本發(fā)明涉及一種獲取與優(yōu)化DTMB(DigitalTerrestrialTelevisionMultimediaBroadcasting)單頻網(wǎng)覆蓋率的方法和裝置，屬于地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
單頻網(wǎng)因其諸多優(yōu)點成為主要的地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)絡(luò)部署形式，單頻網(wǎng)中所有發(fā)射機(jī)使用相同的頻率同時發(fā)射同一信號。除自然多徑外，單頻網(wǎng)本身產(chǎn)生“人工多徑”，OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù))使單頻網(wǎng)成為可能，OFDM中保護(hù)間隔的大小決定了單頻網(wǎng)中發(fā)射機(jī)之間的最大距離，當(dāng)發(fā)射機(jī)的距離大于保護(hù)間隔對應(yīng)的距離時，將產(chǎn)生自干擾。減小單頻網(wǎng)自干擾區(qū)域的方法有很多，比如調(diào)整發(fā)射臺站址、發(fā)射功率、天線參數(shù)以及發(fā)射延時，這些方法中調(diào)整發(fā)射延時的成本為0，所以調(diào)整發(fā)射延時成為減少單頻網(wǎng)自干擾的一種常用方法。然而，目前工程中采用人工方式調(diào)整發(fā)射延時，準(zhǔn)確度差；在全國范圍內(nèi)單頻網(wǎng)建設(shè)中，發(fā)射機(jī)數(shù)目較多，各發(fā)射機(jī)附加發(fā)射延時的可能組合數(shù)目巨大且具有依賴性，這使人工調(diào)整很復(fù)雜，實現(xiàn)困難。可見調(diào)整各發(fā)射機(jī)附加發(fā)射延時從而提高單頻網(wǎng)覆蓋率是一個多參數(shù)、高度非線性、復(fù)雜的組合優(yōu)化問題，因此尋求一種高效的求解發(fā)射機(jī)附加發(fā)射延時最優(yōu)組合的方法成為必要。單頻網(wǎng)覆蓋率預(yù)算模型的準(zhǔn)確建立是實現(xiàn)單頻網(wǎng)覆蓋率優(yōu)化的前提和基礎(chǔ)。在單頻網(wǎng)中，接收機(jī)同時接收來自不同發(fā)射機(jī)、具有不同時延的多個信號，信號是有用信號還是干擾信號取決于該信號與OFDM接收機(jī)中快速傅里葉變化(FFT,FastFourierTransform)窗口的時延差，在接收地點處還需要對各有用功率和干擾功率進(jìn)行合成。單頻網(wǎng)于上世紀(jì)90年代最早應(yīng)用于歐洲的數(shù)字音頻廣播(DAB,DigitalAudioBroadcasting)與數(shù)字視頻廣播(DVB,DigitalVideoBroadcasting)，在預(yù)算單頻網(wǎng)覆蓋小區(qū)的覆蓋地點概率時，文獻(xiàn)[1]-[4]利用加權(quán)函數(shù)計算信號在接收地點處產(chǎn)生的有用功率和干擾功率，在計算合成有用功率和合成干擾功率的dB值之差的方差時忽略了單頻網(wǎng)自干擾以及信號陰影衰落引起相關(guān)性，使覆蓋小區(qū)覆蓋地點概率的計算產(chǎn)生誤差([1]R.Rebhan,JensZander.OntheOutageProbabilityinSingleFrequencyNetworksforDigitalBroadcasting[J].IEEETransactionsonBroadcasting,1993,39(4):395-400;[2]AgnesLigeti,JensZander,MinimalCostCoveragePlanningforSingleFrequencyNetworks[J].IEEETransactionsonBroadcasting,1999,45(1):78-87;[3]G.Koutitas.DVBnetworkoptimisationforenergyefficiency[C].//Proc.IEEEInt.Conf.Adv.Commun.Technol.(ICACT),2010,2:7–10;[4]LanzaM,GutierrezAL,BarriusoI,PerezJR.CoverageOptimizationinFrequencyNetworksUsingSimulatedAnnealing[C].//IEEEInternationalSymposiumonAntennasandPropagationandUSNC/URSINationalRadioScienceMeeting(APSURSI),2011,7:2789-2792)。國際上已有商用的、專業(yè)的地面數(shù)字廣播信號覆蓋預(yù)測軟件，比如德國LS公司的CHIRplus_bc和法國ADTI公司的ICS-telecom，這些軟件除了支持DAB和DVB標(biāo)準(zhǔn)外，還支持美國的ATSC標(biāo)準(zhǔn)以及日本的ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)。2006年8月，我國頒布了具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的地面數(shù)字電視多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn)DTMB，國際上商用的、專業(yè)的地面數(shù)字廣播信號覆蓋預(yù)測軟件不支持我國DTMB標(biāo)準(zhǔn)，而且這些商業(yè)軟件接口加密且固定、購買和升級費用昂貴。目前，國內(nèi)專業(yè)的DTMB單頻網(wǎng)覆蓋預(yù)測系統(tǒng)幾乎沒有，公開號為101795162中國專利在2010年8月4日公開了一種數(shù)字單頻網(wǎng)信號覆蓋質(zhì)量測算評估方法，該方法采用蒙特卡羅法計算柵格點的地點概率，計算的準(zhǔn)確度取決于抽樣點數(shù)，抽樣點數(shù)越多計算量越大；其次，該方法采用功率和方法進(jìn)行信號合成，造成過估計場強(qiáng)強(qiáng)度，文獻(xiàn)[4]將計算對數(shù)正態(tài)變量之和的方法進(jìn)行了對比，在功率和、簡化相乘法、LNM方法中，LNM方法估計的精確度最高。文獻(xiàn)[5]-[6]中利用粒子群(PSO,ParticleSwarmOptimization)優(yōu)化算法([5]J.Morgade,J.Pérez,J.Basterrechea,M.TocaGarcía,A.Arrinda,P.Angueira,CoverageoptimizationforDVBT/HsinglefrequencynetworksusingaPSOalgorithm[C]//PabloAngueira.IEEEInternationalSymposiumonBroadbandMultimediaSystemsandBroadcasting,BMSB2009.USA:IEEEComputerSociety,2009:13–15;[6]J.Morgade,J.Pérez,J.Basterrechea,A.Arrinda,P.Angueira,OptimizationofthecoverageareaforDVB-Tsinglefrequencynetworksusingaparticleswarmbasedmethod[C]//WilliamC.Y.Lee.IEEEVehicularTechnologyConference,VTCSpring2009,USA:InstituteofElectricalandElectronicsEngineersInc.,2009:26–29)。遺傳算法(GA,geneticalgorithm)和PSO算法都是仿生算法，但是PSO主要應(yīng)用于連續(xù)問題，一旦粒子過分集中，就有可能陷入局部極小值。文獻(xiàn)[7]-[8]中指出GA還可以應(yīng)用于離散問題，且克服了傳統(tǒng)搜索方法陷入局部最優(yōu)解的缺點，具有較好的全局搜索性能，其獨特的運行機(jī)理使其以有限的代價解決搜索空間大、復(fù)雜的組合優(yōu)化問題。因此，遺傳算法被廣泛應(yīng)用與工程優(yōu)化中。基于遺傳算法對單頻網(wǎng)覆蓋率進(jìn)行優(yōu)化是一個研究的方向。([7]宋丹,張曉林.