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

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

Analysis and Simulation of the Signals Transmission in the DVB-H/SH Standards

Tato disertační práce se zabývá analýzou, simulací a měřením zpracování a přenosu signálů digitální televize pro příjem mobilního TV vysílání ve standardech DVB-H a DVB-SH. Tyto standardy vycházejí z předpokladu, že příjem signálu je charakterizován modely přenosových kanálů s vícecestným šířením. Tyto, tzv. únikové kanály, jsou charakterizovány hlavně zpožděním a ziskem jednotlivých cest. V závislosti na dalších parametrech (rychlost přijímače, Dopplerovské spektrum), je možné rozdělit únikové kanály do třech hlavních skupin: mobilní, přenosné a fixní. Dá se předpokládat, že v různých modelech kanálů bude přenášený signál různě ovlivněn. Proto je potřebné najít optimální parametry systémů (DVB-H/SH) pro kvalitní příjem vysílaných služeb mobilní televize, což je hlavním cílem této disertační práci. Pro tento účel byly vytvořeny dvě vhodné aplikace (jedna pro DVB-H a jedna pro DVB-SH) s GUI v prostředí MATLAB, které umožňují simulovat a analyzovat míru zkreslení signálu v případě mobilních, přenosných a fixních scénářů přenosu. Navíc, tyto aplikace obsahují i druhý samostatný simulátor pro nastavení a modifikaci parametrů jednotlivých přenosových cest. Díky tomu je možné zhodnotit vliv parametrů celého systému a kanálových modelů na dosaženou chybovost (BER a MER) a kvalitu přenosu. Ve všech přenosových scénářích (v závislosti na poměru C/N) byly získané, vyhodnocené a diskutované zkreslení signálů. Navíc, u standardu DVB-H, všechny získané výsledky ze simulací byly ověřeny měřením. Rozdíly mezi dosaženými výsledky (simulace a měření) byly rovněž podrobeny diskuzi. Tuto disertační práci je možné rozdělit do čtyř hlavních částí. První část disertační práce se zabývá rešerší současného vývoje v oblasti digitálního televizního vysílání na mobilní terminály ve standardech DVB-H/SH. Na konci této části jsou jasně popsány cíle této disertační práce. Druhá část práce je zaměřená na stručný popis blokového diagramu vysílačů v obou standardech DVB-H/SH. Dále jsou stručně popsány modely přenosových kanálů, které se používají pro modelování přenosu signálu. Stručný popis vytvořených aplikací, i s vývojovým diagramem, které jsou vhodné pro simulaci a analýzu přenosu v DVB-H/SH, jsou popsány v třetí části práce. Čtvrtá a nejdelší část této disertační práce se zabývá vyhodnocením získaných výsledků ze simulací a měření.This dissertation thesis deals with the analysis, simulation and measurement of the signal processing and transmission in DVB-H and DVB-SH standards. These standards are based on the assumption that signal reception is characterized by the transmission channels with echoes. These, so called fading channels, are mainly characterized by the path delays and path losses. Depending on the other, additional features (speed of the receiver, Doppler spectrum, etc.), it can be possible divided these channels onto three main groups: mobile, portable and fixed. Of course, signal transmission in different transmission channel models are affected differently. Therefore, it is needed found the optimal system parameters in both, DVB-H and DVB-SH standards, for the quality reception of the broadcasted mobile TV services, which is the main goal of this thesis. For this purpose, two appropriate applications (one for DVB-H and one for DVB-SH) with GUI were created in MATLAB, which enable simulated and analyzed the signal distortions in mobile, portable and fixed transmission scenarios. Moreover, these applications also contain a second application with GUI for the easy set and modification of the parameters of the used channel models. Therefore, it is possible to evaluate the effect of parameters of whole system and channel models on the achieved error rate (BER and MER) and quality of the transmission. In all mentioned transmission scenarios, the signal distortions (depending on the Carrier-to-Noise ratio) were obtained, evaluated and discussed in this dissertation thesis. Furthermore, in case of DVB-H, all obtained results from the simulations, were verified by the measuring. Differences between the obtained results (simulation and measuring) are also discussed. This dissertation thesis can be divided into four main parts. The first part of this dissertation thesis, after the short introduction, deals with present state-of-the-art and literature survey in mobile broadcast DVB-H/SH standards. At the end of this part are clearly outlined the main aims of this dissertation thesis. Second part is focused on the brief description of the functional block diagram of transmitters in both, DVB-H/SH standards. Furthermore, there are briefly described the transmission fading channel models, which are commonly used for the modeling of the signal transmission. The brief description of program applications with flowcharts, appropriate for the simulation of the transmission in the DVB-H/SH standards, are presented and described in the third part of this thesis. Finally, the fourth and longest part of this thesis is focused on the evaluation and comparison of obtained results from the simulations and measurements.

