Innanzitutto si prende in esame la regione in cui bisogna garantire il sei-vizio e si inseriscono le sue caratteristiche aH’intemo del programma le quali diventano a questo punto delle costanti del problema. In seguito si scelgono il numero di antenne da usare, l’altezza dei tralicci, i guadagni delle antenne, quindi tutti questi parametri diventano delle costanti aH’intemo dei funzionali una volta che si è fissato il loro valore. I parametri che variano effettivamente durante l’ottimizzazione sono costituiti da: First of all, the region in which the service must be guaranteed is examined and its characteristics are inserted within the program which at this point become constants of the problem. Then you choose the number of antennas to use, the height of the pylons, the gains of the antennas, then all these parameters become constants within the functionals once their value has been set. The parameters that actually vary during optimization consist of:

posizione SRB (x.y), SRB position (x.y),

potenze emessa dalle SRB, powers issued by the SRBs,

tilt verticale delle antenne delle SRB vertical tilt of the SRB antennas

In generale il nostro funzionale da minimizzare ‘cost’ dipenderà dalle seguenti variabili: In general, our functional to minimize 'cost' will depend on the following variables:

All interno della struttura dati del programma una possibile configurazione di antenne sarà descritta nel seguente modo: Within the program data structure, a possible configuration of antennas will be described as follows:

dove: where is it:

Xi, Yj, indicano le coordinate del sito i-esimo, Xi, Yj, indicate the coordinates of the i-th site,

Ptj indica la potenza del trasmettitore del sito i-esimo, Tiltni indica rinclinazione delle antenne SRB. Ptj indicates the power of the transmitter of the i-th site, Tiltni indicates the inclination of the SRB antennas.

Si è più volte detto che l’algoritmo genetico lavora con una codifica binaria dei parametri, quindi alla precedente It has been said several times that the genetic algorithm works with a binary coding of the parameters, hence the previous one

descrizione fatta con i parametri non codificati corrisponderà una descrizione fatta con i parametri codificati e cioè con i cromosomi. Il cromosoma corrispondente alla precedente configurazione di antenne, descritta con i parametri non codificati, avrà la seguente forma: description made with the non-coded parameters will correspond to a description made with the coded parameters, that is, with the chromosomes. The chromosome corresponding to the previous antenna configuration, described with the uncoded parameters, will have the following form:

Nby2, Nbp2, Nbt2, . . . . Nby2, Nbp2, Nbt2,. . . .

In Particolare la codifica è stata effettuata come di seguito schematizzato: In particular, the coding was carried out as shown below:

6 SRB utilizzate per la verifica dei funzionali, 6 RBS used for functional verification,

l’area di movimento è una regione rappresentata con una matrice di 512 righe e 512 colonne, the movement area is a region represented with a matrix of 512 rows and 512 columns,

per indirizzare tutte le possibili posizioni occorrono 9 bit per la coordinata x e 9 bit per la coordinata y, to address all possible positions, 9 bits are required for the x coordinate and 9 bits for the y coordinate,

le potenze sono state codificate con 3 bit per un totale di 8 step complessivi, il massimo della potenza trasmessa per ogni trasmettitore da 8 canali TDM è pari a 41 dBm, the powers have been coded with 3 bits for a total of 8 steps in total, the maximum of the transmitted power for each 8-channel TDM transmitter is 41 dBm,

i tilt sono stati codificati con 3 bit per un totale di 8 step da 1 a 8 gradi max. the tilts have been coded with 3 bits for a total of 8 steps from 1 to 8 degrees max.

complessivamente il gene che codifica una SRB è rappresentato da 24 bit, overall, the gene encoding an SRB is represented by 24 bits,

complessivamente l’insieme dei geni che costituisce un cromosoma ovvero una configurazione delle 6 SRB è rappresentata da un vettore riga di 144 bit. as a whole, the set of genes that make up a chromosome or a configuration of the 6 SRBs is represented by a 144-bit row vector.

5.2 SCELTA DELLA PROCEDURA DI PREVISIONE DEL C.E.M. 5.2 CHOICE OF THE FORECAST PROCEDURE OF THE C.E.M.

Durante rottimizzazione le varie configurazioni di antenne ottenute dovranno essere testate sia per quanto riguarda il livello di copertura sia per quel che concerne il valore dei funzionali da minimizzare. During decomposition the various configurations of antennas obtained will have to be tested both as regards the level of coverage and as regards the value of the functionalities to be minimized.

Per entrambe le valutazioni occorre conoscere il livello del segnale, perciò bisogna implementare nelTalgoritmo una procedura di previsione del livello di campo elettromagnetico. I metodi di previsione si dividono in tre categorie: For both evaluations it is necessary to know the signal level, therefore a prediction procedure of the electromagnetic field level must be implemented in the algorithm. The forecasting methods fall into three categories:

di tipo statistico, statistical type,

di tipo deterministico, deterministic,

di tipo misto (statistico-deterministico). mixed type (statistical-deterministic).

Tutti i criteri di previsione richiedono la conoscenza di parametri ambientali, curve di propagazione, etc. All forecasting criteria require knowledge of environmental parameters, propagation curves, etc.

Le metodologie di previsione si distinguono in base ai tempi di calcolo necessari ad effettuare una previsione e in base alla precisione ottenuta. The forecasting methodologies are distinguished on the basis of the calculation times necessary to make a forecast and on the accuracy obtained.

La scelta tra un criterio e Labro è di solito effettuata in funzione della morfologia del territorio, delle condizioni operative del sistema sotto esame e in base ad un compromesso tra precisione e durata del calcolo. The choice between a criterion and Labro is usually made according to the morphology of the territory, the operating conditions of the system under examination and on the basis of a compromise between precision and duration of the calculation.

Negli approcci di tipo statistico a partire dalle proprietà statistiche dell’ampiezza e del ritardo relativo dei vari contributi (dovuti ai cammini multipli) ottenute con misure sperimentali, si determina una caratterizzazione del canale radio in particolari situazioni ambientali (area rurale, area sub-urbana, area urbana, etc). In the statistical approaches starting from the statistical properties of the amplitude and relative delay of the various contributions (due to multiple paths) obtained with experimental measures, a characterization of the radio channel is determined in particular environmental situations (rural area, sub-urban area , urban area, etc).

I programmi di previsione di tipo statistico non necessitano di molti dati ambientali né dell’esecuzione di molti calcoli, perciò sono abbastanza veloci anche se la previsione ottenuta non è molto accurata. Statistical forecasting programs do not require a lot of environmental data or perform many calculations, so they are fast enough even if the forecast obtained is not very accurate.

I metodi di tipo deterministico derivano la previsione del campo elettromagnetico dalla conoscenza degli effettivi ostacoli presenti sul territorio. A tal fine i programmi di previsione di tipo deterministico necessitano di conoscenze accurate dall’orografia, all’edificazione, con risoluzione di circa i m , ciò comporta anche la necessità di gestire significative quantità di dati oltre alla difficoltà di procurarli. Mediante opportuni algoritmi di calcolo (come quelli di Epstein/Peterson, di Deygout, etc.) vengono calcolate le attenuazioni principalmente di tipo diffrattivo o di ray trace ( impiegati soprattutto per microcelle e piccoli ambienti), causate dalla presenza degli ostacoli stessi. I limiti maggiori dei metodi deterministici derivano dalla difficoltà di avere a disposizione l’effettiva conformazione del territorio sin nei minimi dettagli. Generalmente questi metodi danno i migliori risultati però impiegano molto tempo per fare la previsione anche se si considera una piccola zona. The deterministic methods derive the prediction of the electromagnetic field from the knowledge of the actual obstacles present on the territory. To this end, deterministic forecasting programs require accurate knowledge from orography to construction, with a resolution of about m, this also entails the need to manage significant amounts of data in addition to the difficulty of procuring them. By means of suitable calculation algorithms (such as those of Epstein / Peterson, of Deygout, etc.) the attenuations mainly of diffractive or ray trace type (used above all for microcells and small environments), caused by the presence of the obstacles themselves, are calculated. The major limits of deterministic methods derive from the difficulty of having the actual conformation of the territory available down to the smallest detail. Generally these methods give the best results but take a long time to make the prediction even if you consider a small area.

I programmi di previsione di tipo statistico/deterministico utilizzano in due fasi distinte le tecniche sopra descritte. The statistical / deterministic prediction programs use the techniques described above in two distinct phases.

Nella fase di tipo deterministico vengono individuati i profili altimetrici e si calcolano i contributi di attenuazione dovuti agli ostacoli posti lungo la congiungente tra il trasmettitore e il ricevitore (il tutto facendo uso dei dati orografici dati in ingresso). In the deterministic phase, the altimetric profiles are identified and the attenuation contributions due to the obstacles placed along the junction between the transmitter and the receiver are calculated (all using the orographic data given in input).

Nella fase statistica del programma vengono calcolati i parametri caratteristici deH’oscillazione Log-normale al fine di calcolare Tulteriore margine necessario per ridurre la dispersione esistente tra i valori calcolati e quelli misurati (il tutto in funzione della morfologia del territorio: densità di edificazione, volume degli edifici, densità della vegetazione, etc.). In the statistical phase of the program, the characteristic parameters of the Log-normal oscillation are calculated in order to calculate the additional margin necessary to reduce the dispersion existing between the calculated and measured values (all according to the morphology of the territory: building density, volume of buildings, density of vegetation, etc.).

Le previsioni fornite dagli algoritmi misti sono abbastanza buone anche se i tempi di calcolo della parte deterministica sono comunque lunghi. The predictions provided by the mixed algorithms are quite good even if the calculation times of the deterministic part are still long.

Dato che si vuole ottimizzare la copertura GSM su un’intera città è impensabile usare gli algoritmi deterministici o quelli misti essenzialmente per due motivi: l’enorme mole di dati da inserire e memorizzare, che richiedono grosse capacità di memoria, e l’esplosione dei tempi di calcolo, infatti bisogna pensare che le previsioni di campo dovranno essere fatte migliaia di volte durante tutta la procedura di ottimizzazione. Per tali ragioni la scelta è caduta su un algoritmo di tipo statistico, si è infatti scelto il modello cosi 231 di YValfish-Ikegami. All’interno di questo modello έ possibile introdurre alcune caratteristiche dell’ambiente urbano: Given that you want to optimize GSM coverage over an entire city, it is unthinkable to use deterministic or mixed algorithms essentially for two reasons: the enormous amount of data to be entered and stored, which require large memory capacities, and the explosion of calculation times, in fact it is necessary to think that the field predictions will have to be made thousands of times during the entire optimization procedure. For these reasons the choice fell on a statistical type algorithm, in fact the so 231 model of YValfish-Ikegami was chosen. Within this model it is possible to introduce some characteristics of the urban environment:

L’attenuazione subita dal segnale nel passare dai tetti alle strade dovuta alla diffrazione e quindi allo scatter del segnale è data da: The attenuation suffered by the signal in passing from roofs to roads due to diffraction and therefore to the scatter of the signal is given by:

Se non si hanno a disposizione i dati relativi agli edifici e alle strade si consiglia di usare i seguenti valori di default: If you do not have the data relating to buildings and roads, it is recommended to use the following default values:

φ = 90° φ = 90 °

Il modello cosi 231 Walfìsh-Ikegami è valido per i seguenti intervalli dei parametri: The model 231 Walfìsh-Ikegami is valid for the following parameter ranges:

Attraverso queste espressioni si può calcolare il valore di attenuazione che il segnale subisce nel propagarsi dall’antenna radio-base al terminale mobile, poi conoscendo gli altri parametri del sistema: guadagni delle antenne, frequenza del segnale, etc., si può calcolare il livello del segnale nei vari punti della regione in cui si deve garantire il servizio. Through these expressions it is possible to calculate the attenuation value that the signal undergoes in propagating from the radio-base antenna to the mobile terminal, then knowing the other parameters of the system: gains of the antennas, frequency of the signal, etc., it is possible to calculate the level of the signal in the various points of the region where the service must be guaranteed.

5.3 Vincoli aggiuntivi nella scelta delle configurazioni 5.3 Additional constraints in the choice of configurations

In molti problemi di ottimizzazione il dominio delle variabili, da cui dipende il funzionale, non contiene discontinuità cioè ad ogni scelta delle variabili corrisponde un valore del funzionale che può essere più o meno alto e in base ad esso verrà fatta la successiva selezione per la ricerca dei minimi o dei massimi, in base al tipo di ottimizzazione che si intende fare. In many optimization problems the domain of the variables, on which the functional depends, does not contain discontinuities, i.e. each choice of the variables corresponds to a value of the functional which can be more or less high and on the basis of it the subsequent selection for the search will be made minimums or maximums, based on the type of optimization you intend to do.

In altri casi il dominio contiene delle regioni di discontinuità in cui il funzionale non deve essere mai valutato per ottenere la soluzione migliore, ad esempio se si ricerca la traiettoria a minima distanza che congiunge i punti A e B in figura 34 si devono evitare nella scelta le curve che passano attraverso gli ostacoli perché ovviamente non corrispondono a soluzioni fisicamente realizzabili; gli ostacoli vengono quindi ad essere delle regioni di discontinuità del dominio. In other cases the domain contains regions of discontinuity in which the functional must never be evaluated in order to obtain the best solution, for example if the minimum distance trajectory joining points A and B in figure 34 is sought, they must be avoided in the choice the curves that pass through the obstacles because obviously they do not correspond to physically feasible solutions; the obstacles thus become regions of discontinuity of domination.

Nel nostro caso le configurazioni da scartare sono quelle che hanno delle coordinate delle SRB in zone dove non è possibile ubicare una SRB, per esempio una piazza , un lago, una scuola ecc, tali configurazioni verranno scartate a prescindere dal valore di funzionale che assumeranno. In our case, the configurations to be discarded are those that have the coordinates of the RBS in areas where it is not possible to locate a RBS, for example a square, a lake, a school, etc., these configurations will be discarded regardless of the functional value they will assume.

A questo punto ci sono due alternative: At this point there are two alternatives:

Scartare la configurazioni vietate mediante tentativi random di ubicare le SRB finché non si trova una configurazione accettabile; Discard the prohibited configurations by random attempts to locate the SRBs until an acceptable configuration is found;

Spostare la SRB fino al bordo del dominio vietato più vicino ; Nel primo caso si opera un reset del cammino fino' a quel momento ottimizzato tramite il genetico, perdendo delle configurazioni che avrebbero potuto essere ottimali per il resto dei vincoli. Move the child restraint to the edge of the nearest forbidden domain; In the first case a reset of the path up to that moment optimized through the genetic is carried out, losing some configurations that could have been optimal for the rest of the constraints.

Nel secondo caso viceversa si cerca di non perdere i risultati fino a quel momento ottenuti. In the second case, vice versa, we try not to lose the results obtained up to that moment.

In tal modo se una SRB viene ubicata nella zona vietata il programma che controlla le coordinate di ubicazione, sposta la SRB sul lato del perimetro più vicino alla SRB stessa. In this way, if a child restraint is located in the forbidden zone, the program controlling the location coordinates moves the child restraint to the side of the perimeter closest to the child restraint.

La figura 35a riporta la prima possibilità, se la soluzione cade nell’area vietata si abbandona tutto e si ricomincia con una nuova disposizione casuale. Figure 35a shows the first possibility, if the solution falls into the forbidden area, everything is abandoned and starts again with a new random arrangement.

I cicli random per la ricerca della posizione non vietata potrebbero essere molto lunghi inoltre queste soluzioni potrebbero portare a disposizioni delle SRB non ottimali per la riduzione del valore dei funzionali. The random cycles for the search for the non-prohibited position could be very long and these solutions could lead to non-optimal SRB provisions for the reduction of the value of the functionals.

Questa osservazione deriva dal fatto che se la soluzione ottima prevedeva la disposizione della SRB nei punti vietati, allora una disposizione completamente diversa in generale può non condurre ad un risultato minimo del funzionale. This observation derives from the fact that if the optimal solution provided for the arrangement of the child restraint in the prohibited points, then a completely different arrangement in general may not lead to a minimum functional result.

Viceversa adottando il meccanismo di spostare leggermente la SRB, non si modifica di molto il campo delle soluzioni subottime fino a quel momento trovate. Conversely, by adopting the mechanism of slightly moving the SRB, the range of suboptimal solutions found up to that moment does not change much.

In questo modo l algoritmo genetico altera solo localmente le soluzioni apportando minore impatto sulla soluzione ottimale per il funzionale testato. In this way, the genetic algorithm alters the solutions only locally, bringing less impact on the optimal solution for the functional tested.

La Fig. 35b evidenzia il percorso modificato che segue il contorno della zona vietata fino a portarsi il più vicino possibile alla posizione vietata ma ottimale per la minimizzazione dei funzionali. Fig. 35b highlights the modified path that follows the outline of the prohibited area until it is as close as possible to the prohibited position but optimal for minimizing the functionalities.

5.4 SITI PREESISTENTI 5.4 PRE-EXISTING SITES

Nel programma è stata presa in considerazione la possibilità di tenere conto di SRB già ubicate sulla città, questa funzione è stata ottenuta inserendo nei dati di input del programma sia il numero di SRB con coordinate fisse sia le loro coordinate x,y. The program took into consideration the possibility of taking into account child restraints already located in the city, this function was obtained by inserting in the program input data both the number of child restraint systems with fixed coordinates and their x, y coordinates.

In particolare l’algoritmo genetico tiene conto delle stazioni preesistenti modificando tuttavia la loro potenza di uscita ed il tilt delle antenne. In particular, the genetic algorithm takes into account the pre-existing stations, however modifying their output power and the tilt of the antennas.

Questo aspetto è importante se si considera che i parametri radio di una SRB devono essere rivisti nel momento in cui viene attivato un nuovo impianto che può a livello radio interagire con il primo impianto. This aspect is important if we consider that the radio parameters of a child restraint must be reviewed when a new system is activated which can interact with the first system at the radio level.

Normalmente l’azione principale consiste nel riprogettare le zone di copertura di ogni impianto. Normally the main action is to redesign the coverage areas of each plant.

L’inserimento in rete di una nuova SRB è sempre accompagnato da una ottimizzazione delle SRB circostanti. Il programma tiene conto di questa modalità di progetto è modifica non solo i parametri delle nuove SRB ubicate ma anche quelli delle precedenti SRB esistenti. I parametri delle SRB preesistenti alle quali si fa riferimento sono le potenze e i tilt delle antenne. Nella sua evoluzione l’algoritmo genetico ricerca le soluzioni ottime Per le SRB fisse variando le potenze ed i tilt delle antenne in funzione delle nuove SRB inserite. The insertion of a new child restraint on the network is always accompanied by an optimization of the surrounding child restraints. The program takes into account this design method and modifies not only the parameters of the new SRBs located but also those of the previous existing SRBs. The parameters of the pre-existing RBSs to which reference is made are the powers and tilts of the antennas. In its evolution, the genetic algorithm seeks the best solutions for fixed SRBs by varying the powers and tilts of the antennas according to the new SRBs inserted.

5.5 INSERIMENTO DELLE CARATTERISTICHE DELLA REGIONE E SC ANNERINO 5.5 INSERTION OF THE CHARACTERISTICS OF THE REGION AND SC ANNERINO

L’area scelta per il test dei funzionali è una città ideale posta su un piano suddivisa in zone a diversa densità di traffico telefonico. The area chosen for the functional test is an ideal city located on a floor divided into zones with different density of telephone traffic.

In particolare zone possono essere diversificate per i seguenti dati di ingresso: In particular, areas can be diversified for the following entry data:

TRAFFICO TELEFONICO GENERATO in Eriang; GENERATED TELEPHONE TRAFFIC in Eriang;

Il traffico può essere PREGL\TO ovvero generato da clienti ALTO SPENDENTI pertanto è necessari·' indi', iduare in fattore di rendimento della SRB= traffico costi SRB: The traffic can be PREGL \ TO or generated by HIGH SPENDING customers therefore it is necessary 'indi', to identify as the performance factor of the SRB = traffic costs SRB:

Livelli di IMPATTO AMBIENTALE in V m: Levels of ENVIRONMENTAL IMPACT in V m:

Livelli di COPERTURA radioelettrica in dBm; Radioelectric COVERAGE levels in dBm;

Livelli di RAPPORTO C/T minimo in dB; Minimum C / T RATIO levels in dB;

ognuno di questi è stato suddiviso in fasce al fine di pesare le varie zone dell’area urbana di riferimento sul traffico piuttosto che suH’interferenza ecc. each of these has been divided into bands in order to weigh the various areas of the urban area of reference on traffic rather than on interference, etc.

una pos sibile area urbana e quella riportata in figura 36. a possible urban area is the one shown in figure 36.

5.6 PARTIZIONE IN PIXEL 5.6 PARTITION IN PIXEL

La suddivisione in pixel rappresenta un passo indispensabile per utilizzare le matrici nel calcolo della copertura radio e dei relativi funzionali. The subdivision into pixels represents an indispensable step to use the matrices in the calculation of the radio coverage and related functionals.

Il valore del funzionale dipende, a parità di altre caratteristiche, dal tipo di partizione fatta; se la partizione diviene più densa il valore dei funzionali aumenta perché il segnale viene valutato su un numero maggiore di punti e poi vengono sommate le quantità per ogni punto come indicato nell’espressione stessa dei funzionali. The value of the functional depends, other characteristics being equal, on the type of partition made; if the partition becomes denser, the value of the functionals increases because the signal is evaluated on a greater number of points and then the quantities for each point are added up as indicated in the expression of the functionals itself.

Per ottimizzare il programma che dovrà utilizzare questi funzionali si è adottata una soluzione mediante / matrici tridimensionali, questa modalità semplifica l’assegnazione dei valori di input e output: To optimize the program that will use these functions, a solution has been adopted using three-dimensional matrices, this mode simplifies the assignment of input and output values:

Gli indici “i.j” individuano per i singoli pixel anche le zone sorgenti di traffico e le zone con protezione ambientale, in particolare è possibile assegnare ad un piano “ T(i.j) ” di una matrice tridimensionale gli input di traffico, ad un altro piano Q(ij) ” gli input di protezione ambientale, ad un piano Vieta(ij) le zone vietate alle SRB, ad un piano C/I(i,j) le zone con diverso C/I, ad un piano dBm(ij), i livelli di copertura desiderati, ad un piano Altospendenti(ij) le zone con presenza di tali clienti, ad un piano Costi(ij) i costi di rete. The "i.j" indices also identify the traffic source areas and areas with environmental protection for each pixel, in particular it is possible to assign the traffic inputs to a "T (i.j)" floor of a three-dimensional matrix, to another floor Q (ij) "the environmental protection inputs, to a Prohibited floor (ij) the areas prohibited to RBs, to a C / I floor (i, j) the zones with different C / I, to a dBm (ij) floor , the desired coverage levels, to a High-Suspend plan (ij) the areas with the presence of such customers, to a Costs plan (ij) the network costs.

La matrice di output (Layer e Crom) contengono rispettivamente le coperture calcolate e tutti i cromosomi. Per esempio Layer è individuata da 3 indici “ i.j.k” gli indici “ i.j” individuano i pixel, l indice “k” di profondità seleziona il piano da considerare: The output matrix (Layer and Crom) contain the calculated covers and all chromosomes respectively. For example, Layer is identified by 3 indexes "i.j.k" the indexes "i.j" identify the pixels, the depth index "k" selects the plane to be considered:

Layer(ij,l) individua la suddivisione dell’area urbana in best server, Layer (ij, l) identifies the subdivision of the urban area into best server,

Layer(i j,2) restituisce la copertura in dBm per ogni pixel, Layer(i j,3) restituisce il C/l per ogni pixel, Layer (i j, 2) returns the coverage in dBm for each pixel, Layer (i j, 3) returns the C / l for each pixel,

Layer(i j,4) restituisce il campo elettrico per ogni pixel, Layer(ij,5) restituisce la matrice delle distanze tra SRB e Pixel. La Fig. 37 mostra in sintesi come vengono assegnati i dati di input e output. Layer (i j, 4) returns the electric field for each pixel, Layer (ij, 5) returns the matrix of the distances between SRB and Pixel. Fig. 37 shows in summary how the input and output data are assigned.

Il massimo della potenza sul pixel di indici i,k=3,5 è fornito dalla SRB 4 che pertanto è la Best Server per quel pixel, in questo modo si possono individuare tutte le aree di Best Server, di ogni SRB. The maximum power on the pixel of indices i, k = 3.5 is provided by the SRB 4 which is therefore the Best Server for that pixel, in this way it is possible to identify all the Best Server areas of each SRB.

I confini tra le aree di Best Server di SRB diverse sono definiti con gli isolivelli di copertura fomiti dalle vaire SRB, pertanto per il controllo dell’ interferenza è sufficiente controllare che all’intemo di un confine di Best Server la cella interferente arrivi con il minor contributo possibile indipendentemente dal campo sul confine. The boundaries between the Best Server areas of different SRBs are defined with the coverage isolates provided by the SRB vaire, therefore for the interference control it is sufficient to check that within a Best Server boundary the interfering cell arrives with the lowest contribution possible regardless of the field on the border.

Come visto prima, il modello di predizione cosi 231 richiede le caratteristiche medie degli edifici e delle strade, etc. Possono essere inserite diverse tipologie di quartiere (con differenti densità di edifici, strade, etc) oltre a inserire i parametri di ogni quartiere bisogna comunicare al programma la posizione stessa dei vari quartieri. As seen before, the prediction model so 231 requires the average characteristics of buildings and streets, etc. Different types of neighborhoods can be entered (with different densities of buildings, streets, etc.) in addition to entering the parameters of each neighborhood, the position of the various neighborhoods must be communicated to the program.

Per semplificare i dati di input i parametri di Walfish Ikegami sono uguali su tutta l’area considerata infatti non interessa tanto studiare il modello di propagazione più o meno perfezionato quanto piuttosto la valorizzazione dei funzionali. To simplify the input data, the Walfish Ikegami parameters are the same over the whole area considered. In fact, it is not so much interested in studying the more or less perfected propagation model but rather in the enhancement of the functionals.

5.7 CALCOLO POTENZE E CAMPI ELETTRICI 5.7 CALCULATION OF POWER AND ELECTRIC RANGES

Per vedere più in dettaglio come vengono calcolati i termini ‘di potenza ’, che entrano nell’espressione del funzionale bisogna esaminare come vengono effettuati i calcoli dei livelli di campo elettromagnetico in un generico punto. To see in more detail how the 'power' terms are calculated, which enter the expression of the functional, it is necessary to examine how the electromagnetic field levels are calculated in a generic point.

Considerando un qualsiasi rettangolo appartenente alla partizione ed una qualsiasi antenna il livello di potenza originato dall’antenna in questione nel punto considerato è dato da: . Considering any rectangle belonging to the partition and any antenna, the power level originating from the antenna in question at the point considered is given by:.

dove: where is it:

‘Pr’ è la potenza ricevuta da un terminale palmai'e nel punto considerato prodotta dalla stazione radio-base presa in esame (dBm), 'Pr' is the power received by a terminal palmai'e at the point considered produced by the radio-base station under consideration (dBm),

‘Pt’è la potenza in usciia del trasmettitore reiadvo alla stazione radio-base presa in considerazione (dBm), 'Pt is the output power of the reiadvo transmitter to the radio-base station taken into consideration (dBm),

‘Gt’ è il guadagno dell’ antenna in trasmissione nella direzione data dalla congiungente le due antenne (dB), 'Gt' is the gain of the transmitting antenna in the direction given by the joining the two antennas (dB),

‘Gr’ è il guadagno dell’antenna ricevente; un dipolo nel caso in questione (dB), 'Gr' is the gain of the receiving antenna; a dipole in the case in question (dB),

‘attenuazione’ è l’attenuazione totale che subisce in segnale propagandosi dalla stazione radio-base al punto considerato. Il valore dell’attenuazione è calcolato attraverso le espressioni del modello di predizione cost 23 1 una volta calcolato il valore della distanza tra i due trasmettitori, inoltre dipende dalla perdita del sistema di Branching di TX della SRB, e dal tilt delle antenne: 'Attenuation' is the total attenuation that the signal undergoes as it propagates from the radio-base station to the point considered. The attenuation value is calculated through the expressions of the prediction model cost 23 1 once the value of the distance between the two transmitters has been calculated, it also depends on the loss of the TX Branching system of the SRB, and on the tilt of the antennas:

la stessa quantità non espressa in dB è: the same quantity not expressed in dB is:

Relati vamente alla potenza in ricezione dalla legge di Friss si ottiene direttamente: With regard to the power in reception, from Friss's law we obtain directly:

Le quantità non sono ovviamente espresse in dB. The quantities are obviously not expressed in dB.

Tenendo conto delle costanti si ottiene: Taking into account the constants we obtain:

Per l’antenna ricevente "Gr’ si trova la quantità non espressa in dB, dopodiché si risale al livello di campo eletromagnetico in V. m ricevuto atraverso la seguente espressione: For the receiving antenna "Gr ', the quantity not expressed in dB is found, then the level of the electromagnetic field in V. m received through the following expression is ascertained:

dove: where is it:

‘η’ è l’impedenza caratteristica del vuoto, ‘Η’ is the characteristic impedance of the vacuum,

‘λ’ è la lunghezza d’onda del segnale utile, ^ ‘Pr’ è la potenza ricevuta dal ricevitore nel punto considerato (W), 'Λ' is the wavelength of the useful signal, ^ 'Pr' is the power received by the receiver at the point considered (W),

‘Gr’ è il guadagno del ricevitore, 'Gr' is the gain of the receiver,

‘freq’ è la frequenza in Hz 'Freq' is the frequency in Hz

l’espressione precedente è ottenuta attraverso i seguenti passaggi: the previous expression is obtained through the following steps:

dove δ è la densità di potenza generata dalla stazione radio-base in un punto a distanza d, si sa che essa è equivalente a: where δ is the power density generated by the radio-base station at a point at distance d, it is known that it is equivalent to:

moltiplicando la densità di potenza per l’area efficace dell’antenna ricevente si ottiene si ottiene la potenza ricevuta: multiplying the power density by the effective area of the receiving antenna, the received power is obtained:

si sa anche che l’area efficace di un’antenna è legata al suo guadagno attraverso la seguente relazione: it is also known that the effective area of an antenna is linked to its gain through the following relationship:

sostituendo tale valore nell’espressione della potenza ricevuta si ha: substituting this value in the expression of the received power we have:

invertendo la relazione si ottiene: inverting the relation we obtain:

come si voleva dimostrare. as they wanted to prove.

Si ottengono medesimi risultati utilizzando per esempio le quantità in dB ed il fattore di Antenna AF per il calcolo del campo Elettrico ricevuto: The same results are obtained using for example the quantities in dB and the AF Antenna factor for the calculation of the received Electric field:

In tal caso sia il guadagno di antenna Gr di ricezione sia il logaritmo della frequenza si semplificano in quanto si sottraggono nella equazione del campo elettrico. In this case both the receiving antenna gain Gr and the logarithm of the frequency are simplified as they are subtracted in the equation of the electric field.