基于不動點理論的多系統(tǒng)兼容接收機(jī)頻點選擇問題的研究與遺傳算法實現(xiàn)[J].物理學(xué)報,2010,59(9):6697-6704;[8]武志勇,郭宏,呂振華,錢浩.基于遺傳算法的雙余度無刷直流電機(jī)優(yōu)化設(shè)計[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報.2011,37(12):1541-1545)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了提高單頻網(wǎng)覆蓋率預(yù)測準(zhǔn)確率，克服發(fā)射機(jī)數(shù)目較多時人工調(diào)整附加發(fā)射延時的難點，提供了一種獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的裝置和方法。本發(fā)明的獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的裝置，包括：臺站信息處理模塊、臺站數(shù)據(jù)庫、電波傳播預(yù)算模塊、干擾分析模塊、統(tǒng)計模塊、優(yōu)化模塊、GIS（GeographicInformationSystem，地理信息系統(tǒng)）模塊、地理信息數(shù)據(jù)庫和覆蓋結(jié)果數(shù)據(jù)庫。臺站信息處理模塊收集單頻網(wǎng)內(nèi)各發(fā)射臺站的信息，發(fā)射臺站的信息包括：站址名稱、經(jīng)緯度、發(fā)射功率、天線方向圖、信號調(diào)制方式、發(fā)射頻率、發(fā)射時延、狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)編號，并將發(fā)射臺站的信息分類存儲在臺站數(shù)據(jù)庫中。發(fā)射臺站的發(fā)射功率、天線方向圖、信號調(diào)制方式、發(fā)射頻率、發(fā)射時延、狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)編號，在終端添加并配置。地理信息數(shù)據(jù)庫用于存儲電子地圖。GIS模塊加載電子地圖，并根據(jù)設(shè)置的計算精度生成柵格網(wǎng)圖層，將結(jié)果存儲在地理信息數(shù)據(jù)庫中。電波傳播預(yù)算模塊從臺站數(shù)據(jù)庫中獲取激活狀態(tài)的各發(fā)射臺站的信息，從GIS模塊中獲取選定區(qū)域內(nèi)各柵格中心點的地理信息，計算激活狀態(tài)的各發(fā)射臺站到選定范圍內(nèi)各柵格中心點的鏈路損耗、接收功率、場強(qiáng)值、傳播時間以及到達(dá)時間，并將結(jié)果發(fā)送給GIS模塊、干擾分析模塊和統(tǒng)計模塊。GIS模塊根據(jù)各柵格的最大場強(qiáng)值計算柵格顏色值并逐個著色，將輸出結(jié)果覆蓋在電子地圖上。干擾分析模塊用于實現(xiàn)如下功能：首先，設(shè)置參考時間t0的選擇標(biāo)準(zhǔn)、幀頭和幀體長度、接收機(jī)本底噪聲N0、同步門限載噪比Margn、同步門限Psyn、最小中值場強(qiáng)Emed和射頻保護(hù)率PR，選擇或設(shè)置加權(quán)函數(shù)w(Δτi)，選擇非欲收接收機(jī)和分析變量，分析變量為載噪干比(CNIR)值或覆蓋地點概率；其次，確定參考時間t0，確定各發(fā)射機(jī)在選定范圍內(nèi)各柵格中心點的到達(dá)時間相對于參考時間t0的時延差，并獲得各柵格有用功率和干擾功率的加權(quán)函數(shù)w(Δτi)的值，Δτi表示第i個發(fā)射機(jī)的到達(dá)時間ToAi與t0的時延差；然后，設(shè)置信號電平在同步門限以上的信號被接收機(jī)同步，根據(jù)加權(quán)函數(shù)w(Δτi)計算各發(fā)射機(jī)在各柵格中心點的有用功率和干擾功率，運用K因子對數(shù)正態(tài)法（K-LNM法），獲取各柵格中心點的合成有用功率U和合成干擾功率I的dB值的均值和方差；最后，若分析變量為CNIR，計算覆蓋場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域的CNIR值，其他區(qū)域的CNIR值用255表示，將計算的CNIR值發(fā)送給GIS模塊和統(tǒng)計模塊；若分析變量為覆蓋地點概率，計算覆蓋場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域中各柵格的合成有用功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)及覆蓋地點概率，其他區(qū)域中柵格的覆蓋地點概率為0，將柵格的地點概率發(fā)送給GIS模塊和統(tǒng)計模塊。參考時間t0有兩種選擇標(biāo)準(zhǔn)：第一種是以最早到達(dá)且功率大于同步門限Psyn的信號的到達(dá)時間為基準(zhǔn)，第二種是以電平最強(qiáng)信號的到達(dá)時間為基準(zhǔn)；同步門限Psyn＝N0+Margn。GIS模塊根據(jù)各柵格的覆蓋地點概率值或CNIR值與系統(tǒng)定義的顏色對照范圍比較，進(jìn)行各柵格顏色值計算并逐個著色，輸出結(jié)果覆蓋在電子地圖上。統(tǒng)計模塊根據(jù)設(shè)置的統(tǒng)計條件，在統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)篩選出滿足統(tǒng)計條件的柵格，并將篩選結(jié)果發(fā)送給GIS模塊，計算滿足統(tǒng)計條件的柵格所占統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)總柵格數(shù)目的百分比，并發(fā)送給優(yōu)化模塊。統(tǒng)計模塊把選定的統(tǒng)計區(qū)域特征發(fā)送給GIS模塊，從GIS模塊獲取統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)的柵格及其總數(shù)目。GIS模塊將滿足統(tǒng)計條件要求的柵格的預(yù)算結(jié)果覆蓋在電子地圖上，不滿足統(tǒng)計條件要求的柵格的預(yù)算結(jié)果不予顯示。優(yōu)化模塊基于遺傳算法計算出能使優(yōu)化區(qū)域覆蓋率達(dá)到最高的單頻網(wǎng)中各發(fā)射臺站的發(fā)射延時最優(yōu)組合及覆蓋率。在遺傳算法的每一代進(jìn)化過程中，將當(dāng)代種群中每個延時向量的取值發(fā)送給臺站數(shù)據(jù)庫，在臺站數(shù)據(jù)庫修改各發(fā)射臺站的發(fā)射時延，從GIS模塊中獲取優(yōu)化區(qū)域內(nèi)各柵格中心點的地理信息，通過電波傳播預(yù)算模塊重新計算激活狀態(tài)的各發(fā)射臺站到優(yōu)化區(qū)域內(nèi)各柵格中心點的到達(dá)時間，通過干擾分析模塊選擇狀態(tài)為激活與非激活的發(fā)射機(jī)作為非欲收發(fā)射機(jī)，并計算各柵格的覆蓋地點概率或CNIR值，通過統(tǒng)計模塊計算滿足統(tǒng)計條件的柵格所占優(yōu)選區(qū)域內(nèi)總柵格數(shù)目的百分比。覆蓋結(jié)果數(shù)據(jù)庫用于存儲電波傳播預(yù)算模塊、干擾分析模塊和統(tǒng)計模塊的計算結(jié)果。本發(fā)明的獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的方法，包括下面步驟：步驟A：加載規(guī)劃區(qū)電子地圖并設(shè)置計算精度，GIS模塊根據(jù)設(shè)置的計算精度生成柵格網(wǎng)圖層，從地理信息數(shù)據(jù)庫中調(diào)取柵格網(wǎng)中各柵格中心點的地理信息，地理信息包括經(jīng)度、緯度、高度和地表覆蓋物。步驟B：添加單頻網(wǎng)各發(fā)射臺站并配置各發(fā)射臺站的參數(shù)，參數(shù)包括發(fā)射功率、發(fā)射頻率、發(fā)射天線增益、發(fā)射天線饋線損耗、發(fā)射天線方向圖、信號調(diào)制方式、發(fā)射延時、狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)編號，狀態(tài)為激活或不激活。