Estudio del rendimiento de la tecnología Non-Orthogonal Multiplexing Access para múltiples capas

La multiplexación por división en capas (Layered Division Multiplexing, LDM), también conocido como acceso múltiple no-ortogonal (Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA), es una novedosa técnica de acceso basada en la multiplexación por potencia. Su uso ha sido aplicado recientemente en el estándar ATSC 3.0, empleando dos capas en la transmisión de la televisión digital terrestre (TDT) para ofrecer servicios móviles y fijos. Es decir, hasta ahora se ha limitado la capacidad de LDM en el empleo únicamente de dos capas. El objetivo principal de este proyecto, es extender la investigación a múltiples capas para evaluar su potencial. Para ello, se ha implementado el análisis teórico en una herramienta de simulación, la cual ha permitido conseguir unos resultados para adquirir una primera idea de su rendimiento. En primer lugar, se presenta tanto la arquitectura definida para el sistema de comunicaciones, como el desarrollo de la herramienta y, a continuación, las conclusiones obtenidas a partir de las simulaciones realizadas con la herramienta implementada. Finalmente, se presentan nuevos escenarios de aplicación que podrían aprovechar este caso.Geruzatan zatitutako multiplexazioa (Layered Division Multiplexing, LDM), atzipen ez ortogonal anitza (Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)bezala ere ezaguna, potentziarekiko multiplexazioan oinarritutako atzipen teknika berria da. Bere erabilera ATSC 3.0 estandarrean aplikatu berria dalurreko telebista digitalerako,bi geruza erabiliz zerbitzu mugikorrak eta finkoak eskaintzeko[1] [2].Hau da, orain arte LDMren kapazitatea bi geruzatara baino ez da mugatu. Proiektu honen helburu nagusia, ikerketa geruza anitzetara zabaltzea da bere potentzialahausnartzeko. Horretarako, ikerketa teorikoa[3]simulazio-erreminta batean inplementatu da. Lortutako emaitzekin, errendimenduari buruzko lehenengo ideia batera iritsi ahal izanda. Lehenik eta behin, komunikazio-sistemarako definitutako arkitektura zein erremintaren garapena aurkezten da. Ondoren, garatutako erremintarekin lortutako emaitzetan oinarritutako ondorioak. Eta azkenik, garapen honetazbaliatu daitezkeen egoera berriak aurkezten dira.Layer division multiplexing (LDM), also known as non-orthogonal multiple access (NOMA), is a novel access technique based on power multiplexing. Its use has recently been applied in the ATSC 3.0 standard, using two layers in the transmission of digital terrestrial television (DTT) to offer mobile and fixed services [1] [2]. Until now,the capacity of LDM has been limited to theuse of two layers. The main goalof this project is to extendthe research to multiple layers to evaluate its potential. Therefore, the theoretical analysis [3] has been implemented in a simulation tool, which has allowedto obtain the results to acquireafirst idea of its performance. First of all,both,the architecture defined for the communications system andthe development of the toolare presented. Then,the conclusions obtained from the simulations,which have been carried out with the developed tool are presented. Finally, new application scenarios that could benefit ofthis case are proposed

