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

DVB-T2: The Second Generation of Terrestrial Digital Video Broadcasting System

This paper provides a review of the second generation of terrestrial digital video broadcasting standard (DVB-T2). DVB-T2 is the evolution of DVB-T and, together with DVB-S2 and DVB-C2, inaugurated a new transition from the firstgeneration digital broadcasting systems, similar to the transition from analog-to-digital systems. In this paper, the most relevant features of DVB-T2 are explained in detail, along with their benefits and trade-offs. This paper also presents a comprehensive review of the laboratory and field trial results available so far. Especial emphasis is placed in the results of the measurements carried out to test the mobile reception and the novel technologies as multiple input single output and time frequency slicing.This work was supported in part by the University of the Basque Country UPV/EHU under Grant UFI 11/30, in part by the Basque Government under Grants IT-683-13 and SAIOTEK, and in part by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness Project HEDYT-GBB under Grant TEC2012-33302.Eizmendi, I.; Velez, M.; Gómez Barquero, D.; Morgade, J.; Baena Lecuyer, V.; Slimani, M.; Zoellner, J. (2014). DVB-T2: The Second Generation of Terrestrial Digital Video Broadcasting System. IEEE Transactions on Broadcasting. 60(2):258-271. https://doi.org/10.1109/TBC.2014.2312811S25827160

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

Combined Time, Frecuency and Space Diversity in Multimedia Mobile Broadcasting Systems

El uso combinado de diversidad en el dominio temporal, frecuencial y espacial constituye una valiosa herramienta para mejorar la recepción de servicios de difusión móviles. Gracias a la mejora conseguida por las técnicas de diversidad es posible extender la cobertura de los servicios móviles además de reducir la infraestructura de red. La presente tesis investiga el uso de técnicas de diversidad para la provisión de servicios móviles en la familia europea de sistemas de difusión terrestres estandarizada por el prpoyecto DVB (Digital Video Broadcasting). Esto incluye la primera y segunda generación de sistemas DVB-T (Terrestrial), DVB-NGH (Handheld), y DVB-T2 (Terrestrial 2nd generation), así como el sistema de siguiente generación DVB-NGH. No obstante, el estudio llevado a cabo en la tesis es genérico y puede aplicarse a futuras evoluciones de estándares como el japonés ISDB-T o el americano ATSC. Las investigaciones realizadas dentro del contexto de DVB-T, DVB-H y DVBT2 tienen como objetivo la transmisión simultánea de servicios fijos y móviles en redes terrestres. Esta Convergencia puede facilitar la introducción de servicios móviles de TB debido a la reutilización de espectro, contenido e infraestructura. De acuerdo a los resultados, la incorporación de entrelazado temporal en la capa física para diversidad temporal, y de single-input multiple-output (SIMO) para diversidad espacial, son esenciales para el rendimiento de sistemas móviles de difusión. A pesar de que las técnicas upper later FEC (UL-FEC) pueden propocionar diversidad temporal en sistemas de primera generación como DVB-T y DVB-H, requieren la transmisión de paridad adicional y no son útiles para la recepción estática. El análisis en t�ñerminos de link budjget revela que las técnicas de diversidad noson suficientes para facilitar la provision de servicios móviles en redes DVB-T y DVB-T2 planificadas para recepción fija. Sin embargo, el uso de diversidad en redes planificadas para recepción portableGozálvez Serrano, D. (2012). Combined Time, Frecuency and Space Diversity in Multimedia Mobile Broadcasting Systems [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16273Palanci

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

Solutions for New Terrestrial Broadcasting Systems Offering Simultaneously Stationary and Mobile Services