步驟C：設(shè)置鏈路損耗預(yù)算參數(shù)，包括設(shè)置傳播模型、地面覆蓋物衰減和鏈路損耗預(yù)算距離，以及設(shè)置接收天線高度、增益和最低中值場強(qiáng)。步驟D：計算激活狀態(tài)的各發(fā)射臺站到各柵格中心點的鏈路損耗、接收功率、場強(qiáng)值、傳播時間以及到達(dá)時間。步驟E：根據(jù)各柵格的最大場強(qiáng)值計算柵格顏色值并進(jìn)行著色，輸出結(jié)果覆蓋在電子地圖上并在終端顯示。步驟F：首先，將單頻網(wǎng)內(nèi)各發(fā)射機(jī)設(shè)置為激活狀態(tài)，單頻網(wǎng)外部同頻發(fā)射機(jī)設(shè)置為非激活狀態(tài)。然后，設(shè)置FFT窗口起始位置的參考時間t0的選擇標(biāo)準(zhǔn)、幀頭和幀體長度、接收機(jī)本底噪聲N0、同步門限載噪比Margn、同步門限Psyn、最小中值場強(qiáng)Emed、射頻保護(hù)率PR，選擇或設(shè)置加權(quán)函數(shù)w(Δτi)。最后，選擇非欲收接收機(jī)和分析變量，分析變量為載噪干比值(CNIR,CarriertoNoiseplusInterferenceRatio)或覆蓋地點概率。參考時間t0有兩種選擇標(biāo)準(zhǔn)：第一種是以最早到達(dá)且功率大于Psyn的信號的到達(dá)時間為基準(zhǔn)，第二種是以電平最強(qiáng)信號的到達(dá)時間為基準(zhǔn)。同步門限Psyn＝N0+Margn。步驟G：確定參考時間t0，以及各發(fā)射機(jī)到達(dá)時間相對于參考時間t0的時延差Δτi，獲得各柵格有用功率和干擾功率的加權(quán)函數(shù)w(Δτi)的值；設(shè)置信號電平在同步門限以上的信號被接收機(jī)同步，根據(jù)加權(quán)函數(shù)w(Δτi)計算各發(fā)射機(jī)在各柵格中心點的有用功率和干擾功率，獲取各柵格中心點的合成有用功率U和合成干擾功率I的對數(shù)正態(tài)分布參數(shù)。若分析變量是載噪干比，計算覆蓋場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域的CNIR值，其他區(qū)域的CNIR值用255表示，將計算的CNIR值發(fā)送給GIS模塊；若為覆蓋地點概率，干擾分析模塊計算覆蓋場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域中各柵格的合成有用功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)及覆蓋地點概率，其他區(qū)域中柵格的覆蓋地點概率為0，將柵格的覆蓋地點概率發(fā)送給GIS模塊。步驟H：GIS模塊根據(jù)各柵格的覆蓋地點概率值或CNIR值與系統(tǒng)定義的顏色對照范圍比較，進(jìn)行各柵格顏色值計算并進(jìn)行著色，輸出結(jié)果覆蓋在電子地圖上并在終端顯示。步驟I：根據(jù)地理特征選擇所需統(tǒng)計區(qū)域，設(shè)置統(tǒng)計條件。步驟J：篩選出所選區(qū)域內(nèi)滿足統(tǒng)計條件的柵格，并將篩選結(jié)果發(fā)送給GIS模塊，并計算所選區(qū)域內(nèi)滿足統(tǒng)計條件的柵格數(shù)目所占統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)總柵格數(shù)目的百分比。步驟K：GIS模塊將滿足統(tǒng)計條件要求的柵格的預(yù)算結(jié)果覆蓋在電子地圖上并顯示在終端，不滿足統(tǒng)計條件要求的柵格的預(yù)算結(jié)果不予顯示。步驟L：根據(jù)地理特征選擇所需優(yōu)化區(qū)域，設(shè)置最大遺傳代數(shù)、種群規(guī)模。步驟M：在不改變發(fā)射機(jī)參數(shù)的情況下，基于遺傳算法計算出能使優(yōu)化區(qū)域覆蓋率達(dá)到最高的單頻網(wǎng)內(nèi)各發(fā)射機(jī)的發(fā)射延時最優(yōu)組合及覆蓋率。步驟N：輸出各發(fā)射機(jī)的發(fā)射延時最優(yōu)組合及覆蓋率。所述步驟D中，可以運用ITU-RP.1546、ITU-RP.370、ITU-RP.526或Okumura-Hata電波傳播模型及其校正模型預(yù)算單頻網(wǎng)中各發(fā)射臺站到每個柵格中心點的接收功率和場強(qiáng)值。步驟G中，柵格中心點的合成有用功率U和柵格中心點的合成干擾功率I分別為：其中，N1為單頻網(wǎng)內(nèi)接收功率大于Psyn的發(fā)射臺站數(shù)目，N2為單頻網(wǎng)內(nèi)接收功率小于Psyn的發(fā)射臺站數(shù)目，N''為單頻網(wǎng)外部同頻發(fā)射機(jī)數(shù)目，Ui為第i個發(fā)射機(jī)在接收地點產(chǎn)生的有用信號功率，Pri為第i個發(fā)射機(jī)接收的本地功率，Ii為第i個發(fā)射機(jī)在接收地點產(chǎn)生的干擾信號功率。Pri統(tǒng)計特性服從對數(shù)正態(tài)分布，轉(zhuǎn)換的dB值為Wri＝10·log10(Pri)；“·”表示乘法運算；Wri的均值標(biāo)準(zhǔn)方差其中，是陰影衰落的標(biāo)準(zhǔn)方差，在地面數(shù)字電視廣播中取5.5dB；表示第i個發(fā)射機(jī)接收的本地均值功率；Ui轉(zhuǎn)化的dB值Xi＝10·log10(Ui)的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差分別為：Ii轉(zhuǎn)化的dB值Yi＝10·log10(Ii)的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差分別為：合成有用功率U和合成干擾功率I轉(zhuǎn)化的dB值X和Y分別為：X＝10log10(U)，Y＝10log10(I)；利用匹配相關(guān)矩法計算各柵格的合成有用功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)，具體是：首先，令Xi'＝ln(Ui)，則Xi'＝λXi，參數(shù)則Xi'的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差分別為：同理，令Yi'＝ln(Ii)，X'＝ln(U)，Y'＝ln(I)，則Yi'與Yi、X'與X、Y'與Y均具有Xi'與Xi之間相同的關(guān)系，且Xi'與Yi'的相關(guān)系數(shù)等于Xi和Yi的相關(guān)系數(shù)X'與Y'的相關(guān)系數(shù)rX'Y'等于X和Y的相關(guān)系數(shù)rXY；令變量φ＝X'+Y'，則φ的均值mφ＝mX'+mY'，方差σφ2＝σX'2+2rX'Y'σX'σY'+σY'2；匹配U與I的相關(guān)矩相關(guān)矩E[UI]還能表示為：由此得到：和分別為Yi'的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差。本發(fā)明的有益效果是：依照本發(fā)明的獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的裝置和方法，定義同步門限Psyn以體現(xiàn)單頻網(wǎng)增益，功率在Psyn以上的信號才能被接收機(jī)同步，同時根據(jù)實際DTMB接收機(jī)干擾模型計算各臺站在柵格中心點的有用信號功率和干擾信號功率，采用K-LNM法進(jìn)行信號合成，利用匹配相關(guān)矩法計算合成有用功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)，利用CCDF函數(shù)計算柵格的地點概率，預(yù)算結(jié)果更實際、準(zhǔn)確，計算量小，能夠提高單頻網(wǎng)覆蓋率預(yù)測準(zhǔn)確率，同時基于遺傳算法計算各發(fā)射機(jī)的發(fā)射延時最優(yōu)組合以使單頻網(wǎng)覆蓋率最高，無需改變發(fā)射機(jī)功率、天線等參數(shù)，成本為0，克服了發(fā)射機(jī)數(shù)目較多時人工調(diào)整附加發(fā)射延時的難點，且準(zhǔn)確度高。本發(fā)明的裝置和方法可以應(yīng)用于我國DTMB單頻網(wǎng)規(guī)劃中。