Quindi attraverso i passi descritti si è calcolato il livello di campo elettrico in un punto prodotto da una stazione radio-base, questo procedimento viene ripetuto per tutte le antenne trasmittenti, alla fine si avranno i livelli di campo elettrico generati da tutte le antenne nel punto considerato. Then through the steps described the level of electric field in a point produced by a radio-base station was calculated, this procedure is repeated for all the transmitting antennas, in the end you will have the electric field levels generated by all the antennas in the point considered.

Si precisa che per il calcolo del campo elettrico totale Etot.(V/m) relativo a tutti i trasmettitori radio di una SRB, le potenze in Watt vanno moltiplicate per il numero dei trasmettitori o portanti presenti nella SRB, per il calcolo con le potenze espresse in dBm occorre trasformare in dB il numero dei trasmettitori e sommare tale quantità nel calcolo della potenza trasmessa dalla SRB. It should be noted that for the calculation of the total electric field Etot. (V / m) relating to all the radio transmitters of a RBS, the powers in Watts must be multiplied by the number of transmitters or carriers present in the RBS, for the calculation with the powers expressed in dBm, it is necessary to transform the number of transmitters into dB and add this quantity in the calculation of the power transmitted by the RBS.

L’algoritmo usa antenne omnidirezionali, e non prevede la possibilità di avere antenne diverse per i differenti siti. The algorithm uses omnidirectional antennas, and does not provide for the possibility of having different antennas for different sites.

L’utilizzo di antenne direttive in configurazione dover fornisce un diagramma di radiazione complessivo vicino a quello omnidirezionale, pertanto in questa fase si è preferito per semplicità considerare una SRB con antenna omnidirezionale. The use of directional antennas in the configuration having to provide an overall radiation pattern close to the omnidirectional one, therefore in this phase it was preferred for simplicity to consider a SRB with an omnidirectional antenna.

Per tenere conto del tilt che il programma prende in considerazione si è assunta una curva di decadimento esponenziale del guadagno dopo il punto di fuoco dell’antenna. To take into account the tilt that the program takes into account, an exponential decay curve of the gain after the focus point of the antenna has been assumed.

Questa attenuazione è quella che compare nella equazione per il calcolo della potenza ricevuta Pr. This attenuation is the one that appears in the equation for calculating the received power Pr.

In particolare il programma calcola per ogni pixel la distanza tra il pixel e la SRB, se tale distanza è maggiore della distanza tra la SRB ed il punto di fuoco dell’antenna, viene aggiunta un’attenuazione supplementare dovuta per appunto al tilt. In particular, the program calculates for each pixel the distance between the pixel and the SRB, if this distance is greater than the distance between the SRB and the focus point of the antenna, an additional attenuation is added precisely due to the tilt.

La funzione esponenziale considerata è la seguente: The exponential function considered is the following:

Se il punto di fuoco coincide con la distanza tra il pixel considerato e la SRB, o se il pixel si trova all’interno dell’area di Tilt, allora il Delta è nullo è non vi è nessuna attenuazione supplementare per Tilt da aggiungere. If the focus point coincides with the distance between the pixel considered and the SRB, or if the pixel is within the Tilt area, then the Delta is zero and there is no additional attenuation for Tilt to add.

La forma della funzione esponenziale considerata è riportata in figura 38. The form of the considered exponential function is shown in Figure 38.

5.8 RIEPILOGO INSERIMENTO DATI 5.8 SUMMARY OF DATA ENTRY

Per il funzionamento dell’algoritmo bisogna quindi inserire i seguenti dati: For the algorithm to work, the following data must therefore be entered:

le coordinate della zona da coprire, the coordinates of the area to be covered,

le aree di protezione massima, media e minima the areas of maximum, medium and minimum protection

le aree ad alto medio e basso traffico, areas with high, medium and low traffic,

le aree di alto medio e basso C/I accettato, the areas of high medium and low C / I accepted,

le aree con alti medi e minimi livelli di copertura radio desiderati, areas with high, medium and low desired levels of radio coverage,

la frequenza di lavoro della rete GSM, the working frequency of the GSM network,

il numero di siti preesistenti, the number of pre-existing sites,

le coordinate di tali siti, the coordinates of these sites,

caratteristiche delle antenne radio-base (guadagno perdita Branching TX), characteristics of radio-base antennas (Branching TX gain loss),

altezza dei sistemi radianti, height of radiant systems,

le caratteristiche di ogni quartiere (altezza edifici, larghezza strade, etc), Walfish Ikegami, the characteristics of each neighborhood (height of buildings, width of streets, etc.), Walfish Ikegami,

numero di iterazioni dell’algoritmo, number of iterations of the algorithm,

numero cromosomi che si sceglie di utilizzare, number of chromosomes you choose to use,

zone vietate alla installazione SRB, areas forbidden for child restraint installation,

campo elettromagnetico di fondo, background electromagnetic field,

distanza di Power Control, power control distance,

zone di costo opportunità per la realizzazione di un sito. opportunity cost zones for the construction of a site.

Dopo l inserimento di questi dati bisognerà far ripartire algoritmo più volte dato che ogni volta darà in uscita una risposta diversa, poiché parte sempre da configurazioni iniziali diverse e usa istruzioni random nelle fasi di accoppiamento per generare i nuovi cromosomi (il punto di crossover è casuale quindi due genitori possono generare vari cromosomi a seconda del punto di crossover scelto). After entering this data, the algorithm will need to be restarted several times since it will give a different response each time, since it always starts from different initial configurations and uses random instructions in the pairing phases to generate the new chromosomes (the crossover point is random therefore two parents can generate various chromosomes depending on the chosen crossover point).

Dai risultati ottenuti si sceglierà poi la configurazione migliore sia dal punto di vista dell’impatto ambientale, sia dai punti di vista economico, tecnologico, della fisica realizzabilità, etc . From the results obtained, the best configuration will then be chosen both from the point of view of environmental impact, and from an economic, technological, physical practicability point of view, etc.

Per inciso aumentando il numero di cromosomi, cioè di configurazioni di SRB, che il genetico considera si ha la possibilità di esplorare uno spazio maggiore di soluzioni, allo stesso modo se si aumenta il numero di iterazioni del genetico. Incidentally, by increasing the number of chromosomes, that is, of SRB configurations, that the geneticist considers, it is possible to explore a greater space of solutions, in the same way if the number of iterations of the genetic is increased.

Poiché il cromosoma è costituito da 6 SRB si ha il seguente impegno elaborativo: Since the chromosome is made up of 6 SRBs, the following processing effort takes place:

se n=numero iterazioni e m=numero cromosomi: if n = number of iterations and m = number of chromosomes:

I tempi di calcolo aumentano progressivamente all 'aumentare di m e n. The calculation times progressively increase as m and n increase.

Al fine di ridurre i tempi di calcolo si è eseguito un campionamento delle misure ovvero anziché considerare tutti i pixel si sono considerati 1 pixel su 8 oppure 1 pixel su 4, i tempi di elaborazione con 1 pixel su 4, 64 cromosomi, 100 iterazioni sono di 3 giorni altrimenti su tutti i pixel di circa 45 giorni. In order to reduce the calculation times, a sampling of the measurements was performed or rather than considering all the pixels, 1 pixel on 8 or 1 pixel on 4 were considered, the processing times with 1 pixel on 4, 64 chromosomes, 100 iterations are 3 days otherwise on all pixels about 45 days.

CAPITOLO 6 CHAPTER 6

FUNZIONALI PER L'OTTIMIZZAZIONE DELLA RETE GSM FUNCTIONAL FOR THE OPTIMIZATION OF THE GSM NETWORK

6.1 GENERALITÀ’ 6.1 GENERAL

Le risorse economica del Gestore di Telefonia Mobile ha a disposizione per nuovi investimenti non sono illimitate, pertanto il Budget Economico disponibile per nuove stazioni Radio Base, viene utilizzato concentrando gli sforzi nella risoluzione di criticità di Copertura / Qualità esistenti e, nei progetti maggiormente remunerativi. The economic resources of the Mobile Telephony Operator available for new investments are not unlimited, therefore the Economic Budget available for new Radio Base stations is used by concentrating efforts on resolving existing coverage / quality critical issues and, in the most profitable projects.

Come già anticipato i costi elevati per la costruzione della rete rappresentano un elemento da minimizzare, a tale scopo la strategia per il progetto copertura, non è quella di disseminare uniformemente l’intero territorio nazionale di SRB, viceversa come ampiamente visto nei capitoli dedicati al traffico e alle misure si individuano le soluzioni migliori in funzione di obiettivi mirati di seguito riportati. As already anticipated, the high costs for the construction of the network represent an element to be minimized, for this purpose the strategy for the roofing project is not to uniformly disseminate the entire national territory of the SRB, vice versa as widely seen in the chapters dedicated to traffic and the best solutions are identified for the measures based on the following targeted objectives.

Sugli obiettivi precisati di seguito è stato costruito il programma di ottimizzazione e sono stati ricavati i funzionali da minimizzare. RAPPORTO SEGNALE UTILE SU INTERFERENTE C/I Esigenze dettate dalle specifiche GSM relative ai livelli minimi di potenza e di interferenza CI I sia per la fonia sia per servizi dati GPRS che richiedono C/I maggiori di 10 dB. The optimization program was built on the objectives specified below and the functionals to be minimized were obtained. USEFUL SIGNAL RATIO ON C / I INTERFERENT Needs dictated by the GSM specifications relating to minimum power and CI I interference levels for both voice and GPRS data services that require C / I greater than 10 dB.

Impossibilità di creare un cluster perfetto di celle a causa dei vincoli orografici e ambientali che obbligano fortemente i punti disponibili per la costruzione di una Stazione Radio Base. Impossibility of creating a perfect cluster of cells due to the orographic and environmental constraints that strongly constrain the points available for the construction of a Radio Base Station.

COPERTURA COVERAGE

Copertura zone rurali; Rural area coverage;

Copertura indoor zone densamente urbanizzate; Indoor coverage in densely urbanized areas;

Copertura centri storici; Historic center coverage;

Copertura zone industriali; Industrial area coverage;

Copertura competitiva su zone coperte da altri gestori; Competitive coverage on areas covered by other operators;

Copertura centri commerciali; Shopping center coverage;

Copertura zone turistiche; Tourist area coverage;

Copertura per la viabilità stradale ferroviaria comprensiva di Estensori di Copertura per Gallerie; Coverage for road railways including Coverage Extenders for Tunnels;

TRAFFICO E QUALITÀ’ TRAFFIC AND QUALITY

esigenze di smaltire il traffico concentrato in alcune zone garantendo l’accessibilità al servizio; the need to dispose of the traffic concentrated in some areas by ensuring accessibility to the service;

esigenze per traffico di effettuare il celi splitting ovvero realizzare un nuovo impianto non per copertura ma per sottrarre traffico ad un impianto in congestione. traffic needs to carry out the celi splitting or to create a new system not for coverage but to remove traffic from a congested system.

esigenze di migliorare la qualità del servizio in aree con elevato traffico. needs to improve the quality of service in areas with high traffic.

VINCOLI PROTEZIONISTICI PROTECTION CONSTRAINTS

esigenze legate al rispetto delle leggi sull’impatto ambientale delle SRB nuove ed esistenti, con riferimento al decreto 381 del 1998 relativo alle norme per la determinazione dei tetti di radiofrequenza compatibili con la salute umana. requirements related to compliance with the laws on the environmental impact of new and existing child restraints, with reference to Decree 381 of 1998 relating to the rules for determining radio frequency ceilings compatible with human health.

RAPPORTO TRAFFICO SU COSTI IMPIANTO TRAFFIC REPORT ON SYSTEM COSTS

E’ funzione della zona dove viene ubicata una SRB: It is a function of the area where a child restraint is located:

Zona con poco traffico implica basso rendimento, Low traffic area implies low performance,

Zona ad elevato traffico implica un migliore rendimento High traffic area implies better performance

Zone alto traffico di clienti alto-spendenti indica rendimento ottimo High traffic areas of high-spending customers indicates optimum performance

6.2 OBIETTIVI E VINCOLI 6.2 OBJECTIVES AND CONSTRAINTS

Al fine di impostare lo sviluppo dei funzionali si sono cercate le componenti fondamentali che intervengono durante la progettazione di una rete per telefonia mobile. In order to set up the development of functionalities, the fundamental components that intervene during the design of a mobile telephone network were sought.

Una possibile forma di classificazione degli obiettivi e dei vincoli è riportata sulla figura 39. A possible form of classification of objectives and constraints is shown in Figure 39.

Gli indici del grafico pentagonale rappresentano singolarmente i criteri principali da percorrere per la ottimizzazione di una rete urbana per telefonia mobile GSM; quanto maggiore è l’area del pentagono tanto migliore è la qualità del servizio complessivamente offerta dal gestore. The indices of the pentagonal graph individually represent the main criteria to be followed for the optimization of an urban network for GSM mobile telephony; the greater the area of the pentagon, the better the overall quality of the service offered by the operator.

Pertanto nello sviluppo dei funzionali sono state cercate delle equazioni dal quale dipendono i cinque indici da ottimizzare tramite l algoritmo genetico. Therefore, in the development of the functionals, equations were sought on which the five indices to be optimized by the genetic algorithm depend.

6.3 MASSIMIZZAZIONE INDICI DI QUALITÀ’ 6.3 MAXIMIZATION OF QUALITY INDEXES

A livello di funzioni di rete GSM per ridurre gli effetti dell’interferenza intrasistema sono attivi: Power Control, Discontinuos Trasmission, Frequency Hopping , Handover intracella, di tali funzioni e dei loro effetti è stato discusso nel capitolo iniziale mettendo in evidenza i benefici sull’impatto ambientale in accordo con il decreto legge 381. At the level of GSM network functions to reduce the effects of intrasystem interference the following are active: Power Control, Discontinuos Transmission, Frequency Hopping, Intracell Handover, of these functions and their effects was discussed in the initial chapter highlighting the benefits on environmental impact in accordance with law decree 381.

A livello di progetto per la ubicazione e la gestione dei parametri di una nuova Stazione Radio Base il rapporto C/I *si può aumentare ubicando la SRB nel baricentro della sorgente di traffico la dove possibile, e comunque in accordo con il numero delle celle necessario per servire un traffico ipotizzato a monte, come visto nel capitolo del traffico. At the project level for the location and management of the parameters of a new Radio Base Station, the C / I * ratio can be increased by placing the RBS in the center of gravity of the traffic source where possible, and in any case in accordance with the number of cells required. to serve a traffic assumed upstream, as seen in the traffic chapter.

Questo approccio, come evidenziato nel corso del capitolo sulle misure, soddisfa in modo naturale anche le esigenze di copertura, rendimento e di impatto ambientale. This approach, as highlighted in the chapter on measures, also naturally satisfies the needs of coverage, yield and environmental impact.

6.4 QUALITÀ’ DEL SERVIZIO E IMPATTO AMBIENTA-LE 6.4 QUALITY OF SERVICE AND ENVIRONMENTAL IMPACT

Si riassume nell’aumento del segnale utile C nell’area sorgente di traffico ovvero aumento del C/I ubicando correttamente le SRB. Nell’ipotesi di ubicare tutte le SRB in questo modo, ogni zona a traffico può essere coperta da una SRB Best Server con C/I massimale. It is summarized in the increase of the useful signal C in the traffic source area or increase of the C / I by correctly locating the RBS. In the hypothesis of locating all the child restraints in this way, each traffic area can be covered by a Best Server child restraint system with maximum C / I.

Questo modo riduce fenomeni di sovracopertura da molte celle riducendo anche gli handover non necessari, e quindi migliorando la qualità del servizio. This mode reduces over-coverage phenomena from many cells, also reducing unnecessary handovers, and therefore improving the quality of service.

Ad ogni handover la potenza trasmessa è reinizializzata al massimo e le interferenze al pari dell’ impatto ambientale non sono ottimizzate. At each handover, the transmitted power is reset to maximum and the interference as well as the environmental impact are not optimized.

Allo stesso modo ad ogni handover si verifica un beve buco nella fonia che normalmente è impercettibile all’utente ma in alcuni casi può degradare la percezione qualitativa che ha il cliente, tecnicamente peggiora Γ indicatore MOS (mean Opinion Score) . La distanza tra le sorgenti di traffico e le SRB, causata da una errata ubicazione delle SRB è sinonimo di maggiore attenuazione di tratta che invece in questo modo verrebbe minimizzata. In the same way, at each handover there is a small hole in the voice which is normally imperceptible to the user but in some cases it can degrade the qualitative perception that the customer has, technically it worsens Γ MOS indicator (mean Opinion Score). The distance between the traffic sources and the child restraints, caused by an incorrect location of the child restraints, is synonymous with greater attenuation of the section which would be minimized in this way.

Questa scelta ha due benefici effetti: This choice has two beneficial effects:

una maggiore e più capillare copertura radioelettrica; greater and more widespread radio coverage;

un minore impatto ambientale in quanto si permette alla funzionalità di Power Control di agire con maggiore dinamica. 6.5 CRITICITÀ’ PROGETTUALI a lower environmental impact as it allows the Power Control functionality to act with greater dynamics. 6.5 PROJECT CRITICAL ISSUES

Nella figura 40 è riportata a titolo esemplificativo una mappa che rappresenta un’area aH’intemo della quale sono presenti zone, di seguito denominate pixel, con le seguenti caratteristiche: Figure 40 shows, by way of example, a map that represents an area within which there are areas, hereinafter referred to as pixels, with the following characteristics:

Pixel in rosso ad alto traffico senza problemi di impatto ambientale per la ubicazione di una SRB; High traffic red pixels without environmental impact problems for the location of a child restraint;

Pixel in celeste a basso traffico dove non si hanno problemi di accessibilità al servizio ed al massimo si vuole dare un minimo grado di copertura; Light blue pixels with low traffic where there are no problems of accessibility to the service and at most you want to give a minimum degree of coverage;

Pixel in giallo ad alto traffico dove tuttavia non si può installare una SRB. High traffic yellow pixel where, however, a child restraint cannot be installed.

Le piramidi in neretto sono le SRB da far ubicare al programma. Una difficoltà essenziale che il gestore di TLC mobili incontra allo stato attuale è garantire la qualità servizio e la capacità di smaltire traffico offerto nelle zone ad alta concentrazione di clienti, dove tuttavia non è possibile posizionare SRB per motivi di impatto ambientale sia architettonico sia protezionistico. The pyramids in bold are the SRBs to be placed in the program. An essential difficulty that the mobile TLC manager currently encounters is guaranteeing the quality of service and the ability to dispose of the traffic offered in areas with a high concentration of customers, where however it is not possible to position RBS for reasons of both architectural and protectionist environmental impact.

In tal caso, se è possibile, al fine di ridurre le distanze tra la SRB e la sorgente di traffico, una buona soluzione è ubicare le SRB in zone a bassa protezione ambientale ma contemporaneamente più vicino possibile alle aree di interesse per traffico. In this case, if it is possible, in order to reduce the distances between the child restraint and the traffic source, a good solution is to locate the child restraint in areas with low environmental protection but at the same time as close as possible to the areas of interest for traffic.

6.6 FUNZIONALI GENERALITÀ’ 6.6 FUNCTIONAL GENERAL

L’algoritmo per la ricerca del set di configurazioni migliore per determinare la posizione, il tilt delle antenne e la potenza emessa dai trasmettitori delle SRB, tiene conto dei funzionali implementati e la soluzione sub-ottima viene determinata minimizzando o massimizzando tali funzionali. The algorithm for finding the best set of configurations to determine the position, the tilt of the antennas and the power emitted by the transmitters of the RBS, takes into account the functionalities implemented and the sub-optimal solution is determined by minimizing or maximizing these functionalities.

I funzionali sviluppati per Γ ottenimento degli obiettivi sopra esposti sono 10 raggruppati a due a due formando 5 tipi di funzionali principali, precisamente questi sono riferiti agli indici da ottimizzare del grafico pentagonale visto precedentemente. In una realizzazione preferita i risultati fomiti dalla tecnica secondo la presente invenzione sono immediatamente impiegabili mediante grafici che indicano il numero di SRB che sono Best Server in regioni enumerate con indice “j” al pari delle SRB stesse. The functionals developed to achieve the above objectives are 10 grouped two by two forming 5 types of main functionals, precisely these are referred to the indices to be optimized of the pentagonal graph seen previously. In a preferred embodiment, the results provided by the technique according to the present invention are immediately usable by means of graphs which indicate the number of SRBs which are Best Servers in regions enumerated with index "j" like the SRBs themselves.

Queste regioni sono a loro volta suddivise in pixel più piccoli con indice “i” in modo da discretizzare con maggiore precisione i valori di campo elettromagnetico nello spazio e contemporaneamente fornire al programma i dati di ingresso relativi al traffico previsto sui vari pixel, dalla protezione ambientale, al C/I e, alla copertura voluta sugli stessi. These regions are in turn divided into smaller pixels with index "i" in order to discretize the electromagnetic field values in space with greater precision and at the same time provide the program with the input data relating to the expected traffic on the various pixels, from environmental protection , to the C / I and, to the desired coverage on the same.

In particolare: In particular:

Un Pixel è un quadrato con lato di 10 m ed area 100 mq sulla mappa geografica; A Pixel is a square with a side of 10 m and an area of 100 square meters on the geographical map;

Una regione è l’insieme dei pixel coperti da una SRB, i confini tra una regione e un'altra sono i punti di isolivello fomiti da due SRB adiacenti tra loro, precisamente è l’area all’interno della quale il campo e.m. fornito da una SRB è predominante su quello fornito dalle altre SRB. A region is the set of pixels covered by a RBS, the boundaries between one region and another are the isolation points provided by two RBs adjacent to each other, precisely it is the area within which the e.m. field provided by one child restraint predominates over that provided by other child restraints.

In base al modello di traffico adottato si calcolano a monte le SRB ed il numero di portanti necessarie per una data distribuzione territoriale di clienti radiomobile (solitamente il numero di SRB che ne consegue è sempre maggiore o uguale a quello strettamente necessario per fornire la sola copertura, non a caso la costruzione di una rete mobile avviene solitamente fornendo prima una copertura di base con poche SRB e poi incrementando le SRB sulla base del traffico offerto fino alla condizione di regime ottimale ). On the basis of the traffic model adopted, the child restraint systems and the number of carriers necessary for a given territorial distribution of mobile radio customers are calculated upstream (usually the number of child restraints that follows is always greater than or equal to that strictly necessary to provide coverage only. , it is no coincidence that the construction of a mobile network usually takes place by first providing basic coverage with a few child restraints and then increasing the child restraint systems on the basis of the traffic offered up to the optimal operating conditions).

Per ogni singola regione si calcola il numero di Pixel “nj” ad essa appartenenti definendo l’area della regione in Kmq, For each individual region, the number of Pixel "nj" belonging to it is calculated by defining the area of the region in square kilometers,

6.7 FUNZIONALI PER L’IMPATTO AMBIENTALE 6.7 FUNCTIONAL FOR THE ENVIRONMENTAL IMPACT

6.7.1 FUNZIONALE PER LA MASSIMA RIDUZIONE DELL’IMPATTO AMBIENTALE 6.7.1 FUNCTIONAL FOR MAXIMUM REDUCTION OF THE ENVIRONMENTAL IMPACT

Il primo funzionale che viene minimizzato dal genetico è relativo al campo elettrico prodotto dalla Stazione Radio Base sui pixel delle regioni considerate ed ha l’obiettivo di minimizzare l’impatto ambientale su una data area di riferimento. The first functional that is minimized by the genetic is related to the electric field produced by the Radio Base Station on the pixels of the regions considered and has the aim of minimizing the environmental impact on a given reference area.

Se consideriamo un'unica regione di n pixel indirizzati da indici (i,k) allora possiamo riscrivere il funzionale tenendo conto del If we consider a single region of n pixels addressed by indices (i, k) then we can rewrite the functional taking into account the

Relativamente alla prima formulazione si ha che ogni regione “J” coperta da una SRB Best Server è suddivisa in “i” pixel, su ogni With regard to the first formulation, each "J" region covered by a SRB Best Server is divided into "i" pixels, on each

pixel è valutato il contributo dei campi di tutte le antenne delle SRB e del campo elettromagnetico presente di fondo. pixel the contribution of the fields of all the antennas of the RBS and of the electromagnetic field present in the background is evaluated.

Il termine "Q” che è un dato di input al programma, pesa airintemo del funzionale le zone della regione sulla base del fattore di protezione ambientale scelto, per esempio 6, o 20 V/m ovvero, incrementa il valore del funzionale maggiormente dove si vuole una protezione ambientale maggiore. Poiché l’algoritmo genetico restituisce il cromosoma con il valore del funzionale più basso, allora esso corrisponderà al campo elettrico misurato sul pixel con valore più basso in assoluto, ciò si traduce in SRB distanti, con potenza bassa in uscita dei trasmettitori, e con antenne molto tiltate. The term "Q" which is an input data to the program, weighs within the functional the zones of the region on the basis of the chosen environmental protection factor, for example 6, or 20 V / m, that is, increases the value of the functional more where it is wants greater environmental protection. Since the genetic algorithm returns the chromosome with the lowest functional value, then it will correspond to the electric field measured on the pixel with the lowest absolute value, which translates into distant SRBs, with low output power transmitters, and with very tilted antennas.

L’algoritmo genetico che utilizza questo funzionale porta le SRB a disporsi alla massima distanza possibile, costituita dal contorno dalParea di lavoro scelta, rispetto ai punti con protezione ambientale dichiarata. The genetic algorithm that uses this functional brings the SRBs to position themselves at the maximum possible distance, consisting of the contour of the chosen work area, with respect to the points with declared environmental protection.

Anche la potenza di uscita dei ricetrasmettitori viene abbassata al fine di ridurre l’impatto ambientale teoricamente fino a zero. The output power of the transceivers is also lowered in order to theoretically reduce the environmental impact to zero.

Al fine di evitare questo secondo effetto la potenza minima di un RTX è stata fissata a 33 dBm e la potenza massima a 41 dBm con 8 step di 1 dB. In order to avoid this second effect, the minimum power of an RTX has been set at 33 dBm and the maximum power at 41 dBm with 8 steps of 1 dB.

L 'implementazione all’interno del programma è stata effettuata mediante la formula ricorsiva: The implementation within the program was carried out using the recursive formula:

Etot= C Elettr ico totale sul pixelprodotto da tutte la SRB e dal Cem predi fondo Q1.1 ≡ fattore impatto ambientale che assume ivalori di input : tipicamente = 6 20 VI ni In particolare tramite un doppio ciclo di iterazioni si fa incrementare il funzionale per calcolare il contributo di campo elettrico di tutte le SRB su un pixel di coordinate Etot = C Total electrical on the pixel produced by all the SRB and by the pre-funded Cem Q1.1 ≡ environmental impact factor which assumes the input values: typically = 6 20 VI ni calculate the electric field contribution of all the RBSs on a pixel of coordinates

’ i , j ripetendo poi per ogni pixel e sommando tutti i risultati si ottiene il valore del funzionale per quella data configurazione del cromosoma, cioè per quella data distribuzione di SRB potenze e ’I, j then repeating for each pixel and adding all the results to obtain the functional value for that given chromosome configuration, that is, for that given distribution of SRB powers and

tilt trovati dal genetico. tilt found by the genetic.

Ad ogni iterazione dell’algoritmo genetico si determinano 8 o in generale n nuovi cromosomi per ciascuno dei quali esiste un corrispondente valore del funzionale. At each iteration of the genetic algorithm 8 or in general n new chromosomes are determined for each of which there is a corresponding value of the functional.

Il numero dei cromosomi da utilizzare influisce molto sul tempo The number of chromosomes to be used greatly affects time

di elaborazione, questo numero è un dato di input nel programma principale (NITER). processing, this number is an input data into the main program (NITER).

La configurazione migliore è quella che restituisce il funzionale The best configuration is the one that returns the functional

con il valore più basso. with the lowest value.

Visualizzando le iterazioni del programma si nota che i valori del funzionale decrescono, oltre le 100 iterazioni dell’algoritmo genetico si riottengono i medesimi risultati, segno questo che il minimo valore di convergenza è stato raggiunto. By viewing the program iterations, it is noted that the functional values decrease, over 100 iterations of the genetic algorithm the same results are obtained, a sign that the minimum convergence value has been reached.

6.7.2 FUNZIONALE PER RIDUZIONE DELL’IMPATTO AMBIENTALE A DEI LIMITI PREFISSATI 6.7.2 FUNCTIONAL FOR REDUCTION OF THE ENVIRONMENTAL IMPACT TO THE PREFIXED LIMITS

In relazione all’impatto ambientale è possibile un diverso approccio metodologico, infatti anziché raggiungere il minimo in assoluto è possibile fissare una soglia di campo elettrico massimo permesso sul singolo pixel e di conseguenza su una determinata zona. In relation to the environmental impact, a different methodological approach is possible, in fact, instead of reaching the absolute minimum, it is possible to set a maximum electric field threshold allowed on a single pixel and consequently on a specific area.

11 funzionale confronta il valore ottenuto con questa soglia e si incrementa solo se il campo elettrico sul pixel è maggiore della soglia data come input al programma. The functional compares the value obtained with this threshold and increases only if the electric field on the pixel is greater than the threshold given as input to the program.

Per esempio se si desidera che sul pixel non ci sia più di 6 V/m allora nel caso che il campo simulato sia maggiore di 6V/m si avrà un incremento del funzionale, viceversa nel caso in cui il valore di campo elettrico simulato è minore delle soglia di 6 V/m è inutile cercare di ottimizzare in quanto si è già sotto il limite prefisso, in tal caso dunque non si ha alcun incremento del valore del funzionale. For example, if it is desired that on the pixel there is no more than 6 V / m then in the case that the simulated field is greater than 6V / m there will be an increase in the functional, vice versa in the case in which the value of the simulated electric field is lower. of the threshold of 6 V / m it is useless to try to optimize as it is already below the prefixed limit, in this case therefore there is no increase in the value of the functional.

Nel caso che tutte le configurazioni trovate di SRB di potenze e di tilt, garantiscano sempre il rispetto dei limiti, si otterrà un funzionale con valore nullo in quanto non si incrementa mai. If all the power and tilt SRB configurations found always guarantee compliance with the limits, a functional with null value will be obtained as it never increases.

All’ interno del programma per implementare le sommatorie è stata eseguita la seguente assegnazione: The following assignment was made within the program to implement the summations:

Il funzionamento è del tutto simile al primo funzionale, si somma prima su un pixel il contributo di ogni SRB e posi si sommano i risultati di tutti i pixel. The operation is very similar to the first functional, first the contribution of each SRB is added to a pixel and then the results of all the pixels are added.