221 p.[EN]Since the first broadcasted TV signal was transmitted in the early decades of the past century, the television broadcasting industry has experienced a series of dramatic changes. Most recently, following the evolution from analogue to digital systems, the digital dividend has become one of the main concerns of the broadcasting industry. In fact, there are many international spectrum authorities reclaiming part of the broadcasting spectrum to satisfy the growing demand of other services, such as broadband wireless services, arguing that the TV services are not very spectrum-efficient. Apart from that, it must be taken into account that, even if up to now the mobile broadcasting has not been considered a major requirement, this will probably change in the near future. In fact, it is expected that the global mobile data traffic will increase 11-fold between 2014 and 2018, and what is more, over two thirds of the data traffic will be video stream by the end of that period. Therefore, the capability to receive HD services anywhere with a mobile device is going to be a mandatory requirement for any new generation broadcasting system. The main objective of this work is to present several technical solutions that answer to these challenges. In particular, the main questions to be solved are the spectrum efficiency issue and the increasing user expectations of receiving high quality mobile services. In other words, the main objective is to provide technical solutions for an efficient and flexible usage of the terrestrial broadcasting spectrum for both stationary and mobile services. The first contributions of this scientific work are closely related to the study of the mobile broadcast reception. Firstly, a comprehensive mathematical analysis of the OFDM signal behaviour over time-varying channels is presented. In order to maximize the channel capacity in mobile environments, channel estimation and equalization are studied in depth. First, the most implemented equalization solutions in time-varying scenarios are analyzed, and then, based on these existing techniques, a new equalization algorithm is proposed for enhancing the receivers’ performance. An alternative solution for improving the efficiency under mobile channel conditions is treating the Inter Carrier Interference as another noise source. Specifically, after analyzing the ICI impact and the existing solutions for reducing the ICI penalty, a new approach based on the robustness of FEC codes is presented. This new approach employs one dimensional algorithms at the receiver and entrusts the ICI removing task to the robust forward error correction codes. Finally, another major contribution of this work is the presentation of the Layer Division Multiplexing (LDM) as a spectrum-efficient and flexible solution for offering stationary and mobile services simultaneously. The comprehensive theoretical study developed here verifies the improved spectrum efficiency, whereas the included practical validation confirms the feasibility of the system and presents it as a very promising multiplexing technique, which will surely be a strong candidate for the next generation broadcasting services.[ES]Desde el comienzo de la transmisión de las primeras señales de televisión a principios del siglo pasado, la radiodifusión digital ha evolucionado gracias a una serie de cambios relevantes. Recientemente, como consecuencia directa de la digitalización del servicio, el dividendo digital se ha convertido en uno de los caballos de batalla de la industria de la radiodifusión. De hecho, no son pocos los consorcios internacionales que abogan por asignar parte del espectro de radiodifusión a otros servicios como, por ejemplo, la telefonía móvil, argumentado la poca eficiencia espectral de la tecnología de radiodifusión actual. Asimismo, se debe tener en cuenta que a pesar de que los servicios móviles no se han considerado fundamentales en el pasado, esta tendencia probablemente variará en el futuro cercano. De hecho, se espera que el tráfico derivado de servicios móviles se multiplique por once entre los años 2014 y 2018; y lo que es más importante, se pronostica que dos tercios del tráfico móvil sea video streaming para finales de ese periodo. Por lo tanto, la posibilidad de ofrecer servicios de alta definición en dispositivos móviles es un requisito fundamental para los sistemas de radiodifusión de nueva generación. El principal objetivo de este trabajo es presentar soluciones técnicas que den respuesta a los retos planteados anteriormente. En particular, las principales cuestiones a resolver son la ineficiencia espectral y el incremento de usuarios que demandan mayor calidad en los contenidos para dispositivos móviles. En pocas palabras, el principal objetivo de este trabajo se basa en ofrecer una solución más eficiente y flexible para la transmisión simultánea de servicios fijos y móviles. La primera contribución relevante de este trabajo está relacionada con la recepción de la señal de televisión en movimiento. En primer lugar, se presenta un completo análisis matemático del comportamiento de la señal OFDM en canales variantes con el tiempo. A continuación, con la intención de maximizar la capacidad del canal, se estudian en profundidad los algoritmos de estimación y ecualización. Posteriormente, se analizan los algoritmos de ecualización más implementados, y por último, basándose en estas técnicas, se propone un nuevo algoritmo de ecualización para aumentar el rendimiento de los receptores en tales condiciones. Del mismo modo, se plantea un nuevo enfoque para mejorar la eficiencia de los servicios móviles basado en tratar la interferencia entre portadoras como una fuente de ruido. Concretamente, tras analizar el impacto del ICI en los receptores actuales, se sugiere delegar el trabajo de corrección de dichas distorsiones en códigos FEC muy robustos. Finalmente, la última contribución importante de este trabajo es la presentación de la tecnología LDM como una manera más eficiente y flexible para la transmisión simultánea de servicios fijos y móviles. El análisis teórico presentado confirma el incremento en la eficiencia espectral, mientras que el estudio práctico valida la posible implementación del sistema y presenta la tecnología LDM c