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例的獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的裝置的功能示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的方法的整體流程圖；圖4是本發(fā)明方法的步驟103電波傳播預(yù)測的工作流程圖；圖5是本發(fā)明方法的步驟106干擾分析模塊的工作流程圖；圖6是本發(fā)明方法的步驟112的優(yōu)化模塊的工作流程圖。具體實施方式以下，參考附圖1～6詳細(xì)描述本發(fā)明的獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的裝置和方法。本發(fā)明的裝置和方法定義同步門限Psyn以體現(xiàn)單頻網(wǎng)增益，功率在Psyn以上的信號才能被接收機(jī)同步，根據(jù)實際DTMB接收機(jī)干擾模型來計算單頻網(wǎng)中各發(fā)射機(jī)在接收地點產(chǎn)生的有用功率和干擾功率，采用K-LNM法進(jìn)行信號合成，利用匹配相關(guān)矩法求合成有用信號功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)，使覆蓋小區(qū)的地點概率的預(yù)測考慮單頻網(wǎng)自干擾以及陰影衰落引起的相關(guān)性，利用互補累計分布函數(shù)(CCDF,ComplementaryCumulativeDistributionFunction)計算各柵格的地點概率，預(yù)算結(jié)果更實際、準(zhǔn)確，計算量小。本發(fā)明基于遺傳算法求解單頻網(wǎng)中各發(fā)射機(jī)發(fā)射延時的最優(yōu)組合，在不改變發(fā)射機(jī)其他參數(shù)的條件下使單頻網(wǎng)自干擾最小，該方法無需增加成本，且克服了發(fā)射機(jī)數(shù)目較多時人工調(diào)整發(fā)射機(jī)發(fā)射延時復(fù)雜且實現(xiàn)困難的難點，且準(zhǔn)確度高。如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例的獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的裝置組成結(jié)構(gòu)，包括：單頻網(wǎng)內(nèi)的發(fā)射臺站1、臺站信息處理模塊2、臺站數(shù)據(jù)庫3、電波傳播預(yù)算模塊4、干擾分析模塊5、統(tǒng)計模塊6、優(yōu)化模塊7、GIS模塊8、地理信息數(shù)據(jù)庫9、覆蓋結(jié)果數(shù)據(jù)庫10和終端11。單頻網(wǎng)內(nèi)的發(fā)射臺站1是用于分析的對象，在終端11添加并配置各發(fā)射臺站1的參數(shù)，參數(shù)包括發(fā)射功率、天線方向圖、信號調(diào)制方式、發(fā)射頻率、發(fā)射時延、狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)編號等。狀態(tài)是指該發(fā)射臺站處于激活或非激活狀態(tài)。臺站信息處理模塊2，用于收集各單頻網(wǎng)發(fā)射臺站1的相關(guān)信息，包括：站址名稱、經(jīng)緯度、發(fā)射功率、天線方向圖、信號調(diào)制方式、發(fā)射頻率、發(fā)射時延、狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)編號等，并將發(fā)射臺站1的信息存儲在臺站數(shù)據(jù)庫3中。臺站數(shù)據(jù)庫3，用于存儲并管理臺站信息處理模塊2分類處理后的數(shù)據(jù)，可對臺站信息批量處理，比如更改發(fā)射功率、發(fā)射頻率、發(fā)射延時和狀態(tài)等。電波傳播預(yù)算模塊4，用于從臺站數(shù)據(jù)庫3中獲取激活狀態(tài)的各發(fā)射臺站1的信息數(shù)據(jù)，并向GIS模塊8獲取鏈路損耗預(yù)算范圍內(nèi)各柵格中心點的地理信息數(shù)據(jù)，選擇ITU-RP.1546、ITU-RP.370、ITU-RP.526或Okumura-Hata電波傳播模型及其校正模型預(yù)算激活狀態(tài)的各發(fā)射臺站1到每個柵格中心點的鏈路損耗、接收功率、場強(qiáng)值、傳播時間以及到達(dá)時間，將計算結(jié)果發(fā)送給GIS模塊8、干擾分析模塊5和統(tǒng)計模塊6。干擾分析模塊5，首先，設(shè)置參考時間t0的選擇標(biāo)準(zhǔn)、幀頭和幀體長度、接收機(jī)本底噪聲N0、同步門限載噪比Margn、同步門限Psyn、最小中值場強(qiáng)Emed和射頻保護(hù)率PR，選擇或設(shè)置加權(quán)函數(shù)w(Δτi)，選擇非欲收接收機(jī)和分析變量，分析變量為載噪干比(CNIR)值或覆蓋地點概率；其次，確定參考時間t0，確定各發(fā)射機(jī)（也就是發(fā)射臺站）在選定范圍內(nèi)各柵格中心點的到達(dá)時間相對于參考時間t0的時延差，并獲得各柵格有用功率和干擾功率的加權(quán)函數(shù)w(Δτi)的值，Δτi表示第i個發(fā)射機(jī)的到達(dá)時間ToAi與t0的時延差。然后設(shè)置信號電平在同步門限以上的信號被接收機(jī)同步，根據(jù)加權(quán)函數(shù)w(Δτi)計算各發(fā)射機(jī)在柵格中心點產(chǎn)生的有用功率和干擾功率，運用K-LNM法對每個柵格中心點的有用信號功率和干擾信號功率進(jìn)行合成分析，計算各柵格中心點的合成有用功率與合成干擾功率的dB值的均值和方差。最后，若分析變量為CNIR，計算覆蓋場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域的CNIR值，其他區(qū)域的CNIR值用255表示，將計算的CNIR值發(fā)送給GIS模塊8和統(tǒng)計模塊6；若分析變量為覆蓋地點概率，計算覆蓋場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域中各柵格的合成有用功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)及覆蓋地點概率，其他區(qū)域中柵格的覆蓋地點概率為0，將柵格的地點概率發(fā)送給GIS模塊8和統(tǒng)計模塊6。利用匹配相關(guān)矩法計算各柵格中心點的合成有用功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)，具體實現(xiàn)方法如圖2和本發(fā)明方法的步驟G中所示。利用互補累計分布函數(shù)(CCDF,ComplementaryCumulativeDistributionFunction)計算柵格的覆蓋地點概率。參考時間t0有兩種選擇標(biāo)準(zhǔn)：第一種是以最早到達(dá)且功率大于同步門限Psyn的信號的到達(dá)時間為基準(zhǔn)，第二種是以電平最強(qiáng)信號的到達(dá)時間為基準(zhǔn)；同步門限Psyn＝N0+Margn。統(tǒng)計模塊6，在統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)，根據(jù)設(shè)置的統(tǒng)計條件，篩選出滿足統(tǒng)計條件的柵格，將篩選結(jié)果發(fā)送給GIS模塊8，并計算滿足統(tǒng)計條件的柵格所占統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)總柵格數(shù)目的百分比，并發(fā)送給優(yōu)化模塊7。其中，統(tǒng)計模塊6把統(tǒng)計區(qū)域特征發(fā)送給GIS模塊8，并從GIS模塊8獲取統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)的柵格及其總數(shù)目；優(yōu)化模塊7，以最大化優(yōu)化區(qū)域的覆蓋率為目標(biāo)，基于遺傳算法計算單頻網(wǎng)中各臺站發(fā)射延時的最優(yōu)組合，在優(yōu)化過程中，將各代種群中每個延時向量取值發(fā)送給臺站數(shù)據(jù)庫3，將所需優(yōu)化區(qū)域特征發(fā)送給GIS模塊8，調(diào)用電波傳播預(yù)算模塊4重新預(yù)測各臺站到優(yōu)化區(qū)域內(nèi)各柵格中心點的到達(dá)時間、干擾分析模塊5選擇狀態(tài)為激活與非激活的發(fā)射機(jī)作為非欲收發(fā)射機(jī)，選擇計算各柵格的覆蓋地點概率、統(tǒng)計模塊6計算覆蓋率，從而計算每個延時向量的目標(biāo)函數(shù)值。