Tutti i valori di campo elettrico totale determinato su ogni pixel sono memorizzati sulla matrice Layer4 in V/m e sul Layer 6 in All the values of the total electric field determined on each pixel are stored on the Layer4 matrix in V / m and on Layer 6 in

dBuV/m, questi permettono facilmente la stampa della distribuzione dell’impatto ambientale sull’area di riferimento. dBuV / m, these allow easy printing of the distribution of the environmental impact on the reference area.

6.8 FUNZIONALE PER LA MINIMIZZAZAZIONE DELLE DISTANZE SRB DALLE SORGENTI DI TRAFFI-CO 6.8 FUNCTIONAL FOR THE MINIMIZATION OF THE SRB DISTANCES FROM THE SOURCES OF TRAFFI-CO

Nel capitolo dedicato al traffico è stato stabilito un criterio per determinare il numero di SRB necessarie per una data quantità di clienti, inoltre nei paragrafi precedenti si è visto che al fine servire con maggiore qualità ed in maggiore quantità i clienti con un telefonino, è opportuno che la SRB si trovi ubicata possibilmente nel baricentro della sorgente di traffico. In the chapter dedicated to traffic, a criterion was established to determine the number of SRBs needed for a given quantity of customers, furthermore in the previous paragraphs it was seen that in order to serve customers with a higher quality and in greater quantity with a mobile phone, it is advisable that the child restraint is located as far as possible in the center of gravity of the traffic source.

In questo funzionale si tiene conto della distribuzione geografica del traffico all’intemo di ogni regione coperta da una singola SRB. This function takes into account the geographical distribution of traffic within each region covered by a single child restraint.

Si divide pertanto il territorio in regioni pari al numero di SRB necessarie denominandole con indice “j”, ogni regione è suddivisa in n pixel con indice “i”, all’ interno di ognuna di queste regioni, il funzionale che Γ algoritmo deve minimizzare, tende ad ubicare le SRB il più vicino possibile alle sorgenti di traffico telefonico cioè più vicino ai pixel con traffico telefonico crescente. Il traffico denominato T(ij) pesato con tre valori 10—25—45 è un dato di input al programma e pesa i pixel sulla base della quantità di traffico bassa, media, alta, considerata per ogni SRB. The territory is therefore divided into regions equal to the number of necessary SRBs, naming them with index "j", each region is divided into n pixels with index "i", within each of these regions, the functional that Γ algorithm must minimize, it tends to locate the SRBs as close as possible to the sources of telephone traffic, that is, closer to the pixels with increasing telephone traffic. The traffic named T (ij) weighted with three values 10—25—45 is an input data to the program and weighs the pixels on the basis of the quantity of low, medium, high traffic considered for each RBS.

L’obiettivo si ottiene pesando le distanze con il traffico, pertanto verranno ridotte le distanze con traffico più elevato le quali percentualmente incidono maggiormente sul valore del funzionale. The goal is achieved by weighing the distances with traffic, therefore the distances with higher traffic will be reduced, which in percentage have a greater impact on the value of the functional.

Sono stati sviluppati due funzionali per il traffico che pesano in modo minore il primo e maggiore il secondo le distanze: Two functionals for traffic have been developed that weigh the first less and the second greater the distances:

La sensibilità di questi funzionali dipende da come viene pesato il traffico: The sensitivity of these functionals depends on how the traffic is weighed:

nel primo funzionale è presente una doppia sommatoria di prodotti Distanze*Traffico in the first functional there is a double sum of Distances * Traffic products

nel secondo funzionale è presente una doppia produttoria con un esponenziale Traffico elevato alla distanza, le variazioni di questo ultimo funzionale sono a parità di distanza, 2 alla 10 volte maggiori del primo funzionale, nel programma è stato utilizzato il primo funzionale. in the second functional there is a double production with an exponential Traffic elevated to the distance, the variations of this last functional are at the same distance, 2 to 10 times greater than the first functional, in the program the first functional was used.

Nella figura 41 è mostrato come lavorano questi funzionali. Figure 41 shows how these functionals work.

L’ottimizzazione della ubicazione SRB per una singola regione “j” coperta da una singola SRB si ottiene minimizzando le distanze D 1,1 DI, 5 DI, 16 D 1,13 della SRB dai pixel T ij ad alto e medio traffico, che corrisponde a disporre la SRB in maniera baricentrica rispetto al traffico maggiore. The optimization of the child restraint location for a single region "j" covered by a single child restraint is achieved by minimizing the distances D 1.1 DI, 5 DI, 16 D 1.13 of the child restraint from the high and medium traffic pixels T ij, which it corresponds to placing the child restraint in a barycentric manner with respect to the greater traffic.

Nella figura 42 è riportato il caso di una zona traffico telefonico suddivisa in due regioni coperte ciascuna da una SRB, come nel caso precedente l’algoritmo ottimizza le distanze all’interno di ciascuna area delle SRB dalle sorgenti di traffico alto, medio, basso. Figure 42 shows the case of a telephone traffic area divided into two regions each covered by a child restraint, as in the previous case, the algorithm optimizes the distances within each area of the child restraints from the sources of high, medium and low traffic.

6.9 FUNZIONALI PER OTTIMIZZARE IL C/I 6.9 FUNCTIONS TO OPTIMIZE THE C / I

6.9.1 FUNZIONALE PER LA MASSIMIZZAZIONE DEL £11 6.9.1 FUNCTIONAL FOR THE MAXIMIZATION OF £ 11

La massimizzazione di questo funzionale si propone di trovare un Tilt delle antenne, una ubicazione nonché una potenza ottimale delle SRB, con il fine di ridurre le interferenze su una regione coperta best server da una SRB, causate delle SRB interferenti delle regioni circostanti. The maximization of this functional aims to find a Tilt of the antennas, a location as well as an optimal power of the SRBs, in order to reduce the interference on a region covered by a SRB, caused by the interfering SRBs of the surrounding regions.

Definisco un C/I massimale quando su ciascuno dei pixel la differenza tra i livelli in dBm di potenza della SRB servente Best Server e i livelli in dBm di ogni altra SRB interferente è massimale, l algoritmo genetico trova nuove soluzioni per esempio spostando le SRB o tiltando maggiormente le antenne delle SRB interferenti, o abbassando la potenza delle interferenti. I define a C / I maximal when on each of the pixels the difference between the dBm power levels of the SRB serving Best Server and the dBm levels of any other interfering SRB is maximal, the genetic algorithm finds new solutions, for example by moving the SRBs or tilting more the antennas of the interfering RBS, or lowering the power of the interfering ones.

Al pari del primo funzionale sull’impatto ambientale posso pesare il C/l calcolato per ogni pixel con il C/T dato in input al programma per ogni pixel, tuttavia a differenza del primo funzionale che veniva minimizzato ora ci interessa massimizzare il rapporto C/I. Like the first functional on the environmental impact, I can weigh the C / l calculated for each pixel with the C / T given in input to the program for each pixel, however unlike the first functional that was minimized now we are interested in maximizing the C / ratio THE.

Per ottenere la minimizzazione di un funzionale che va massimizzato è sufficiente mettere il segno meno davanti alle quantità e far cercare al programma la soluzione con valore minimo, questa soluzione corrisponde in valore assoluto al C/I massimo voluto. To obtain the minimization of a functional that must be maximized, it is sufficient to put the minus sign in front of the quantities and have the program search for the solution with the minimum value, this solution corresponds in absolute value to the desired maximum C / I.

Poiché risulta comodo esprimere le potenze in dBm allora il C/I viene calcolato non come quoziente ma come differenza di livelli. Precisamente si effettua la differenza dei livelli su ogni pixel tra la potenza della servente e la potenza delle altre celle interferenti, si pesa questa differenza per il C/I fissato per ogni pixel tramite la matrice matINT, ed infine per ogni disposizione delle SRB, cioè per ogni cromosoma, si calcola il valore totale del funzionale come somma per tutti i pixel dei valori ottenuti. Since it is convenient to express the powers in dBm then the C / I is calculated not as a quotient but as a difference in levels. Precisely, the difference in the levels on each pixel is made between the power of the server and the power of the other interfering cells, this difference is weighed for the C / I fixed for each pixel through the matINT matrix, and finally for each arrangement of the SRBs, i.e. for each chromosome, the total value of the functional is calculated as the sum for all pixels of the values obtained.

Per fare un esempio con 6 SRB ed un pixel si ha che il C/I medio e successivamente il calcolo del funzionale si ottiene mediante la seguente: To give an example with 6 SRBs and one pixel we have that the average C / I and subsequently the calculation of the functional is obtained by means of the following:

Il funzionale che nel programma si incrementa con valori negativi è Costlnt, il massimo valore assoluto di tale funzionale corrisponde alla migliore configurazione di SRB per la ottimizzazione dell’ interferenza. The functional that in the program increases with negative values is Costlnt, the maximum absolute value of this functional corresponds to the best SRB configuration for the optimization of the interference.

Il maggiore contributo che interviene nel funzionale è relativo ai pixel con il Q più alto, questi pesano maggiormente nella valorizzazione del funzionale. The greatest contribution that intervenes in the functional is related to the pixels with the highest Q, these weigh more in the enhancement of the functional.

Affinché il valore del funzionale sia minimo (massimo in valore assoluto), ralgoritmo genetico ricerca i valori di C/I medio più elevato proprio in corrispondenza dei pixel a maggiore peso. In order for the functional value to be minimum (maximum in absolute value), the genetic algorithm searches for the highest average C / I values precisely in correspondence with the highest weight pixels.

Nel grafico di figura 43 è riportato un esempio che prende in considerazione 3 celle, la prima è la cella servente mentre le altre due sono interferenti. The graph of figure 43 shows an example that takes into consideration 3 cells, the first is the serving cell while the other two are interfering.

Sull’asse delle ascisse è riportata la distanza mentre sulle ordinate la potenza ricevuta sul pixel in dBm. The distance is shown on the abscissa axis, while the power received on the pixel in dBm is shown on the ordinates.

Sul pixel preso in considerazione, la cella best server copre con livelli di bordo di -80 dBm. Se ci si è prefisso un valore di C/I di 18 dB è evidente che la posizione della SRB A non è corretta in quanto la potenza da lei irradiata che si misura sul pixel in esame, è tale da non garantire il C/I fissato ma un valore più basso pari a 13 dB. On the pixel under consideration, the best server cell covers with edge levels of -80 dBm. If a C / I value of 18 dB has been set, it is evident that the position of the SRB A is not correct as the power radiated by it measured on the pixel under examination is such as not to guarantee the fixed C / I. but a lower value of 13 dB.

Nel caso B la SRB propaga un campo em. Che fornisce valori di potenza più bassi i quali consentono il rispetto dei limiti minimi di C/I. In case B the child restraint propagates an em field. Which provides lower power values which allow compliance with the minimum limits of C / I.

Nel caso B la posizione della SRB e tale che è il C/I ottenuto è migliore rispetto alla configurazione A. In case B the position of the child restraint and such that the C / I obtained is better than in configuration A.

I valori calcolati di C/l per ogni pixel sono memorizzati su una matrice Layer3 che consente banalmente la stampa della distribuzione di C/I in dB di tutta l’area. The calculated values of C / l for each pixel are stored on a Layer3 matrix which allows the printing of the distribution of C / I in dB of the whole area trivially.

II controllo è effettuato dal programma su ogni pixel per ogni cromosoma, cioè per ogni set di SRB ubicate, ed al fine di implementare matematicamente il funzionale è stata, come già visto, suddivisa l’area in zone di best server per ogni SRB, denominate regioni. The check is carried out by the program on each pixel for each chromosome, i.e. for each set of located SRBs, and in order to mathematically implement the functional, as already seen, the area has been divided into best server zones for each SRB, called regions.

All’ interno di ognuna di queste il controllo del C/I viene effettuato controllando che le SRB interferenti arrivino con livelli più bassi possibile, pertanto occorre controllare reciprocamente anche che la SRB servente su una regione non sia troppo interferente sui pixel della regione che prima era origine dell<1 >interferenza per la precedente regione. Inside each of these the control of the C / I is carried out by checking that the interfering RBSs arrive with the lowest possible levels, therefore it is also necessary to mutually check that the RBS serving on a region is not too interfering on the pixels of the region that was previously origin of the interference for the previous region.

In sostanza se è vero che PI interferisce l’aiea coperta da P2 è anche vero che P2 può interferisce l’area coperta da PI, di conseguenza il funzionale ne deve tenere conto. Basically, if it is true that PI interferes with the area covered by P2, it is also true that P2 can interfere with the area covered by PI, consequently the functional must take this into account.

La forma più elegante le funzionale espresso precedentemente in modo iterativo e: The most elegant functional form previously expressed iteratively is:

Con la rappresentazione matriciale adottata di un'unica regione di (p,q) pixel il funzionale si può riscrivere anche in questo modo: With the matrix representation adopted of a single region of (p, q) pixels, the functional can also be rewritten in this way:

La peculiarità di questo funzionale è l’approccio all’interferenza non in termini di frequenze cocanali e adiacenti ma esclusivamente come potenza di una SRB che interviene nell’area di copertura di un'altra SRB. The peculiarity of this functional is the approach to interference not in terms of co-channel and adjacent frequencies but exclusively as the power of a RBS that intervenes in the coverage area of another RBS.

Questo concetto svincola il calcolo interferenziale del canale radio utilizzato in quanto ora si considera tutta la banda a disposizione o meglio un unico canale radio. This concept frees the interference calculation of the radio channel used as now we consider all the available band or rather a single radio channel.

Questo tipo di approccio è interessante per applicazioni UMTS dove il concetto di interferenza è maggiormente legato alle potenze in campo di una SRB rispetto ad un’altra SRB. This type of approach is interesting for UMTS applications where the concept of interference is more closely related to the power in the field of a RBS than to another RBS.

L’ottimizzazione del funzionale garantisce il massimo valore di C/I ottenibile su tutta l’area. Per meglio comprendere il meccanismo del funzionale consideriamo dapprima regioni suddivise in un unico pixel cioè n=l. Functional optimization guarantees the maximum C / I value obtainable over the entire area. To better understand the mechanism of the functional, we first consider regions divided into a single pixel, that is n = l.

Nell’ipotesi di avere 3 regioni coperte con tre SRB ubicate nel baricentro le possibili combinazioni per il controllo reciproco delle interferenze sono quelle riportate in Fig. 44. In the hypothesis of having 3 regions covered with three RBSs located in the center of gravity, the possible combinations for the mutual control of interference are those shown in Fig. 44.

All’alimentare di n=numero di pixel con cui è discretizzata una regione j le relazioni da controllare si incrementano di n volte, ad When feeding n = number of pixels with which a region j is discretized, the relations to be controlled increase by n times, for

esempio nel caso delle tre regioni viste se ogniuna fosse suddivisa in due pixel, anziché sei dovremmo controllare dodici relazioni differenti. example in the case of the three regions seen if each were divided into two pixels, instead of six we would have to check twelve different relations.

Banalmente ad esempio con due regioni ad un pixel le relazioni sono due: Trivially, for example, with two one-pixel regions there are two relationships:

P11-P12 = interferenza nella regione 1 causata dalla SRB 2 Il relativo reciproco: P11-P12 = interference in region 1 caused by child restraint 2 The relative reciprocal:

P22-P21 = interferenza nella regione 2 Causata dalla SRB1. Se i pixel di ogni regione sono portati a due allora definendo il seguente indice si ottiene: P22-P21 = interference in region 2 Caused by SRB1. If the pixels of each region are brought to two then by defining the following index we obtain:

le relazioni diventano 4: relationships become 4:

P111-P112 = interferenza nel pixel 1 della regione 1 causata dalla SRB 2 P111-P112 = interference in pixel 1 of region 1 caused by SRB 2

P121-P122 = interferenza nel pixel 2 della regione 1 causata dalla SRB 2 P121-P122 = interference in pixel 2 of region 1 caused by SRB 2

Il relativo reciproco : Its reciprocal:

P212-P2I 1 = interferenza nel pixel 1 della regione 2 causata dalla SRB 1 P212-P2I 1 = interference in pixel 1 of region 2 caused by SRB 1

P222-P221 = interferenza nel pixel 2 della regione 2 causata dalla SRB 1 P222-P221 = interference in pixel 2 of region 2 caused by SRB 1

Nella Fig. 45 è riportata una visualizzazione grafica. Fig. 45 shows a graphical display.

6.9.2 FUNZIONALE C/I CON SOGLIE PREFISSATE In modo simile a quanto visto per il funzionale sull’impatto ambientale anche in questo caso si è percorsa la filosofia di progettare un secondo funzionale Interferenza che rispetto a quello precedentemente visto tiene conto di soglie di C/I imposte come limiti oltre il quale non scendere. 6.9.2 C / I FUNCTIONAL WITH PREFIXED THRESHOLDS Similarly to what was seen for the functional on the environmental impact, in this case too the philosophy of designing a second functional Interference has been pursued which, compared to the one previously seen, takes into account C thresholds / I imposed as limits beyond which not to go down.

Per tale motivo durante il controllo per ogni pixel, se accade che il valore di C/I è migliore di quello minimo imposto allora il funzionale non si incrementa, altrimenti si. For this reason, during the check for each pixel, if it happens that the value of C / I is better than the minimum set, then the functional does not increase, otherwise it does.

Le formule sono uguali alle precedenti ma al posto del prodotto per Q(i j) è stata introdotta la differenza: The formulas are the same as the previous ones but instead of the product for Q (i j) the difference has been introduced:

All’interno del programma la formula iterativa impostata per questo funzionale e simile alla precedente con l’aggiunta di un IF di controllo: Within the program, the iterative formula set for this functional is similar to the previous one with the addition of a control IF:

Una volta stabilite le soglie di C/I, questo funzionale consente, di ottimizzare un area fissando dei limiti che non si vuole siano superati, pertanto può risultare utile quando si desidera migliorare la qualità come C/I di una zona fissando il valore desiderato minimo di C/I. Once the C / I thresholds have been established, this function allows you to optimize an area by setting limits that you do not want to be exceeded, therefore it can be useful when you want to improve the quality as C / I of an area by setting the minimum desired value. you say.

Riassumendo il primo tipo di funzionale tende ad un valore massimo di C/I raggiungibile, viceversa questo funzionale, fissato un valore di soglia tende almeno a rispettare quel valore. Summarizing, the first type of functional tends to a maximum reachable C / I value, vice versa this functional, once set a threshold value, tends at least to respect that value.

Se i valori sono migliori il funzionale non si incrementa altrimenti si. If the values are better, the functional is not incremented, otherwise it is.

Questo funzionale in particolare può essere utile nella diversificazione di aree di qualità, difatti in generale non serve ottimizzare un intera area in modo assoluto ma può invece essere This functional in particular can be useful in the diversification of quality areas, in fact in general it is not necessary to optimize an entire area in an absolute way but can instead be

utile migliorare di più un area a scapito di un’altra con scarsa presenza di traffico. It is useful to improve one area more at the expense of another with little traffic.

Per Tottemmento dei risultati è stato utilizzato questo funzionale. For Tottemmento of the results this functional was used.

6.10 FUNZIONALI PER LA COPERTURA 6.10 FUNCTIONALS FOR COVERAGE

6.10.1 FUNZIONALE _ MASSIMA COPERTURA SUL PIXEL 6.10.1 FUNCTIONAL _ MAXIMUM COVERAGE ON THE PIXEL

Questo funzionale ha l’obiettivo di massimizzare il livello di potenza ricevuto sul pixel, si comporta in modo opposto al funzionale sull’impatto ambientale. This functional aims to maximize the level of power received on the pixel, it behaves in the opposite way to the functional on the environmental impact.

L’utilità si ha soprattutto quando occorre tenere conto dell’impatto ambientale ma al tempo stesso si desidera che la copertura non venga meno, viceversa se alcune aree non sono soggette a vincoli di copertura allora su tali aree si può pesare maggiormente il funzionale sull’ impatto ambientale. The usefulness is especially when it is necessary to take into account the environmental impact but at the same time it is desired that the coverage does not fail, vice versa if some areas are not subject to coverage constraints then these areas can be more heavily influenced by the functional on the environmental impact.

Al pari degli altri funzionali viene immessa come dato di input una matrice di pixel corrispondente al livello di copertura in dBm desiderato per ogni pixel. Like the other functionals, a pixel matrix corresponding to the desired coverage level in dBm for each pixel is entered as input data.

Il funzionale tiene conto di questo peso, moltiplicando il valore della copertura calcolata per il peso assegnato al pixel. The functional takes this weight into account, multiplying the calculated coverage value by the weight assigned to the pixel.

Al pari del C/I se si vuole minimizzare un funzionale che deve tendere ad un valore assoluto grande è sufficiente utilizzare un segno meno davanti alla sommatoria. Like C / I, if you want to minimize a functional that must tend to a large absolute value, just use a minus sign in front of the sum.

Nel calcolo del valore del funzionale contribuiranno i termini a maggiore peso ovvero per ottenere un funzionale più grande in valore assoluto, l’algoritmo genetico disporrà le SRB in maniera tale che la potenza ricevuta sul pixel di maggiore peso sia la più grande possibile. In the calculation of the functional value, the heavier terms will contribute or to obtain a larger functional in absolute value, the genetic algorithm will arrange the SRBs in such a way that the power received on the heavier pixel is as large as possible.

Per ogni regione best server di una SRB si valuta prima la potenza sul pixel poi, si moltiplica tale potenza per il valore del peso assegnato alla matrice di input sui livelli di copertura discretizzati. In formule si ha: For each best server region of an SRB, the power on the pixel is first evaluated, then this power is multiplied by the value of the weight assigned to the input matrix on the discretized coverage levels. In formulas we have:

All’intemo del programma sw, le sommatorie sono state ottenute assegnando alla medesima variabile la somma eseguita iterativamente ed inizializzando la variabile a zero. Within the sw program, the summations were obtained by assigning the sum performed iteratively to the same variable and initializing the variable to zero.

Il tutto è riportato nelle equazioni seguenti: This is all reported in the following equations:

FUNZIONALE PER RISPETTARE LA COPERTURA MINIMA FUNCTIONAL TO COMPLY WITH THE MINIMUM COVERAGE

Anche per questo funzionale si è percorsa la filosofia congiunta di trovare una equazione per rispettare un preassegnato livello di copertura anziché cercare il massimo valore. Also for this functional, the joint philosophy of finding an equation to respect a pre-assigned level of coverage rather than seeking the maximum value has been pursued.

Precisamente il funzionale trovato, si incrementa solo se il livello di campo misurato sul pixel è minore del livello di copertura richiesto su quel pixel. Precisely the functional found, it increases only if the level of field measured on the pixel is lower than the level of coverage required on that pixel.

Per esempio se il livello minimo dato in input è di -60 dBm, ed il livello trovato è pari a -80 dBm allora il funzionale si incrementa, questo da la possibilità aH’algoritmo genetico di cercare un valore minore per quel funzionale mediante una disposizione migliore delle SRB. For example, if the minimum level given in input is -60 dBm, and the level found is equal to -80 dBm then the functional increases, this gives the possibility to the genetic algorithm to search for a lower value for that functional by means of an arrangement better than SRBs.

Le formule sono simili alle precedenti, al posto della moltiplicazione si usa una sottrazione: The formulas are similar to the previous ones, a subtraction is used instead of multiplication:

All’ interno del programma le sommatorie sono state implementate nel modo seguente: Within the program, the summations have been implemented as follows:

6.10.3 OSSERVAZIONI SUI FUNZIONALI ANALIZZATI Relativamente ai funzionali visti, tranne il funzionale sul traffico tutti gli altri hanno sia la possibilità di essere minimizzati senza alcuna soglia oppure, di tenere conto di soglie o livelli dati in ingresso. 6.10.3 OBSERVATIONS ON THE FUNCTIONALS ANALYZED With regard to the functionalities seen, except the functional on traffic, all the others have the possibility of being minimized without any threshold or, of taking into account thresholds or input data levels.

Inoltre i funzionali sull’impatto ambientale e sull’interferenza tendono a disporre le SRB sui bordi dell’area mentre i funzionali sul traffico e sulla copertura, in modo complementare, tendono a dispone le SRB verso la zona a maggiore peso che nel nostro esempio di città ideale coincide con il centro del rettangolo. Furthermore, the functionals on environmental impact and on interference tend to arrange the child restraints on the edges of the area while the functionals on traffic and on the coverage, in a complementary way, tend to arrange the child restraints towards the area with greater weight than in our example of ideal city coincides with the center of the rectangle.

Un comportamento congruente lo si osserva per le potenze ed i tilt trovati dal genetico: A congruent behavior is observed for the powers and tilts found by the genetic:

I. Ambientale si ha minima potenza e massimo tilt antenne; Traffico si ha minima distanza SRB Sorgente traffico; Copertura massima potenza emessa e minimo tilt antenne; Interferenza massimo Tilt Antenne; I. Environmental you have minimum power and maximum tilt antennas; Traffic there is minimum distance SRB Traffic source; Maximum coverage of emitted power and minimum tilt antennas; Maximum interference Tilt Antennas;

I funzionali con la soglia prefissata di limite da non prevaricare, si possono usare in combinazione con alcuni dei funzionali che tendono al massimo della minimizzazione. The functionals with the predetermined limit threshold not to override, can be used in combination with some of the functionals that tend to the maximum of minimization.

Questo approccio di progetto è utile quando per esempio si desidera il minimo impatto ambientale possibile ma nello stesso tempo si vuole assicurare una fissata qualità del servizio a livello di copertura, C/I, e capacità di traffico smaltito. This design approach is useful when, for example, you want the minimum possible environmental impact but at the same time you want to ensure a fixed quality of service at the level of coverage, C / I, and capacity for disposed of traffic.

6.11 FUNZIONALE PER LA DISTANZA DI POWER CONTROL 6.11 FUNCTIONAL FOR POWER CONTROL DISTANCE

Come precedentemente spiegato nel corso del primo e secondo capitolo la prestazione di Power Control permette sia alla SRB sia al Mobile di aumentare o ridurre la potenza di trasmissione airintemo di una finestra prestabilita. As previously explained in the first and second chapter, the Power Control performance allows both the SRB and the Mobile to increase or reduce the transmission power within a predetermined window.

Tali variazioni dipendono fondamentalmente dal livello di potenza ricevuto e dalla qualità intesa come BER misurato sul collegamento radio, Down-link se si considera la tratta radio da SRB a Mobile, Up-link se viceversa si considera la tratta radio da Mobile a SRB. These variations basically depend on the received power level and on the quality understood as BER measured on the radio link, Down-link if we consider the radio section from SRB to Mobile, Up-link if vice versa we consider the radio section from Mobile to SRB.

Se si considera una situazione ideale di interferenza nulla, allora sui può ipotizzare che la potenza di trasmissione sia regolata solo in funzione del livello di potenza ricevuto che è funzione della tratta radio tra SRB e Mobile. If we consider an ideal situation of zero interference, then we can hypothesize that the transmission power is regulated only as a function of the received power level which is a function of the radio section between the SRB and Mobile.

Assumiamo corretto il bilanciamento di tratta e consideriamo per semplicità la tratta Down Link. We assume that the line balancing is correct and consider the Down Link section for simplicity.

Se il progetto di ubicazione delle SRB viene svolto tenendo conto del massimo raggio di copertura oltre la quale il Power Control non riesce più a limitare la potenza di trasmissione, allora otterremmo di ubicare le SRB ad una interdistanza massima che consenta di sfruttare a pieno tale funzionalità. If the project for the location of the child restraints is carried out taking into account the maximum coverage range beyond which the Power Control is no longer able to limit the transmission power, then we would obtain the location of the child restraint systems at a maximum interdistance that allows to take full advantage of this functionality. .

Se questo fosse possibile, la potenza mediamente emessa nel tempo ovvero l’energia associata al campo elettromagnetico irradiato, sarebbe mediamente minore della massima possibile, questo approccio migliorerebbe molto la qualità del servizio offerto sia come impatto ambientale si come rapporto C/I. If this were possible, the average power emitted over time, or the energy associated with the radiated electromagnetic field, would be on average less than the maximum possible. This approach would greatly improve the quality of the service offered both in terms of environmental impact and C / I ratio.

Il funzionale che viene introdotto ora tiene conto di tale distanza e cerca di ottenere una copertura massima della cella pari a tale distanza, è ovvio che immediatamente vicino occorre un’altra cella adiacente che fornisca in modo analogo la copertura radio necessaria per il servizio. The functional that is introduced now takes this distance into account and tries to obtain a maximum coverage of the cell equal to this distance, it is obvious that immediately nearby another adjacent cell is needed that similarly provides the radio coverage necessary for the service.

Ne consegue una disposizione delle celle ad una certa distanza massima dei pixel da lei stessa coperti come best server, tale distanza può essere data come input al programma e dipende con le ipotesi fatte solo dall’ambiente di propagazione considerato. Nella figura 46 è riportata un visualizzazione del P.Control in funzione di tali distanze. The result is an arrangement of the cells at a certain maximum distance of the pixels it covers itself as the best server, this distance can be given as input to the program and depends on the assumptions made only on the propagation environment considered. Figure 46 shows a display of the P.Control as a function of these distances.

Ponendo Pref la potenza di riferimento, in assenza di interferenza, che si vuole ricevere nella zona in cui viene attivato il P.Control (di solito -90 dBm) si ha: By setting Pref the reference power, in the absence of interference, that you want to receive in the area where the P. Control is activated (usually -90 dBm) you have:

finché r < Don, la potenza di uscita è maggiore di Pref; as long as r <Don, the output power is greater than Pref;

per Don < r < Doff viene attivato il P.C. per la dinamica della SRB; for Don <r <Doff the P.C. is activated. for the dynamics of the child restraint;

per r > Doff, la SRB trasmette a potenza massima; for r> Doff, the SRB transmits at maximum power;

per r = Dmax la potenza ricevuta è pari alla sensibilità del ricevitore (di solito -104 dBm). for r = Dmax the received power is equal to the sensitivity of the receiver (usually -104 dBm).

Nella zona di regolazione, l’andamento del EIRP (dBm) è opposto a quello dell’attenuazione e dunque sarà proporzionale a: In the regulation area, the EIRP trend (dBm) is opposite to that of the attenuation and therefore will be proportional to:

il coefficiente alfa può assumere valori 2 , 3, 4 ,5 a seconda del modello con cui il campo si propaga nella città, di solito circa 3 o 4. the alpha coefficient can assume values of 2, 3, 4, 5 depending on the model with which the field propagates in the city, usually about 3 or 4.

In sintesi determinando le varie distanze Don , Doff, Dmax, ed ipotizzando una distribuzione uniforme dei clienti aH’intemo della cella si arriva infine a determinare 1ΈΓΚΡ medio che si vuole minimizzare. In summary, by determining the various distances Don, Doff, Dmax, and assuming a uniform distribution of customers within the cell, we finally arrive at determining the average 1ΈΓΚΡ to be minimized.