Advanced Layered Divsion Multiplexing Technologies for Next-Gen Broadcast

Tesis por compendioDesde comienzos del siglo XXI, los sistemas de radiodifusión terrestre han sido culpados de un uso ineficiente del espectro asignado. Para aumentar la eficiencia espectral, los organismos de estandarización de TV digital comenzaron a desarrollar la evolución técnica de los sistemas de TDT de primera generación. Entre otros, uno de los objetivos principales de los sistemas de TDT de próxima generación (DVB-T2 y ATSC 3.0) es proporcionar simultáneamente servicios de TV a dispositivos móviles y fijos. El principal inconveniente de esta entrega simultánea son los diferentes requisitos de cada condición de recepción. Para abordar estas limitaciones, se han considerado diferentes técnicas de multiplexación. Mientras que DVB-T2 acomete la entrega simultánea de los dos servicios mediante TDM, ATSC 3.0 adoptó la Multiplexación por División en Capas (LDM). LDM puede superar a TDM y a FDM al aprovechar la relación de Protección de Error Desigual (UEP), ya que ambos servicios, llamados capas, utilizan todos los recursos de frecuencia y tiempo con diferentes niveles de potencia. En el lado del receptor, se distinguen dos implementaciones, de acuerdo con la capa a decodificar. Los receptores móviles solo están destinados a obtener la capa superior, conocida como Core Layer (CL). Para no aumentar su complejidad en comparación con los receptores de capa única, la capa inferior, conocida como Enhanced Layer (EL), es tratada como un ruido adicional en la decodificación. Los receptores fijos aumentan su complejidad, ya que deben realizar un proceso de Cancelación de Interferencia (SIC) sobre la CL para obtener la EL. Para limitar la complejidad adicional de los receptores fijos, las capas de LDM en ATSC 3.0 están configuradas con diferentes capacidades de corrección, pero comparten el resto de bloques de la capa física, incluido el TIL, el PP, el tamaño de FFT, y el GI. Esta disertación investiga tecnologías avanzadas para optimizar el rendimiento de LDM. Primero se propone una optimización del proceso de demapeo para las dos capas de LDM. El algoritmo propuesto logra un aumento de capacidad, al tener en cuenta la forma de la EL en el proceso de demapeo de la CL. Sin embargo, el número de distancias Euclidianas a computar puede aumentar significativamente, conduciendo no solo a receptores fijos más complejos, sino también a receptores móviles más complejos. A continuación, se determina la configuración de piloto ATSC 3.0 más adecuada para LDM. Teniendo en cuenta que las dos capas comparten el mismo PP, surge una contrapartida entre la densidad de pilotos (CL) y la redundancia sobre los datos (EL). A partir de los resultados de rendimiento, se recomienda el uso de un PP no muy denso, ya que ya han sido diseñados para hacer frente a ecos largos y altas velocidades. La amplitud piloto óptima depende del estimador de canal en los receptores (ej., se recomienda la amplitud mínima para una implementación Wiener, mientras que la máxima para una implementación FFT). También se investiga la potencial transmisión conjunta de LDM con tres tecnologías avanzadas adoptadas en ATSC 3.0: las tecnologías de agregación MultiRF, los esquemas de MISO distribuido y los de MIMO colocalizado. Se estudian los potenciales casos de uso, los aspectos de implementación del transmisor y el receptor, y las ganancias de rendimiento de las configuraciones conjuntas para las dos capas de LDM. Las restricciones adicionales de combinar LDM con las tecnologías avanzadas se consideran admisibles, ya que las mayores demandas ya están contempladas en ATSC 3.0 (ej., una segunda cadena de recepción). Se obtienen ganancias significativas en condiciones de recepción peatonal gracias a la diversidad en frecuencia proporcionada por las tecnologías MultiRF. La conjunción de LDM con esquemas de MISO proporciona ganancias de rendimiento significativas en redes SFN para la capa fija con el esquema de Alamouti.Since the beginning of the 21st century, terrestrial broadcasting systems have been blamed of an inefficient use of the allocated spectrum. To increase the spectral efficiency, digital television Standards Developing Organizations settled to develop the technical evolution of the first-generation DTT systems. Among others, a primary goal of next-generation DTT systems (DVB-T2 and ATSC 3.0) is to simultaneously provide TV services to mobile and fixed devices. The major drawback of this simultaneous delivery is the different requirement of each reception condition. To address these constraints different multiplexing techniques have been considered. While DVB-T2 fulfilled the simultaneous delivery of the two services by TDM, ATSC 3.0 adopted the LDM technology. LDM can outperform TDM and FDM by taking advantage of the UEP ratio, as both services, namely layers, utilize all the frequency and time resources with different power levels. At receiver side, two implementations are distinguished, according to the intended layer. Mobile receivers are only intended to obtain the upper layer, known as CL. In order not to increase their complexity compared to single layer receivers, the lower layer, known as EL is treated as an additional noise on the CL decoding. Fixed receivers, increase their complexity, as they should performed a SIC process on the CL for getting the EL. To limit the additional complexity of fixed receivers, the LDM layers in ATSC 3.0 are configured with different error correction capabilities, but share the rest of physical layer parameters, including the TIL, the PP, the FFT size, and the GI. This dissertation investigates advanced technologies to optimize the LDM performance. A demapping optimization for the two LDM layers is first proposed. A capacity increase is achieved by the proposed algorithm, which takes into account