GIS模塊8加載電子地圖，根據(jù)設(shè)置的計算精度信息將所選區(qū)域的電子地圖生成柵格網(wǎng)圖層，并將結(jié)果存儲在地理信息數(shù)據(jù)庫9中。GIS模塊8從地理信息數(shù)據(jù)庫9中調(diào)取所選區(qū)域中各柵格中心點的高度、經(jīng)緯度、地表覆蓋物等地理信息，并發(fā)送給電波傳播預(yù)算模塊4。GIS模塊8根據(jù)電波傳播預(yù)算模塊4的預(yù)算的各柵格的最大場強(qiáng)值計算柵格顏色值并逐個著色，將輸出結(jié)果覆蓋在電子地圖上并顯示在終端11中。GIS模塊8根據(jù)干擾分析模塊5計算的各柵格的覆蓋地點概率值或CNIR值，與系統(tǒng)定義的顏色對照范圍比較，進(jìn)行各柵格顏色值計算并逐個著色，輸出結(jié)果覆蓋在電子地圖上并顯示在終端11中。統(tǒng)計模塊6把選定的統(tǒng)計區(qū)域特征發(fā)送給GIS模塊8，從GIS模塊8獲取統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)的柵格及其總數(shù)目，根據(jù)統(tǒng)計模塊6的計算結(jié)果，將滿足統(tǒng)計條件要求的柵格的預(yù)算結(jié)果覆蓋在電子地圖上，不滿足統(tǒng)計條件要求的柵格的預(yù)算結(jié)果不予顯示，預(yù)算結(jié)果是指覆蓋地點概率值或CNIR值。GIS模塊8從優(yōu)化模塊7獲取優(yōu)化區(qū)域，將優(yōu)化區(qū)域內(nèi)柵格中心點的高度、經(jīng)緯度、地表覆蓋物等地理信息給電波傳播預(yù)算模塊4。地理信息數(shù)據(jù)庫9用于存儲電子地圖信息。覆蓋結(jié)果數(shù)據(jù)庫10用于存儲電波傳播預(yù)算模塊4、干擾分析模塊5的和統(tǒng)計模塊6的計算結(jié)果。終端11用于顯示預(yù)測結(jié)果。另外，本實施例在可運用的ITU-RP.370、ITU-RP.1564、ITU-RP.526、Okumura-Hata等電波傳播預(yù)測模型中選用了Okumura-Hata模型，該模型充分考慮了城市建筑覆蓋物、接收區(qū)域?qū)﹄姴▊鞑サ挠绊?，適合城市及人口密集地區(qū)場強(qiáng)預(yù)測。另外，本發(fā)明中運用GIS進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)的存儲、獲取、分析和顯示，一方面提高電波傳播預(yù)測的準(zhǔn)確性，另一方面直觀的顯示規(guī)劃區(qū)的覆蓋與干擾計算結(jié)果。另外，本發(fā)明在加載電子地圖時，用戶可設(shè)置計算精度，在電子地圖上生成新的柵格網(wǎng)圖層，利用柵格網(wǎng)圖層著色方法顯示地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋與干擾計算結(jié)果，用戶可自定義柵格網(wǎng)的大小、密度，不僅靈活、實用；而且柵格著色法簡單、快速。參考附圖2和3，本發(fā)明實施例的獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的方法的原理圖及流程圖，該方法包括下列步驟：步驟100：啟動系統(tǒng)，加載規(guī)劃區(qū)電子地圖數(shù)據(jù)，包括地形高度圖層、影像圖層和地表覆蓋物圖層、矢量圖層等，并設(shè)置計算精度，即每個柵格的大小，GIS模塊8根據(jù)設(shè)置的計算精度信息生成柵格網(wǎng)圖層，從地理信息數(shù)據(jù)庫9中調(diào)取柵格網(wǎng)中每個柵格中心點的地理信息，包括經(jīng)度、緯度、高度、地表覆蓋物等信息。步驟101：加載單頻網(wǎng)發(fā)射臺站信息并配置各發(fā)射臺站參數(shù)，包括發(fā)射功率、發(fā)射頻率、發(fā)射天線增益、發(fā)射天線饋線損耗、發(fā)射天線方向圖、信號調(diào)制方式、附加的發(fā)射延時、狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)編號等。狀態(tài)是指該發(fā)射臺站處于激活或不激活狀態(tài)。采用GIS能夠在地圖上直觀顯示單頻網(wǎng)中各發(fā)射臺站的位置等信息。步驟102：在電波傳播預(yù)算模塊4中設(shè)置鏈路損耗預(yù)算參數(shù)，包括設(shè)置傳播模型、地面覆蓋物衰減、鏈路損耗預(yù)算距離等參數(shù)，設(shè)置接收天線高度、增益和最低中值場強(qiáng)。步驟103：電波傳播預(yù)算模塊4計算各單頻網(wǎng)中狀態(tài)為激活態(tài)的各發(fā)射臺站1到各柵格中心點的鏈路損耗、接收功率、場強(qiáng)值、傳播時間及到達(dá)時間。將計算的結(jié)果發(fā)送給GIS模塊8以及干擾分析模塊5。步驟104：GIS模塊8根據(jù)各柵格的最大場強(qiáng)值進(jìn)行柵格顏色值計算并進(jìn)行著色，輸出結(jié)果覆蓋在電子地圖上并顯示在終端11。步驟105：設(shè)置發(fā)射機(jī)狀態(tài)，將單頻網(wǎng)內(nèi)各發(fā)射機(jī)設(shè)置為激活狀態(tài)，單頻網(wǎng)外部同頻發(fā)射機(jī)設(shè)置為非激活狀態(tài)。在干擾分析模塊5中設(shè)置FFT窗口起始位置的參考時間t0的選擇標(biāo)準(zhǔn)、幀頭和幀體長度、接收機(jī)本底噪聲N0(單位為dBw)、同步門限載噪比Margn、最小中值場強(qiáng)Emed、射頻保護(hù)率(PR,ProtectionRatio)，選擇或設(shè)置加權(quán)函數(shù)w(Δτi)，選擇分析變量為覆蓋地點概率或載噪干比值(CNIR,CarriertoNoiseplusInterferenceRatio)，選擇非欲收發(fā)射機(jī)。為了體現(xiàn)單頻網(wǎng)的增益，本發(fā)明中還設(shè)置了同步門限Psyn，功率在Psyn以上的信號能被接收機(jī)同步，通常Psyn小于等于接收機(jī)靈敏度Pmin。其中同步門限Psyn＝N0+Margn，單位為dBw，Pmin＝N0+C/N，單位為dBw，C/N為載噪比門限，通常Margn≤C/N，最小等效場強(qiáng)Emin與Pmin之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：Emin(dBμv/m)＝Pmin+Lf-G+20logfc+105.06其中，Lf為接收天線的饋線損耗(單位為dB)、G為相對于半波偶極子的天線增益(單位為dBd)、fc為工作頻率(單位為MHz)。最小中值場強(qiáng)Emed與最小等效場強(qiáng)Emin之間的關(guān)系為：Emed＝Emin+Pmmn+C1，室外固定接收Emed＝Emin+Pmmn+C1+Lh，移動接收Emed＝Emin+Pmmn+C1+Lh+Lb，室內(nèi)固定接收其中，C1為地點校正因子；Pmmn為人為噪聲容限(單位為dB)；Lh為高度損耗（單位為dB），接收點在地面1.5m以上；Lb為建筑物穿透損耗(單位為dB)。C1＝μσt其中σt為總均方差(單位為dB)；σm＝5.5dB，為大尺度均方差，σb為建筑物穿透損耗均方差(單位為dB)；μ為分布因子，地點概率70%時為0.52，90%時為1.28，95%時為1.64以及99%時為2.33。本發(fā)明中FFT窗口起始位置的參考時間t0有兩種選擇標(biāo)準(zhǔn)：第一種是以最早到達(dá)且功率大于Psyn的信號的到達(dá)時間為基準(zhǔn)，第二種以電平最強(qiáng)信號的到達(dá)時間為基準(zhǔn)。本發(fā)明中通過發(fā)射機(jī)的狀態(tài)來選擇非欲收發(fā)射機(jī)。非欲收發(fā)射機(jī)狀態(tài)可以為：①激活；②激活與非激活；③非激活。