Don: se Pr e la potenza ricevuta allora si ha: Don: if Pr is the received power then we have:

Doff Doff

Dmax Essendo Pr la potenza ricevuta si ha: Dmax Pr being the received power, we have:

Nella regione compresa tra Don e Doff si può determinare la Potenza ricevuta che è uguale a Pref grazie al P.Control, pertanto Pref = costante e di conseguenza la potenza trasmessa EIRP deve compensare il termine di attenuazione. In the region between Don and Doff it is possible to determine the received Power which is equal to Pref thanks to the P.Control, therefore Pref = constant and consequently the EIRP transmitted power must compensate for the attenuation term.

Esprimendo la propagazione in unità del sistema intemazionale si ottiene: Expressing the propagation in units of the international system we obtain:

La potenza media in una determinata direzione di propagazione è pertanto una media sulla distanza r. The average power in a given direction of propagation is therefore an average over the distance r.

Per usare tale equazione tenendo conto del traffico si è fatta l’ipotesi di una densità di probabilità costante che l’utente si trovi ad una certa distanza r dalla SRB. Usando una densità di probabilità che tiene conto del fatto che solitamente gli utenti sono in ambito urbano più densamente distribuiti vicino alla SRB allora To use this equation taking into account the traffic, the hypothesis was made of a constant probability density that the user is at a certain distance r from the SRB. Using a probability density that takes into account the fact that users are usually more densely distributed in urban areas near the child restraint then

moltiplicando i tre termini per tale densità di probabilità si ottiene una forma analoga di potenza media emessa: multiplying the three terms by this probability density we obtain an analogous form of average emitted power:

Come evidente dall’ultima equazione e dal grafico iniziale, il temine di potenza che pesa maggiormente sull’energia irradiata dalla SRB è quello relativo alla differenza (Dmax-Doff) che corrisponde sempre alla massima potenza emessa. As evident from the last equation and the initial graph, the term of power that weighs most on the energy radiated by the SRB is that relating to the difference (Dmax-Doff) which always corresponds to the maximum power emitted.

Il funzionale trovato cerca di ridurre al minimo tale termine. The functional found tries to minimize this term.

Precisamente essendo nota la distanza dei pixel della Best Server dalla SRB, si può far tendere tale distanza alla distanza di Doff oltre la quale la funzionalità di Power Control non riesce più a limitare la potenza emessa. Precisely since the distance of the pixels of the Best Server from the SRB is known, this distance can be stretched to the Doff distance beyond which the Power Control function is no longer able to limit the emitted power.

La implementazione della formula in termini di sommatorie è la seguente: The implementation of the formula in terms of summations is as follows:

La implementazione delle sommatorie nel programma è stata eseguita in questo modo: The implementation of summations in the program was done like this:

Come al solito la variabile di somma iterativa CostDist, è settata a zero all’inizio dei calcoli per ogni nuovo cromosoma. As usual, the iterative sum variable CostDist is set to zero at the beginning of the calculations for each new chromosome.

II valore assoluto della differenza (raggio-Doff), permette al funzionale di essere minimizzato verso lo zero quando le due distanze tendono ad essere uguali. The absolute value of the difference (radius-Doff) allows the functional to be minimized towards zero when the two distances tend to be equal.

Il valore assoluto non era stato usato in un primo momento, in quanto si riteneva che se le distanze tra SRB e pixel servito, fossero state minori di Doff, la qualità della rete ne avrebbe risentito positivamente. The absolute value was not used at first, as it was believed that if the distances between the SRB and the pixel served were less than Doff, the quality of the network would be positively affected.

In realtà si è visto che l’algoritmo posizionava non sempre in modo ottimale le SRB, in alcuni casi le ubicava troppo vicine. Con questo accorgimento invece si forza il genetico a trovare le soluzioni più vicine a quanto stabilito per Doff. In reality, it has been seen that the algorithm did not always position the RBSs optimally, in some cases it placed them too close. With this device, however, the geneticist is forced to find the solutions closest to what was established for Doff.

La progettazione della rete tenendo conto di tale funzionalità porta a ridurre le interferenze, Γ impatto ambientale e quindi fornire un servizio qualitativamente ottimale. The design of the network taking this functionality into account leads to reduce interference, Γ environmental impact and therefore provide a qualitatively optimal service.

Normalmente quando nasce una Rete Radiomobile non sempre è possibile seguire questo criterio di progetto sia per motivi economici sia per vincoli ambientali o urbanistici, solitamente una capillarità della rete si raggiunge nel tempo distribuendo gli investimenti, e inseguendo il traffico che cresce. Normally when a mobile radio network is born it is not always possible to follow this project criterion both for economic reasons and for environmental or urban constraints, usually a capillarity of the network is reached over time by distributing the investments, and chasing the traffic that grows.

Un semplice calcolo della distanza Doff a 900 Mhz con un coefficiente di propagazione pari a 3 restituisce A simple calculation of the Doff distance at 900 Mhz with a propagation coefficient of 3 returns

Pertanto al fine di ottenere il migliore funzionamento del P.Control occorre che il raggio di copertura Best Server della SRB non vada di molto oltre tale distanza. Therefore, in order to obtain the best functioning of the P.Control it is necessary that the Best Server coverage range of the SRB does not go much beyond this distance.

Se poi si tiene conto di un margine di interferenza di altri 10 dB, si ha che il campo ricevuto deve essere intorno a -80 dBm cosicché la distanza di Power Control si riduce dalla metà cioè a If we then take into account an interference margin of another 10 dB, we have that the received field must be around -80 dBm so that the Power Control distance is reduced by half that is to

Tale distanza è proprio quella ricavata nel modello di traffico di Ancona discusso con la teoria del Cluster nel capitolo Traffico. This distance is precisely that obtained in the Ancona traffic model discussed with the Cluster theory in the Traffic chapter.

Tale distanza inoltre è vicina a quella di 1,5 Km determinata con le misure riportate su un caso reale nel capitolo Misure. Il calcolo della Dmax con i medesimi coefficienti ma con Pref=Prmm=- 1 Q4 dBm porta ad una Dmax = 7 Km circa. This distance is also close to that of 1.5 Km determined with the measurements reported on a real case in the Measurements chapter. The calculation of the Dmax with the same coefficients but with Pref = Prmm = - 1 Q4 dBm leads to a Dmax = 7 Km approximately.

Nel programma è stata inserita Doff=l,100 metri. Doff = l, 100 meters has been entered in the program.

I risultati sono esattamente quelli aspettati ovvero una distribuzione uniforme delle SRJB. The results are exactly as expected, ie a uniform distribution of the SRJBs.

6.12 FUNZIONALE RENDIMENTO SRB 6.12 FUNCTIONAL PERFORMANCE SRB

Questo funzionale si propone di trovare una disposizione delle SRB con il fine di garantire il massimo rendimento sul traffico telefonico offerto (potenzialmente offerto dal cliente che desidera telefonare). This function aims to find an arrangement of the SRBs with the aim of guaranteeing the maximum yield on the telephone traffic offered (potentially offered by the customer who wishes to call).

Il rendimento può essere visto come il rapporto tra il traffico smaltito dalla SRB ed il costo relativo della SRB, aH’aumentare del traffico smaltito da un impianto aumenta anche il rendimento deirimpianto. The yield can be seen as the ratio between the traffic disposed of by the child restraint and the relative cost of the child restraint, increasing the traffic disposed of by a plant also increases the yield of the plant.

Un unico impianto che potesse teoricamente smaltire tutto il traffico di una città costerebbe sicuramente meno rispetto all 'utilizzo di tante SRB. A single system that could theoretically dispose of all the traffic in a city would certainly cost less than the use of many SRBs.

Una tale ipotesi non è possibile nella realtà principalmente per motivi di qualità del servizio. Such a hypothesis is not possible in reality mainly for reasons of service quality.

Una rete di molte SRB garantisce anzitutto la disponibilità del servizio, ovvero se una SRB non funziona si ha un disservizio localizzato nella zona di competenza di quella SRB inoltre anche con l’ipotesi di tasso di guasto nullo, essendo la risorsa frequenziale molto limitata, cioè avendo a disposizione un limitato gruppo di canali radio, con un unico impianto SRB, non si potrebbe in ogni caso servire una grande mole di traffico. A network of many child restraints guarantees first of all the availability of the service, that is, if a child restraint system does not work, there is a disruption located in the area of competence of that child restraint and also with the hypothesis of a zero failure rate, as the frequency resource is very limited, i.e. having a limited group of radio channels available, with a single SRB system, it would not be possible in any case to serve a large amount of traffic.

Un modello basato sulla teoria del cluster quindi garantisce non solo una efficienza in termini di smaltimento del traffico ma soprattutto in termini di C/l. A model based on the cluster theory therefore guarantees not only efficiency in terms of traffic disposal but above all in terms of C / l.

Da questo ragionamento segue che una distribuzione di SRB, tale che ogni SRB smaltisca equivalentemente alle altre il massimo del traffico offerto, garantisce automaticamente il massimo del rendimento. From this reasoning it follows that a distribution of child restraints, such that each child restraint disposes of the maximum amount of traffic offered equivalent to the others, automatically guarantees the maximum yield.

Con un esempio si può esplicitare il funzionale da ottimizzare: La prima ipotesi di partenza è un traffico offerto totale di 9 erlang distribuiti sull’area di riferimento in modo uniforme, With an example, the functional to be optimized can be explained: The first starting hypothesis is a total traffic offered of 9 erlangs distributed over the reference area evenly,

La seconda ipotesi è che esistono 3 SRB da utilizzare; Q se ogni SRB è disposta in modo da poter servire 3 erlang, allora moltiplicando 3*3*3=27. si ottiene un valore massimo per quella data totalità di traffico offerto. The second hypothesis is that there are 3 child restraints to be used; Q if each SRB is arranged so that it can serve 3 erlangs, then multiply 3 * 3 * 3 = 27. a maximum value is obtained for that given totality of traffic offered.

Viceversa se le SRB smaltiscono quantità diverse da 3 erlang il loro prodotto risulterà un numero minore. Conversely, if the SRBs dispose of quantities other than 3 erlang, their product will result in a smaller number.

Per esempio For instance

SRB 1=1 erlang; SRB 1 = 1 erlang;

SRB2=3 erlang; SRB2 = 3 erlang;

SRB3=5 erlang; SRB3 = 5 erlang;

allora il prodotto di 1*3*5=15 che è più piccolo di 21 ottenuto precedentemente, pertanto a parità di traffico totale di 9 erlang dell’area, massimizzando la porzione di traffico per ogni SRB, si ottiene il massimo rendimento della nostro progetto di rete. then the product of 1 * 3 * 5 = 15 which is smaller than 21 obtained previously, therefore for the same total traffic of 9 erlangs of the area, maximizing the portion of traffic for each RBS, we obtain the maximum performance of our project of network.

La Fig. 47 riporta in scala il traffico servito da ogni SRB; le aree dei cerchi rappresentano la porzione di traffico spettante ad ogni cella. Fig. 47 scales the traffic served by each child restraint; the areas of the circles represent the portion of traffic due to each cell.

Nel caso che le celle servano singolarmente un traffico pari al totale del traffico offerto, diviso il numero dei siti a disposizione, allora il prodotto delle aree è massimo. If the cells individually serve traffic equal to the total traffic offered, divided by the number of sites available, then the product of the areas is maximum.

Il funzionale cercato tiene conto dei dati di input sul traffico di ogni pixel e fa in modo che il traffico totalizzato da ogni SRB sia massimo ed uguale a quello spettante alle altre SRB. The functional sought takes into account the traffic input data of each pixel and ensures that the traffic totaled by each SRB is maximum and equal to that due to the other SRBs.

Non vi è incongruenza con il modello di disposizione a Cluster che prevede SRB uniformemente ubicate nei vertici degli esagoni. Se si suppone che i costi di ogni impianto siano costanti ed indipendenti dal punto di ubicazione allora facilmente si ottiene il rendimento del progetto di rete proposto. There is no inconsistency with the Cluster arrangement model which provides for RBSs uniformly located in the vertices of the hexagons. If it is assumed that the costs of each plant are constant and independent of the location, then the efficiency of the proposed network project is easily obtained.

Anche in questo caso sono state considerate le due modalità già viste per gli altri funzionali ovvero trovare il valore minimo in assoluto oppure considerare il valore minimo rispetto ad una soglia di traffico. Also in this case, the two modes already seen for the other functionalities have been considered, ie finding the absolute minimum value or considering the minimum value with respect to a traffic threshold.

Prima modalità: First mode:

Quanto maggiore è la somma del traffico per ogni SRB, tanto maggiore è il denominatore e quindi la funzione Costo sarà minima. The greater the sum of traffic for each SRB, the greater the denominator and therefore the Cost function will be minimal.

A livello del programma tale funzionale è stato inserito nel modo seguente: At the program level, this functional has been inserted as follows:

Allo stesso modo all’ aumentare del traffico CostServ di ogni cella Best Server si riduce il funzionale Costo che rappresenta l’efficienza In the same way, as the CostServ traffic of each Best Server cell increases, the functional Cost which represents efficiency decreases

2Modalità 2Mode

Sommando il traffico di input su tutti i pixel e dividendo il totale trovato per il numero di celle esistenti, si trova il traffico che idealmente ogni cella dovrebbe tendere a soddisfare. By adding the input traffic across all pixels and dividing the total found by the number of existing cells, we find the traffic that ideally each cell should tend to satisfy.

Il funzionale viene minimizzato quando la differenza in valore assoluto tra questo valore di traffico, ed il valore da lei effettivamente smaltito è la minore possibile possibilmente zero. The functional is minimized when the difference in absolute value between this traffic value and the value actually disposed of is the lowest possible, possibly zero.

La implementazione nel programma è stata effettuata in questo modo: The implementation in the program was done like this:

In questo caso se ogni SRB smaltisse esattamente la porzione di traffico impostata con TraffTOT , allora il funzionale tenderebbe a zero. In this case, if each SRB disposed of exactly the portion of traffic set with TraffTOT, then the functional would tend to zero.

Pertanto il L’Algoritmo Genetico cercherà una disposizione delle SRB, delle potenze e dei tilt tale da assicurare una copertura che consenta il raggiungimento di questo obiettivo. Therefore, the Genetic Algorithm will seek an arrangement of the SRBs, powers and tilts such as to ensure coverage that allows the achievement of this goal.

Per ottenimento dei risultati finali è stata usato il primo funzionale. The first functional was used to obtain the final results.

6.13 AFFINAMENTO DEL FUNZIONALE RENDIMENTO Un affinamento del modello consiste nel tenere conto di altri fattori che possono essere dati in ingresso come matrici di dati, questi fattori possono essere pesati a seconda della zona al pari del C/T o del traffico, la tabella sotto mostra un esempio di pesi da 1 a 10 che teoricamente potrebbero essere dati in ingresso, la determinazione di un funzionale che ne tenga conto non è affatto banale in quanto le variabili in gioco sono molte e correlate tra loro. 6.13 REFINEMENT OF THE FUNCTIONAL PERFORMANCE A refinement of the model consists in taking into account other factors that can be input as data matrices, these factors can be weighed according to the area as well as the C / T or traffic, the table below shows an example of weights from 1 to 10 that theoretically could be input, the determination of a functional that takes them into account is not at all trivial as the variables involved are many and correlated with each other.

I pesi dati sono solo un esempio di come potrebbe concretizzarsi un ragionamento per la determinazione del Costo Opportunità di realizzare un impianto visto non solo dal punto di vista prettamente tecnico. The weights given are just an example of how a reasoning for determining the Opportunity Cost of building a plant could take shape not only from a purely technical point of view.

Per non complicare i dati da inserire nel programma i costi delle SRB sono stati per il momento considerati costanti su tutta l’area. CAPITOLO 7 In order not to complicate the data to be included in the program, the costs of the child restraints have for the moment been considered constant over the entire area. CHAPTER 7

RISULTATI OTTENUTI DAI SINGOLI FUNZIONALI RESULTS OBTAINED BY THE INDIVIDUAL FUNCTIONALS

In questo capitolo sono riportati i risultati grafici ottenuti mediante l’algoritmo genetico applicato, secondo un'implementazione preferita, all’ottimizzazione di una Rete GSM Urbana. This chapter shows the graphical results obtained using the genetic algorithm applied, according to a preferred implementation, to the optimization of an Urban GSM Network.

7.1 SINTESI 7.1 SUMMARY

Il presente trovato costituisce uno strumento per la ottimizzazione della rete di accesso radio nell’ambito della telefonia mobile GSM. The present invention constitutes a tool for optimizing the radio access network in the field of GSM mobile telephony.

La realizzazione del metodo secondo l'invenzione si compone di quattro sezioni: The implementation of the method according to the invention consists of four sections:

Individuazione delle azioni utili per la progettazione/ottimizzazione della rete di accesso radio GSM; - Scelta di un algoritmo per la determinazione delle soluzioni migliori, nel nostro caso si utilizza un algoritmo di tipo genetico; - Progettazione dei funzionali che traducono in equazioni matematiche le esigenze di progettazione/ottimizzazione della rete di accesso radio GSM; Identification of useful actions for the design / optimization of the GSM radio access network; - Choice of an algorithm to determine the best solutions, in our case a genetic algorithm is used; - Design of functionals that translate the design / optimization needs of the GSM radio access network into mathematical equations;

- Scelta del linguaggio SW per la realizzazione del programma che implementa i funzionali all’ interno dell’algoritmo genetico, quale per esempio Matlab. - Choice of the SW language for the creation of the program that implements the functionals within the genetic algorithm, such as for example Matlab.

Il programma sviluppato fornisce le soluzioni dei vari funzionali in forma grafica attraverso una rappresentazione delle aree di copertura in modo simile a quanto fatto da programmi di simulazione evoluti. The developed program provides the solutions of the various functional in graphic form through a representation of the coverage areas in a similar way to what is done by advanced simulation programs.

Il programma fornisce anche una serie di dati numerici sulle potenze, calcolate. The program also provides a series of numerical data on the calculated powers.

L’elasticità del programma realizzato consente di studiare la rete da progettare o ottimizzare da diversi punti di vista: The flexibility of the program created allows you to study the network to be designed or optimized from different points of view:

- Ottimizzazione dell’Impatto ambientale; - Optimization of the environmental impact;

- Ottimizzazione del Rendimento sul traffico servito; - Optimization of the yield on the traffic served;

- Ottimizzazione delle Prestazioni di rete; - Network Performance Optimization;

- Otimizzazione della Qualità del servizio intesa come rapporto C/I; - Optimization of the quality of service understood as C / I ratio;

- Otimizzazione della Qualità del sei-vizio intesa come livello di Copertura radioelettrica. - Optimization of the quality of the six-vice understood as the level of radioelectric coverage.

Il programma permete l’uso combinato dei funzionali, pertanto è possibile valutare come cambia la disposizione delle SRB se si pesa maggiormente un funzionale piutosto che un altro, tale opportunità è affrontata nell’ultimo capitolo. The program allows the combined use of functionals, therefore it is possible to evaluate how the arrangement of the RBS changes if one functional is weighed more than another, this opportunity is addressed in the last chapter.

Come evidenziato nel capitolo 6 relativo ai funzionali, vi sono cinque indici da ottimizzare che possono essere rappresentati su un grafico pentagonale. As highlighted in chapter 6 on functionals, there are five indexes to be optimized which can be plotted on a pentagonal graph.

Maggiore è l’area della figura all’interno del pentagono migliore è la qualità della soluzione trovata per il progeto/otimizzazione di rete. The greater the area of the figure within the pentagon, the better the quality of the solution found for the network design / optimization.

Al fine di otenere questa rappresentazione sono stati individuati i valori massimi e minimi di ogni funzionale, questo risultato si ottiene facendo girare il programma per un funzionale alla volta e osservando il valore massimo e minimo del funzionale relativo. Per ogni funzionale sono stati inoltre annotati i valori massimi e minimi assunti dagli altri funzionali, questo ha permesso facilmente di costruire il grafico pentagonale sul quale per ogni funzionale normalizzato è possibile osservare la variazione assunta dai restanti funzionali. Per eseguire la normalizzazione dei valori si è fato uso della formula soto riportata: In order to obtain this representation, the maximum and minimum values of each functional have been identified, this result is obtained by running the program for one functional at a time and observing the maximum and minimum value of the relative functional. For each functional, the maximum and minimum values assumed by the other functionals were also noted, this made it possible to easily construct the pentagonal graph on which for each normalized functional it is possible to observe the variation assumed by the remaining functionals. To perform the normalization of the values, the following formula was used:

Questo sistema di variazione percentuale sulla distanza tra il valore massimo e minimo dei funzionai] permette di avere la medesima scala di riferimento, in particolare quando il funzionale assume il minimo valore pari a Xminimo allora sul grafico il valore di Y sarà pari al 100% cioè a 1, pertanto il funzionale corrispondente è minimizzato. I vertici del pentagono rappresentano nel modo considerato i minimi assoluti di ogni funzionale. This system of percentage variation on the distance between the maximum and minimum value of the functions] allows to have the same reference scale, in particular when the functional assumes the minimum value equal to Xminimal then on the graph the value of Y will be equal to 100%, that is to 1, therefore the corresponding functional is minimized. The vertices of the pentagon represent in the way considered the absolute minima of each functional.

Quello che evidenzia il grafico è pertanto la distanza del funzionale dal suo valore minimo. What the graph highlights is therefore the distance of the functional from its minimum value.

Questa considerazione è importante in quanto durante l’evoluzione del genetico, un funzionale può sia migliorare sia peggiorare, quello che conta è il valore finale assunto, quanto più il valore raggiunto si avvicina al minimo assoluto trovato per quel funzionale, tanto migliore è la ottimizzazione di rete che il funzionale rappresenta. This consideration is important as during the evolution of the genetic, a functional can both improve and worsen, what matters is the final value assumed, the more the value reached approaches the absolute minimum found for that functional, the better the optimization. network that the functional represents.

Questa modalità di normalizzazione è stata anche adoperata per la combinazione di più funzionali attraverso la loro somma normalizzata. This normalization mode has also been used for the combination of several functionals through their normalized sum.

Questo artificio è stato necessario in quanto i range di variazione ed i valori dei vari funzionali sono molto diversi tra loro, pertanto la semplice somma dei funzionali vedeva sempre il prevalere del funzionale a maggior valore. This artifice was necessary because the variation ranges and the values of the various functionals are very different from each other, therefore the simple sum of the functionals always saw the prevalence of the functional with the highest value.

La tabella sotto riporta i valori assunti dai funzionali durante la loro evoluzione singola: The table below shows the values assumed by the functionals during their single evolution:

Nel seguito delle figure a partire da figura 48 sono considerati i grafici pentagonali, successivamente negli altri paragrafi ogni funzionale viene analizzato in dettaglio. In the following of the figures starting from figure 48 the pentagonal graphs are considered, subsequently in the other paragraphs each functional is analyzed in detail.

A- Funzionale copertura con limiti impostati per pixel. A- Functional coverage with limits set per pixel.

Questo funzionale, cosi' come riportato in figura 48, ha impatto sugli indici: This functional, as reported in figure 48, has an impact on the indices:

- Copertura che è massimizzata secondo i vincoli imposti come ci si aspettava; - Coverage that is maximized according to the constraints imposed as expected;

- Impatto ambientale minimo in assoluto che non si riduce dal momento che aumentano i livelli di copertura nelle aree a maggiore impatto ambientale; - Absolute minimum environmental impact that is not reduced as coverage levels increase in areas with greater environmental impact;

- C/I che non migliora in quanto un aumento dei livelli di copertura non implica un miglioramento del C/I; - C / I that does not improve as an increase in coverage levels does not imply an improvement in C / I;

- Rendimento che migliora in quanto un aumento della copertura permette alla SRB di catturare una mole di traffico maggiore; - Performance which improves as an increase in coverage allows the SRB to capture a greater amount of traffic;

- Distanza delle SRB dalle sorgenti di traffico che viene ridotta in quanto le SRB sono ubicate maggiormente vicino alle zone da coprire con più elevati livelli di segnale. - Distance of the child restraint from the traffic sources which is reduced as the child restraint systems are located closer to the areas to be covered with higher signal levels.

B- Funzionale Impatto Ambientale minimo in assoluto. B- Functional Absolute minimum environmental impact.

Questo funzionale come mostrato in figura 49 interlavora con i seguenti indici: This functional as shown in figure 49 works with the following indices:

- Impatto ambientale migliora in quanto il livello del segnale diviene molto basso; - Environmental impact improves as the signal level becomes very low;

- Il C/I è il peggiore in assoluto in quanto nella zona a maggiore C/I richiesto nessuna cella è Best Server con livelli buoni di segnale; - The C / I is the absolute worst as in the area with the highest C / I required no cell is Best Server with good signal levels;

- Il rendimento è basso in quanto alcune celle poste sul bordo dell’area catturano pochissimo traffico; - The performance is low as some cells placed on the edge of the area capture very little traffic;

- La distanza delle stazioni radio base dalle sorgenti di traffico tende al massimo per ridurre l’impatto ambientale - The distance of the base stations from the traffic sources tends to the maximum to reduce the environmental impact

- La copertura è tendente a zero, il limite minimo viene dato solo dal limite inferiore dei 33 dBm fissati per i ricetrasmettitori delle SRB - Coverage tends to zero, the minimum limit is given only by the lower limit of 33 dBm set for RBS transceivers

C- Funzionale rapporto C/I con limiti minimi impostati per pixel Questo funzionale come mostrato in figura 50 produce gli effetti che seguono. C- Functional C / I ratio with minimum limits set per pixel This functional as shown in figure 50 produces the following effects.

- Il C/I è ovviamente Ottimizzato al massimo; - The C / I is obviously Optimized to the maximum;

- Il rendimento migliora dal momento che le SRB sono disposte ad una certa interdistanza che, garantendo un migliore C/I favorisce di conseguenza una migliore e maggiore area di Best Server per il traffico; - The performance improves since the SRBs are arranged at a certain interdistance which, by guaranteeing a better C / I, consequently favors a better and greater Best Server area for traffic;

- La distanza delle SRB dalle sorgenti di traffico viene minimizzata dal momento che per aumentare il C/I nella aree a maggiore Traffico, le SRB sono poste maggiormente vicino a queste. - The distance of the child restraint systems from the traffic sources is minimized since to increase the C / I in the areas with greater traffic, the child restraints are placed closer to them.

- Il livello di copertura radio reciprocamente al funzionale Copertura con il C/I, non è molto influenzato dal C/I; è possibile infatti avere un C/I elevato sia in zone ad elevato livello di segnale sia in zone con livelli di copertura minori; - The level of radio coverage, reciprocally to the functional Coverage with the C / I, is not much influenced by the C / I; in fact, it is possible to have a high C / I both in areas with a high signal level and in areas with lower coverage levels;

- Impatto ambientale viene migliorato dal momento che le SRB non vengono posizionate nel baricentro delle aree a maggiore C/I ma in prossimità di queste. - Environmental impact is improved since the child restraints are not positioned in the center of gravity of the areas with higher C / I but in proximity to them.

Tale peculiarità deriva dal fatto che il funzionale dovendo garantire un livello di copertura di x db maggiore delle interferenti, non ha bisogno di massimizzare il livello di copertura in modo assoluto. This peculiarity derives from the fact that the functional having to guarantee a coverage level of x db higher than the interfering ones, does not need to absolutely maximize the coverage level.

D- Funzionale distanza minima SRB dalla sorgente di traffico Questo funzionale produce gli effetti elencati di seguito con riferimento alla Fig. 51. D- Functional minimum distance SRB from the traffic source This functional produces the effects listed below with reference to Fig. 51.

- La distanza delle SRB dalle sorgenti a maggiore traffico è ovviamente ridotta al minimo; - The distance of the RBS from the sources with the greatest traffic is obviously reduced to a minimum;

- La copertura migliora leggermente a causa del fatto che le SRB sono poste in vicinanza delle zone a maggiore traffico che nell’esempio considerato sono anche quelle con la più elevata soglia minima di copertura richiesta. - Coverage improves slightly due to the fact that the RBS are located in the vicinity of the areas with the greatest traffic which in the example considered are also those with the highest minimum coverage threshold required.

- Impatto ambientale non migliora dal momento che le SRB sono quasi sempre ubicate in corrispondenza della zona a maggiore impatto ambientale che in questo caso coincide con quella a più elevato traffico; - Environmental impact does not improve since the child restraints are almost always located in the area with the greatest environmental impact, which in this case coincides with the one with the highest traffic;

- Il C/I migliora grazie alla minore distanza e quindi alla maggiore copertura di tipo Best Server sulle aree a più elevato traffico che coincidono in questo caso con le zone a maggiore C/I richiesto. - Il rendimento è ottimizzato grazie alla migliore distribuzione delle aree Best Server sul traffico. - The C / I improves thanks to the shorter distance and therefore to the greater coverage of the Best Server type on the areas with the highest traffic which in this case coincide with the areas with the highest C / I required. - The performance is optimized thanks to the better distribution of the Best Server areas on the traffic.

E- Funzionale sul rendimento a traffico massimo della rete. E- Functional on the maximum traffic performance of the network.

Questo funzionale cosi' come riferito in figura 52 produce i seguenti effetti. This functional as referred to in Figure 52 produces the following effects.

- Il rendimento inteso come rapporto traffico su costi è massimizzato del funzionale che dispone le SRB in modo da servire per ciascuna di esse la maggiore mole di traffico possibile. - La distanza dalle sorgenti di traffico è ottimizzata dal momento che alcune SRB sono ubicate maggiormente vicino alle aree ad altro traffico; - The performance, understood as the traffic-to-cost ratio, is maximized by the functional that arranges the RBS in order to serve the greatest possible amount of traffic for each of them. - The distance from traffic sources is optimized since some RBs are located closer to areas with other traffic;

- La copertura è poco ottimizzata dal momento che per migliorare la propria efficienza ogni SRB, deve cercare il massimo del traffico servito, ricorrendo anche al traffico delle zone periferiche a basso valore, pertanto il livello di copertura raggiunto in alcuni punti può non essere sopra il limite minimo stabilito; - Coverage is poorly optimized since in order to improve its efficiency each RBS must seek the maximum amount of traffic served, also resorting to the traffic of low-value peripheral areas, therefore the level of coverage reached in some points may not be above the minimum limit established;

- Impatto ambientale è garantito dal fatto che le SRB non sono normalmente tutte poste in prossimità delle zone a maggiore protezione ambientale, infatti per quanto detto le SRB sono sparpagliate in modo da catturare il massimo del traffico compreso quello delle aree ad alto traffico. - Environmental impact is guaranteed by the fact that the child restraint systems are not normally all located near the areas of greatest environmental protection, in fact, for what has been said, the child restraints are scattered in order to capture the maximum amount of traffic including that of high traffic areas.