the underlying layer shape in the demapping process. Nevertheless, the number of Euclidean distances to be computed can be significantly increased, contributing to not only more complex fixed receivers, but also more complex mobile receivers. Next, the most suitable ATSC 3.0 pilot configuration for LDM is determined. Considering the two layers share the same PP a trade-off between pilot density (CL) and data overhead (EL) arises. From the performance results, it is recommended the use of a not very dense PP, as they have been already designed to cope with long echoes and high speeds. The optimum pilot amplitude depends on the channel estimator at receivers (e.g. the minimum amplitude is recommended for a Wiener implementation, while the maximum for a FFT implementation). The potential combination of LDM with three advanced technologies that have been adopted in ATSC 3.0 is also investigated: MultiRF technologies, distributed MISO schemes, and co-located MIMO schemes. The potential use cases, the transmitter and receiver implementations, and the performance gains of the joint configurations are studied for the two LDM layers. The additional constraints of combining LDM with the advanced technologies is considered admissible, as the greatest demands (e.g. a second receiving chain) are already contemplated in ATSC 3.0. Significant gains are found for the mobile layer at pedestrian reception conditions thanks to the frequency diversity provided by MultiRF technologies. The conjunction of LDM with distributed MISO schemes provides significant performance gains on SFNs for the fixed layer with Alamouti scheme. Last, considering the complexity in the mobile receivers and the CL performance, the recommended joint configuration is MISO in the CL and MIMO in the EL.Des de començaments del segle XXI, els sistemes de radiodifusió terrestre han sigut culpats d'un ús ineficient de l'espectre assignat. Per a augmentar l'eficiència espectral, els organismes d'estandardització de TV digital van començar a desenvolupar l'evolució tècnica dels sistemes de TDT de primera generació. Entre altres, un dels objectius principals dels sistemes de TDT de pròxima generació (DVB-T2 i el ATSC 3.0) és proporcionar simultàniament serveis de TV a dispositius mòbils i fixos. El principal inconvenient d'aquest lliurament simultani són els diferents requisits de cada condició de recepció. Per a abordar aquestes limitacions, s'han considerat diferents tècniques de multiplexació. Mentre que DVB-T2 escomet el lliurament simultani dels dos serveis mitjançant TDM, ATSC 3.0 va adoptar la Multiplexació per Divisió en Capes (LDM). LDM pot superar a TDM i a FDM en aprofitar la relació de Protecció d'Error Desigual (UEP), ja que tots dos serveis, cridats capes, utilitzen tots els recursos de freqüència i temps amb diferents nivells de potència. En el costat del receptor, es distingeixen dues implementacions, d'acord amb la capa a decodificar. Els receptors mòbils solament estan destinats a obtenir la capa superior, coneguda com Core Layer (CL). Per a no augmentar la seua complexitat en comparació amb els receptors de capa única, la capa inferior, coneguda com Enhanced Layer (EL), és tractada com un soroll addicional en la decodificació. Els receptors fixos augmenten la seua complexitat, ja que han de realitzar un procés de Cancel·lació d'Interferència (SIC) sobre la CL per a obtenir l'EL. Per a limitar la complexitat addicional dels receptors fixos, les capes de LDM en ATSC 3.0 estan configurades amb diferents capacitats de correcció, però comparteixen la resta de blocs de la capa física, inclòs el TIL, el PP, la grandària de FFT i el GI. Aquesta dissertació investiga tecnologies avançades per a optimitzar el rendiment de LDM. Primer es proposa una optimització del procés de demapeo per a les dues capes de LDM. L'algoritme proposat aconsegueix un augment de capacitat, en tenir en compte la forma de l'EL en el procés de demapeo de la CL. No obstant açò, el nombre de distàncies Euclidianes a computar pot augmentar significativament, conduint NO sols a receptors fixos més complexos, sinó també a receptors mòbils més complexos. A continuació, es determina la configuració de pilot ATSC 3.0 més adequada per a LDM. Tenint en compte que les dues capes comparteixen el mateix PP, es produeix una contrapartida entre la densitat de pilots (CL) i la redundància sobre les dades (EL). A partir dels resultats de rendiment, es recomana l'ús d'un PP no gaire dens, ja que ja han sigut dissenyats per a fer front a ecos llargs i altes velocitats. L'amplitud pilot òptima depèn de l'estimador de canal en els receptors (ex., es recomana l'amplitud mínima per a una implementació Wiener, mentre que la màxima per a una implementació FFT). També s'investiga la potencial transmissió conjunta de LDM amb tres tecnologies avançades adoptades en ATSC 3.0: les tecnologies d'agregació de MultiRF, els esquemes de MISO distribuït i els de MIMO colocalitzat. S'estudien els potencials casos d'ús, els principals aspectes d'implementació del transmissor i el receptor, i els guanys de rendiment de les configuracions conjuntes per a les dues capes de LDM. Les restriccions addicionals de combinar LDM amb les tecnologies avançades es consideren admissibles, ja que les majors demandes ja estan contemplades en ATSC 3.0 (ex., una segona cadena de recepció). S'obtenen guanys significatius per a la capa mòbil en condicions de recepció per als vianants gràcies a la diversitat en freqüència proporcionada per les tecnologies MultiRF. La conjunció de LDM amb esquemes MISO distribuïts proporciona guanys de rendiment significatius en xarxes SFN per a la capa fixa amb l'esquema d'Alamouti.Garro Crevillén, E. (2018). Advanced Layered Divsion Multiplexing Technologies for Next-Gen Broadcast [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/105559TESISCompendi

