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

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

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

Enlace de retorno satelital DVB-RCS2 : modelagem de fila e otimização de alocação de recursos baseada em teoria dos jogos

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2022.É esperado que satélites tenham um papel fundamental no futuro dos sistemas de comunicação, integrando-se às infraestruturas terrestres. Esta dissertação de mestrado propõe três contribuições principais: primeiramente, se apresenta um arcabouço de simulação capaz de prover detalhes da performance de redes de comunicação satelital em cenários realistas. Este arcabouço aplica uma metodologia orientada a eventos, modelando a rede de comunicação como um sistema baseado em eventos discretos (DES), focando no enlace de retorno do protocolo DVB-RCS2. Três diferentes cenários simulados demonstram os possíveis usos das saídas do simulador para entender o comportamento dinâmico da rede e alcançar um ponto ótimo de operação do sistema. Cada cenário explora uma característica diferente do simulador, enquanto cobre um grande território de usuários, que em nosso caso estudo o país de escolha foi o Brasil. Em um segundo tópico, este trabalho introduz um novo algoritmo modificado do método de alocação de timeslots baseado em teoria dos jogos, aplicando-se no protocolo DVB-RCS2. Este procedimento considera a eficiência espectral do terminal como um parâmetro de peso para o problema de otimização convexa resultante da solução da barganha de Nash. Este novo método garante o cumprimento dos requisitos de Qualidade de Serviço (QoS) enquanto provê uma medida de justiça maior; os resultados mostram uma melhoria de 5% na medida de justiça, com uma diminuição de 75% no desvio padrão de justiça entre os quadros, também alcançando um aumento de 12% na satisfação individual média pela alocação de capacidade aos terminais. Por final, apresentamos uma modelagem alternativa para o enlace de retorno do DVB-RCS2 usando cadeias de Markov, predizendo parâmetros tradicionais de fila como a intensidade de tráfego, tempo médio de espera, dentre outros. Utilizamos dados coletados de uma série de simulações usando o arcabouço orientado a eventos para validar o modelo de filas como uma aproximação numérica útil para o cenário real de aplicação. Nós apresentamos o algoritmo de alocação de controle do parâmetro alfa (GTAC) que consegue controlar o tempo médio de espera de um RCST na fila, respeitando um limiar de tempo enquanto otimiza a taxa média média de transmissão de dados dos terminais.Satellite networks are expected to play a vital role in future communication systems, with complex features and seamless integration with ground-based infrastructure. This dissertation proposes three main contributions: firstly, it presents a novel simulation framework capable of providing a detailed assessment of a satellite communication’s network performance in realistic scenarios, employing an event-driven methodology and modeling the communications network as a DES (discrete event system). This work focuses on the return link of the Digital Video Broadcast Return Channel via Satellite (DVB-RCS2) standard. Three different scenarios demonstrate possible uses of the simulator’s output to understand the network’s dynamic behavior and achievable optimal system operation. Each scenario explores a different feature of the simulator. The simulated range covers a large territory with thousands of users, which in our case study was the country of Brazil. In the second theme, this work introduces a novel algorithm modification for the conventional game theory-based time slot assignment method, applying it to the DVB-RCS system. This procedure considers the spectral efficiency as a weighting parameter. We use it as an input for the resulting convex optimization problem of the Nash Bargaining Solution. This approach guarantees the fulfillment of Quality of Service (QoS) constraints while maintaining a higher fairness measure; results show a 5% improvement in fairness, with a 73% decrease in the standard deviation of fairness between frames, while also managing to reach a 12.5% increase in average normalized terminal BTU allocation satisfaction. Lastly, we present an alternative queuing model analysis for the DVB-RCS2 return link using Markov chains, developed to predict traditional queue parameters such as traffic intensity, average queue size, average waiting time, among others. We used data gathered from a series of simulations using the DES framework to validate this queuing model as a useful numerical approximation to the real application scenario, and, by the end of the scope, we present the alpha allocation algorithm (GTAC) that can maintain the average waiting time of a terminal in the queue to a threshold while optimizing the average terminal throughput

Evaluation of unidirectional background push content download services for the delivery of television programs

Este trabajo de tesis presenta los servicios de descarga de contenido en modo push como un mecanismo eficiente para el envío de contenido de televisión pre-producido sobre redes de difusión. Hoy en día, los operadores de red dedican una cantidad considerable de recursos de red a la entrega en vivo de contenido televisivo, tanto sobre redes de difusión como sobre conexiones unidireccionales. Esta oferta de servicios responde únicamente a requisitos comerciales: disponer de los contenidos televisivos en cualquier momento y lugar. Sin embargo, desde un punto de vista estrictamente académico, el envío en vivo es únicamente un requerimiento para el contenido en vivo, no para contenidos que ya han sido producidos con anterioridad a su emisión. Más aún, la difusión es solo eficiente cuando el contenido es suficientemente popular. Los servicios bajo estudio en esta tesis utilizan capacidad residual en redes de difusión para enviar contenido pre-producido para que se almacene en los equipos de usuario. La propuesta se justifica únicamente por su eficiencia. Por un lado, genera valor de recursos de red que no se aprovecharían de otra manera. Por otro lado, realiza la entrega de contenidos pre-producidos y populares de la manera más eficiente: sobre servicios de descarga de contenidos en difusión. Los resultados incluyen modelos para la popularidad y la duración de contenidos, valiosos para cualquier trabajo de investigación basados en la entrega de contenidos televisivos. Además, la tesis evalúa la capacidad residual disponible en redes de difusión, por medio de estudios empíricos. Después, estos resultados son utilizados en simulaciones que evalúan las prestaciones de los servicios propuestos en escenarios diferentes y para aplicaciones diferentes. La evaluación demuestra que este tipo de servicios son un recurso muy útil para la entrega de contenido televisivo.This thesis dissertation presents background push Content Download Services as an efficient mechanism to deliver pre-produced television content through existing broadcast networks. Nowadays, network operators dedicate a considerable amount of network resources to live streaming live, through both broadcast and unicast connections. This service offering responds solely to commercial requirements: Content must be available anytime and anywhere. However, from a strictly academic point of view, live streaming is only a requirement for live content and not for pre-produced content. Moreover, broadcasting is only efficient when the content is sufficiently popular. The services under study in this thesis use residual capacity in broadcast networks to push popular, pre-produced content to storage capacity in customer premises equipment. The proposal responds only to efficiency requirements. On one hand, it creates value from network resources otherwise unused. On the other hand, it delivers popular pre-produced content in the most efficient way: through broadcast download services. The results include models for the popularity and the duration of television content, valuable for any research work dealing with file-based delivery of television content. Later, the thesis evaluates the residual capacity available in broadcast networks through empirical studies. These results are used in simulations to evaluate the performance of background push content download services in different scenarios and for different applications. The evaluation proves that this kind of services can become a great asset for the delivery of television contentFraile Gil, F. (2013). Evaluation of unidirectional background push content download services for the delivery of television programs [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31656TESI