- Per lo stesso motivo anche il C/I non è ottimizzato. - For the same reason, the C / I is also not optimized.

7.2 MODALITÀ’ DI PRESENTAZIONE DEI DATI 7.2 METHOD OF PRESENTING DATA

I dati principali che verranno di seguito riportati sono i seguenti: - Mappa della distribuzione delle coperture Best Server fornite da ogni SRB, queste sono ottenute in analogia a quanto fornito da programmi di simulazione evoluti, ovvero una mappa di pixel colorati, ciascun colore rappresenta una SRB differente, i bordi tra una Best Server e l’altra sono i pixel isolivello di copertura. The main data that will be reported below are the following: - Map of the distribution of the Best Server covers provided by each SRB, these are obtained in analogy to what is provided by advanced simulation programs, i.e. a map of colored pixels, each color represents a Different SRB, the edges between one Best Server and the other are the pixels and coverage level.

- Mappa della copertura in dBm; - Map of coverage in dBm;

- Mappa della distribuzione di C/I in dB; - Map of the C / I distribution in dB;

Mappa della distribuzione di campo elettrico in V/m; Electric field distribution map in V / m;

- Mappa della distribuzione delle zone a vario traffico, C/I, Imp.Amb., copertura, con rappresentate le posizioni delle SRB; - Grafico dell’evoluzione dei valori assunti dal funzionale al fine di verificarne Γ effettiva minimizzazione; - Map of the distribution of the various traffic areas, C / I, Imp.Amb., Coverage, with the positions of the RBs represented; - Graph of the evolution of the values assumed by the functional in order to verify their actual minimization;

- Mappa del movimento delle SRB, è ottenuta plottando delle linee di unione tra le coordinate assunte in successione da ogni SRB durante l’evoluzione dell’algoritmo genetico. - Map of the movement of the child restraints, is obtained by plotting lines of union between the coordinates assumed in succession by each child restraint during the evolution of the genetic algorithm.

- Coordinate delle SRB; - Coordinates of the child restraints;

- Potenze di uscita dei trasmettitori delle SRB; - Output powers of the RBS transmitters;

- Tilt delle antenne di ogni SRB; - Tilt of the antennas of each child restraint;

- Percentuale del territorio coperto secondo i limiti impostati per pixel, si ottiene semplicemente incrementando un contatore ogni volta che la copertura sul pixel risulta maggiore o uguale a quella impostata nella matrice livelli minimi di ingresso, successivamente dividendo questo contatore per il numero dei pixel considerati nel calcolo della copertura, si ottiene percentualmente il grado di copertura; - Percentage of the area covered according to the limits set per pixel, it is obtained simply by increasing a counter each time the coverage on the pixel is greater than or equal to that set in the minimum input levels matrix, then dividing this counter by the number of pixels considered in the calculation of the coverage, the degree of coverage is obtained as a percentage;

- C/I medio ottenuto come la somma di tutti i valori di C/I in dB per ogni pixel, divisa per il numero dei pixel; - Average C / I obtained as the sum of all C / I values in dB for each pixel, divided by the number of pixels;

- La copertura media in dBm, ottenuta come la somma di tutti i valori di copertura Best Server in Watt per ogni pixel, diviso il numero dei pixel, il valore ottenuto viene poi convertito in dBm; - Campo elettrico medio in V/m, ottenuto come la somma quadratica per tutti i pixel della somma quadratica dei campi generati da tutte le SRB, più il campo elettromangetico di fondo su ogni singolo pixel, il valore ottenuto è diviso per il numero dei pixel che sono stati considerati nel calcolo dei campi. - The average coverage in dBm, obtained as the sum of all Best Server coverage values in Watts for each pixel, divided by the number of pixels, the value obtained is then converted into dBm; - Average electric field in V / m, obtained as the quadratic sum for all the pixels of the quadratic sum of the fields generated by all the RBS, plus the background electromagnetic field on each single pixel, the value obtained is divided by the number of pixels that have been considered in the calculation of the fields.

7.3 FUNZIONALE SUL RENDIMENTO RETE DA MASSI-MIZZARE 7.3 NETWORK PERFORMANCE FUNCTIONAL TO MASSI-MIZZARE

Il funzionale da minimizzare fa in modo che ogni SRB serva un area di copertura proporzionale al traffico telefonico offerto, dichiarato nei vari pixel come dato di input. The functional to be minimized ensures that each SRB serves a coverage area proportional to the telephone traffic offered, declared in the various pixels as input data.

In particolare il traffico servito deve tendere al massimo servibile potenzialmente da ogni SRB presente, in questo modo è stato ipotizzato che il rendimento visto come traffico diviso costi o risorse di canale diventa massimo. In particular, the traffic served must tend to the maximum potentially serviceable by each SRB present, in this way it has been assumed that the yield seen as traffic divided by costs or channel resources becomes maximum.

La Fig.53 mostra la distribuzione delle aree di copertura BEST SERVER di ogni SRB. Fig. 53 shows the distribution of the BEST SERVER coverage areas of each child restraint.

Le SRB sono 6 ed ogni colore rappresenta univocamente ciascuna di esse, i confini tra una Best Server e l’altra sono i pixel con isolivello in potenza di copertura. There are 6 SRBs and each color uniquely represents each of them, the boundaries between one Best Server and the other are the pixels with isolation level in coverage power.

L’area di lavoro è una zona di dimensioni circa 5x5 Km, e come detto ci sono in totale 261.000 pixel quadrati di lato 10 m. The work area is an area of about 5x5 Km in size, and as mentioned there are a total of 261,000 square pixels with a side of 10 m.

Al fine di ridurre i tempi, in alcuni casi di elaborazione è stato fatto un campionamento dei pixel 1:8 ovvero è stato considerato per le misure di campo un pixel su 8, questo è il motivo per il quale le distanze sulle ascisse è ordinate assumono valori massimi 64 step, in breve tra un pixel e d il successivo vi sono 80 m, in altri casi il campionamento è di 1:4 più fine rispetto al precedente. In order to reduce the times, in some processing cases a 1: 8 pixel sampling was carried out, i.e. one pixel out of 8 was considered for the field measurements, this is the reason why the distances on the abscissas and ordinates assume maximum values 64 steps, in short between one pixel and d the next there are 80 m, in other cases the sampling is 1: 4 finer than the previous one.

Si può osservare che la disposizione delle aree più piccole è concentrata verso il centro della figura, dove si è ipotizzato un traffico, fornito come input, maggiore rispetto alle fasce esterne. Il risultato conferma che l’algoritmo genetico minimizza questo funzionale dal momento che tende a far assumere ad ogni SRB un traffico pari al totale di tutti i pixel diviso il numero delle SRB. Il successivo grafico di Fig. 54 riporta l’andamento dei valori che il funzionale ha assunto successivamente ad ogni iterazione deH’algoritmo genetico, i cromosomi di partenza sono stati impostati a 128 ed il numero di iterazioni massimo del genetico pari a 100. It can be observed that the arrangement of the smaller areas is concentrated towards the center of the figure, where it is assumed that traffic, provided as an input, is greater than the external bands. The result confirms that the genetic algorithm minimizes this functional since it tends to make each child restraint assume traffic equal to the total of all pixels divided by the number of child restraints. The next graph in Fig. 54 shows the trend of the values that the functional has taken after each iteration of the genetic algorithm, the starting chromosomes have been set to 128 and the maximum number of genetic iterations equal to 100.

Si osserva che dopo un determinato numero di iterazioni, le soluzioni si stabilizzano tutte intorno allo stesso valore, questo significa che l’algoritmo non è più in grado di evolvere verso configurazioni migliori. It is observed that after a certain number of iterations, the solutions all stabilize around the same value, this means that the algorithm is no longer able to evolve towards better configurations.

Va detto che aumentando il numero dei cromosomi di partenza e se necessario il numero di iterazioni, le soluzioni trovate migliorano, vi è in gergo una migliore evoluzione della specie. I cromosomi di partenza trovati in modo random infatti rappresentano le popolazioni iniziali da cui ha origine la futura specie. It must be said that by increasing the number of starting chromosomes and if necessary the number of iterations, the solutions found improve, there is in jargon a better evolution of the species. The starting chromosomes found randomly represent the initial populations from which the future species originates.

Quanto statisticamente maggiore è la vastità e varietà della popolazione di cromosomi iniziale, quanto più alta è la probabilità di sondare uno spazio di soluzioni più grande e quindi di arrivare ad un risultato migliore. The statistically greater the vastness and variety of the initial chromosome population, the higher the probability of probing a larger space of solutions and therefore of arriving at a better result.

Attualmente il programma è viene fatto girare su un Pentium4 -1,7 Ghz Clock e 1 Gbite Ram, il tempo di elaborazione con 128 cromosomi e 100 iterazioni è di circa 45 giorni se si considerano tutti i pixel, con il modello propagazione di Ikegami. Currently the program is run on a Pentium4 -1.7 Ghz Clock and 1 Gbite Ram, the processing time with 128 chromosomes and 100 iterations is about 45 days if we consider all the pixels, with the Ikegami propagation model.

La successiva figura 55 riporta la distribuzione delle SRB ed i rispettivi valori di copertura in dBm assunti sui vari pixel. The following figure 55 shows the distribution of the RBS and the respective coverage values in dBm assumed on the various pixels.

La scala graduata con i colori sulla destra del grafico rappresenta i livelli di copertura sul pixel in dBm, sugli assi ascisse e ordinate sono rappresentate le distanze con campionamento 1:8. The graduated scale with the colors on the right of the graph represents the coverage levels on the pixel in dBm, the distances with sampling 1: 8 are represented on the abscissa and ordinate axes.

In questa mappa non è stato considerata l’attenuazione supplementare fornita dal modello di predizione statistico Wolfish Ikegami. In this map, the additional attenuation provided by the Wolfish Ikegami statistical prediction model was not considered.

Tale modello infatti introduce un incremento notevole dei tempi di calcolo pertanto il alcuni casi è stato tralasciato per dare maggiore enfasi al genetico, preferendo aumentare il numero dei cromosomi da 16 a 64 o 128. In fact, this model introduces a considerable increase in calculation times, therefore some cases have been omitted to give greater emphasis to genetics, preferring to increase the number of chromosomes from 16 to 64 or 128.

La Fig. 56 rappresenta la distribuzione dei campi elettrici in V/m, e la potenza in dBm, si può osservare per E(V/m) che i valori sono molto al di sotto del limite di 3 V/m, pertanto a meno di usare una scala logaritmica anche la rappresentazione grafica è meno appariscente. Fig. 56 represents the distribution of the electric fields in V / m, and the power in dBm, it can be observed for E (V / m) that the values are far below the limit of 3 V / m, therefore unless of using a logarithmic scale even the graphical representation is less conspicuous.

La successiva Fig. 57 mostra la distribuzione del C/I ottenuto come differenza di potenza sul pixel tra la copertura offerta dalla Best Server ed il livello delle altre celle interferenti. The following Fig. 57 shows the distribution of the C / I obtained as a power difference on the pixel between the coverage offered by the Best Server and the level of the other interfering cells.

La successiva figura 58 rappresenta la distribuzione delle distanze in m tra il pixel e la cella servente che lo copre. The following figure 58 represents the distribution of the distances in m between the pixel and the serving cell that covers it.

Tale rappresentazione è utile in quanto esiste un funzionale che tiene conto delle distanze per ottimizzare la prestazione del Power Control. This representation is useful as there is a functional that takes into account the distances to optimize the performance of the Power Control.

Tale funzionale non è in questo caso considerato ma la figura mostra come le distanze tra una SRB ed il pixel da lei coperto sono distribuite all’interno dell’area urbana di riferimento. This functional is not considered in this case but the figure shows how the distances between a RBS and the pixel it covers are distributed within the urban area of reference.

La figura 59 rappresenta il movimento che l’algoritmo genetico opera sulle SRB, è stato detto più volte che tale algoritmo ricerca la soluzione migliore utilizzando il valore assunto da un funzionale, ad ogni iterazione viene ripetuta la selezione della configurazione delle SRB ovvero il sort dei valori assunti dai vari cromosomi, il risultato migliore è quello che restituisce il valore del funzionale più basso. Figure 59 represents the movement that the genetic algorithm operates on the RBSs, it has been said several times that this algorithm searches for the best solution using the value assumed by a functional, at each iteration the selection of the configuration of the RBs is repeated, i.e. the sort of values assumed by the various chromosomes, the best result is the one that returns the value of the lowest functional.

Al fine di verificare che questo algoritmo genetico portasse a dei risultati convergenti, è stato effettuato un plot delle coordinate relative ai 6 siti considerati. In order to verify that this genetic algorithm led to convergent results, a plot of the coordinates relating to the 6 sites considered was carried out.

La figura mostra solo le traiettorie delle ultime iterazioni del genetico. The figure shows only the trajectories of the latest iterations of the genetic.

La rappresentazione completa viene in ogni caso data dal programma che alla fine dei calcoli da la possibilità al’operatore di vedere in sequenza, come per singoli fotogrammi di un film, le varie iterazioni premendo un tasto sulla tastiera del computer. Per ovvi motivi rappresentativi non si riportano tutte le 100 stampe relative alle 100 iterazioni. The complete representation is in any case given by the program which at the end of the calculations gives the operator the possibility to see in sequence, as for single frames of a film, the various iterations by pressing a key on the computer keyboard. For obvious representative reasons, not all 100 prints relating to the 100 iterations are reported.

I segmenti che si possono vedere sulla figura rappresentano le traiettorie sulle quali l’algoritmo genetico sceglie le posizioni migliori delle SRB per minimizzare il funzionale considerato in quel momento per l’evoluzione. The segments that can be seen on the figure represent the trajectories on which the genetic algorithm chooses the best positions of the RBS to minimize the functional considered at that time for evolution.

Se si osserva con attenzione si vede che in alcune zone le linee iniziano a concentrarsi in figure più piccole, questo rappresenta le soluzioni che convergono al valore minimo del funzionale. If you look carefully you can see that in some areas the lines begin to concentrate in smaller figures, this represents the solutions that converge to the minimum value of the functional.

L’ultima figura della serie, la figura 60 riporta una rappresentazione sulla quale è possibile visualizzare e la posizione delle SRB ubicate dal programma sulla zona urbana graficata come quadrati concentrici. The last figure of the series, figure 60 shows a representation on which it is possible to view and the position of the RBS located by the program on the urban area graphed as concentric squares.

Tale artificio è stato ottenuto visualizzando la somma delle matrici che rappresentano sia i dati di input relativi alle varie zone con caratteristiche di traffico ecc. della città sia la disposizione delle SRB. This artifice was obtained by displaying the sum of the matrices representing both the input data relating to the various areas with traffic characteristics, etc. of the city is the arrangement of the RBS.

La deformazione dei quadrati che si osserva non ha nessuna attinenza con la realtà della propagazione, è come si ripete solo un modo che si è scelto per rappresentare con facilità l’itera situazione. The deformation of the squares that is observed has no bearing on the reality of the propagation, it is, as it happens, only a way that has been chosen to easily represent the whole situation.

Sul lato in basso a sinistra del quadrato che rappresenta la zona mediamente urbanizzata, è riportato un quadrato più piccolo in blu scuro che rappresenta l’area dove è assolutamente interdetta la installazione di SRB. Mentre il quadrato centrale rosso corrisponde ad un'area densamente urbanizzata al cui contorno con le macchie giallo/rosso si individua detto quadrato delle aree mediamente urbanizzate. On the lower left side of the square that represents the average urbanized area, there is a smaller square in dark blue which represents the area where the installation of RBS is absolutely forbidden. While the central red square corresponds to a densely urbanized area whose outline with the yellow / red spots is identified as the square of the moderately urbanized areas.

Il programma tiene conto di tali zone, queste possono essere sia nel numero sia nella forma o grandezza, definite a piacere alFintemo dei dati di input del programma. The program takes into account these zones, these can be either in number or in shape or size, defined at will within the program input data.

7.4 FUNZIONALE COSTO TIPO 2 7.4 FUNCTIONAL COST TYPE 2

Questo funzionale rispetto al precedente tende al massimo valore sul traffico servibile da ogni SRB, sul funzionale non compare nessuna differenza, viceversa al pari di altri funzionali usa un rapporto con un peso rappresentato dal traffico espresso da ogni SRB. Compared to the previous one, this functional tends to the maximum value on the traffic that can be served by each child restraint, no difference appears on the functional, vice versa, like other functionalities, it uses a ratio with a weight represented by the traffic expressed by each child restraint.

Gli andamenti dei funzionali sul rendimento sono in alcuni casi identici anche se con scale diverse. The trends of the performance functionals are in some cases identical even if with different scales.

Al pari del primo funzionale sul costo anche in questo caso le SRB sono disposte in maniera tale che le aree di copertura BEST SERVER sul traffico ovvero le Best Traffic siano distribuite uniformemente, questo produce delle aree Best Traffico maggiori verso la periferia dove il traffico è minore e, più piccole verso il centro urbano dove si è ipotizzato un traffico offerto crescente. Le figure riportate evidenziano meglio le caratteristiche del funzionale. Like the first cost functional, also in this case the RBS are arranged in such a way that the BEST SERVER coverage areas on traffic or the Best Traffic are evenly distributed, this produces greater Best Traffic areas towards the periphery where traffic is less. and, smaller ones towards the urban center where it is assumed an increasing traffic offered. The figures shown better highlight the characteristics of the functional.

I dati fomiti dal programma sono : The data provided by the program are:

- Coordinate siti: - Site coordinates:

- Il massimo valore del funzionale è 0,2967* 10Λ-27 - The maximum value of the functional is 0.2967 * 10Λ-27

- Il minimo valore del funzionale è 0,2362*10Λ-27 - The minimum value of the functional is 0.2362 * 10Λ-27

Le figure 61-65 riportate mostrano quanto sopra esposto. Figures 61-65 shown show the above.

Dalla figura 65 in particolare si evidenzia la distribuzione dei pixel serviti da ogni SRB, le distanze massime di copertura nell’area centrale a più alto traffico non superano i 500 m, viceversa nelle aree periferiche della città rappresentata che sono a minore traffico offerto, le distanze di Best Server sono maggiori arrivando a circa 2,5 Km. Figure 65 in particular shows the distribution of the pixels served by each RBS, the maximum coverage distances in the central area with the highest traffic do not exceed 500 m, vice versa in the peripheral areas of the city represented which have less traffic offered, the Best Server distances are greater reaching approximately 2.5 Km.

Nella figura 66 è evidenziata la ubicazione delle SRB airintemo dell’area urbana considerata, nella zona Vietata non è stata ubicata alcuna SRB; nella zona a più alto traffico è stata posizionata una SRB. Figure 66 shows the location of the air restraints within the urban area considered, no child restraint has been located in the forbidden area; in the area with the highest traffic a child restraint has been placed.

Per servire il traffico delle zone restanti sono state ubicate alcune SRB in area periferica. To serve the traffic of the remaining areas, some RBs have been located in the peripheral area.

La figura 67 riporta il movimento delle coordinate SRB ad opera del genetico. Figure 67 shows the movement of the SRB coordinates by the geneticist.

I Grafici 68 e 69 riportano la riduzione sia del funzionale rendimento massimo sia del funzionale rendimento con limiti di traffico / funzionale costo rendimento massimo in funzione del numero di iterazioni deU'algoritmo genetico. Charts 68 and 69 show the reduction of both the maximum yield functional and the yield functional with traffic limits / maximum yield cost functional as a function of the number of iterations of the genetic algorithm.

I grafici successivi 70a-e riportano la correlazione degli altri funzionali. The following graphs 70a-e show the correlation of the other functionals.

Ubicando una SRB nella zona a maggiore impatto ambientale si ha un incremento del funzionale relativo, l’ottimizzazione del rendimento della rete per traffico smaltito non migliora la situazione interferenziale pertanto il funzionale C/I non ha un miglioramento. By placing a child restraint in the area with the greatest environmental impact, there is an increase in the relative functional, the optimization of the efficiency of the network for disposed of traffic does not improve the interference situation, therefore the C / I functional does not have an improvement.

Le figure 70c e 70d in particolare, riportano gli andamenti dei funzionali Copertura e Distanza di Power Control, relativamente alla copertura si ha un lieve miglioramento causato dall’aumento dei livelli nella zona centrale; le distanze di power control non sono ottimizzate in quanto al fine di incrementare la quantità di traffico servito, le SRJB coprono distanze superiori al limite Doff =1,1 Km. Figures 70c and 70d in particular, show the trends of the Power Control Coverage and Distance functionalities, with respect to coverage there is a slight improvement caused by the increase in levels in the central area; the power control distances are not optimized as in order to increase the amount of traffic served, the SRJBs cover distances greater than the limit Doff = 1.1 Km.

L’ultimo grafico della serie, il 70e, è relativo al funzionale che riduce la distanza delle SRB dalle sorgenti di traffico. Questo funzionale non è ottimizzato in quanto il funzionale rendimento cerca di far smaltire ad ogni SRB la maggiore quantità di traffico possibile. The last graph of the series, 70e, relates to the functional that reduces the distance of the RBS from the traffic sources. This function is not optimized as the efficiency function tries to make each child restraint dispose of as much traffic as possible.

Questo traffico servito è la somma del traffico sui pixel sia ad alto traffico sia a basso traffico, il funzionale rendimento max cerca di massimizzare tele somma per ogni SRB. This traffic served is the sum of the traffic on both high traffic and low traffic pixels, the max performance functional seeks to maximize such sum for each SRB.

Da quanto detto si deduce che non necessariamente le SRB si trovano concentrate in prossimità delle sorgenti a maggiore traffico, di conseguenza il funzionale che viceversa tende a ridurre le distanze delle SRB da queste sorgenti di traffico non viene ottimizzato. From what has been said it can be deduced that the RBs are not necessarily concentrated near the sources with the greatest traffic, consequently the functional which, vice versa, tends to reduce the distances of the RBs from these traffic sources is not optimized.

7.5 FUNZIONALE PER MINIMIZZARE LA DISTANZA DELLE SRB DALLE SORGENTI DI TRAFFICO 7.5 FUNCTIONAL TO MINIMIZE THE DISTANCE OF RBS FROM TRAFFIC SOURCES

In questo paragrafo vengono riportati alcuni grafici relativi al funzionale che cerca di ubicare le SRB maggiormente vicino alle sorgenti di traffico con valore del traffico telefonico crescente. In alcuni casi il funzionale posiziona la SRB all’interno dell’area sorgente di traffico più elevata. This paragraph shows some graphs relating to the functional which tries to locate the SRBs closest to the traffic sources with increasing telephone traffic value. In some cases, the functional places the child restraint within the highest traffic source area.

Anche in questo caso per velocizzare la soluzione si è preferito per un caso un campionamento delle misure 1:8, inoltre nel primo esempio non è stata inserita l’attenuazione dovuta al cosi 231 di Ikegami. Also in this case, to speed up the solution, a sampling of 1: 8 measurements was preferred for one case, furthermore, in the first example, the attenuation due to Ikegami's so 231 was not included.

La prima figura (numero 71) riporta la distribuzione delle Best Server. The first figure (number 71) shows the distribution of the Best Servers.

Le successiva figura 72 riporta la distribuzione del Campo Elett. in V/m. The following figure 72 shows the distribution of the Elect. in V / m.

Le successive figure 73 e 74 riportano il C/I in dB e le distanze PIXEL— SRB servente. The following figures 73 and 74 report the C / I in dB and the serving PIXEL - SRB distances.

La successiva figura 75 riporta la distribuzione delle SRB e la mappa dell’area urbana. The following figure 75 shows the distribution of the RBS and the map of the urban area.

Si può osservare che per minimizzare il funzionale, l’algoritmo genetico ha scelto la configurazione di SRB che si trova più vicino all’area a medio ed alto traffico telefonico. It can be observed that to minimize the functional, the genetic algorithm has chosen the SRB configuration that is closest to the area with medium and high telephone traffic.

Questa scelta del programma è congruente con quanto ci si aspettava dal funzionale stesso, in particolare una SRB è stata ubicata proprio nell’area a maggiore traffico, altre tre nell’area a medio traffico ed infine le ultime due nell’area a basso traffico. In ogni caso anche le SRB a basso traffico tendono ad avvicinarsi all’area a medio traffico. In questo modo tutti i pixel sono serviti ma la maggiore preferenza viene data alle zone con elevato traffico offerto dove le SRB vengono ubicate con maggiore densità. This choice of program is congruent with what was expected from the functional itself, in particular one RBS was located in the area with the greatest traffic, three others in the medium traffic area and finally the last two in the low traffic area. In any case, even low-traffic child restraints tend to approach the medium-traffic area. In this way all the pixels are served but the greatest preference is given to the areas with high traffic offered where the RBS are located with greater density.

Va anche osservato che nella zona vietata le SRB non sono state ubicate come volevasi. It should also be noted that the child restraints were not located in the prohibited area as intended.

Questo funzionale è importante in quanto normalmente nella scelta di un punto dove ubicare una SRB, a fini esclusivi del traffico, si preferiscono aree ad levato traffico offerto, queste corrispondono a zone urbane ad elevata penetrazione di cellulari. This function is important because normally in the choice of a point where to locate a child restraint, for the exclusive purposes of traffic, areas with high traffic offered are preferred, these correspond to urban areas with high cellular penetration.

La evoluzione dell’ algoritmo nello spazio delle coordinate delle SRB è rappresentata nella figura 76. The evolution of the algorithm in the coordinate space of the RBS is represented in Figure 76.

Gli altri dati che il programma fornisce sono i seguenti: The other data that the program provides are the following:

I valori delle coordinate per le 6 SRB sono : The coordinate values for the 6 RBS are:

Il medesimo funzionale è stato fatto girare inserendo il modello di predizione di W.Ikegami, inoltre è stato cambiato il passo di campionamento a 1:4 ed il numero dei cromosomi di lavoro portato a 64=2*32. The same functional was run by inserting the prediction model of W. Ikegami, moreover the sampling step was changed to 1: 4 and the number of working chromosomes brought to 64 = 2 * 32.

Cambiando il passo di campionamento i pixel risultano visivamente più piccoli. By changing the sampling step the pixels are visually smaller.

I risultati sono i seguenti: The results are as follows:

COORDINATE: COORDINATES:

PotenzafdBmì del singolo Ricetrasmettitore della SRB Power fdBmì of the single SRB transceiver

,34] , 34]

-il valore max del funzionale pari a: 2,081 7* 10Λ8 - the max value of the functional equal to: 2.081 7 * 10Λ8

-il valore min del funzionale pari a: 1,9029*10Λ8 - the min value of the functional equal to: 1.9029 * 10Λ8

Le figure da 77 a d 85 mostrano parimenti le distribuzioni, correlando anche l’andamento degli altri funzionali. Figures 77 to d 85 also show the distributions, also correlating the trend of the other functionals.

In particolare migliorano quasi tutti ad eccezione di quello sull’impatto ambientale che con una SRB centrale non riesce ad assumere il valore minimo. In particular, almost all improve with the exception of the environmental impact that with a central child restraint fails to assume the minimum value.

Nei grafici 84 - 85 in particolare si mostra la correlazione tra l’andamento dei valori assunti da questo funzionale ed il corrispondente andamento dei valori assunti dagli altri funzionali. Tale approccio è importante per comprendere cosa succede alla copertura, al costo, al C/l, all’Impatto ambientale, alle distanze di Power Control, quando il funzionale dominante scelto per l’algoritmo genetico è quello relativo alla minimizzazione delle distanze delle SRB dalle sorgenti di traffico. In graphs 84 - 85 in particular, the correlation between the trend of the values assumed by this functional and the corresponding trend of the values assumed by the other functionals is shown. This approach is important to understand what happens to the coverage, the cost, the C / l, the environmental impact, the Power Control distances, when the dominant functional chosen for the genetic algorithm is the one related to the minimization of the distances of the RBS from the traffic sources.

Il miglioramento ottenuto, relativamente alla copertura, è causato dalla concentrazione di SRB nelle zone con il livello di copertura richiesto più elevato, queste sono percentualmente meglio coperte rispetto alle altre per questo motivo anche i funzionali sulla copertura migliorano. The improvement obtained, relative to the coverage, is caused by the concentration of SRB in the areas with the highest level of coverage required, these are in percentage terms better covered than the others for this reason also the functionalities on the coverage improve.

I grafici 85 a-b riportano il funzionale del C/I MAX ed il funzionale Impatto Ambientale minimo, come si osserva dall’andamento crescente entrambi peggiorano. Graphs 85 a-b report the functional of the C / I MAX and the functional minimum Environmental Impact, as can be seen from the increasing trend, both worsen.

In particolare dalla ottimizzazione pura del traffico non ci si aspetta una ottimizzazione del C/I, il funzionale traffico infatti tende a minimizzare al distanza delle SRB dalle sorgenti di traffico ma non tiene conto delle interferenze che le varie SRB possono intergenerare. In particular, an optimization of the C / I is not expected from the pure optimization of the traffic, the functional traffic in fact tends to minimize at the distance of the RBSs from the traffic sources but does not take into account the interference that the various RBSs can intergenerate.

La combinazione delle esigenze si ha combinando opportunamente i diversi funzionali. The combination of needs is obtained by suitably combining the different functionals.

I grafici e-f due funzionali sul costo, è evidente che ottimizzando le SRB per Traffico ovvero disponendo le SRB vicino alle sorgenti di traffico in modo pesato con il traffico, l’efficienza aumenta. The graphs e-f two functional on the cost, it is clear that by optimizing the RBSs for Traffic or placing the RBSs close to the traffic sources in a way that is weighted with the traffic, the efficiency increases.

Questo comportamento dei funzionali suggerisce che Γ ottimizzazione dei costi va di pari passo con l’ottimizzazione della distribuzione del traffico fra le varie SRB. This behavior of the functionals suggests that Γ cost optimization goes hand in hand with the optimization of traffic distribution between the various RBSs.

Una buona ottimizzazione delle SRB per Traffico rende maggiormente efficiente la rete radiomobile, questo conferma la bontà dei funzionali trovati. A good optimization of the RBS for Traffic makes the mobile radio network more efficient, this confirms the goodness of the functionalities found.

7.6 1° FUNZIONALE PER OTTIMIZZAZIONE DELLA COPERTURA RADIO 7.6 1st FUNCTIONAL FOR OPTIMIZATION OF THE RADIO COVERAGE

Questo funzionale tende a fornire sul singolo pixel una copertura non inferiore alle soglie minime impostate con la matrice di input relativa ai livelli di copertura minimi desiderati. This functional tends to provide coverage on the single pixel that is no less than the minimum thresholds set with the input matrix relating to the minimum desired coverage levels.