NOMA-based 802.11g/n: PHY analysis and MAC implementation

Industry 4.0 can be considered as the industrial revolution of the current century. Among others, one of its main objectives is the replacement of wired communications by wireless connectivity. The idea is to overcome the main drawbacks of the current wired ecosystem: the lack of mobility, the deployment costs, cable damage and the difficulties with scalability. However, for this purpose, the nature and requirements of the industrial applications must be taken into account, in particular, the proposed communications protocols must support very low loss rates and a strong robustness against failures. This is a very challenging condition due to the nature of the industrial environments (interference with other communication systems, reflections with metallic objects ...). In addition, another characteristic of the industrial applications is the strict requirement related to the latency. On the other hand, industrial applications are not only based on high challenging services, but also exist more flexible requirement applications, such as, web browser, email, video content or complementary information. Those services are considered Best Effort (BE) services. Eventually, in some wireless applications both critical and BE services have to be offered. For those cases, Non-Orthogonal Multiplexing Access (NOMA) technology together with the IEEE 802.11g/n standard is proposed in this document as the physical layer solution. The IEEE 802.11g/n standard has been modified in order to accommodate NOMA schemes, and then, comprehensive simulations are conducted to check and analyze the behavior of the proposed system. It has been determined that through NOMA technology it is possible to obtain better results in certain cases than those achieved in a transmission cases that implements the IEEE 802.11g/n standard in TDM/FDM basis

Reception performance studies for the evaluation and improvement of the new generation terrestrial television systems

270 p.La industria de la TV ha experimentado grandes cambios en las últimas décadas. Las expectativas cada vez mayores de los espectadores y la reducción del espectro disponible para los servicios de TV han provocado la necesidad de sistemas más robustos de Televisión Digital Terrestre (TDT).El primer intento de cumplir estos requisitos es el estándar europeo DVB-T2 (2009). La publicación de un nuevo estándar significa el inicio de un proceso de evaluación del rendimiento del mismo mediante, por ejemplo, estudios de cobertura u obtención de valores de umbral de relación señal / ruido (SNR). Al inicio de esta tesis, este proceso estaba casi terminado para recepción fija y móvil. Sin embargo, la recepción en interiores no se había estudiado en detalle. Por esta razón, esta tesis completa la evaluación de DVB-T2 en interiores y define una nueva metodología de evaluación optimizada para este escenario.A pesar de que DVB-T2 emplea tecnologías muy avanzadas, el sistema se definió hace casi diez años y desde entonces han aparecido nuevas técnicas avanzadas, como por ejemplo nuevos códigos de corrección de errores o la nueva técnica de multiplexación por división en capas (LDM). Estas nuevas técnicas tampoco han sido evaluadas en entornos de interior, por lo que esta tesis incluye el análisis de las mismas evaluando su idoneidad para mejorar el rendimiento de DVB-T2. Además, se ha comprobado que los algoritmos tradicionales de los receptores TDT no están optimizados para los nuevos escenarios en los que se consideran las señales multicapa y recepción móvil. Por esta razón, se han propuesto nuevos algoritmos para mejorar la recepción en este tipo de situaciones.El último intento de hacer frente a los altos requisitos actuales de TDT es el estándar americano ATSC 3.0 (2016). Al igual que con DVB-T2, se necesita proceso completo de evaluación del sistema. Por ello, en esta tesis se han realizado simulaciones y pruebas de laboratorio para completar el estudio de rendimiento de ATSC 3.0 en diferentes escenarios