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

COST EFFICIENT PROVISIONING OF MASS MOBILE MULTIMEDIA SERVICES IN HYBRID CELLULAR AND BROADCASTING SYSTEMS

Uno de los retos a los que se enfrenta la industria de las comunicaciones móviles e inalámbricas es proporcionar servicios multimedia masivos a bajo coste, haciéndolos asequibles para los usuarios y rentables a los operadores. El servicio más representativo es el de TV móvil, el cual se espera que sea una aplicación clave en las futuras redes móviles. Actualmente las redes celulares no pueden soportar un consumo a gran escala de este tipo de servicios, y las nuevas redes de radiodifusión móvil son muy costosas de desplegar debido a la gran inversión en infraestructura de red necesaria para proporcionar niveles aceptables de cobertura. Esta tesis doctoral aborda el problema de la provisión eficiente de servicios multimedia masivos a dispositivos móviles y portables utilizando la infraestructura de radiodifusión y celular existente. La tesis contempla las tecnologías comerciales de última generación para la radiodifusión móvil (DVB-H) y para las redes celulares (redes 3G+ con HSDPA y MBMS), aunque se centra principalmente en DVB-H. El principal paradigma propuesto para proporcionar servicios multimedia masivos a bajo coste es evitar el despliegue de una red DVB-H con alta capacidad y cobertura desde el inicio. En su lugar se propone realizar un despliegue progresivo de la infraestructura DVB-H siguiendo la demanda de los usuarios. Bajo este contexto, la red celular es fundamental para evitar sobre-dimensionar la red DVB-H en capacidad y también en áreas con una baja densidad de usuarios hasta que el despliegue de un transmisor o un repetidor DVB-H sea necesario. Como principal solución tecnológica la tesis propone realizar una codificación multi-burst en DVB-H utilizando códigos Raptor. El objetivo es explotar la diversidad temporal del canal móvil para aumentar la robustez de la señal y, por tanto, el nivel de cobertura, a costa de incrementar la latencia de la red.Gómez Barquero, D. (2009). COST EFFICIENT PROVISIONING OF MASS MOBILE MULTIMEDIA SERVICES IN HYBRID CELLULAR AND BROADCASTING SYSTEMS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6881Palanci

Laboratory and field trials evaluation of transmit delay Diversity applied to DVB-T/H networks

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University.The requirements for future DVB-T/H networks demand that broadcasters design and deploy networks that provide ubiquitous reception in challenging indoors and other obstructed situations. It is essential that such networks are designed cost-effectively and with minimized environmental impact. The use of transmit diversity techniques with multiple antennas have long been proposed to improve the performance and capacity of wireless systems. Transmit diversity exploits the scattering effect inherent in the channel by means of transmitting multiple signals in a controlled manner from spatially separated antennas, allowing independently faded signals to arrive at the receiver and improves the chances of decoding a signal of acceptable quality. Transmit diversity can complement receive diversity by adding an additional diversity gain and in situations where receiver diversity is not practical, transmit diversity alone delivers a comparable amount of diversity gain. Transmit Delay Diversity (DD) can be applied to systems employing the DVB standard without receiver equipment modifications. Although transmit DD can provide a gain in NLOS situations, it can introduce degradation in LOS situation. The aim of this thesis is to investigate the effectiveness in real-word applications of novel diversity techniques for broadcast transmitter networks. Tests involved laboratory experiments using a wireless MIMO channel emulator and the deployment of a field measurement campaign dedicated to driving, indoor and rooftop reception. The relationship between the diversity gain, the propagation environment and several parameters such as the transmit antenna separation, the receiver speed and the Forward Error Correction Codes (FEC) configuration are investigated. Results includes the effect of real-word parameter usually not modeled in the software simulation analysis, such as antenna radiation patterns and mutual coupling, scattering vegetation impact, non-Gaussian noise sources and receiver implementation. Moreover, a practical analysis of the effectiveness of experimental techniques to mitigate the loss due to transmit DD loss in rooftop reception is presented. The results of this thesis confirmed, completed and extended the existing predictions with real word measurement results

On Transmission System Design for Wireless Broadcasting

This thesis considers aspects related to the design and standardisation of transmission systems for wireless broadcasting, comprising terrestrial and mobile reception. The purpose is to identify which factors influence the technical decisions and what issues could be better considered in the design process in order to assess different use cases, service scenarios and end-user quality. Further, the necessity of cross-layer optimisation for efficient data transmission is emphasised and means to take this into consideration are suggested. The work is mainly related terrestrial and mobile digital video broadcasting systems but many of the findings can be generalised also to other transmission systems and design processes. The work has led to three main conclusions. First, it is discovered that there are no sufficiently accurate error criteria for measuring the subjective perceived audiovisual quality that could be utilised in transmission system design. Means for designing new error criteria for mobile TV (television) services are suggested and similar work related to other services is recommended. Second, it is suggested that in addition to commercial requirements there should be technical requirements setting the frame work for the design process of a new transmission system. The technical requirements should include the assessed reception conditions, technical quality of service and service functionalities. Reception conditions comprise radio channel models, receiver types and antenna types. Technical quality of service consists of bandwidth, timeliness and reliability. Of these, the thesis focuses on radio channel models and errorcriteria (reliability) as two of the most important design challenges and provides means to optimise transmission parameters based on these. Third, the thesis argues that the most favourable development for wireless broadcasting would be a single system suitable for all scenarios of wireless broadcasting. It is claimed that there are no major technical obstacles to achieve this and that the recently published second generation digital terrestrial television broadcasting system provides a good basis. The challenges and opportunities of a universal wireless broadcasting system are discussed mainly from technical but briefly also from commercial and regulatory aspectSiirretty Doriast

Simulacijski model za analizu parametara DVB-SH-A sustava

This paper presents our simulation model for DVB-SH system following the ETSI standard EN 302 583. Simulation model includes DVB-SH transmitter and receiver, supports different system parameters and transmission channels. The model provides overall evaluation of DVB-SH system parameters and can be used for educational purposesU radu je predstavljen naš simulacijski model za DVB-SH sustav modeliran prema ETSI normi EN 302 583. Simulacijski model uključuje DVB-SH odašiljač i prijamnik, podržava različite parametre sustava i različite prijenosne kanale. Model daje sveukupnu ocjenu komunikacije putem DVB-SH sustava i može se koristiti u edukacijske svrhe