Esiste un altro funzionale sulla copertura che pesando i limiti imposti tende al valore più elevato possibile di segnale, in questo funzionale invece si ricercano i valori almeno uguali ai seguenti: - Zona altamente urbanizzata lev =-60 dBm; There is another functional on the coverage that, weighing the imposed limits, tends to the highest possible signal value, in this functional one instead seeks the values at least equal to the following: - Highly urbanized area lev = -60 dBm;

- Zona mediamente urbanizzata lev = -70 dBm; - Average urbanized area lev = -70 dBm;

Le soglie si possono impostare facilmente nel programma, questi livelli sono stati scelti per tenere conto della copertura indoor. Le pareti degli edifici infatti hanno mediamente un’attenuazione che varia tra 10 e 25 dB, questo significa che per ottenere, aH’intemo di un edificio, un segnale sufficiente per il servizio, occorre avere all’estemo un valore fino a 25 dB maggiore. The thresholds can be easily set in the program, these levels have been chosen to take into account the indoor coverage. The walls of buildings in fact have an average attenuation that varies between 10 and 25 dB, this means that to obtain, within a building, a sufficient signal for the service, it is necessary to have a value up to 25 dB greater outside. .

Sul capitolo relativo alle misure si è visto che mediamente i livelli Down Link con i quali i telefonini ricevono sono distribuiti secondo una campana con un picco intorno a -85 dBm. On the chapter relating to the measurements it has been seen that on average the Down Link levels with which the mobile phones receive are distributed according to a bell with a peak around -85 dBm.

Tale valore tiene conto anche delle interferenze e del Power Control pertanto, lo si può assumere come un livello di riferimento per una buona qualità del servizio. This value also takes into account interference and Power Control, therefore, it can be assumed as a reference level for good quality of service.

Per ricevere con elevata probabilità -85 dBm, su un area densamente urbanizzata, al l’interno di un edificio, occorre che all’esterno vi sia un livello del segnale circa uguale a -60 dBm. Tenuto conto di questo si è deciso di impostare le soglie secondo il modello visto. To receive -85 dBm with high probability, on a densely urbanized area, inside a building, it is necessary that there is a signal level of approximately equal to -60 dBm outside. Taking this into account, it was decided to set the thresholds according to the model seen.

Le figure da 96 a 105 mostrano che il programma ha scelto di ubicare le SRB in corrispondenza delle zone a maggiore richiesta di copertura ovvero sull’area centrale densamente urbanizzata dove è stato fissato un limite minimo di -60 dBm. Figures 96 to 105 show that the program has chosen to locate the child restraint systems in the areas with the greatest demand for coverage or in the densely urbanized central area where a minimum limit of -60 dBm has been set.

Le SRB ubicate in questa zona hanno copertura ridotta rispetto alle SRB ubicate fuori, queste ultime escono con potenza maggiore e ciò serve a coprire meglio le fasce esterne più lontane. Anche la disposizione del tilt delle antenne è concorde con questa scelta, sono maggiormente ditate le antenne più interne rispetto a quelle più esterne. The child restraints located in this area have reduced coverage compared to the child restraints located outside, the latter come out with greater power and this serves to better cover the furthest outer bands. The arrangement of the tilt of the antennas also agrees with this choice, the innermost antennas are more fingerprinted than the outermost ones.

Nella zona vietata alle SRB, dove in ogni caso era richiesta la media copertura, non è stata ubicata alcuna SRB. In the restricted area for child restraints, where in any case medium coverage was required, no child restraints were located.

La copertura media ottenuta è di circa -63 dBm. The average coverage obtained is about -63 dBm.

Il funzionale cost COP parte dal valore 2.2473 ed arriva al valore 1,2815 dopo 100 iterazioni. The functional cost COP starts from the value 2.2473 and reaches the value 1.2815 after 100 iterations.

La figura 86 riporta le aree di copertura Best Server: Figure 86 shows the Best Server coverage areas:

Le figure successive da 87 a 90 mostrano la copertura ottenuta in dBm ed il C/I in dB, il campo elettrico in V/m e le Distanze Pixel— SRB Servente. The following figures from 87 to 90 show the coverage obtained in dBm and the C / I in dB, the electric field in V / m and the Pixel - SRB Serving Distances.

La figura 91 riporta la mappa completa di SRB e zone urbane diversificate per grado di copertura. L’ultima figura della serie, la 92, rappresenta il movimento causato dal genetico sulle coordinate delle SRB ubicate. Figure 91 shows the complete map of child restraints and urban areas diversified by degree of coverage. The last figure in the series, 92, represents the movement caused by the genetic on the coordinates of the located child restraints.

A differenza delle rappresentazioni viste fino ad ora sono stati riportati solo i punti senza le linee di congiunzione, nel disegno si può osservare come le soluzioni tendano a concentrarsi nella zona centrale dove è richiesto il maggior grado di copertura. Unlike the representations seen so far, only the points without the joining lines have been reported, in the drawing it can be observed how the solutions tend to concentrate in the central area where the greatest degree of coverage is required.

Questo approccio alla copertura da parte deH’algoritmo genetico risponde ai requisiti richiesti al funzionale che tende a privilegiare le zone a maggior richiesta di copertura. This approach to coverage by the genetic algorithm meets the requirements of the functional that tends to favor the areas with the greatest demand for coverage.

Lo stesso funzionale è stato fatto girare considerando le seguenti impostazioni: The same functional was run considering the following settings:

- Modello di predizione statistica COST23 Idi Walfish Ikegami; - 100 iterazioni deH’algoritmo genetico; - Statistical prediction model COST23 Idi Walfish Ikegami; - 100 iterations of the genetic algorithm;

- campionamento dei pixel 1:4 invece che 1 :8. - pixel sampling 1: 4 instead of 1: 8.

I risultati sono di seguito riportati come in precedenza con le figure 93-99 e, i grafici 100-105 di correlazione con la valorizzazione degli altri funzionali al variale del funzionale Scelto. The results are shown below as previously with figures 93-99 and, graphs 100-105 of correlation with the valorisation of the other functionalities at the variant of the Chosen functional.

E’ interessante la distribuzione di C/I: dove non ci sono Celle Interferenti il decadimento del C/I è molto piu' lento. The distribution of C / I is interesting: where there are no Interfering Cells, the decay of C / I is much slower.

Come appare dalla figura 99 le SRB sono state ubicate maggiormente nell’area centrale della città ovvero nella zona dove il livello minimo di copertura richiesto è di -60 dBm. As can be seen from Figure 99, the RBSs have been located mostly in the central area of the city or in the area where the minimum level of coverage required is -60 dBm.

Nella zona a medio livello di copertura poiché il livello di copertura richiesto è di -70 dBm, sono sufficienti un numero minore di SRB per garantire la copertura radio. In the mid-coverage area, as the required coverage level is -70 dBm, fewer RBSs are required to ensure radio coverage.

Nella figura 96 riguardante il campo elettrico si più notare che i livelli sono sempre al di sotto di 1 V/m. In figure 96 concerning the electric field it can be seen that the levels are always below 1 V / m.

Tale circostanza fa in modo che il funzionale sulTimpatto ambientale con limiti fissati a 3, 6, 20 V/m, non si incrementi mai rimanendo a zero. This circumstance ensures that the functional on the environmental impact with limits set at 3, 6, 20 V / m, never increases while remaining at zero.

La figura 100 riporta il movimento delle SRB causato dall’algoritmo genetico durante la ricerca della soluzione migliore, ed i grafici di correlazione con gli altri funzionali. Figure 100 shows the movement of the SRBs caused by the genetic algorithm during the search for the best solution, and the correlation graphs with the other functionals.

I 6 colori differenti rappresentano come al solito le 6 SRB. The 6 different colors represent the 6 SRBs as usual.

Nel grafico 101 si osserva la minimizzazione del funzionale copertura. Graph 101 shows the minimization of the functional coverage.

II funzionale di figura 102 è relativo alla massimizzazione della copertura su tutti i pixel secondo un peso del pixel. The functional of figure 102 relates to the maximization of the coverage on all pixels according to a pixel weight.

È ovvio che la copertura non è stata massimizzata in quanto interesse del funzionale usato è solo il rispetto delle soglie minime prefissate, queste soglie non necessariamente corrispondono al massimo della copertura. It is obvious that the coverage has not been maximized as the interest of the functional used is only the respect of the minimum pre-established thresholds, these thresholds do not necessarily correspond to the maximum coverage.

Questo è il motivo per il quale il grafico sopra del funzionale copertura massima pur riducendosi non tende al minimo. This is the reason why the graph above the functional maximum coverage while reducing does not tend to the minimum.

Le figure 103 a-b riportano i funzionali impatto ambientale e distanza della SRB dalla sorgente di traffico pesata sul traffico. L’Impatto ambientale non è minimizzato viceversa il traffico migliora in quanto le SRB sono concentrate nella zona a maggiore traffico. Figures 103 a-b report the functional environmental impact and distance of the child restraint from the traffic source weighted on the traffic. The environmental impact is not minimized, vice versa the traffic improves as the child restraints are concentrated in the area with the greatest traffic.

I grafici 104 a-b riportano i funzionali sul costo, in entrambi i casi non vi è una marcata tendenza al miglioramento o al peggioramento, questo si spiega se si tiene conto del fatto che le SRB sono ubicate maggiormente nella zona di alto traffico, pertanto la loro efficienza vista come traffico servito su costi impianto è quasi ottimizzata. Graphs 104 a-b report the functionals on the cost, in both cases there is no marked trend towards improvement or deterioration, this can be explained if we take into account the fact that the child restraint systems are located more in the high traffic area, therefore their efficiency seen as traffic served on plant costs is almost optimized.

I grafici 105 a-b-c riportano i funzionali relativi alla distanza di Power Control e al rapporto C/I sia MAX sia secondo i limiti imposti in ingresso. Graphs 105 a-b-c show the functions relating to the Power Control distance and the C / I ratio, both MAX and according to the limits set at the input.

Questi funzionali mostrano una tendenza a migliorare del C/I tuttavia non sono ancora ottimizzati, questo è lecito se si considera che il funzionale sulla copertura cerca solo dei limiti di potenza da rispettare sul pixel senza tenere conto del rapporto segnale utile su interferenza. These functionals show a tendency to improve the C / I however they are not yet optimized, this is legitimate if we consider that the functional on the coverage only looks for power limits to be respected on the pixel without taking into account the useful signal-to-interference ratio.

Pertanto si osserva che in linea di principio un miglioramento della copertura favorisce sicuramente il C/I ma questa non è l’unica strategia da adottare. Therefore, it is noted that in principle an improvement in coverage certainly favors the C / I but this is not the only strategy to be adopted.

Un miglioramento del C/I infatti si consegue anche con la creazione di aree Best Server, per ottenere le quali si ricorre al tilt delle antenne è alla ubicazione delle SRB in corrispondenza dell’obiettivo di copertura. In fact, an improvement in the C / I is also achieved with the creation of Best Server areas, to obtain which the tilt of the antennas are used and at the location of the RBS in correspondence with the coverage objective.

L’altro grafico riporta il funzionale relativo alla distanza dei pixel dalla SRB servente, si osserva che concentrando le SRB e divenendo queste maggiormente vicine tra loro, si fa in modo che il funzionale venga ridotto. The other graph shows the functional relating to the distance of the pixels from the serving child restraint, it is observed that by concentrating the child restraints and becoming these closer to each other, the functional is reduced.

La riduzione di questo funzionale consente alla prestazione di Power Control una maggiore dinamica nella regolazione di potenza; trasmettere con minore potenza implica: The reduction of this functional allows the performance of Power Control a greater dynamics in the power regulation; transmitting with less power implies:

- minore impatto ambientale; - lower environmental impact;

- minore interferenza; - less interference;

Da quest’ultima osservazione emerge che la riduzione dell’impatto ambientale, si può conseguire massimizzando la copertura, e nel contempo assicurando con la ubicazione della SRB vicino alla sorgente di traffico, la massima dinamica di funzionamento della prestazione di Power Control. From this last observation it emerges that the reduction of the environmental impact can be achieved by maximizing coverage, and at the same time ensuring, with the location of the RBS near the traffic source, the maximum operating dynamics of the Power Control performance.

I risultati numerici delle SRB sono: The numerical results of the SRBs are:

- Coordinate: - Coordinates:

Come evidente dai dati di uscita al fine di ottimizzare la copertura in ambito urbano, il programma ha restituito una potenza di trasmissione vicino al limite max, e contemporaneamente il tilt minimo delle antenne. As evident from the output data in order to optimize coverage in urban areas, the program returned a transmission power close to the maximum limit, and at the same time the minimum tilt of the antennas.

Quest’ultimo in particolare è molto correlato al C/I, essendo il tilt scelto basso si ha conseguentemente che il C/I non è molto ottimizzato, viceversa sia il traffico sia la copertura ne hanno un beneficio. The latter in particular is very much related to C / I, since the tilt chosen is low, consequently the C / I is not very optimized, vice versa both traffic and coverage have a benefit.

7.7 2° FUNZIONALE PER MASSIMIZZAZIONE COPER-TURA RADIO 7.7 2nd FUNCTIONAL FOR MAXIMIZATION OF RADIO COVERAGE

Questo funzionale a differenza del precedente tende a massimizzare il livello di potenza ricevuta sul pixel in modo pesato con il grado di copertura impostato con i livelli minimi. Non viene effettuato alcun confronto fra il livello misurato e quello di input, viceversa all’aumentare del livello di copertura dato in ingresso nella matrice dei livelli minimi, aumenta anche l’importanza di quel pixel pertanto il programma cercherà di massimizzare la copertura agendo sia sulla ubicazione delle SRB sia su tilt e potenze. This functional, unlike the previous one, tends to maximize the level of power received on the pixel in a weighted way with the degree of coverage set with the minimum levels. No comparison is made between the measured level and the input level, vice versa as the level of coverage given as input in the matrix of minimum levels increases, the importance of that pixel also increases, therefore the program will try to maximize coverage by acting on both location of the RBS both on tilt and powers.

Queste ultime in particolare sono state settate dal programma tutte a la massimo. The latter in particular have been set by the program all at maximum.

Dalle figure relative si nota che la ubicazione delle SRB tende anche in questo caso verso il centro dell’area urbana dove i pesi per la copertura sono più elevati. From the relative figures, it can be seen that the location of the RBS also in this case tends towards the center of the urban area where the weights for coverage are higher.

Confrontando inoltre i livelli di copertura raggiunti nel precedente funzionale, si può osservare che in questo caso le potenze sui pixel sono maggiori e questo è anche confermato del livello di campo elettrico più alto rispetto al funzionale precedente. Also comparing the coverage levels reached in the previous functional, it can be observed that in this case the powers on the pixels are greater and this is also confirmed by the higher electric field level compared to the previous functional.

Questo comportamento è giustificato se si tiene conto del fatto che il funzionale precedente tendeva a delle soglie di copertura fissate, non necessariamente quelle massime concentrando alcune SRB sul punto centrale a-60 dBm, in questo caso invece su ogni pixel deve essere raggiunta la max copertura in funzione ovviamente del peso relativo del pixel. This behavior is justified if we take into account the fact that the previous functional tended to set coverage thresholds, not necessarily the maximum ones by concentrating some RBSs on the central point at -60 dBm, in this case, on the other hand, the maximum coverage must be reached on each pixel. obviously depending on the relative weight of the pixel.

Il programma che deve raggiungere questo obiettivo tenderà in questo modo a ricordarsi anche dei pixel meno pregiati cercando di massimizzarvi la copertura radio. In this way, the program that has to achieve this will tend to remember even the less valuable pixels, trying to maximize radio coverage.

Entrambe le filosofie sono utili; da una parte si desidera che la copertura minima sul pixel non scenda sotto un certo valore, dall’altra si vuole che la copertura sul pixel sia la massima possibile. Both philosophies are useful; on the one hand you want the minimum coverage on the pixel not to fall below a certain value, on the other you want the coverage on the pixel to be the maximum possible.

Le figure 106-110 riportano come visto precedentemente tutte le varie distribuzioni. Figures 106-110 show all the various distributions as seen previously.

Va in particolare osservata l’area Best Server centrale e la simmetria delle altre aree circostanti. In particular, the central Best Server area and the symmetry of the other surrounding areas should be observed.

In questo modello non è stato usato il COST231 di predizione statistica di Ikegami. Ikegami's COST231 statistical prediction was not used in this model.

7.8 FUNZIONALE PER IL MINIMO IMPATTO AMBIEN-TALE 7.8 FUNCTIONAL FOR MINIMUM ENVIRONMENTAL IMPACT

Questo funzionale fa in modo che sui pixel con maggiore grado di protezione ambientale vi sia un campo elettromagnetico più basso possibile. This function ensures that on the pixels with the highest degree of environmental protection there is an electromagnetic field as low as possible.

Esiste un altro funzionale che viceversa fa in modo che sui pixel non sia mai superato il valore limite, impostato in ingresso tramite la matrice dell’impatto ambientale. Dal funzionale ci si aspetta che al fine di ridurre i campi elettrici esso disponga le SRB il più lontano possibile dalle zone ad alto impatto ambientale che nella mappa urbana considerata sono disposte a valori incrementali concentrici, la zona centrale infatti è quella che è maggiormente vincolata. There is another function that vice versa ensures that the limit value on the pixels, set at the input via the environmental impact matrix, is never exceeded. From the functional it is expected that in order to reduce the electric fields it places the RBSs as far as possible from the areas with high environmental impact that in the urban map considered are arranged at concentric incremental values, the central area is in fact the one that is most constrained.

Entrambi i funzionali sull’impatto ambientale tendono ad allargare la disposizione delle SRB, ad abbassare al minimo le potenze di TX, e a tiltare maggiormente le antenne, in questo modo infatti si limitano le emissioni a radiofrequenza delle SRB. Both functionals on the environmental impact tend to widen the arrangement of the RBSs, to lower the TX powers to a minimum, and to tilt the antennas more, in fact in this way the radio frequency emissions of the RBS are limited.

Come contropartita si ha una riduzione della copertura, ed una riduzione deH’efficienza intesa come traffico/costi. As a counterpart, there is a reduction in coverage, and a reduction in efficiency understood as traffic / costs.

Anche la qualità del servizio ne risente dal punto di vista del C/I, infatti questo rapporto si riduce nelle zone maggiormente protette in quanto queste zone risultano coperte da SRB distanti con livelli di copertura simili ma non Best Server. The quality of the service is also affected from the point of view of the C / I, in fact this ratio is reduced in the most protected areas as these areas are covered by distant SRBs with similar coverage levels but not Best Server.

E’ sostanzialmente quello che succede tentando di coprire una città con SRB dislocate all’esterno della città stessa, il servizio offerto sarà con scarsa qualità. This is basically what happens when trying to cover a city with SRBs located outside the city itself, the service offered will be of poor quality.

Per il calcolo di questo funzionale è stato usato il modello di predizione statistico di Ikegami, il passo di campionamento scelto è di 1:4, il numero dei cromosomi è pari a 64 ed il numero di iterazioni deH’algoritmo genetico pari a 100, il tempo di elaborazione è di 3 giorni circa. For the calculation of this functional Ikegami's statistical prediction model was used, the sampling step chosen is 1: 4, the number of chromosomes is equal to 64 and the number of iterations of the genetic algorithm is equal to 100, the processing time is about 3 days.

I grafici dei vari funzionali a partire da figura 111, mostrano come al conseguimento del minimo valore possibile di campo sul pixel ( limitato solo dalla potenza minima di TX del trasmettitore pari a 33 dBm), corrisponde parimenti un peggioramento degli altri 4 funzionali relativi al C/I, alla copertura, al traffico, al costo. Le figure 111 e 112 riportate rappresentano la disposizione delle SRB e le aree Best Server, il programma le ha ubicate come ci si aspettava. The graphs of the various functionals starting from figure 111, show how the achievement of the minimum possible field value on the pixel (limited only by the minimum TX power of the transmitter equal to 33 dBm), also corresponds to a worsening of the other 4 functionals relating to C / I, to coverage, to traffic, to cost. Figures 111 and 112 shown represent the arrangement of the SRBs and the Best Server areas, the program has located them as expected.

Dalla mappa del C/I riportata in figura 113 è evidente il peggioramento della qualità del servizio nell’area centrale per la mancanza di SRB Best Server. From the C / I map shown in Figure 113, the deterioration in the quality of service in the central area is evident due to the lack of SRB Best Server.

Dalla distribuzione del Campo Elettrico riportata in figura 1 14 si evidenzia come lo stesso sia stato praticamente ridotto a zero nelle zone a maggiore protezione ambientale. From the distribution of the Electric Field shown in figure 1 14 it is evident that it has been practically reduced to zero in the areas with greater environmental protection.

La figura 115 seguente invece riporta la distribuzione delle distanze delle SRB dai pixel serviti da ogni SRB, si può osservare che tali distanze raggiungono anche i 5 Km. The following figure 115 instead shows the distribution of the distances of the child restraints from the pixels served by each child restraint, it can be observed that these distances even reach 5 km.

Questi valori di distanza di copertura non garantiscono un servizio in ambito urbano in quanto i livelli di interferenza diventano troppo elevati inoltre, la prestazione di Power Control è definitivamente compromessa in quanto come dimostrato e misurato, già alla distanza di 1 Km circa dalla cella il Power Control non riesce più a regolare la potenza di trasmissione che rimane sempre al massimo. These coverage distance values do not guarantee a service in urban areas as the interference levels become too high, moreover, the Power Control performance is definitively compromised as, as demonstrated and measured, the Power Control is no longer able to regulate the transmission power which always remains at maximum.

Questo aspetto non gioca a favore dell’impatto ambientale che viceversa presuppone che le SRB ed i telefonini, “ questi ultimi a diretto contatto con il corpo umano”, possano regolare con la massima dinamica possibile la propria potenza di uscita col fine di ridurre la potenza di trasmissione. This aspect does not play in favor of the environmental impact which, conversely, presupposes that the SRBs and mobile phones, "the latter in direct contact with the human body", can regulate their output power with the maximum possible dynamics in order to reduce the power. transmission.

La successiva figura 116 riporta la mappa dell’area con la disposizione delle SRB. The following figure 116 shows the map of the area with the arrangement of the RBS.

L’altro funzionale sull’ impatto ambientale come detto tiene conto dei limiti di esposizione imposti, poiché normalmente questi sono di 3 , 6, 20 V/m, la situazione di SRB che ne scaturisce è meno impattante sulla qualità del servizio. The other functional on the environmental impact as mentioned takes into account the exposure limits imposed, since normally these are 3, 6, 20 V / m, the resulting SRB situation has less impact on the quality of the service.

Tale soluzione può essere un buon accorgimento per tenere conto dell’ impatto ambientale e nello stesso tempo garantire una qualità del servizio massimale. This solution can be a good measure to take into account the environmental impact and at the same time ensure maximum service quality.

I valori di campo impostati possono essere fissati a piacere la scelta dei valori visti è stata fatta in accordo con le disposizioni di legge in materia di esposizione ai campi a radiofrequenza. The set field values can be set at will. The choice of the values seen was made in accordance with the provisions of the law on exposure to radiofrequency fields.

La figura 117 riporta il movimento causato dal genetico sulle coordinate SRB. Figure 117 reports the movement caused by the genetic on the SRB coordinates.

I grafici successivi 118 a-f riportano singolarmente le evoluzioni dei singoli funzionali: The following graphs 118 a-f report individually the evolutions of the single functionals:

L’impatto ambientale scende al pari del campo elettrico medio sul pixel. The environmental impact drops like the average electric field on the pixel.

Le figure 118c-d riportano la evoluzione per i funzionali sulla copertura per il C/I che anziché ridursi tendono ad aumentare indicando un peggioramento delle condizioni di copertura e C/I. Le successive figure 1 18e-f mostrano l’andamento dei valori per i funzionali relativi al traffico ed al costo o efficienza della Rete. Si deve considerare che un funzionale per indicare un miglioramento della situazione che rappresenta, deve tendere ai valori minimi in quanto la scelta fatta nel programma è quella di minimizzare i funzionali per la ottimizzazione della rete. Figures 118c-d report the evolution for functionaries on the coverage for the C / I which instead of decreasing tend to increase indicating a worsening of the conditions of coverage and C / I. The following figures 1 18e-f show the trend of the values for the functionals relating to traffic and the cost or efficiency of the Network. It must be considered that a functional to indicate an improvement in the situation it represents, must tend to the minimum values as the choice made in the program is to minimize the functionalities for network optimization.

Ogni qualvolta un funzionale non decresce significa che la ottimizzazione non ha luogo, se poi cresce sappiamo che la situazione relativa a quel funzionale sta degenerando. Whenever a functional does not decrease it means that the optimization does not take place, if it grows we know that the situation relating to that functional is degenerating.

I successivi grafici 112g-112h mosti-ano il grado percentuale di copertura che decresce e la distanza di copertura che aumenta, questi indici denotano un peggioramento della qualità del servizio. La situazione che deriva dal minimizzare senza un limite inferiore l’impatto ambientale, provoca inevitabilmente un degrado della qualità del servizio. The following graphs 112g-112h show the percentage degree of coverage that decreases and the distance of coverage that increases, these indices denote a worsening of the quality of service. The situation that derives from minimizing the environmental impact without a lower limit inevitably causes a degradation of the quality of the service.

Nel combinare assieme i vari funzionali si vedrà successivamente che le esigenze di ognuno di essi pesa in un certo modo, la situazione finale che ne deriva è una combinazione che fornisce la migliore disposizione delle SRB. In combining the various functionals together it will be seen later that the needs of each of them weigh in a certain way, the resulting final situation is a combination that provides the best arrangement of the RBS.

I dati di uscita per questo funzionale sono i seguenti: The output data for this functional are as follows:

Come si nota sono vicine o addirittura sul perimetro dell’area massima consentita. As you can see, they are close to or even on the perimeter of the maximum allowed area.

Se l’area fosse stata più grande le SRB sarebbero state ubicate a distanza maggiore, teoricamente infinita. If the area had been larger, the RBSs would have been located at a greater distance, theoretically infinite.

Dalla scelta delle potenze appare che se il programma avesse avuto la possibilità di ridurre ulteriormente le potenze avrebbe portato la potenza sui pixel a zero. From the choice of the powers it appears that if the program had had the possibility to further reduce the powers it would have brought the power on the pixels to zero.

Questo pesare in modo errato l’impatto ambientale può significare non dare alcun servizio di telefonia mobile. This incorrectly weighing the environmental impact can mean not giving any mobile phone service.

Osservando i valori del tilt antenne scelti dal programma emerge che sono posti tutti tra i 5 e gli 8 gradi, tali valori riducono ovviamente al massimo la copertura della SRB. Observing the values of the antenna tilt chosen by the program it emerges that they are all placed between 5 and 8 degrees, these values obviously reduce the coverage of the SRB to the maximum.

- MAX e MIN funzionale Impatto Ambientale - MAX and MIN functional Environmental Impact

Il valore massimo assunto da questo funzionale e: 9.2167 The maximum value assumed by this functional is: 9.2167

Il valore minimo assunto da questo funzionale è: 2.2013 The minimum value assumed by this functional is: 2.2013

Da quanto visto su questo funzionale emerge che l’uso singolo di un funzionale come questo tende a ridurre impatto ambientale ma contemporaneamente tende ad annullare la copertura fornendo un disservizio anziché un servizio di telefonia GSM. From what we have seen on this functional, it emerges that the single use of a functional such as this tends to reduce the environmental impact but at the same time tends to cancel coverage by providing a disservice rather than a GSM telephone service.

Tale funzionale deve essere pertanto combinato almeno con il funzionale sulla copertura che all’opposto cerca di rispettare i valori minimi di livello per un servizio di qualità. This functional must therefore be combined at least with the functional on the roof which, on the contrary, seeks to respect the minimum level values for a quality service.

7.9 FUNZIONALE PER LA INTERFERENZA MINIMA O PER IL C/I MASSIMO. 7.9 FUNCTIONAL FOR MINIMUM INTERFERENCE OR MAXIMUM C / I.

Sono stati sviluppati due tipi di funzionale, il primo tende a massimizzare il C/I sui pixel in funzione di un peso, il secondo fa in modo che il C/I su ogni pixel sia almeno pari a quello impostato con la matrice di ingresso. Two types of functional have been developed, the first tends to maximize the C / I on the pixels as a function of a weight, the second ensures that the C / I on each pixel is at least equal to that set with the input matrix.

Analizziamo il primo funzionale facendo riferimento come di consueto alle mappe ed ai grafici a partire dalla figura 119. Let's analyze the first functional, referring as usual to the maps and graphs starting from Figure 119.

Al fine di limitare le interferenze di una SRB sull’altra le SRB stesse sono state ubicate ad una reciproca distanza crescente, se le aree fossero state più grandi poiché il funzionale cerca il valore minimo dell’interferenza, il programma avrebbe ubicato le SRB molto lontane tra loro. In order to limit the interference of one child restraint on the other, the child restraints themselves have been located at an increasing distance from each other, if the areas had been larger since the functional seeks the minimum value of the interference, the program would have located the child restraints very far away. between them.

Il valore del C/I è pesato con le zone, la zona centrale è quella dove è richiesto un maggiore C/I pertanto il programma vi concentra le SRB con la maggiore potenza emessa. The C / I value is weighted with the zones, the central zone is the one where a higher C / I is required, therefore the program concentrates the SRBs with the greatest power emitted.

Un maggiore C/I si ottiene infatti creando delle aree Best Server molto definite, sulle quali l’apporto di interferenza dovuto alle celle circostanti è il più basso possibile. In fact, a higher C / I is obtained by creating very defined Best Server areas, on which the contribution of interference due to the surrounding cells is as low as possible.

Questa modalità di imporre la copertura minimizza le interferenze e garantisce un migliore grado di qualità del servizio. This way of imposing coverage minimizes interference and guarantees a better quality of service.

Ipoteticamente all’ interno di un’area urbana il numero delle SRB che coprono ad ombrello una buona parte dell’area dovrebbe essere molto limitato, questo è il motivo per il quale in ambito urbano non serve che le SRB siano ubicate in punti che hanno visibilità ottica su l’intera città, viceversa andranno ricercati i siti che garantiscono la visibilità limitatamente all’obiettivo di traffico al quale interessa dare il servizio radiomobile di alta qualità. Hypothetically, within an urban area, the number of child restraints covering a large part of the area as an umbrella should be very limited, this is the reason why child restraint systems do not need to be located in points that have visibility in urban areas. optics over the entire city, vice versa, the sites that guarantee visibility limited to the traffic target to which the high quality mobile radio service is interested will be sought.

Si può osservare che le distanze tra le celle serventi sono massimo 1400 metri per ogni cella pertanto ci si avvicina alla distanza entro la quale la prestazione di Power Control riesce a regolare le potenze entro la dinamica di regolazione. It can be observed that the distances between the serving cells are a maximum of 1400 meters for each cell, therefore the distance within which the Power Control performance is able to regulate the powers within the regulation dynamics is approached.