Compartición del Espectro Radioeléctrico entre Tecnologías Inalámbricas de Última Generación en la Banda de la Televisión Digital Terrestre

La presente tesis aborda la problemática de la convivencia entre las redes de la televisión digital terrestre y móvil de cuarta generación en la banda del primer dividendo digital (banda de 700 MHz), en Sudamérica. Además, se proponen dos potenciales casos de uso de compartición de espectro para el uso futuro de la banda de televisión después de los dividendos digitales, como modo de acceso eficiente y flexible para el uso del espectro radioeléctrico. Para garantizar la convivencia entre las tecnologías de televisión y móviles en la banda del primer dividendo digital en Sudamérica, se evalúa tanto el impacto de las redes móviles sobre las de televisión, así como el caso contrario, las redes de televisión sobre las móviles, teniendo en cuenta los parámetros técnicos de operación de cada una de las redes implicadas, los cuales son definidos por organismos de estandarización o parámetros reales de redes implementadas por cada país. Dentro de los parámetros técnicos de operación que se definieron para las redes podemos citar: márgenes de protección entre las señales de televisión y móviles; distancias de protección entre el transmisor interferente y el receptor víctima; banda de guarda requeridas entre las dos tecnologías; límites de emisiones interferentes fuera de banda; niveles de atenuación adicionales en las máscaras espectrales; evaluación de técnicas de mitigación de interferencias, entre otros. Es importe resaltar, que las principales diferencias entre los estudios de convivencia en Sudamérica respecto a Europa son: la banda de guarda en Sudamérica son 5 MHz mientras en Europa son 9 MHz; el ancho de banda de un canal de televisión en Sudamérica es 6 MHz respecto a 8 MHz en Europa; el estándar de televisión adoptados en casi toda Sudamérica es ISDB-Tb, a excepción de Colombia que adopto DVB-T2. Asimismo, en el ámbito de esta tesis, se proponen dos potenciales casos de estudio para el uso futuro de la banda de TV, promoviendo la compartición de espectro como un modo de acceso eficiente: El primer caso de estudio, propone un nuevo concepto de espacios en blanco llamado µ-TV-White-Space, los cuales son aquellas zonas geográficas en los interiores de una vivienda y/o oficina que no son cubiertas por el servicio de televisión digital terrestre, ya sea por la ausencia de cobertura o por obstáculos. El escenario propuesto es una red DVB-T2 ofreciendo cobertura en recepción fija sobre tejado, como servicio primario, y, femtoceldas LTE-A en interiores de un hogar u oficina, como servicio secundario. Los resultados obtenidos proporcionan restricciones técnicas para que las femtoceldas LTE-A puedan operar correctamente en espectro compartido con los servicios de televisión. Específicamente, se define la Potencia Isotrópica Radiada Equivalente (PIRE) máxima que podrían transmitir las femtoceldas, en función de la separación en frecuencia con los servicios de televisión. El segundo caso de estudio, propone el uso de los espacios en blanco para la compartición de espectro entre los servicios de internet de las cosas bajo el estándar NB-LTE-IoT, como servicio secundario, y servicios de televisión digital terrestre bajo el estándar DVB-T2, como servicio primario. Se define la máxima potencia transmisible por los nodos y dispositivos IoT sin interferir al servicio primario. Además, se evalúa el impacto del ciclo de trabajo de los dispositivos considerando que existirá diversidad de aplicaciones. La importancia de esta propuesta se fundamenta en dos contribuciones: por un lado, se optimiza el uso de la banda de televisión mediante el acceso secundario de dispositivos de baja potencia en los espacios en blanco, siempre garantizando los servicios de televisión, como servicio primario, por otro lado, se contribuye con nuevas frecuencias para las tecnologías móviles de última generación, con el objetivo de aumentar la capacidad de las redes que soportarán tantoThis thesis deals