步驟106：確定參考時間t0，以及各發(fā)射機(jī)到達(dá)時間ToAi相對于參考時間t0的時延差，設(shè)Δτi表示第i個發(fā)射機(jī)的到達(dá)時間ToAi與t0的時延差，并根據(jù)步驟105的加權(quán)函數(shù)w(Δτi)獲得各柵格有用功率和干擾功率的加權(quán)函數(shù)值。設(shè)置信號電平在同步門限以上的信號被接收機(jī)同步，根據(jù)加權(quán)函數(shù)w(Δτi)計算各發(fā)射機(jī)在柵格中心點的有用功率和干擾功率。然后獲取各柵格中心點的合成有用功率和合成干擾功率的對數(shù)正態(tài)分布參數(shù)。本發(fā)明實施例中分析變量為覆蓋地點概率，干擾分析模塊5計算各柵格覆蓋地點概率。干擾分析模塊5確定FFT窗口起始位置的參考時間t0并計算各發(fā)射機(jī)到達(dá)時間ToAi相對于該參考時間t0的時延差。在單頻網(wǎng)中，接收地點同時接收來自不同發(fā)射機(jī)、具有不同時延的多個信號，來自第i個發(fā)射機(jī)的信號在接收地點是否是有用信號取決于其到達(dá)時間ToAi與t0的時延差。本發(fā)明實施例中每個發(fā)射臺站設(shè)置有一臺發(fā)射機(jī)。設(shè)ToAi與t0的時延差為Δτi＝ToAi-t0。本發(fā)明中通過對國內(nèi)主要接收機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的商用DTMB接收機(jī)的抗回波干擾性能測試與仿真得出DTMB接收機(jī)干擾模型，用加權(quán)函數(shù)w(Δτi)表示，用于計算各單頻網(wǎng)發(fā)射臺站在柵格中心點的有用功率Ui和干擾功率Ii。加權(quán)函數(shù)w(Δτi)為：TGI;]]>其中，TGI表示OFDM符號的保護(hù)間隔，即幀頭。除以上兩種加權(quán)函數(shù)w(Δτi)外，還可根據(jù)需要編寫w(Δτi)。由Okumura-Hata電波傳播理論可知，由于陰影衰落影響，從第i個發(fā)射機(jī)接收的本地功率Pri隨地點隨機(jī)變化，可以表示為:其中，Pti、Gti分別是第i個發(fā)射機(jī)的有效發(fā)射功率和天線增益，di和L(di)分別是第i個發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的距離和路徑損耗，Gr表示接收機(jī)的天線增益，表示第i個發(fā)射機(jī)接收的本地均值功率，ζi是零均值高斯隨機(jī)變量，用來描述接收機(jī)附近的陰影衰落，單位為dB?？梢?，Pri統(tǒng)計特性服從對數(shù)正態(tài)分布，令轉(zhuǎn)換的dB值Wri＝10·log10(Pri)，則：Wri的均值標(biāo)準(zhǔn)方差其中，是陰影衰落的標(biāo)準(zhǔn)方差，在地面數(shù)字電視廣播中取5.5dB。第i個發(fā)射機(jī)在接收地點產(chǎn)生的有用信號功率Ui＝Pri·w(Δτi)，干擾信號功率Ii＝Pri·（1-w(Δτi))，在柵格內(nèi)w(Δτi)的變化很小，可以忽略，所以Ui和Ii服從對數(shù)正態(tài)分布,則有用信號功率轉(zhuǎn)化為dB值Xi＝10·log10(Ui)的均值、標(biāo)準(zhǔn)方差分別為：干擾信號功率轉(zhuǎn)化為dB值Yi＝10·log10(Ii)的均值、標(biāo)準(zhǔn)方差分別為：在單頻網(wǎng)中，接收地點的合成有用功率合成干擾功率N'表示單頻網(wǎng)內(nèi)部發(fā)射機(jī)總數(shù)目，N''為單頻網(wǎng)外部同頻發(fā)射機(jī)數(shù)目。本發(fā)明中利用K因子對數(shù)正態(tài)法(K-LNM)進(jìn)行信號合成，信號強(qiáng)度估計更實際，求得柵格中心點的合成有用功率U、合成干擾功率I的dB值的正態(tài)分布參數(shù)。本發(fā)明實施例中分析變量為覆蓋地點概率，干擾分析模塊5計算覆蓋場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域中各柵格的合成有用功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)及覆蓋地點概率，其他區(qū)域中柵格的覆蓋地點概率為0，將柵格的覆蓋地點概率發(fā)送給GIS模塊8。本發(fā)明中通過匹配相關(guān)矩法計算合成有用功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)，使覆蓋小區(qū)的地點概率的預(yù)測考慮單頻網(wǎng)自干擾以及陰影衰落引起的相關(guān)性，利用互補累計分布函數(shù)(CCDF)計算各柵格的地點概率，預(yù)算結(jié)果更準(zhǔn)確且計算量小。當(dāng)步驟105中選擇的分析變量為CNIR時，干擾分析模塊5計算覆蓋場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域的CNIR值，其他區(qū)域的CNIR值用255表示，將計算的所有CNIR值發(fā)送給GIS模塊8。步驟107：GIS模塊8將各柵格的覆蓋地點概率值或CNIR值與系統(tǒng)定義的顏色對照范圍比較，進(jìn)行各柵格顏色值計算并進(jìn)行著色，輸出結(jié)果覆蓋在電子地圖上并顯示在終端11。步驟108：在統(tǒng)計模塊6中，根據(jù)地理特征(地表覆蓋物、地理高度)選擇所需統(tǒng)計區(qū)域，設(shè)置統(tǒng)計條件。本發(fā)明實施例中統(tǒng)計條件設(shè)置為覆蓋地點概率值的最小值和最大值。在分析變量為CNIR時，統(tǒng)計條件設(shè)置為CINR值的最小值和最大值；統(tǒng)計條件還可以是覆蓋場強(qiáng)值的最小值和最大值。步驟109：統(tǒng)計模塊6篩選出統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)滿足統(tǒng)計條件的柵格，并將篩選結(jié)果發(fā)送給GIS模塊8，并計算所選區(qū)域內(nèi)滿足統(tǒng)計條件的柵格數(shù)目所占統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)總柵格數(shù)目的百分比。為克服數(shù)字廣播的“懸崖效應(yīng)”，固定接收方式下，覆蓋地點概率值大于等于70%時認(rèn)為該柵格被覆蓋，令該第j個柵格的覆蓋參數(shù)Covj＝1，否則，Covj＝0；則統(tǒng)計區(qū)域的覆蓋率其中，M為統(tǒng)計區(qū)域總的柵格數(shù)目。步驟110：GIS模塊8將滿足統(tǒng)計條件要求的柵格的預(yù)算結(jié)果覆蓋在電子地圖上并顯示在終端，不滿足統(tǒng)計條件要求的柵格不予顯示。預(yù)算結(jié)果是指柵格的覆蓋地點概率值或CNIR值。步驟111：在優(yōu)化模塊7中根據(jù)地理特征(地表覆蓋物、地理高度)選擇所需優(yōu)化區(qū)域，設(shè)置最大遺傳代數(shù)Gmax和種群規(guī)模Ps。步驟112：在不改變發(fā)射機(jī)參數(shù)的情況下，比如功率，天線等，優(yōu)化模塊7基于遺傳算法計算出能使覆蓋率達(dá)到最高的單頻網(wǎng)內(nèi)各個發(fā)射機(jī)的發(fā)射延時最優(yōu)組合及優(yōu)化后覆蓋率。步驟113：輸出單頻網(wǎng)內(nèi)各發(fā)射臺站1的最優(yōu)延時向量及優(yōu)化后覆蓋率。本發(fā)明基于遺傳算法求解單頻網(wǎng)中各個發(fā)射機(jī)附加發(fā)射延時的最優(yōu)組合，該方法無需改變發(fā)射臺功率、站址、天線等參數(shù)，成本為0，克服了發(fā)射機(jī)數(shù)目較多時人工調(diào)整發(fā)射機(jī)附加延時的難點，且準(zhǔn)確度高。如圖4所示，詳細(xì)說明了步驟103的工作流程，執(zhí)行步驟102后，則執(zhí)行步驟201。步驟201：判斷是否還有未計算柵格，如果是，則執(zhí)行步驟202；否則，執(zhí)行步驟205。步驟202：取一未計算的柵格，判斷該柵格下是否還有未計算的激活發(fā)射臺站，如果是，則執(zhí)行步驟203；否則，執(zhí)行步驟201。