Questo ha due conseguenze positive: This has two positive consequences:

- Si limita ulteriormente la potenza emessa riducendo l’impatto ambientale, - The power emitted is further limited by reducing the environmental impact,

- Limitando la potenza emessa si riducono i fenomeni interferenziali. - By limiting the emitted power, interference phenomena are reduced.

Per questo funzionale sono stati usati : For this functional the following were used:

- 100 iterazioni dell’algoritmo genetico; - 100 iterations of the genetic algorithm;

- 32*2 cromosomi; - 32 * 2 chromosomes;

- passo di campionamento 1 :4; - sampling step 1: 4;

- modello di predizione statistica cost231 di Walfish Ikegami. Nella figura 124 si può osservare che nell’area a maggiore C/I la percentuale di C/I elevato identificata con il colore rosso è maggiore rispetto alle altre zone, pertanto il programma ha restituito una soluzione corretta ed entro i limiti fissati di C/I. - Walfish Ikegami's cost231 statistical prediction model. In figure 124 it can be seen that in the area with higher C / I the percentage of high C / I identified with the red color is higher than in the other areas, therefore the program has returned a correct solution and within the fixed limits of C / THE.

I grafici 126, 127, 128 mostrano gli altri funzionali al variare del funzionale scelto. Graphs 126, 127, 128 show the other functionals as the functional chosen varies.

I grafici mostrano che entrambi i funzionali sul C/I si riducono, il funzionale sul C/I con i limiti minimi consentiti che è rappresentato nel secondo grafico si riduce addirittura a zero. The graphs show that both functionals on the C / I are reduced, the functional on the C / I with the minimum allowed limits that is represented in the second graph is even reduced to zero.

Questo valore indica che con quella data configurazione di SRB le soglie minime di C/I richieste sui vari pixel sono assolutamente garantite. This value indicates that with that given SRB configuration the minimum C / I thresholds required on the various pixels are absolutely guaranteed.

Questi risultati mostrano che questi funzionali implementano le SRB esattamente come ci si aspettava nel progetto di ottimizzazione di una rete GSM. These results show that these functionals implement SRBs exactly as expected in the GSM network optimization project.

I grafici 128a e 128b riportano i funzionali Impatto Ambientale ed Traffico*distanza: Graphs 128a and 128b show the functional Environmental Impact and Traffic * distance:

Entrambi i funzionali non hanno variazioni evidenti verso un miglioramento o un peggioramento, questo non è in assoluto una verità difatti migliorando il C/I si permette alla prestazione di Power Control di portare la potenza di uscita delle celle a valori più bassi riducendo anche l impatto ambientale, questo miglioramento del Power Control è evidente nei grafici del funzionale distanza di P.Control. Both functionals do not have evident variations towards an improvement or a worsening, this is absolutely not a truth in fact by improving the C / I it allows the Power Control performance to bring the output power of the cells to lower values, also reducing the impact environment, this improvement in Power Control is evident in the P.Control functional distance graphs.

Il C/I ha anche un impatto sul traffico dal momento che una cella interferita tende a commutare le conversazioni per Handover Quality su celle meno interferite. C / I also has an impact on traffic since an interfered cell tends to switch conversations for Handover Quality to less interfered cells.

Queste correlazioni possono essere fatte anche con i funzionali visti, facendo intervenire nel genetico una combinazione di più funzionali ovvero quello sul C/I, sull’impatto ambientale, sulla distanza di Power Control e sul traffico. These correlations can also be made with the functionals seen, by involving a combination of more functional elements in the genetic, namely the one on the C / I, on the environmental impact, on the distance of Power Control and on traffic.

L’aspetto importante che per ora va evidenziato è che migliorando il C/I non si ha un peggioramento dei funzionali sull’ impatto ambientale e sul traffico, questi funzionali si mantengono intorno ad un valore di riferimento. The important aspect that must be highlighted for now is that by improving the C / I there is no worsening of the functionalities on the environmental impact and on traffic, these functionalities remain around a reference value.

I grafici da 128c a 128f riportano il funzionale Copertura, P.Control e i funzionali sul costo. Graphs 128c to 128f show the Coverage, P.Control and cost functionals.

Dal funzionale sul livello di copertura non si nota necessariamente un miglioramento cioè un aumento dei livelli, infatti aumentare il C/I implica creare delle aree Best Server dove il contributo delle celle interferenti sia minimo ma questo, non equivale a mandare più potenza in aria pertanto il livello di copertura in generale non è detto che aumenti. From the functional level of coverage there is not necessarily an improvement that is an increase in the levels, in fact increasing the C / I implies creating Best Server areas where the contribution of the interfering cells is minimal but this is not the same as sending more power into the air therefore the level of coverage in general is not necessarily going to increase.

Viceversa il funzionale sulla distanza di Power Control tende a ridursi, questo è lecito dal momento che una ottimizzazione interferenziale produce una geometria di interdistanze minime tra celle differenti. Conversely, the functional on the distance of Power Control tends to be reduced, this is legitimate since an interference optimization produces a geometry of minimum interdistances between different cells.

Nel caso in esame tali distanze sono state avvicinate a quelle ottimali per il funzionamento della prestazione di Power Control, pertanto ne è derivato un miglioramento del funzionale relativo. Relativamente al funzionale sul costo si hanno due andamenti che non sono mai decrescenti, questo può essere spiegato dicendo semplicemente che l ottimizzazione di una rete a livello interferenziale ha un costo, ovvero il funzionale sul costo restituisce in forma grafica il concetto che aumentare la qualità del servizio implica un aumento dei costi di rete. In the case in question, these distances have been approached to the optimal ones for the operation of the Power Control performance, therefore an improvement in the relative functional has resulted. With regard to the functional cost, there are two trends that are never decreasing, this can be explained simply by saying that the optimization of a network at the interference level has a cost, that is, the functional on the cost returns in graphic form the concept that increasing the quality of the service implies an increase in network costs.

Gli aspetti di traffico, C/I, Costi, sono legati fortemente tra loro; ottimizzare la qualità del servizio in termini di C/I, implica quasi sempre una ridistribuzione del traffico su nuove SRB, questo può significare limitare l’area di copertura di qualche SRB a favore di una minore intreferenza. The aspects of traffic, C / I, Costs, are strongly linked to each other; optimizing the quality of service in terms of C / I almost always implies a redistribution of traffic on new child restraints, this may mean limiting the coverage area of some child restraints in favor of less interference.

Se l’efficienza è vista come traffico su costi è evidente che una limitazione della copertura di una SRB implica anche una riduzione del traffico offerto a quella SRB, di conseguenza si riducono i margini di rendimento sul traffico per la SRB stessa. Ogni prodotto di qualità ha un costo proporsionale alla qualità, aumentare la qualità implica aumentare i costi. If efficiency is seen as traffic on costs, it is clear that a limitation of the coverage of a child restraint also implies a reduction in the traffic offered to that child restraint, consequently the margins of performance on traffic for the child restraint itself are reduced. Each quality product has a cost that is proportional to quality, increasing quality implies increasing costs.

Poiché la tendenza del consumatore è nel lungo periodo quella di avere un prodotto di qualità, è evidente che è conveniente investire sulla qualità. Since the consumer trend is to have a quality product in the long run, it is clear that it is convenient to invest in quality.

Il funzionali: C/I, Copertura, Traffico, sono importanti perche producono a livello di rete la percezione della qualità del servizio offerto, nel capitolo successivo verranno utilizzati contemporaneamente più funzionali al fine di dedurre un criterio utile per lo studio di una rete per telefonia mobile. The functional: C / I, Coverage, Traffic, are important because they produce at the network level the perception of the quality of the service offered, in the next chapter more functionalities will be used simultaneously in order to deduce a useful criterion for the study of a telephony network mobile.

I risultati fomiti dal programma a livello numerico sono i seguenti: The numerical results provided by the program are the following:

- Coordinate: - Coordinates:

- Potenza in dBm del singolo ricetrasmettitore o portante radio: - Power in dBm of the single transceiver or radio carrier:

- Tilt antenne delle SRB in gradi: - Tilt antennas of the child restraint in degrees:

- Valore MAX assunto dal funzionale alla partenza COST INT - MAX value assumed by the functional at the start COST INT

- Valore MIN assunto dal funzionale all’arrivo COST INT - MIN value assumed by the functional upon arrival COST INT

Si può osservare che le potenze di trasmissione trovate da questo funzionale non tendono ad essere elevate, questo è in accordo con la teoria che una minore interferenza richiede di irradiare minore energia. It can be observed that the transmission powers found by this functional do not tend to be high, this is in accordance with the theory that less interference requires radiating less energy.

7.10 FUNZIONALE C/I CON LIMITI MINIMI FISSATI PER OGNI ZONA 7.10 FUNCTIONAL C / I WITH MINIMUM LIMITS FIXED FOR EACH ZONE

Questo funzionale dispone le SRB, le potenze ed i tilt in modo da garantire le soglie di C/I fissate sui vari pixel. This function arranges the SRBs, the powers and the tilts in order to guarantee the C / I thresholds fixed on the various pixels.

I parametri configurati sono : The configured parameters are:

- 100 iterazioni del algoritmo genetico; - 100 iterations of the genetic algorithm;

- passo di campionamento 1 :4; - sampling step 1: 4;

- inserimento attenuazione del cost231 di W. Ikegami; - insertion of attenuation of cost231 by W. Ikegami;

I risultati ottenuti come riportato a partire dalla fgura 129 dimostrano che al fine di soddisfare un C/I= 18 dB al centro dell’area, ed un C/I=10 dB nella parte restante, il programma tende a disporre le SRB in modo che vi sia una Best Server nell’area centrale di maggiore copertura. The results obtained as reported starting from Figure 129 show that in order to satisfy a C / I = 18 dB in the center of the area, and a C / I = 10 dB in the remaining part, the program tends to arrange the child restraints in a that there is a Best Server in the central area with greater coverage.

I Dati numerici fomiti in uscita sono : The numerical data provided are:

- Coordinate: - Coordinates:

- Potenze in dBm del singolo ricetrasmettitore: - Power in dBm of the single transceiver:

- Tilt antenne: - Tilt antennas:

- Valore max del funzionale=250,2835 - Max value of the functional = 250.2835

- Valore min del funzionale=0 - Min value of the functional = 0

Dalla figura 129 si può osservare che le SRB sono ubicate in modo da produrre una Best Server nell’area centrale a maggiore C/I richiesto. Aumentando la differenza di C/I tra la zona centrale e le zone esterne, attualmente impostata con valori di C/I rispettivamente di 18 dB e 10 dB, si è osservato, facendo girare di nuovo il genetico che la SRB veniva ubicata esattamente al centro del quadrato più piccolo. From figure 129 it can be seen that the SRBs are located in such a way as to produce a Best Server in the central area with the highest C / I required. By increasing the C / I difference between the central zone and the external zones, currently set with C / I values of 18 dB and 10 dB respectively, it was observed, by spinning the genetic again, that the SRB was located exactly in the center of the smallest square.

La parte circostante alla zona centrale è stata tenuta anche essa presente ubicando le restanti SRB con area di copertura minore. Osservando le potenze ed i tilt proposti dal programma si può infatti notare che la SRB centrale ha la potenza maggiore ed il tilt minore, viceversa le SRB circostanti hanno potenze minori e tilt maggiori. The part surrounding the central area was also kept in mind by locating the remaining RBS with a smaller coverage area. By observing the powers and the tilts proposed by the program, it can in fact be noted that the central SRB has the highest power and the lowest tilt, vice versa the surrounding RBSs have lower powers and higher tilts.

La evoluzione del genetico a partire dalla configurazione random non è stata difficile, dopo circa 10 iterazioni si è raggiunta la soluzione stabile. The evolution of the genetic starting from the random configuration was not difficult, after about 10 iterations the stable solution was reached.

Questo significa che tutte le soluzioni via via trovate tramite l accoppiamento e la successiva mutazione, hanno determinato dei valori del funzionale maggiori i quali pertanto sono stati scartati durante la selezione del migliore cromosoma. This means that all the solutions gradually found through the coupling and the subsequent mutation, have determined higher functional values which therefore have been discarded during the selection of the best chromosome.

Dai grafici riportati si vede chiaramente la veloce convergenza verso la soluzione definitiva e stabile. The graphs shown clearly show the fast convergence towards the definitive and stable solution.

Va detto che aumentando il delta in dB tra il C/I della zona centrale e quello della parte restante, si è osservato che la convergenza non è avvenuta altrettanto rapidamente. It must be said that by increasing the delta in dB between the C / I of the central area and that of the remainder, it was observed that convergence did not occur as quickly.

I grafici da figura 136 riportano le evoluzioni dei vari funzionali a partire dal principale per il quale il genetico ha determinato la soluzione. The graphs in figure 136 show the evolutions of the various functionals starting from the main one for which the geneticist has determined the solution.

Anche il grafico del C/I con valore massimo relativo al funzionale Interferenza minima possibile, ha un andamento similare, ovviamente non tende al minimo in assoluto in quanto rispetto a questo funzionale che stiamo considerando, la soluzione trovata non è ancora ottima. Even the graph of the C / I with the maximum value relating to the minimum possible interference functional, has a similar trend, obviously it does not tend to the absolute minimum because compared to this functional we are considering, the solution found is not yet optimal.

I funzionali 138a e 138b sono sul Costo e sull Impatto Ambientale. Functional 138a and 138b are on Cost and on Environmental Impact.

II funzionale sul costo non tende a ridursi, questo è giustificato dal fatto che la distribuzione del traffico non è ottimizzata. The functional on the cost does not tend to reduce, this is justified by the fact that the distribution of traffic is not optimized.

Il funzionale sull’Impatto ambientale rimane circa allo stesso valore di partenza, tale circostanza è quella cercata ovvero inserire una SRB nella zona centrale a maggiore impatto ambientale con le SRB satelliti intomo. The functional on the environmental impact remains approximately at the same starting value, this circumstance is the one sought or inserting a child restraint in the central area with greater environmental impact with the satellite child restraints around.

Questo aspetto riduce l’impatto ambientale in quanto permette alla funzionalità di Power Control di abbassare dinamicamente la potenza di trasmissione sia del mobile sia della SRB. This aspect reduces the environmental impact as it allows the Power Control functionality to dynamically lower the transmission power of both the cabinet and the SRB.

Si ha pertanto il duplice beneficio : There is therefore the double benefit:

- Riduzione dell’impatto ambientale; - Reduction of the environmental impact;

- Riduzione dell’interferenza. - Reduction of interference.

I grafici 138c e 138d riportano i funzionali della Copertura e del Traffico. Graphs 138c and 138d show the Coverage and Traffic functions.

In particolare per la copertura si ha solo un lieve miglioramento, questo comportamento è reciproco a quanto visto per la copertura ed il relativo C/I, ovvero un miglioramento del C/I non comporta un aumento dei livelli di copertura, allo stesso modo, un aumento dei livelli di copertura radio non migliora necessariamente il C/I. II grafico riportato mostra il funzionale sulla distanza di Power Control. In particular, for the coverage there is only a slight improvement, this behavior is reciprocal to what was seen for the coverage and the related C / I, or an improvement in the C / I does not involve an increase in the levels of coverage, in the same way, a increasing levels of radio coverage does not necessarily improve C / I. The graph below shows the Power Control distance function.

Questo funzionale si riduce indicando che la ottimizzazione del C/I determina conseguentemente una disposizione ottimale delle SRB per il corretto funzionamento della prestazione di Power Control. This functional is reduced indicating that the optimization of the C / I consequently determines an optimal arrangement of the SRBs for the correct functioning of the Power Control performance.

Tale deduzione è reciproca dal momento che il Power Control può ridurre l’interferenza causata dalla SRB o dal telefonino in altri punti della rete. This deduction is reciprocal since the Power Control can reduce the interference caused by the child restraint or by the mobile phone in other points of the network.

CAPITOLO 8: CHAPTER 8:

RISULTATI OTTENUTI DALLA COMBINAZIONE DEI FUNZIONALI RESULTS OBTAINED FROM THE COMBINATION OF FUNCTIONALS

Di seguito sono riportati i risultati grafici ottenuti mediante l’algoritmo genetico applicato all’ottimizzazione di una Rete GSM Urbana combinando in un unico funzionale alcuni dei funzionali visti. Below are the graphical results obtained using the genetic algorithm applied to the optimization of an Urban GSM network by combining some of the functionalities seen in a single functional.

8.1 SINTESI 8.1 SUMMARY

Fermo restando che la compatibilità ambientale, è attualmente stabilita e garantita dai criteri indicati dalla legge quadro sulle emissioni elettromagnetiche del 14 febbraio del 2001 e dai relativi decreti attuativi, il tecnica sviluppata nella presente realizzazione, preferita, si pone il problema della collocazione ottimale delle SRB: Without prejudice to the fact that environmental compatibility is currently established and guaranteed by the criteria indicated by the framework law on electromagnetic emissions of February 14, 2001 and by the relative implementing decrees, the technique developed in the present realization, preferred, raises the problem of the optimal location of the child restraints. :

- Dal punto di vista ambientale, perseguendo la minore emissione possibile, cioè tale da rispettare non solo i vincoli di legge, ma che tenda al minimo assoluto tecnicamente raggiungibile. Questo funzionale si giustifica con la necessità di garantire un margine di sviluppo futuro nel rispetto dei limiti di legge e, contestualmente per far fronte al timore verso il problema radioelettrico; - From the environmental point of view, pursuing the lowest possible emission, that is, such as not only to comply with the legal constraints, but which tends to the absolute minimum technically achievable. This functional is justified by the need to guarantee a margin for future development in compliance with the legal limits and, at the same time, to face the fear of the radioelectric problem;

- Dal punto di vista del cliente massimizzando la qualità del servizio; - From the customer's point of view by maximizing the quality of the service;

- Dal punto di vista del gestore minimizzando gli investimenti. I risultati ottenuti sono principalmente di carattere qualitativo in quanto i coefficienti richiesti per il calcolo del modello stesso, al fine di essere ottimizzati richiedono lo svolgimento di una - From the manager's point of view by minimizing investments. The results obtained are mainly of a qualitative nature as the coefficients required for the calculation of the model itself, in order to be optimized, require the performance of a

accurata campagna di misura (Tuning). Comunque i risultati sono indicativi dei vantaggi offerti dal presente trovato. accurate measurement campaign (Tuning). However, the results are indicative of the advantages offered by the present invention.

Tutte le prove che seguono sono state effettuate tenendo conto del modello di previsione statistica di Ikegami, con un numero di iterazioni del genetico pari a 70. All the following tests were carried out taking into account the Ikegami statistical prediction model, with a number of iterations of the genetic equal to 70.

I funzionali combinati sono i seguenti: The combined functionals are as follows:

- Impatto Ambientale minimo assoluto; - Absolute minimum environmental impact;

- Copertura con soglie minime fissate per ogni zona; - Coverage with minimum thresholds set for each area;

- Interferenza con soglie minime fissate per ogni zona; - Interference with minimum thresholds set for each zone;

- Distanza minima possibile delle SRB dalle sorgenti di traffico telefonico; - Minimum possible distance of the RBS from the telephone traffic sources;

- Rendimento massimo di ogni SRB ubicata. - Maximum yield of each child restraint located.

La combinazione consiste nella somma dei funzionali elencati. ogni funzionale può essere moltiplicato per un opportuna costante al fine di amplificare il suo effetto sull’ubicazione delle SRB. The combination consists of the sum of the listed functionals. each functional can be multiplied by an appropriate constant in order to amplify its effect on the location of the child restraints.

Al fine di osservare il comportamento della combinazione dei funzionali sono state eseguite più prove: In order to observe the behavior of the combination of functionals, several tests were performed:

- Prova 1 è stato maggiormente pesato il funzionale sulla copertura: peso =10; - Test 1 the functional on the roof was weighed more: weight = 10;

- Prova 2 è stato viceversa maggiormente pesato il funzionale Impatto ambientale: - Test 2, on the other hand, the functional Environmental impact was weighed more:

peso=10; weight = 10;

- Prova 3 è stato pesato il funzionale Impatto Ambientale con peso=l,5; - Test 3 the functional Environmental Impact was weighed with weight = 1.5;

- Prova 4 sono stati sommati i funzionali con i pesi unitari; - Test 4 the functionals were added with the unit weights;

- Prova 5 è stato pesato il funzionale Impatto ambientale con peso=4 - Test 5 the functional Environmental impact with weight = 4 was weighed

L L

f f

I valori in tabella sono quelli dei funzionali non normalizzati, per eseguire la normalizzazione necessaria per il corretto interlavoro dei funzionali, è stata utilizzata la formula sotto riportata: The values in the table are those of the non-normalized functionals, to perform the normalization necessary for the correct interworking of the functionals, the following formula was used:

con: with:

Dai dati graficati in seguito si osserva che partendo dalla situazione di peso unitario, dove si ha una parità di valori percentuali raggiunti dal funzionale Margine Ambientale e dal funzionale Copertura, incrementando il peso del funzionale Margine Ambientale si ottengono i seguenti risultati interessanti: - Con peso Imp. Amb.=l,5 si ha un 15% circa di miglioramento del Margine Ambientale ed un 20% di peggioramento della Copertura radio; From the data graphed below, it can be observed that starting from the unit weight situation, where there is an equal percentage values reached by the Environmental Margin functional and the Coverage functional, by increasing the weight of the Environmental Margin functional, the following interesting results are obtained: - With weight Imp. Amb. = 1.5 there is an approximately 15% improvement in the Environmental Margin and a 20% worsening of the radio coverage;

- Con peso Imp. Amb=4 si ha un ulteriore 15% circa di miglioramento del Margine Ambientale ed un 30 % di riduzione ulteriore della copertura. - With Imp. Amb weight = 4 there is a further 15% improvement in the Environmental Margin and a further 30% reduction in coverage.

In definitiva un miglioramento del 30 % del Margine ambientale ha comportato nel modello considerato un peggioramento del 50 % della copertura. Ultimately, a 30% improvement in the environmental margin led to a 50% worsening of coverage in the model considered.

- PROVA N 1 - TEST N 1

La figura 140 e' relativa alla somma dei funzionali con peso 10 della copertura. Figure 140 relates to the sum of the functionals with weight 10 of the roof.

Nel pentagono, come già' precedentemente stabilito, il vertice in alto e' relativo al rendimento R , i due in basso rispettivamente all'Impatto ambientale ed alla copertura C, e quelli mediani al C/T ed alla distanza D. In the pentagon, as previously established, the top vertex is relative to the yield R, the two at the bottom respectively to the environmental impact and to the coverage C, and the median ones to C / T and distance D.

Si notano li seguenti elementi caratterizzanti. The following characterizing elements are noted.

- Una enfatizzazione con peso 10 sul funzionale copertura migliora l’indice di copertura; - An emphasis with weight 10 on the functional coverage improves the coverage index;

- Peggiora il Margine Ambientale riducendolo di molto in quanto concentra le SRB nella zona a maggiore impatto ambientale - Le distanze dalle sorgenti di traffico sono ridotte per via delle SRB concentrate sulle zone a maggiore traffico telefonico; - It worsens the Environmental Margin, reducing it considerably as it concentrates the child restraint systems in the area with the greatest environmental impact - The distances from the traffic sources are reduced due to the child restraint systems concentrated in the areas with the greatest telephone traffic;

- Il rendimento è massimizzato in virtù della migliore distribuzione di traffico pregiato della zona a maggiore traffico telefonico. - The yield is maximized by virtue of the better distribution of valuable traffic in the area with the highest telephone traffic.

- PROVA N 2 - TEST N 2

La figura 141 fa riferimento ad una somma dei funzionali con peso 10 del margine ambientale. Da tale rappresentazione sono evidenti i seguenti elementi caratterizzanti. Figure 141 refers to a sum of the functionals with weight 10 of the environmental margin. From this representation the following characterizing elements are evident.

- Il Margine Ambientale è ottimizzato; - The Environmental Margin is optimized;

- Poiché le SRB sono ubicate maggiormente all’esterno dell’area utile si ha: - Since the child restraints are located more outside the useful area, we have:

- Peggioramento della copertura fino al limite minimo tendente a zero; - Worsening of coverage down to the minimum limit tending to zero;

- Peggioramento del C/I in quanto non esiste una Best Server di copertura; - Worsening of the C / I as there is no coverage Best Server;

- Peggioramento del Rendimento a traffico in quanto le SRB ubicate sul perimetro dell’area con bassa potenza catturano pochissimo traffico tendente a zero; - Worsening of traffic performance as the RBSs located on the perimeter of the area with low power capture very little traffic tending to zero;

- Aumento delle distanze di servizio delle SRB dalle sorgenti di traffico, di conseguenza il Power Control non funziona e sia il telefonino sia la SRB devono trasmettere alla massima potenza possibile, questo peggiora il Margine Ambientale e le interferenze sulla rete. - Increase in the service distances of the RBS from the traffic sources, consequently the Power Control does not work and both the mobile phone and the RBS must transmit at the maximum possible power, this worsens the Environmental Margin and interference on the network.

-PROVA N3 - TRY N3

La figura 142 e' relativa ad una somma dei funzionali con peso 1.5 del funzionale margine ambientale. In essa si notano i seguenti elementi caratterizzanti. Figure 142 relates to a sum of the functionals with weight 1.5 of the environmental margin functional. In it we note the following characterizing elements.

- Portando a 1,5 il peso del funzionale Margine Ambientale si ottiene un miglioramento anche degli altri indicatori di qualità del servizio; - By bringing the weight of the functional Environmental Margin to 1.5, an improvement is also achieved in the other service quality indicators;

- E importante confrontare questo grafico con il prossimo, si potrà osservare che per aumentare di 20 punti percentuali la copertura occorre peggiorare di 20 punti percentuali il Margine Ambientale a parità degli altri valori dei funzionali. Per ottenere tale riduzione di copertura è stato osservato che l algoritmo genetico opera (con la costante di peso scelta di 1 ,5), quasi esclusivamente abbassando le potenze di trasmissione delle SRB verso il minimo di 33 dBm per singolo trasmettitore. Non c’è differenza di ubicazione delle SRB tra questa prova e quella dove i pesi sono unitari, quello che cambia sono le potenze trasmesse dai trasmettitori delle SRB, più basse nel caso di peso 1,5; più alte nel caso di peso unitario del funzionale Margine Ambientale. - It is important to compare this graph with the next one, it will be possible to observe that to increase coverage by 20 percentage points, the Environmental Margin must be worsened by 20 percentage points with the other values of the functionalities being equal. To obtain this coverage reduction, it has been observed that the genetic algorithm operates (with the chosen weight constant of 1, 5), almost exclusively by lowering the transmission power of the RBS to a minimum of 33 dBm for each single transmitter. There is no difference in the location of the child restraints between this test and the one where the weights are unitary, what changes are the powers transmitted by the transmitters of the child restraints, lower in the case of weight 1.5; higher in the case of unit weight of the functional Environmental Margin.

- Da questo segue che il criterio per regolare le potenze emesse dalle SRB, al fine di ottimizzare il Margine Ambientale, è fondamentale al pari se non più della loro stessa ubicazione. - From this it follows that the criterion for regulating the powers emitted by the RBS, in order to optimize the Environmental Margin, is as fundamental as if not more than their own location.

- PROVA N 4 - TEST N 4

La figura 143 e' relativa ad una somma di funzionali con peso unitario dei funzionali singoli. In essa si notano i seguenti elementi caratterizzanti. Figure 143 relates to a sum of functionals with unitary weight of the single functionals. In it we note the following characterizing elements.

- Riducendo il peso del Margine Ambientale da 1,5 ad 1, al pari cioè degli altri funzionali, si ottengono 20 punti percentuali di miglioramento della Copertura e 20 punti percentuali di peggioramento del Margine Ambientale. - By reducing the weight of the Environmental Margin from 1.5 to 1, that is to say the same as the other functional, 20 percentage points of improvement in Coverage and 20 percentage points of worsening of the Environmental Margin are obtained.

- Questo può essere utile per comprendere in termini di investimento economico quanto costa migliorare un indice di qualità rispetto ad un altro, banalmente ridurre la copertura può significare ridurre il servizio all’interno degli edifici. - This can be useful for understanding in terms of economic investment how much it costs to improve one quality index over another, trivially reducing coverage can mean reducing the service inside buildings.

Ridurre le potenza di trasmissione di 8 dB significa compromettere la qualità del servizio, soprattutto negli ambienti urbani dove l’attenuazione degli edifici è molto elevata. Reducing the transmission power by 8 dB means compromising the quality of the service, especially in urban environments where the attenuation of buildings is very high.

- Potenze molto basse sono usate in ambito microcellulare in questo caso, per ipotesi, le SRB di piccola portata sono ubicate necessariamente in prossimità stretta dell'obiettivo di traffico. - Very low powers are used in the microcellular environment in this case, by hypothesis, the small range RBSs are necessarily located in close proximity to the traffic target.

- PROVA N 5 - TEST N 5

La figura 144 e' relativa ad una somma di funzionali con peso 4 del funzionale margine ambientale. In esso si notano i seguenti elementi caratterizzanti. Figure 144 relates to a sum of functionals with weight 4 of the environmental margin functional. In it we note the following characterizing elements.

- Aumentando ulteriormente il peso del Margine Ambientale, viene maggiormente raggiunto l impatto minimo; rispetto al caso con peso 1,5, si osserva un aumento di circa il 10% di miglioramento sul Margine Ambientale. - By further increasing the weight of the Environmental Margin, the minimum impact is better achieved; compared to the case with weight 1.5, there is an increase of about 10% of improvement on the Environmental Margin.

- La riduzione del segnale per l’obiettivo di minimizzare il Margine Ambientale comporta una riduzione elevata della copertura. La riduzione della copertura determina, se non accuratamente valutata in fase del progetto radio, un impatto essenziale sulla qualità del servizio offerto. - The reduction of the signal for the purpose of minimizing the Environmental Margin results in a high reduction in coverage. The reduction in coverage determines, if not carefully assessed in the radio project phase, an essential impact on the quality of the service offered.

- La riduzione della copertura determina anche una percezione di pessima qualità del servizio da parte del cliente, per il quale la copertura è uno degli aspetti fondamentali del servizio che lo inducono verso un gestore piuttosto che verso un altro. - The reduction of coverage also determines a perception of poor quality of service by the customer, for which coverage is one of the fundamental aspects of the service that lead him to one manager rather than another.

- Poiché le SRB sono ubicate un modo baricentrico e simmetrico rispetto al traffico, gli altri obiettivi continuano ad essere soddisfatti. - As the child restraints are located in a barycentric and symmetrical manner with respect to traffic, the other objectives continue to be fulfilled.