with the issue about coexistence between television and fourth generation mobile networks within the band of the first digital dividend (700 MHz band), in South America. Moreover, two potential cases of sharing spectrum for future use of the television band after the digital dividends are suggested as an efficient and flexible way for usage of the radio spectrum. In order to ensure the coexistence between the television and mobile technologies within the band of the first digital dividend in South America, the impact of the mobile networks as well as the opposite case are assessed. The technical operation parameters for each of the involved networks defined by standardizing organisms or real parameters from implemented networks in each country are considered. Among the technical parameters that were defined for the networks, we can mention: protection ratio between television and mobile signals; protection distances between the interfering transmitter and the victim receiver; required guard bands between both technologies; maximum power of the interfering out-of-band emissions in adjacent channels; additional attenuation levels in the spectrum emission mask in transmission and reception; assessing of interference mitigation techniques, among others. It is important to highlight that the main differences between the coexistence studies for South America and Europe are: the guard bands in South America are 5 MHz whereas in Europe are 9 MHz; bandwidth for a channel in South America is 6 MHz in contrast with the 8 MHz of Europe; the television standard adopted in almost all South America is ISDB-Tb, except Colombia and the French Guiana, which adopted DVB-T2. Additionally, within the scope of this thesis, two potential study cases for future usage of the TV band are proposed, promoting sharing spectrum as an efficient access way: The first study we go a step beyond coexistence, since the aim is to exploit the unused radio spectrum in those geographical zones that are not covered because the useful signal is obstructed by the environment or it has a limited coverage by the network design. Those areas can be called "micro-TVWS" (µ-TV-White-Space). The most representative cases of our definition of µ-TV-White-Space are those indoor environments in areas where DTT received power is below the required sensitivity because a TV channel is broadcasted to rooftop reception. The proposed scenario considers a DTT network offering fixed rooftop reception as a primary service, and a LTE-A femtocell giving coverage within the interior of a home or office as a secondary service. Our results provide the technical restrictions of the LTE-A Femtocell, mainly on the maximum allowable Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) that could transmit on the DTT band in terms of carrier separation, from co-channel to adjacent band. The second study case, suggests the use of white spaces for spectrum sharing among the Internet of Things (IoT) services, under the NB-LTE-IoT standard, as secondary service, and digital terrestrial television services under the DVB-T2 standard, as primary service. The maximum transmissible power by the nodes and IoT devices without interfering the primary service is defined. Besides, the impact of the duty cycle of the devices is assessed considering that there will be a great diversity of applications, and thus, a great diversity of operation requirements. The significance of this proposal is due to two contributions: on the aone hand, the usage of the television band is optimized through secondary access of low power devices within the white spaces, always ensuring television services as primary service. On the other hand, new frequencies for last generation mobile technologies are given, with the aim at increasing the network capacity, which will bear mobile services as well as IoT, regarding the high challenge of offering connectivity to millions of devices during the next decade.La present tesi aborda la problemàtica de la convivència entres les xarxes de la televisió digital