NOMA-based 802.11g/n: PHY analysis and MAC implementation

Industry 4.0 can be considered as the industrial revolution of the current century. Among others, one of its main objectives is the replacement of wired communications by wireless connectivity. The idea is to overcome the main drawbacks of the current wired ecosystem: the lack of mobility, the deployment costs, cable damage and the difficulties with scalability. However, for this purpose, the nature and requirements of the industrial applications must be taken into account, in particular, the proposed communications protocols must support very low loss rates and a strong robustness against failures. This is a very challenging condition due to the nature of the industrial environments (interference with other communication systems, reflections with metallic objects ...). In addition, another characteristic of the industrial applications is the strict requirement related to the latency. On the other hand, industrial applications are not only based on high challenging services, but also exist more flexible requirement applications, such as, web browser, email, video content or complementary information. Those services are considered Best Effort (BE) services. Eventually, in some wireless applications both critical and BE services have to be offered. For those cases, Non-Orthogonal Multiplexing Access (NOMA) technology together with the IEEE 802.11g/n standard is proposed in this document as the physical layer solution. The IEEE 802.11g/n standard has been modified in order to accommodate NOMA schemes, and then, comprehensive simulations are conducted to check and analyze the behavior of the proposed system. It has been determined that through NOMA technology it is possible to obtain better results in certain cases than those achieved in a transmission cases that implements the IEEE 802.11g/n standard in TDM/FDM basis

Reception performance studies for the evaluation and improvement of the new generation terrestrial television systems

270 p.La industria de la TV ha experimentado grandes cambios en las últimas décadas. Las expectativas cada vez mayores de los espectadores y la reducción del espectro disponible para los servicios de TV han provocado la necesidad de sistemas más robustos de Televisión Digital Terrestre (TDT).El primer intento de cumplir estos requisitos es el estándar europeo DVB-T2 (2009). La publicación de un nuevo estándar significa el inicio de un proceso de evaluación del rendimiento del mismo mediante, por ejemplo, estudios de cobertura u obtención de valores de umbral de relación señal / ruido (SNR). Al inicio de esta tesis, este proceso estaba casi terminado para recepción fija y móvil. Sin embargo, la recepción en interiores no se había estudiado en detalle. Por esta razón, esta tesis completa la evaluación de DVB-T2 en interiores y define una nueva metodología de evaluación optimizada para este escenario.A pesar de que DVB-T2 emplea tecnologías muy avanzadas, el sistema se definió hace casi diez años y desde entonces han aparecido nuevas técnicas avanzadas, como por ejemplo nuevos códigos de corrección de errores o la nueva técnica de multiplexación por división en capas (LDM). Estas nuevas técnicas tampoco han sido evaluadas en entornos de interior, por lo que esta tesis incluye el análisis de las mismas evaluando su idoneidad para mejorar el rendimiento de DVB-T2. Además, se ha comprobado que los algoritmos tradicionales de los receptores TDT no están optimizados para los nuevos escenarios en los que se consideran las señales multicapa y recepción móvil. Por esta razón, se han propuesto nuevos algoritmos para mejorar la recepción en este tipo de situaciones.El último intento de hacer frente a los altos requisitos actuales de TDT es el estándar americano ATSC 3.0 (2016). Al igual que con DVB-T2, se necesita proceso completo de evaluación del sistema. Por ello, en esta tesis se han realizado simulaciones y pruebas de laboratorio para completar el estudio de rendimiento de ATSC 3.0 en diferentes escenarios

Full Stack 5G Physical Layer Transceiver Design for NOMA in Mobile Heterogeneous Networks