8.2 PROVA 1 PESO FUNZIONALE COPERTURA POSTO A 10 8.2 TEST 1 FUNCTIONAL WEIGHT COVER PLACE A 10

Le SRB sono ubicate maggiormente nell’area centrale dove è richiesto un maggiore livello di copertura radio. The child restraints are mostly located in the central area where a higher level of radio coverage is required.

- Le potenze di trasmissione dei ricetrasmettitori sono: - The transmitting powers of the transceivers are:

- i tilt antenne sono: - the tilt antennas are:

I grafici relativi sono riportati nelle figure 145-151, in particolare nella figura 151 sono state individuate: The relative graphs are shown in figures 145-151, in particular in figure 151 the following have been identified:

- l'area centrale gialla relativa la centro storico, - the central yellow area relating to the historic center,

- l'area verde centrale relativa alla zona media densità' di urbanizzato, - the central green area relating to the medium density area of urbanization,

- in detta area centrale verde in basso, un rettangolino di un azurro piu' carico, esso corrisponde ad una zona vietata alle SRB - un contorno ampio celeste relativo ad una zona a bassa densità' di urbanizzato. - in said central green area at the bottom, a rectangle of a more charged blue, it corresponds to an area prohibited for child restraints - a broad blue outline relating to an area with a low density of urbanization.

8.3 PROVA 2: PESO FUNZIONALE MARGINE AMBIENTALE POSTO A 10 8.3 TEST 2: FUNCTIONAL WEIGHT OF ENVIRONMENTAL MARGIN AT 10

Il Peso di 10 ha fatto prevalere il funzionale margine ambientale su tutti gli altri funzionali, la disposizione che ne risulta è : The weight of 10 made the functional environmental margin prevail over all the other functional ones, the resulting arrangement is:

- Coordinate - Coordinates

- Valore di partenza del fìmzionale=2,8698 - Starting value of the budget = 2.8698

- Valore di arrivo del funzionale=0,6316 - Target value of the functional = 0.6316

Le coordinate corrispondono a SRB ubicate verso l’estemo dell’area, le potenze sono settate al minimo, i tilt sono posti con valori tendenti al massimo. The coordinates correspond to SRBs located towards the outside of the area, the powers are set to the minimum, the tilts are set with values tending to the maximum.

La disposizione delle SRB è riportata di seguito nelle figure da 152 a 158 ove sulle ascisse e sulle ordinate sono ancora riportate le lunghezze in pixel con il relativo campionamento pari ad 4. Come evidenziato dalle figure nell’area a maggiore protezione ambientale, i livelli di segnale radio sono molto bassi, insufficienti per il servizio radiomobile GSM. The arrangement of the child restraint systems is shown below in figures 152 to 158 where the pixel lengths with the relative sampling equal to 4 are still reported on the abscissas and ordinates. radio signal are very low, insufficient for GSM mobile radio service.

La successiva figura 159 riporta la parte finale del movimento delle SRB prodotto dal genetico nella ricerca della soluzione, le zone di convergenza delle soluzioni sono quelle dove le traiettorie individuano punti a maggiore densità. The following figure 159 shows the final part of the movement of the SRB produced by the geneticist in the search for the solution, the areas of convergence of the solutions are those where the trajectories identify points with greater density.

8.4 PROVA 3 PESO DEL FUNZIONALE MARGINE AMBIENTALE POSTO A 1,5 8.4 TEST 3 WEIGHT OF THE FUNCTIONAL ENVIRONMENTAL MARGIN PLACED AT 1.5

Il valore del peso del funzionale scelto di 1 ,5 ha ubicato le SRB in modo ottimale per il servizio, contemporaneamente ha settato le potenze delle SRB verso il minimo denotando in questo modo una maggiore enfasi sull’impatto ambientale. The value of the weight of the functional chosen of 1.5 has located the child restraint systems in an optimal way for the service, at the same time it has set the powers of the child restraints towards the minimum, thus denoting a greater emphasis on the environmental impact.

I principali dati fomiti dal programma sono: The main data provided by the program are:

- Valore di partenza del funzionale 1,5422 - Starting value of the functional 1.5422

- Valore di arrivo del funzionale 1,1320 - Target value of the functional 1.1320

La SRB centrale è stata messa a potenza di 38 dBm e tilt=l minimo per ottimizzare gli altri indicatori, si vedrà nel corso della prova 5 che pesando ulteriormente il margine ambientale con Peso=4 si ottiene la potenza minima sulla SRB centrale. The central child restraint has been set at 38 dBm power and minimum tilt = l to optimize the other indicators, it will be seen during test 5 that by further weighing the environmental margin with Weight = 4, the minimum power on the central child restraint is obtained.

Le figure da 160 a 169 riportano tutte le mappe di copertura ed i grafici che indicano il buon andamento dei funzionali singoli. Dalla figura 161 relativa alle distanze appare chiaramente che la massima distanza di copertura di ogni SRB è mediamente 1200 metri. Figures 160 to 169 show all the coverage maps and graphs that indicate the good performance of the individual functionals. From figure 161 relating to distances, it is clear that the maximum coverage distance of each child restraint is on average 1200 meters.

- Tale distanza è ottimale perché per quanto visto sul capitolo del traffico consente la migliore efficienza del Cluster come T raffìco/MHz/Raggiocel la. - This distance is optimal because as seen on the traffic chapter it allows the best efficiency of the Cluster as T raffìco / MHz / Raggiocel la.

- Sul capitolo delle misure si è potuto osservare che in ambito urbano, una distanza di copertura massima di 1,1 Km, consente alla prestazione di Power Control la migliore dinamica nel controllo della potenza trasmessa sia dalla SRB sia dal telefonino che è direttamente a contatto con il corpo umano. - On the chapter of the measures it was possible to observe that in urban areas, a maximum coverage distance of 1.1 Km, allows the Power Control performance the best dynamics in controlling the power transmitted both by the SRB and by the mobile phone that is directly in contact with the human body.

- Una minore potenza trasmessa implica un minore impatto ambientale ed una minore interferenza quindi una maggiore qualità del servizio in ottica cliente. - A lower transmitted power implies a lower environmental impact and a lower interference therefore a higher quality of the service from the customer point of view.

La figura 167 riporta il movimento delle coordinate delle SRB causato dairalgoritmo genetico durante la sua evoluzione per la ricerca della soluzione ottima. Figure 167 reports the movement of the coordinates of the RBS caused by the genetic algorithm during its evolution for the search for the optimal solution.

I grafici che sono mostrati successivamente 168 e 169 evidenziano la bontà della soluzione trovata: essi hanno mediamente una tendenza al ribasso come vuole la minimizzazione stessa. The graphs that are shown later 168 and 169 highlight the goodness of the solution found: they have on average a downward trend as required by the minimization itself.

E interessante notare la differenza dei funzionali singoli visti nel capitolo 7 che hanno un andamento monotono decrescente, ovvero durante la minimizzazione non hanno punti di crescita ma solo di decrescita o stazionari. It is interesting to note the difference of the single functionals seen in chapter 7 which have a monotonous decreasing trend, that is, during the minimization they have no growth points but only decrease or stationary points.

Nel caso dei funzionali combinati con la normalizzazione percentuale mostrata, si ha che i singoli funzionali possono in qualche istante anche peggiorare, a favore del miglioramento di qualche altro funzionale. In the case of the functionals combined with the percentage normalization shown, we have that the single functionals can in some instant even worsen, in favor of the improvement of some other functional.

Questa osservazione è fondamentale in quanto la somma pura dei funzionali senza alcun tipo di normalizzazione aveva 2 effetti negativi: This observation is fundamental as the pure sum of the functionals without any kind of normalization had 2 negative effects:

- Il funzionale con valore più alto dominava sugli altri; - The functional with the highest value dominated the others;

- Anche moltiplicando i vari funzionali per opportune costanti al fine di bilanciare i loro valori, si otteneva sempre che il funzionale con range di variazione maggiore cioè quello che variava più velocemente nel tempo finiva con il prevalere sugli altri. - Even multiplying the various functionals by suitable constants in order to balance their values, it was always obtained that the functional with the greatest range of variation, that is, the one that varied faster over time, ended up prevailing over the others.

La minimizzazione adottata sulla percentuale di distanza del funzionale dal suo valore minimo, consente, se la normalizzazione avviene sulla differenza MAX-MIN valore del funzionale stesso, di far progredire più o meno allo stesso modo tutti i fupzionali considerati. The minimization adopted on the percentage of distance of the functional from its minimum value, allows, if the normalization occurs on the MAX-MIN difference value of the functional itself, to make all the functions considered progress more or less in the same way.

Le costanti moltiplicative inserite nella somma finale dei funzionali, sono ulteriormente importanti in quanto permettono di esaltare le proprietà di un funzionale rispetto ad un altro. The multiplicative constants inserted in the final sum of the functionals are further important as they allow to enhance the properties of one functional over another.

In questo modo è possibile studiare le caratteristiche ideali di una rete GSM da punti di vista separati ovvero dal punto di vista del funzionale enfatizzato. In this way it is possible to study the ideal characteristics of a GSM network from separate points of view or from the point of view of the emphasized functional.

8.5 PROVA 4 PESO DEI FUNZIONALI UNITARIO 8.5 TEST 4 WEIGHT OF UNIT FUNCTIONALS

La prova è stata eseguita ponendo le costanti moltiplicative dei funzionali al valore unitario. The test was performed by setting the multiplicative constants of the functionals to the unit value.

Si è visto che la disposizione risultante delle SRJB risulta ottimale per la qualità del servizio. It was found that the resulting arrangement of the SRJBs is optimal for the quality of the service.

Una SRB è stata posizionata nel baricentro della sorgente di traffico, le altre SRB sono state distribuite uniformemente intorno alla zona centrale. One child restraint was positioned in the center of gravity of the traffic source, the other child restraints were evenly distributed around the central area.

Il margine ambientale è migliorato rispetto alla situazione in cui si è dato maggiore peso alla copertura (le SRB erano concentrate tutte nella zona centrale), ed è peggiorato rispetto alla prova dove si è data maggiore enfasi al margine ambientale. The environmental margin has improved compared to the situation in which greater weight was given to the coverage (the RBSs were all concentrated in the central area), and it has worsened compared to the test where greater emphasis was given to the environmental margin.

I dati principali fomiti dal programma sono: The main data provided by the program are:

Le potenze non sono poste al massimo come per la prova fatta enfatizzando la copertura. Powers are not set to maximum as for the test made by emphasizing coverage.

Nelle figure da 170 a 175 e' riportata la disposizione delle SRB. Dalla distribuzione delle distanze emerge che questa è la migliore configurazione per ottimizzare la qualità del servizio e contemporaneamente per ottenere anche un buon margine ambientale : Figures 170 to 175 show the arrangement of the child restraints. From the distribution of the distances it emerges that this is the best configuration to optimize the quality of the service and at the same time to obtain a good environmental margin:

- La distanza di copertura di ogni cella è max 1200 m, questa è la distanza ottimale vista sia nel progetto per la migliore efficienza sul traffico Cap 4, sia per la prestazione del Controllo di Potenza in ambiente urbano. - The coverage distance of each cell is max 1200 m, this is the optimal distance seen both in the project for the best efficiency on the traffic Cap 4, and for the performance of the Power Control in an urban environment.

- Il Controllo di Potenza permette, anche se nella simulazione non viene considerato, di trasmettere alla minima potenza quando i telefonini si trovano abbastanza vicini alla SRB; nel calcolo effettuato tale distanza max è circa 1,1 Km, questo artificio produce due conseguenze fondamentali: - The Power Control allows, even if it is not considered in the simulation, to transmit at minimum power when the mobile phones are close enough to the SRB; in the calculation made this max distance is about 1.1 km, this artifice produces two fundamental consequences:

1. Ottimizzazione del margine ambientale non solo ad opera della SRB ma anche del telefonino che si trova a diretto contatto del corpo umano; 1. Optimization of the environmental margin not only by the SRB but also by the mobile phone which is in direct contact with the human body;

2. Riduzione dell’ interferenza in altri punti della rete. 2. Reduction of interference in other points of the network.

La figura 175 riporta la situazione generale dell’area urbana considerata: Figure 175 shows the general situation of the urban area considered:

Nella zona vietata il programma non ha ubicato SRB alcuna. The program did not locate any child restraints in the forbidden zone.

La figura 176 mostra il movimento delle SRB causato dalla ricerca della soluzione migliore durante l’evoluzione deH’algoritmo genetico. Figure 176 shows the movement of the RBS caused by the search for the best solution during the evolution of the genetic algorithm.

Come già detto nel corso del capitolo precedente, tale figura mostra solo le ultime iterazioni, difatti alla fine dei calcoli il programma permette di avanzare passo passo nella rappresentazione delle soluzioni, questo da la possibilità di vedere come per i fotogrammi di una pellicola cinematografica le immagini in sequenza che descrivono le traiettorie prodotte dal movimento delle SRB durante la evoluzione delle iterazioni relative all’ algoritmo genetico. As already mentioned in the previous chapter, this figure shows only the latest iterations, in fact at the end of the calculations the program allows you to advance step by step in the representation of the solutions, this gives the possibility to see how the images for the frames of a film in sequence that describe the trajectories produced by the movement of the RBS during the evolution of the iterations relating to the genetic algorithm.

Il grafico di figura 177 mostra l'evoluzione del funzionale totale: 8.6 PROVA 5 PESO DEL FUNZIONALE MARGINE AMBIENTALE POSTO A 4 The graph in figure 177 shows the evolution of the total functional: 8.6 TEST 5 WEIGHT OF THE FUNCTIONAL ENVIRONMENTAL MARGIN PLACED A 4

Da questa prova si è osservato che una SRB è ubicata in posizione baricentrica rispetto all’area a maggiore impatto ambientale ed a maggiore copertura, traffico e, C/I. From this test it was observed that a child restraint is located in a central position with respect to the area with greater environmental impact and greater coverage, traffic and, C / I.

Le altre SRB sono simmetricamente disposte esternamente all’area più critica per impatto ambientale. The other child restraints are symmetrically arranged externally to the most critical area for environmental impact.

I dati fomiti dal programma sono: The data provided by the program are:

La SRB 2 posta al centro come si può osservare ha potenza minima e tilt minimo. The SRB 2 placed in the center, as can be seen, has minimum power and minimum tilt.

II tilt è stato posto al minimo per garantire la massima copertura, massimo rendimento sul traffico; massimo C/I dell’area centrale. Le potenze settate in questo modo garantiscono un ottimo margine ambientale a prezzo però di una minore copertura. The tilt has been set to a minimum to ensure maximum coverage, maximum performance on traffic; maximum C / I of the central area. The powers set in this way guarantee an excellent environmental margin at a price, however, of less coverage.

L’ubicazione centrale della SRB in prossimità della sorgente di traffico, permette una migliore gestione della potenza tramite la prestazione di Power Control. The central location of the RBS near the traffic source allows for better power management through the performance of Power Control.

Tale finizione consente la riduzione dell’ impatto ambientale e dell’interferenza. This finish allows the reduction of environmental impact and interference.

Nelle figure 178-187 sono riportati i grafici e le mappe di copertura, mentre nelle figure 187 e 188 sono riportate le correlazioni con gli altri funzionali. Figures 178-187 show the coverage graphs and maps, while figures 187 and 188 show the correlations with the other functionals.

Si può notare che contrariamente al caso con peso 1,5, in questo caso viene penalizzata maggiormente la copertura rispetto al margine ambientale che migliora, inoltre sia il traffico sia il rendimento sia il C/I migliorano. It can be noted that contrary to the case with weight 1.5, in this case the coverage is penalized more than the environmental margin which improves, moreover both the traffic, the yield and the C / I improve.

VANTAGGI ED INDUSTRIALITA’ DEL TROVATO ADVANTAGES AND INDUSTRIALITY OF THE FOUND

La progettazione della rete tenendo conto delle funzionalità descritte porta a ridurre le interferenze, l’impatto ambientale e quindi fornire un servizio qualitativamente ottimale. The design of the network taking into account the features described leads to reducing interference, the environmental impact and therefore providing a qualitatively optimal service.

Normalmente quando nasce una Rete Radiomobile non sempre è possibile seguire precisi criteri di progetto sia per motivi economici sia per vincoli ambientali o urbanistici, solitamente una capillarità della rete si raggiunge nel tempo distribuendo gli investimenti, e inseguendo il traffico che cresce. Normally when a mobile radio network is born it is not always possible to follow precise project criteria both for economic reasons and for environmental or urban constraints, usually a capillarity of the network is achieved over time by distributing the investments, and following the growing traffic.

La tecnica esposta nella presente descrizione permette di inquadrare il problema della progettazione o ottimizzazione di una rete radiomobile GSM da differenti punti di vista. L’aspetto essenziale emerso è che la migliore ubicazione delle SRB avviene localizzando le SRB medesime in vicinanza degli obiettivi di copertura e traffico prefissi per quella SRB. The technique described in the present description allows to frame the problem of the design or optimization of a GSM mobile radio network from different points of view. The essential aspect that emerged is that the best location of the child restraints occurs by locating the child restraints themselves in the vicinity of the coverage and traffic objectives set for that child restraint.

Tale osservazione che ha confermato la percezione che era stata sviluppata in ambito lavorativo e che non trovava precedentemente procedure implementative razionalizzate concilia perfettamente le esigenze di qualità del servizio offerto con le necessità di ottimizzare il margine ambientale. This observation, which confirmed the perception that had been developed in the workplace and that had not previously found rationalized implementation procedures, perfectly reconciles the quality requirements of the service offered with the need to optimize the environmental margin.

Il metodo applicato a casi reali di traffico può' avvalersi di una mappa cartografica ed un motore elettromagnetico più sofisticato. The method applied to real traffic cases can make use of a cartographic map and a more sophisticated electromagnetic engine.

Claims (15)

RIVENDICAZIONI 1) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM caratterizzata dal fatto di classificare e valutare gli obiettivi ed i vincoli che intervengono nella progettazione della stazione radio base, quali: - la massimizzazione del rapporto tra segnale utile ed interferenza. - la massima riduzione della distanza tra la stazione radio base, e la sorgente di traffico. - la massima riduzione della presenza di campo elettromagnetico, - la massimizzazione del rendimento celle in base al rapporto traffico/costi, - la massimizzazione del livello di copertura, mediante modello operativo che formalizzi il rapporto tra l'obiettivo ed i parametri da cui esso dipende, basato sull'impiego di algoritmi di tipo genetico per l'ottimizzazione globale attraverso un criterio di compromesso fra i singoli indici. CLAIMS 1) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network characterized by the fact of classifying and evaluating the objectives and constraints involved in the design of the radio base station, such as: - the maximization of the relationship between useful signal and interference. - the maximum reduction of the distance between the base radio station and the traffic source. - the maximum reduction of the presence of electromagnetic field, - the maximization of the cell yield based on the traffic / cost ratio, - maximizing the level of coverage, by means of an operating model that formalizes the relationship between the objective and the parameters on which it depends, based on the use of genetic algorithms for global optimization through a compromise criterion between the individual indices. 2) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto di impiegare mezzi di rappresentazione del funzionamento di un certo numero di stazioni radio base come Best Server in regioni enumerate con indice “j” al pari delle stazioni radio base stesse, essendo tali regioni a loro volta suddivise in pixel più piccoli con indice “i" in modo da discretizzare con maggiore precisione i valori di campo elettromagnetico nello spazio e contemporaneamente fornire ai mezzi software impiegati i dati di ingresso relativi al traffico previsto sui vari pixel stessi. 2) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claim 1 characterized by the fact of using means of representing the operation of a certain number of base radio stations as Best Server in regions enumerated with index "j" like the radio base stations themselves, these regions being in turn divided into smaller pixels with index "i" so as to discretize the electromagnetic field values in space with greater precision and at the same time provide the software means used with the input data relating to the expected traffic on the various pixels themselves. 3) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicazioni 1 e 2 caratterizzata dal fatto di impiegare mezzi di rappresentazione del funzionamento di un certo numero di stazioni radio base come Best Server in regioni enumerate con indice j al pari delle stazioni radio base stesse, essendo tali regioni a loro volta suddivise in pixel più piccoli con indice i definendo: a- la valutazione dei confini tra una regione e l'altra tramite i punti di isolivello fomiti da due stazioni radiobase adiacenti tra loro mediante l'area aH'intemo della quale il campo elettromagnetico fornito da una stazione radio base e' predominante su quello fornito dalfe altre stazioni radiobase, b- il calcolo in base al modello di traffico adottato, delle stazioni radio base e del numero di portanti necessarie per una data distribuzione territoriale di clienti radiomobile, c- il calcolo per ogni singola regione del numero di pixel nj ad essa appartenenti definendo l'area vera e propria della regione. 3) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 2 characterized by the fact of using means of representing the operation of a certain number of base radio stations as Best Server in regions enumerated with index j like the radio base stations themselves, these regions being in turn divided into smaller pixels with index i defining: a- the evaluation of the boundaries between one region and another through the isolation points provided by two radio base stations adjacent to each other through the area within which the electromagnetic field provided by a radio base station predominates over the one provided from other radio base stations, b- the calculation based on the traffic model adopted, of the base radio stations and the number of carriers required for a given territorial distribution of mobile radio customers, c- the calculation for each single region of the number of pixels nj belonging to it, defining the real area of the region. 4) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicazioni 1 e 3 caratterizzata dal fatto di impiegare , il seguente funzionale minimizzante per la massima riduzione deirimpatto ambientale in una data area di riferimento 4) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by the fact of using the following minimizing functional for the maximum reduction of the environmental impact in a given reference area 5) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicazioni 1 e 3 caratterizzata dal fatto di impiegare il seguente funzionale minimizzante per la massima riduzione dell'impatto ambientale in un'unica regione di n pixel indirizzati da indici i,k in base al layer q di impatto ambientale 5) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by using the following minimizing functional for the maximum reduction of the environmental impact in a single region of n pixels addressed by indices i, k based on the environmental impact layer q 6) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione delia rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicazioni 1 e 3 caratterizzata dal fatto di impiegare il seguente funzionale minimizzante per la massima riduzione dell'impatto ambientale a dei limiti prefissati, fissando una soglia di campo elettrico massimo permesso su una determinata zona confrontando il funzionale il valore ottenuto con tale soglia ed incrementandosi solo se il campo elettrico sul pixel e' maggiore della soglia data come input 6) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by using the following minimizing functional for the maximum reduction of the environmental impact to predetermined limits, by setting a threshold of the maximum electric field allowed on a given area by comparing the functional value obtained with this threshold and increasing only if the electric field on the pixel is greater than the threshold given as input essendo stata eseguita all'interno della procedura che implementa le sommatorie la seguente assegnazione: the following assignment having been performed within the procedure that implements the summations: 7) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicazioni 1 e 3 caratterizzata dal fatto di attuare la minimizzazione delle distanze della stazione radio base dalle sorgenti di traffico, dividendo il territorio in regioni pari al numero di stazioni radio base necessarie denominandole con indice “j”, essendo ogni regione suddivisa in n pixel con indice “i”, all’ interno di ognuna di queste regioni, il funzionale che ralgoritmo deve minimizzare, tendendo ad ubicare le stazioni radio base il più vicino possibile alle sorgenti di traffico telefonico e quindi più vicino ai pixel con traffico telefonico crescente, detto traffico T(i.j) pesato con tre valori/essendo fornito in input alle procedure di elaborazione pesando i pixel sulla base della quantità di traffico bassa, media, alta, considerata per ogni stazione radio base, e dal fatto di ottenere il risultato finale pesando le distanze con il traffico, col ridurre le distanze con traffico più elevato, in base ai seguenti due funzionali: 1. funzionale 2. funzion 7) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by the fact of implementing the minimization of the distances of the radio base station from the traffic sources, dividing the territory into regions equal to the number of radio base stations necessary, naming them with index "j", being each region divided into n pixels with index "i", within each of these regions, the functional that the algorithm must minimize, tending to locate the radio stations based as close as possible to the sources of telephone traffic and therefore closer to the pixels with increasing telephone traffic, said traffic T (i.j) weighted with three values / being supplied as input to the processing procedures by weighing the pixels on the basis of the low amount of traffic , medium, high, considered for each radio base station, and by obtaining the final result by weighing the distances with the traffic, with the reduction rre distances with higher traffic, based on the following two functions: 1. functional 2. function 8) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicazioni 1 e 3 caratterizzata dal fatto di attuare la massimizzazione del C/T effettuando il controllo su ogni pixel per ogni set di stazioni radio base ubicate, essendo l’area suddivisa in zone di best server per ogni stazione radio base, aH’intemo di ognuna di queste il controllo del C/I essendo effettuato controllando che le stazioni radio base interferenti arrivino con livelli più bassi possibile, valutando reciprocamente che la stazione radio base servente su una regione non sia troppo interferente sui pixel della regione che prima era origine dell’interferenza per la precedente regione, per cui in modo iterativo si ricava che: 8) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by implementing the C / T maximization by checking each pixel for each set of radio stations base located, since the area is divided into best server zones for each radio base station, within each of these the control of the C / I is carried out by checking that the interfering radio base stations arrive at the lowest possible levels, mutually evaluating that the radio base station serving on a region is not too much interfering on the pixels of the region that previously was the origin of the interference for the previous region, so that iteratively results that: e con la rappresentazione matriciale adottata di un’unica regione di (p,q) pixel : and with the adopted matrix representation of a single region of (p, q) pixels: 9) Tecnica di progetto e/o otimizzazione della rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicazioni 1 e 3 caraterizzata dal fato di attuare la massimizzazione del C/I tenendo conto di soglie di C/I imposte come limiti oltre il quale non scendere in modo che durante il controllo per ogni pixel, il funzionale non si incrementi, se accade che il valore di C/I è migliore di quello minimo imposto o altrimenti si incrementi, e fornendo come funzionale operativo il seguente 9) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by the fact of implementing C / I maximization taking into account C / I thresholds imposed as limits beyond which does not go down so that during the check for each pixel, the functional does not increase, if it happens that the value of C / I is better than the minimum imposed or otherwise increases, and providing the following functional functional 10) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicazioni 1 e 3 caratterizzata dal fatto di attuare la massimizazione della copertura su pixel impiegando il contributo dei termini a maggiore peso nel calcolo del valore del funzionale, ovvero per ottenere un funzionale più grande in valore assoluto, facendo si che l’algoritmo genetico disponga le stazioni radio base in maniera tale che la potenza ricevuta sul pixel di maggiore peso sia la più grande possibile, valutando per ogni regione best server di una stazione radio base, prima la potenza sul pixel e poi moltiplicando tale potenza per il valore del peso assegnato alla matrice di input sui livelli di copertura discretizzati da cui: 10) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by implementing the maximization of the coverage on pixels using the contribution of the terms with greater weight in the calculation of the value of the functional, i.e. to obtain a larger functional in absolute value, ensuring that the genetic algorithm arranges the radio base stations in such a way that the power received on the pixel with the greatest weight is as large as possible, evaluating the best server for each region of a radio base station, first the power on the pixel and then multiplying this power by the value of the weight assigned to the input matrix on the discretized coverage levels from which: 11) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso raio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicaioni 1 e 3 caratterizzata dal fatto di attuare l'ottimizzazione della opertura minima impiegando il funzionale 11) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by implementing the optimization of the minimum opening using the functional isponendo l'incremento del funzionale solo se il livello di campo isurato sul pixel è minore del livello di copertura richiesto su quel ixel. 12) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso raio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicaioni 1 e 3 caratterizzata dal fatto di disporre il controllo e la regolaione della potenza di trasmissione aH'intemo di una data finestra imiegando il funzionale providing the functional increase only if the field level measured on the pixel is lower than the coverage level required on that ixel. 12) Technique of design and / or optimization of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by the fact of arranging the control and regulation of the transmission power within a given window using the functional ndo quest'ultimo relativo alla potenza media in una determinata zione di propagazione ottenuta mediante una media sulla distanza Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso o GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendioni 1 e 3 caratterizzata dal fatto di attuare la massimizzazione rendimento sul traffico telefonico offerto, ritenendo costanti i coi ogni impianto ed indipendenti gli stessi dal punto di ubicazione, mediante individuazione del valore minimo in assoluto tramite il funzionale ndo the latter relative to the average power in a given propagation action obtained by means of an average over the distance Design and / or optimization technique of the access network or GSM based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by the fact of implementing the maximization of the yield on the telephone traffic offered, considering constant with each system and independent of the same from the point location, by identifying the absolute minimum value through the functional li Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicazioni 1 e 3 caratterizzata dal fatto di attuare la massimizzazione del rendimento sul traffico telefonico offerto, ritenendo costanti i costi di ogni impianto ed indipendenti gli stessi dal punto di ubicazione, considerando il valore minimo rispetto ad una soglia di traffico li Project and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claims 1 and 3 characterized by the fact of maximizing the yield on the telephone traffic offered, considering the costs of each system to be constant and independent themselves from the point of location, considering the minimum value with respect to a traffic threshold 15) Tecnica di progetto e/o ottimizzazione della rete di accesso radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto di rappresentare cinque indici da ottimizzare su un grafico pentagonale, da cui si ricavi la maggiore area della figura all’interno del pentagono corrispondente alla migliore qualità della soluzione trovata per il progetto/ottimizzazione di rete, e dal fatto di individuare i valori massimi e minimi di ogni funzionale, eseguendo la scansione di un funzionale alla volta ed inoltre ricavando per ogni funzionale i valori massimi e minimi assunti dagli altri funzionali, per costruire il grafico pentagonale sul quale per ogni funzionale normalizzato sia possibile osservare la variazione assunta dai restanti funzionali in base alla formula: Y <f> d x <■>^ ^ c o 16) Tecnica di p 15) Design and / or optimization technique of the GSM radio access network based on a genetic algorithm according to claim 1 characterized by the fact of representing five indexes to be optimized on a pentagonal graph, from which the largest area of the figure is obtained. interior of the pentagon corresponding to the best quality of the solution found for the network project / optimization, and by identifying the maximum and minimum values of each functional, scanning one functional at a time and also obtaining the maximum and minimum assumed by the other functionals, to construct the pentagonal graph on which for each normalized functional it is possible to observe the variation assumed by the remaining functionals based on the formula: Y <f> d x <■> ^ ^ c or 16) Technique of p radio GSM basata su algoritmo di tipo genetico secondo le rivendicazioni 1 e 15 caratterizzata dal fatto di operare una combinazione della somma dei funzionali elencati, ogni funzionale essendo moltiplicato per una eventuale costante al fine di amplificare il suo effetto sull’ubicazione delle stazioni radio base per cui: e GSM radio based on a genetic algorithm according to claims 1 and 15 characterized by the fact of operating a combination of the sum of the listed functionalities, each functional being multiplied by a possible constant in order to amplify its effect on the location of the base radio stations for which: And terlavoro dei funzionali. terwork of functionals.
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