步驟203：取一未計算的發(fā)射臺站，計算該發(fā)射臺站到該柵格中心點的鏈路損耗、接收功率、場強(qiáng)、傳播時間以及到達(dá)時間。(1)鏈路損耗預(yù)算；本實施例以O(shè)kmura-Hata模型為例。Lp(di)＝69.55+26.16lgfc-13.82lghti+(44.9-6.55lghr)lgdi-α(hr)+Cclutter其中：Lp(di)為準(zhǔn)平坦地形市區(qū)的地形地貌條件下的傳播損耗，單位為dB；di為第i個發(fā)射臺站到柵格中心點的傳播距離，單位為km，可根據(jù)發(fā)射臺站經(jīng)緯度與柵格中心點經(jīng)緯度計算；fc為工作頻率，單位為MHz；hti為第i個發(fā)射機(jī)天線有效高度，單位為m，約等于臺站海拔加發(fā)射天線高度之和；hr為接收天線高度，單位為m；α(hr)為接收天線高度校正因子，單位為dB；Cclutter為地表覆蓋物衰減校正因子，單位為dB；另外，本發(fā)明還可以通過導(dǎo)入實測數(shù)據(jù)利用最小二乘法進(jìn)行電波傳播模型校正，從而利用校正后的電波傳播模型進(jìn)行鏈路預(yù)算，使預(yù)測結(jié)果更準(zhǔn)確。(2)接收功率和場強(qiáng)預(yù)算；接收天線輸出本地均值功率為：其中：單位為dBw；Lp(di)為傳播損耗，單位為dB；Gr為接收天線增益，單位為dBi，Lr為接收天線饋線損耗，單位為dB，Pi為第i個發(fā)射機(jī)的有效發(fā)射功率，單位為dBw；Pi由以下公式計算得到：Pi=Pti+Gti-Lti其中，Pti為第i個發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，單位為dBw，Gti為第i個發(fā)射機(jī)的天線增益，單位為dBi，Lti為第i個發(fā)射機(jī)的發(fā)射天線饋線損耗，單位為dB。接收地點的等效接收場強(qiáng)Eri(dB(μV/m))的計算公式：(3)路徑傳播時間ti的計算：ti=di/c;其中：di為第i個發(fā)射臺站到柵格中心點的傳播距離，單位為km，可根據(jù)發(fā)射臺站經(jīng)緯度與柵格中心點經(jīng)緯度計算；c為光速，c=3×108m/s。(4)第i個發(fā)射臺站到達(dá)柵格中心點的到達(dá)時間計算：信號到達(dá)時間ToAi的計算如下：ToAi=ti+delayidelayi為步驟101中設(shè)置的第i個發(fā)射臺的發(fā)射延時。步驟204：保存功率、場強(qiáng)、傳播時間和到達(dá)時間的預(yù)算結(jié)果；然后轉(zhuǎn)步驟202執(zhí)行。步驟205：輸出各柵格點的最大功率值和最大場強(qiáng)值給GIS模塊8。如圖5所示，詳細(xì)說明了步驟106的工作流程。執(zhí)行步驟105后，執(zhí)行步驟301；步驟301：判斷是否還有未計算柵格；如果是，則執(zhí)行步驟302；否則，執(zhí)行步驟315。步驟302：根據(jù)步驟105設(shè)置的選擇FFT窗口起始位置的參考時間t0的基準(zhǔn)，以及各發(fā)射臺到達(dá)柵格中心點的功率值和到達(dá)時間確定t0。步驟303：取一未計算的柵格，判斷該柵格是否還有未計算的發(fā)射臺站，如果是，則執(zhí)行步驟304；否則，執(zhí)行步驟310，進(jìn)行信號合成。步驟304：取一未計算的發(fā)射臺站，根據(jù)該發(fā)射臺站狀態(tài)，判斷該發(fā)射臺站是否是單頻網(wǎng)內(nèi)部發(fā)射機(jī)（激活態(tài)則是單頻網(wǎng)內(nèi)部發(fā)射機(jī)，非激活態(tài)則不是單頻網(wǎng)內(nèi)部發(fā)射機(jī)），如果是，則執(zhí)行步驟305；否則，執(zhí)行步驟309。步驟305：計算該發(fā)射臺站信號的到達(dá)時間ToAi相對于t0的時延差Δτi：Δτi=ToAi-t0。步驟306：計算該發(fā)射臺站信號的加權(quán)函數(shù)w(Δτi)值；在單頻網(wǎng)中，任意接收地點同時接收來自不同發(fā)射臺站、具有不同時延的多個信號，是否是有用信號取決于步驟304計算的時延差Δτi。在步驟105中可以選擇表示DTMB接收機(jī)干擾模型的w(Δτi)計算表達(dá)式，也可以根據(jù)需要設(shè)置w(Δτi)計算表達(dá)式，該函數(shù)稱為加權(quán)函數(shù)，用于計算發(fā)射臺站信號在柵格中心點產(chǎn)生的有用功率和干擾功率。TGI]]>其中，TGI分別表示OFDM符號的保護(hù)間隔，即幀頭。步驟307：判斷該發(fā)射臺站到達(dá)柵格中心點的功率是否大于同步門限Psyn，如果是，執(zhí)行步驟308；否則，則執(zhí)行步驟309。步驟308：利用步驟306計算的加權(quán)函數(shù)w(Δτi)值計算該發(fā)射臺站信號在柵格中心點產(chǎn)生的有用功率和干擾功率。有用信號功率Ui＝Pri·w(Δτi)，轉(zhuǎn)化為dB值Xi＝10·log10(Ui)；干擾信號功率Ii＝Pri·(1-w(Δτi))，轉(zhuǎn)化為dB值Yi＝10·log10(Ii)；其中Pri為第i個發(fā)射機(jī)在柵格中心點產(chǎn)生的本地功率。然后轉(zhuǎn)步驟303執(zhí)行。步驟309：視該發(fā)射臺站信號全部為干擾信號。有用信號功率Ui＝0，轉(zhuǎn)化為dB值Xi＝-inf；干擾信號功率Ii＝Pri，轉(zhuǎn)化為dB值Yi＝10·log10(Pri)。然后轉(zhuǎn)步驟303執(zhí)行。步驟310：利用K-LNM法進(jìn)行信號合成，求各柵格中心點的合成有用功率U和合成干擾功率I的對數(shù)正態(tài)分布參數(shù)，計算方法如下：預(yù)測功率Pri的dB值即Wri＝10·log10(Pri)為隨地點變化服從正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)，則其均值即步驟103預(yù)測的功率值標(biāo)準(zhǔn)方差其中是陰影衰落的標(biāo)準(zhǔn)方差，取決于陰影衰減的嚴(yán)重性，在地面數(shù)字電視廣播中取5.5dB。在柵格內(nèi)w(Δτi)的變化很小，可以忽略，所以Ui和Ii服從對數(shù)正態(tài)分布，則Xi＝10·log10(Ui)的均值、標(biāo)準(zhǔn)方差為：Yi＝10·log10(Ii)的均值、標(biāo)準(zhǔn)方差為柵格中心點的合成有用功率U：柵格中心點的合成干擾功率I：其中，N'為單頻網(wǎng)內(nèi)部發(fā)射機(jī)總數(shù)目，N1為單頻網(wǎng)內(nèi)接收功率大于Psyn的發(fā)射臺站數(shù)目，N2為單頻網(wǎng)內(nèi)接收功率小于Psyn的發(fā)射臺站數(shù)目，N'=N1+N2，N''為單頻網(wǎng)外部同頻發(fā)射機(jī)數(shù)目。n個獨立對數(shù)正態(tài)分布變量之和，可視為近似對數(shù)正態(tài)分布變量，其分布參數(shù)可由K-LNM方法計算，令X＝10log10(U)，Y＝10log10(I)，則X、Y均值和方差的計算過程如下：(1)將的值分別代入XdB，利用下面式子轉(zhuǎn)化為奈培值。XNeper＝1/10log10(e)·XdB≈0.23XdB(2)利用奈培值計算X的均值mX和方差(3)同理可以得到Y(jié)的均值mY和方差σY2：(4)將得到的mX、σX、mY、σY的奈培值分別代入XNeper，依據(jù)下式轉(zhuǎn)化為dB值。XdB＝10log10(e)XNeperk是校正因子，取決于接收信號的標(biāo)準(zhǔn)方差，對于標(biāo)準(zhǔn)方差小于6dB，通常取0.7。步驟311：判斷分析變量為覆蓋地點概率還是為CNIR，如果是覆蓋地點概率，則執(zhí)行步驟312；否則，執(zhí)行步驟314。步驟312：利用匹配相關(guān)矩法計算合成有用功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)，計算方法如下：當(dāng)Δτi在一定范圍內(nèi)，Ui和Ii均不為0，正態(tài)變量Xi和Yi兩者具有很大的相關(guān)性，蒙特卡羅仿真結(jié)果表明Xi和Yi的相關(guān)系數(shù)因此即使在忽略陰影衰落的影響下，X和Y之間具有相關(guān)性。