The Fifth Generation (5G) and Beyond 5G (B5G) wireless networks are emerging with a variety of new capabilities, focusing on Massive Machine-Type Communications (mMTC), enabling new use cases and services. With this massive increment of mMTC along with increasing users, higher network capacity is a must for 5G and B5G. The integration of mMTC with traditional user traffic creates a heterogeneous network landscape. To address this challenge, future network designs must prioritize optimizing spectrum efficiency while meeting diverse service demands. Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) stands out as a promising technology for enhancing both system capacity and operational efficiency in such heterogeneous networks. Due to its non-orthogonal resource allocation, NOMA outperforms Orthogonal Multiple Access (OMA) in spectral efficiency, throughput, and user capacity, while also offering superior scalability and adaptability to network heterogeneity. Despite its promising advantages, large-scale implementation of NOMA in cellular systems remains elusive due to various challenges, making it a focal point of current research in cellular network technology. While there has been considerable progress in implementing NOMA for broadcast and multicast services, notably with Layer Division Multiplexing (LDM) in next-generation digital TV, the challenges of unicast downlink transmission in NOMA remain largely unexplored. Unicast transmission requires a highly tailored network configuration adaptable to individual user requirements and dynamic channel conditions. Clustering users under a single NOMA channel must be both efficient and adaptive to ensure successful transmission, especially for mobile receiver. Besides, the interplay between NOMA and other 5G technologies remains insufficiently explored, in part due to the lack of an established NOMA-5G framework. Specifically, the collective impact of 5G physical layer technologies such as Low-Density Parity Check (LDPC) coding, Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Beamforming, and mmWave transmission on NOMA’s performance has not been comprehensively studied. Furthermore, in NOMA schemes involving more than two multiplexed users, known as Multilayer NOMA (N-NOMA), the system becomes increasingly complex and susceptible to noise. While N-NOMA holds considerable promise for scalability, its performance metrics are not yet fully characterized, due to challenges ranging from resource allocation complexities to transceiver design issues. Additionally, existing analytical models for performance evaluation are developed for orthogonal systems, are not fully applicable for assessing NOMA performance. Developing new models that incorporate the impact of non-orthogonality could provide more accurate performance assessments and offer valuable insights for future NOMA research. Initially this thesis investigates the feasibility of LDM for unicast & multicast downlink transmission scenarios for Internet of Things (IoT)- user pairs. The findings indicate the Core Layer (CL) performance aligns with IoT requirements while Enhance Layer (EL) layer is suitable for users. A specialized Bit Error Rate (BER) expression is formulated to precisely predict CL performance, considering Lower Layer (LL) interference with predefined power ratio. Subsequently, the thesis employs a novel surface mobility model and adaptive power ratio allocation to evaluate LDM pair sustainability under various receiver mobility conditions. Extending the LDM-Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) model, this thesis presents a Third Generation Partnership Project (3GPP)-compliant 5G transceiver incorporating N-NOMA. This design incorporates a strategically-arranged set of NOMA functionalities and undergoes a rigorous performance evaluation. In particular, the transceiver provides a comprehensive assessment of N-NOMA performance, considering various transmission parameters such as LDPC code rate, MIMO order, modulation schemes, and channel specifications. These considerations not only provide new insights into non-orthogonal access technologies but also highlight dependencies on these factors for network configuration and optimization. To further advance this work, a one-shot N-NOMA multiplexing technique is developed and implemented, simplifying multi-layer standard sequential combiners to reduce transmission latency and transceiver complexity. A more accurate analytical BER expression is also formulated that considers the impact of both residual and non-residual Successive Interference Cancellation (SIC) errors across NOMA layers. To build upon these advancements, an adaptive Power Allocation (PA) technique is introduced to optimize NOMA cluster sustainability and throughput. Employing a greedy algorithmic approach, this method uses real-time transmission feedback to dynamically allocate power across NOMA layers. In addition, a new Three Dimensional (3D) mobility model has been developed, consistent with existing 3GPP standards, capturing vehicular and pedestrian movement across urban and rural macro & micro-cell environments. When integrated with the PA technique, this model allows for real-time adjustments in the NOMA power ratio, effectively adapting to fluctuating receiver channel conditions. Collectively, the findings from this research not only indicate significant physical layer performance improvements but also provide new insights into the potential of non-orthogonal access technologies. In the LDM-OFDM setup presented in Chapter 3, the EL layer needs 15 dB more Signal-to-Noise Ratio (SNR) than the CL to achieve the same BER, but allows for higher data rates. When it comes to mobility, IoT movement accounts for about 70% of link terminations in scenarios with similar mobility patterns. The N-NOMA-5G shows significant improvement in low SNR performance compared to existing literature. The 3 layer simulations shows on average a 60% reduction in the SNR requirements to achieve similar BER. The implementation of a one-shot multiplexer has demonstrated a substantial reduction in N-NOMA multiplexing time, particularly with the growing number of NOMA layers, as detailed in Chapter 4. Notably, the simulation outcomes spanning 2 to 10 layers of NOMA multiplexing indicate an remarkable 52% reduction in processing time. This underscores the effectiveness of the one-shot multiplexer in enhancing efficiency, particularly as the complexity of the NOMA setup intensifies. The developed analytical model also shows over 95% similarities with the simulation results. The impact of dynamic PA for both static and mobile receivers demonstrates on average, over 40% improvements in link sustainability time for mobile users and for static users, it achieves optimal PA and fast convergence within just 12 iterations, as detailed in Chapter 5