terrestre i mòbil de quarta generació en la banda del primer dividend digital (banda de 700 MHz), en Sud-Amèrica. A més, es proposen dos potencials casos d'ús compartit d'espectre per a l'ús futur de la banda de televisió després dels dividends digitals, com a mode d'accés eficient i flexible per a l'ús de l'espectre radioelèctric. Per tal de garantir la convivència entre les tecnologies de televisió i mòbils en la banda del primer dividend digital en Sud-Amèrica, s'avalua tant l'impacte de les xarxes mòbils sobre les de televisió, com el cas contrari, les xarxes de televisió sobre les mòbils, tenint en compte els paràmetres tècnics d'operació de cadascuna de les xarxes implicades, els quals són definits per organismes d'estandardització o paràmetres reals de xarxes implementades per cada país. Dins dels paràmetres tècnics d'operació que es van definir per a les xarxes podem citar: marges de protecció entre els senyals de televisió i mòbils; distàncies de protecció entre el transistor interferent i el receptor víctima; banda de guarda entre ambdós tecnologies; límits de les emissions interferents fora de banda; nivells d'atenuació addicionals en les màscares espectrals; avaluació de tècniques de mitigació d'interferències, entre d'altres. És important destacar, que les principals diferències entre els estudis de convivència en Sud-Amèrica respecte d'Europa són: la banda de guarda en Sud-Amèrica són 5 MHz mentre que a Europa són 9 MHz; l'amplària de banda d'un canal de televisió en Sud-Amèrica és de 6 MHz respecte dels 8 MHz a Europa; l'estàndard de televisió adoptat en quasi tota Sud-Amèrica és ISDB-Tb, excepte Colòmbia i la Guaiana Francesa que van adoptar DVB-T2. A Europa quasi tots els països tenen adoptats els estàndards DVB-T de primera i segona generació. Així mateix, en l'àmbit de la tesi, es proposen dos potencials casos d'estudi per a l'ús futur de la banda de TV, de manera que es promoga la compartició d'espectre com un mode d'accés eficient: El primer cas d'estudi, proposa un nou concepte d'espais en blanc anomenat µ-TV-White-Space, els quals són aquelles zones geogràfiques que no són cobertes pel servei de televisió digital terrestre, ja siga per l'absència de cobertura o per obstacles. L'escenari proposat és una xarxa DVB-T2 que ofereix cobertura en recepció fixa sobre terrat, com a servei primari, i femtocel·les LTE-A en interiors d'una llar o oficina, com a servei secundari. Els resultats obtinguts proporcionen restriccions tècniques per tal que les femtocel·les LTE-A puguen operar correctament en espectre compartit amb els serveis de televisió. Específicament, es defineix la Potència Isotròpica Radiada Equivalent (PIRE) màxima que podrien transmetre les femtocel·les, en funció de la separació en freqüència amb els serveis de televisió. El segon cas d'estudi, proposa l'ús d'espais en blanc per a la compartició d'espectre entre els serveis d'internet de les coses (Internet of Things o IOT, en anglès), sota l'estàndard NB-LTE-IoT, com a servei secundari, i serveis de televisió digital terrestre sota l'estàndard DVB-T2, com a servei primari. Es defineix la màxima potència transmissible pels nodes i dispositius IoT sense interferir al servei primari. A més, s'avalua l'impacte del cicle de treball dels dispositius considerant que existirà diversitat d'aplicacions, i, per tant, diversitat de requeriments d'operació. La importància d'aquesta proposta es fonamenta en dues contribucions: per una banda, s'optimitza l'ús de la banda de televisió mitjançant l'accés secundari de dispositius de baixa potència als espais en blanc, sempre garantint els serveis de televisió, com a servei primari. Per altra banda, es contribueix amb noves freqüències per a les tecnologies mòbils d'última generació, amb l'objectiu d'aMartínez Pinzón, G. (2018). Compartición del Espectro Radioeléctrico entre Tecnologías Inalámbricas de Última Generación en la Banda de la Televisión Digital Terrestre [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/102644TESI

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