為計算X和Y的相關(guān)系數(shù)rXY，令Xi'＝ln(Ui)，則Xi'＝λXi，其中參數(shù)同理，令Yi'＝ln(Ii)，X'＝ln(U)，Y'＝ln(I)，則Yi'與Yi、X'與X、Y'與Y均具有Xi'與Xi之間相同的關(guān)系，且有rX′Y′＝rXY。令φ＝X'+Y'，則則φ的均值mφ＝mX'+mY'，方差σφ2＝σX'2+2rX'Y'σX'σY'+σY'2。匹配U與I的相關(guān)矩：由此可得，和分別為Yi'的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差。由以上過程可以看出mX'、mY'就是mX、mY的奈培值，因此該方法可以利用步驟310的計算結(jié)果，從而減少計算量。步驟313：計算覆蓋地點概率，計算方法如下：柵格的覆蓋地點概率定義為載干燥比CNIR大于該工作模式下的射頻保護(hù)率PR(ProtectionRatio)的概率。載干燥比（CINR）用γ表示，定義為：其中，U為有用信號功率之和，I為干擾信號功率之和，N0為接收機(jī)本底噪聲。該柵格的覆蓋地點概率為：Pc(xi,yi)＝P{γ＞PR}＝P{γdB＞PRdB}其中下角標(biāo)dB表示取γ與PR的dB值，(xi,yi)表示第i個柵格的中心點坐標(biāo)。由步驟310可得，服從獨立對數(shù)正態(tài)分布，令ψ＝X-Y，則分布參數(shù)均值mψ＝mX-mY，方差σψ2＝σX2+σY2-2rXYσXσY。設(shè)N0、I相互獨立，將Pc(xi,yi)簡寫為Pc，則有：PRdB}×P{(UN0)dB>PRdB}]]>對于合成有用場強(qiáng)小于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域，令覆蓋地點概率Pc=0；對于合成有用場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域，如果合成干擾場強(qiáng)存在，則否則其中函數(shù)本發(fā)明利用累計分布函數(shù)計算該柵格的地點概率，計算量小。計算完該柵格的覆蓋地點概率后，轉(zhuǎn)步驟301執(zhí)行。步驟314：計算CNIR，計算方法如下：對于合成有用場強(qiáng)小于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域，令CNIR=255；對于合成有用場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的區(qū)域，如果合成干擾場強(qiáng)存在，則CNIR＝mX-10log10(10^mY/10+10^N0/10)，否則CNIR＝mX-N0。計算完該柵格的CNIR后，轉(zhuǎn)步驟301執(zhí)行。步驟315：輸出各柵格的覆蓋地點概率或CNIR給GIS模塊8。如圖6所示，詳細(xì)說明了步驟112的工作流程，執(zhí)行步驟111后，開始執(zhí)行步驟401；步驟401：初始化遺傳算法參數(shù)。初始化遺傳算法參數(shù)包括：種群規(guī)模大小、最大遺傳代數(shù)、處于激活狀態(tài)的發(fā)射機(jī)數(shù)Nopt、編碼位數(shù)l、代溝GGAP、變異概率Pm和交叉概率Pcr。其中種群規(guī)模大小、最大遺傳代數(shù)、發(fā)射機(jī)狀態(tài)在步驟111中設(shè)置，優(yōu)化模塊7可以從臺站數(shù)據(jù)庫3中獲取處于激活狀態(tài)的發(fā)射機(jī)數(shù)N'。種群規(guī)模大小Ps、變異概率Pm與交叉概率Pcr是遺傳算法中影響優(yōu)化效果的控制參數(shù)，Pm值越大，結(jié)果越差，因為Pm值越大，產(chǎn)生新個體的幾率越大，越相似于隨機(jī)搜索算法，所以Pm取值很小，可取0.01。因為Pcr值越小，高適應(yīng)度的個體存活的幾率越大，相當(dāng)于解空間減少，結(jié)果變差。通過對大量不同場景下的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行對比，得出結(jié)論：場景改變時，需要根據(jù)發(fā)射機(jī)數(shù)目設(shè)置Ps，均可取Pm=0.01、Pcr≥0.7就可以保證優(yōu)化結(jié)果不再變差。本實施例中編碼位數(shù)l=20，代溝GGAP=0.9，Pm=0.01，Pcr=0.7。步驟402：選擇遺傳算法的決策變量。本發(fā)明實施例中選擇單頻網(wǎng)內(nèi)部且處于激活狀態(tài)的Nopt個發(fā)射機(jī)發(fā)射延時作為決策變量，Nopt個決策變量組成一個Nopt維行延時向量delay：步驟403：確定決策變量的取值范圍及約束條件。因為相對延時大于TGI時，將產(chǎn)生干擾信號，因此第i個發(fā)射機(jī)發(fā)射延時的取值范圍為：0≤delayi≤TGI，且delayi＝n×0.1μs，1≤i≤Nopt，n為正整數(shù)。步驟404：編碼。本發(fā)明采用格雷碼對delayi進(jìn)行編碼。步驟405：生成初始種群。隨機(jī)生成Ps個長度為l×Nopt的延時向量作為初始種群。步驟406：計算目標(biāo)函數(shù)值。目標(biāo)函數(shù)設(shè)為覆蓋區(qū)中未覆蓋柵格百分比。M'為優(yōu)化區(qū)域內(nèi)總柵格數(shù)。將各代種群中每個延時向量取值發(fā)送給臺站數(shù)據(jù)庫3，將所需優(yōu)化區(qū)域發(fā)送給GIS模塊8，調(diào)用電波傳播預(yù)算模塊4重新預(yù)測各發(fā)射臺站到優(yōu)化區(qū)域內(nèi)各柵格中心點的到達(dá)時間，干擾分析模塊5選擇狀態(tài)為激活與非激活的發(fā)射機(jī)作為非欲收發(fā)射機(jī)，計算優(yōu)化區(qū)域中覆蓋場強(qiáng)大于等于最小中值場強(qiáng)的各柵格的覆蓋地點概率，統(tǒng)計模塊6計算覆蓋率，從而計算每個延時向量的目標(biāo)函數(shù)值。步驟407：分配適應(yīng)度函數(shù)值。使用基于線性排序的適應(yīng)度分配算法分配適應(yīng)度值，選擇壓差為2，目標(biāo)函數(shù)值越小，適應(yīng)度值越大。將計算的當(dāng)代目標(biāo)函數(shù)值最小的延時向量作為最優(yōu)延時向量，并保存最優(yōu)延時向量所對應(yīng)的覆蓋率。步驟408：判斷是否滿足終止條件，如果是，則執(zhí)行步驟113，輸出最優(yōu)延時變量以及優(yōu)化后覆蓋率；如果否，則執(zhí)行步驟409。終止條件是指：達(dá)到了最大遺傳代數(shù)Gmax或者最優(yōu)延時向量在進(jìn)化過程中無改變時。步驟409：選擇。本發(fā)明采用隨機(jī)遍歷抽樣算子，代溝GGAP=0.9。步驟410：交叉，本發(fā)明采用單點交叉算子。步驟411：變異，本發(fā)明采用離散變異算子。之后，使用基于適用度的重插入確保Ps×(1-GGAP)個最適應(yīng)的延時向量總是被連續(xù)傳播到下一代。執(zhí)行完步驟411后，轉(zhuǎn)步驟406執(zhí)行。重復(fù)步驟406-步驟411直到滿足終止條件為止。綜上所述，依照本發(fā)明的獲取與優(yōu)化DTMB單頻網(wǎng)覆蓋率的裝置和方法，該裝置和方法定義同步門限Psyn以體現(xiàn)單頻網(wǎng)增益，功率在Psyn以上的信號才能被接收機(jī)同步，根據(jù)實際DTMB接收機(jī)干擾模型計算各臺站在柵格中心點的有用信號功率和干擾信號功率，采用K-LNM法進(jìn)行信號合成，利用匹配相關(guān)矩法計算合成有用功率和合成干擾功率的相關(guān)系數(shù)，利用CCDF函數(shù)計算柵格的地點概率，預(yù)算結(jié)果更實際，計算量小，能夠提高單頻網(wǎng)覆蓋率預(yù)測的正確性和準(zhǔn)確率，同時基于遺傳算法計算各發(fā)射機(jī)的附加發(fā)射延時以使自干擾區(qū)域最小化，該優(yōu)化方法無需改變發(fā)射機(jī)功率、天線等參數(shù)，成本為0，克服了發(fā)射機(jī)數(shù)目較多時人工調(diào)整發(fā)射機(jī)發(fā)射延時復(fù)雜且實現(xiàn)困難的難點，且準(zhǔn)確度高。本發(fā)明裝置和方法可以應(yīng)用于我國DTMB單頻網(wǎng)建設(shè)中。