Potentzia domeinuko NOMA 5G sareetarako eta haratago

Tesis inglés 268 p. -- Tesis euskera 274 p.During the last decade, the amount of data carried over wireless networks has grown exponentially. Several reasons have led to this situation, but the most influential ones are the massive deployment of devices connected to the network and the constant evolution in the services offered. In this context, 5G targets the correct implementation of every application integrated into the use cases. Nevertheless, the biggest challenge to make ITU-R defined cases (eMBB, URLLC and mMTC) a reality is the improvement in spectral efficiency. Therefore, in this thesis, a combination of two mechanisms is proposed to improve spectral efficiency: Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) techniques and Radio Resource Management (RRM) schemes. Specifically, NOMA transmits simultaneously several layered data flows so that the whole bandwidth is used throughout the entire time to deliver more than one service simultaneously. Then, RRM schemes provide efficient management and distribution of radio resources among network users. Although NOMA techniques and RRM schemes can be very advantageous in all use cases, this thesis focuses on making contributions in eMBB and URLLC environments and proposing solutions to communications that are expected to be relevant in 6G

Advanced constellation and demapper schemes for next generation digital terrestrial television broadcasting systems

206 p.Esta tesis presenta un nuevo tipo de constelaciones llamadas no uniformes. Estos esquemas presentan una eficacia de hasta 1,8 dB superior a las utilizadas en los últimos sistemas de comunicaciones de televisión digital terrestre y son extrapolables a cualquier otro sistema de comunicaciones (satélite, móvil, cable¿). Además, este trabajo contribuye al diseño de constelaciones con una nueva metodología que reduce el tiempo de optimización de días/horas (metodologías actuales) a horas/minutos con la misma eficiencia. Todas las constelaciones diseñadas se testean bajo una plataforma creada en esta tesis que simula el estándar de radiodifusión terrestre más avanzado hasta la fecha (ATSC 3.0) bajo condiciones reales de funcionamiento.Por otro lado, para disminuir la latencia de decodificación de estas constelaciones esta tesis propone dos técnicas de detección/demapeo. Una es para constelaciones no uniformes de dos dimensiones la cual disminuye hasta en un 99,7% la complejidad del demapeo sin empeorar el funcionamiento del sistema. La segunda técnica de detección se centra en las constelaciones no uniformes de una dimensión y presenta hasta un 87,5% de reducción de la complejidad del receptor sin pérdidas en el rendimiento.Por último, este trabajo expone un completo estado del arte sobre tipos de constelaciones, modelos de sistema, y diseño/demapeo de constelaciones. Este estudio es el primero realizado en este campo

Models and Methods for Network Selection and Balancing in Heterogeneous Scenarios

The outbreak of 5G technologies for wireless communications can be considered a response to the need for widespread coverage, in terms of connectivity and bandwidth, to guarantee broadband services, such as streaming or on-demand programs offered by the main television networks or new generation services based on augmented and virtual reality (AR / VR). The purpose of the study conducted for this thesis aims to solve two of the main problems that will occur with the outbreak of 5G, that is, the search for the best possible connectivity, in order to offer users the resources necessary to take advantage of the new generation services, and multicast as required by the eMBMS. The aim of the thesis is the search for innovative algorithms that will allow to obtain the best connectivity to offer users the resources necessary to use the 5G services in a heterogeneous scenario. Study UF that allows you to improve the search for the best candidate network and to achieve a balance that allows you to avoid congestion of the chosen networks. To achieve these two important focuses, I conducted a study on the main mathematical methods that made it possible to select the network based on QoS parameters based on the type of traffic made by users. A further goal was to improve the computational computation performance they present. Furthermore, I carried out a study in order to obtain an innovative algorithm that would allow the management of multicast. The algorithm that has been implemented responds to the needs present in the eMBMS, in realistic scenarios