Analysis and Performance Comparison of DVB-T and DTMB Systems for Terrestrial Digital TV

Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) is the most popular transmission technology in digital terrestrial broadcasting (DTTB), adopted by many DTTB standards. In this paper, the bit error rate (BER) performance of two DTTB systems, namely cyclic prefix OFDM (CP-OFDM) based DVB-T and time domain synchronous OFDM (TDS-OFDM) based DTMB, is evaluated in different channel conditions. Spectrum utilization and power efficiency are also discussed to demonstrate the transmission overhead of both systems. Simulation results show that the performances of the two systems are much close. Given the same ratio of guard interval (GI), the DVB-T outperforms DTMB in terms of signal to noise ratio (SNR) in Gaussian and Ricean channels, while DTMB behaves better performance in Rayleigh channel in higher code rates and higher orders of constellation thanks to its efficient channel coding and interleaving scheme

Architecture and algorithms for the implementation of digital wireless receivers in FPGA and ASIC: ISDB-T and DVB-S2 cases

[EN] The first generation of Terrestrial Digital Television(DTV) has been in service for over a decade. In 2013, several countries have already completed the transition from Analog to Digital TV Broadcasting, most of which in Europe. In South America, after several studies and trials, Brazil adopted the Japanese standard with some innovations. Japan and Brazil started Digital Terrestrial Television Broadcasting (DTTB) services in December 2003 and December 2007 respectively, using Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial (ISDB-T), also known as ARIB STD-B31. In June 2005 the Committee for the Information Technology Area (CATI) of Brazilian Ministry of Science and Technology and Innovation MCTI approved the incorporation of the IC-Brazil Program, in the National Program for Microelectronics (PNM) . The main goals of IC-Brazil are the formal qualification of IC designers, support to the creation of semiconductors companies focused on projects of ICs within Brazil, and the attraction of semiconductors companies focused on the design and development of ICs in Brazil. The work presented in this thesis originated from the unique momentum created by the combination of the birth of Digital Television in Brazil and the creation of the IC-Brazil Program by the Brazilian government. Without this combination it would not have been possible to make these kind of projects in Brazil. These projects have been a long and costly journey, albeit scientifically and technologically worthy, towards a Brazilian DTV state-of-the-art low complexity Integrated Circuit, with good economy scale perspectives, due to the fact that at the beginning of this project ISDB-T standard was not adopted by several countries like DVB-T. During the development of the ISDB-T receiver proposed in this thesis, it was realized that due to the continental dimensions of Brazil, the DTTB would not be enough to cover the entire country with open DTV signal, specially for the case of remote localizations far from the high urban density regions. Then, Eldorado Research Institute and Idea! Electronic Systems, foresaw that, in a near future, there would be an open distribution system for high definition DTV over satellite, in Brazil. Based on that, it was decided by Eldorado Research Institute, that would be necessary to create a new ASIC for broadcast satellite reception. At that time DVB-S2 standard was the strongest candidate for that, and this assumption still stands nowadays. Therefore, it was decided to apply to a new round of resources funding from the MCTI - that was granted - in order to start the new project. This thesis discusses in details the Architecture and Algorithms proposed for the implementation of a low complexity Intermediate Frequency(IF) ISDB-T Receiver on Application Specific Integrated Circuit (ASIC) CMOS. The Architecture proposed here is highly based on the COordinate Rotation Digital Computer (CORDIC) Algorithm, that is a simple and efficient algorithm suitable for VLSI implementations. The receiver copes with the impairments inherent to wireless channels transmission and the receiver crystals. The thesis also discusses the Methodology adopted and presents the implementation results. The receiver performance is presented and compared to those obtained by means of simulations. Furthermore, the thesis also presents the Architecture and Algorithms for a DVB-S2 receiver targeting its ASIC implementation. However, unlike the ISDB-T receiver, only preliminary ASIC implementation results are introduced. This was mainly done in order to have an early estimation of die area to prove that the project in ASIC is economically viable, as well as to verify possible bugs in early stage. As in the case of ISDB-T receiver, this receiver is highly based on CORDIC algorithm and it was prototyped in FPGA. The Methodology used for the second receiver is derived from that used for the ISDB-T receiver, with minor additions given the project characteristics.[ES] La primera generación de Televisión Digital Terrestre(DTV) ha estado en servicio por más de una década. En 2013, varios países completaron la transición de transmisión analógica a televisión digital, la mayoría de ellas en Europa. En América del Sur, después de varios estudios y ensayos, Brasil adoptó el estándar japonés con algunas innovaciones. Japón y Brasil comenzaron a prestar el servicio de Difusión de Televisión Digital Terrestre (DTTB) en diciembre de 2003 y diciembre de 2007 respectivamente, utilizando Radiodifusión Digital de Servicios Integrados Terrestres (ISDB-T), también conocida como ARIB STD-B31. En junio de 2005, el Comité del Área de Tecnología de la Información (CATI) del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación de Brasil - MCTI aprobó la incorporación del Programa CI-Brasil, en el Programa Nacional de Microelectrónica (PNM). Los principales objetivos de la CI-Brasil son la formación de diseñadores de CIs, apoyar la creación de empresas de semiconductores enfocadas en proyectos de circuitos integrados dentro de Brasil, y la atracción de empresas de semiconductores interesadas en el diseño y desarrollo de circuitos integrados. El trabajo presentado en esta tesis se originó en el impulso único creado por la combinación del nacimiento de la televisión digital en Brasil y la creación del Programa de CI-Brasil por el gobierno brasileño. Sin esta combinación no hubiera sido posible realizar este tipo de proyectos en Brasil. Estos proyectos han sido un trayecto largo y costoso, aunque meritorio desde el punto de vista científico y tecnológico, hacia un Circuito Integrado brasileño de punta y de baja complejidad para DTV, con buenas perspectivas de economía de escala debido al hecho que al inicio de este proyecto, el estándar ISDB-T no fue adoptado por varios países como DVB-T. Durante el desarrollo del receptor ISDB-T propuesto en esta tesis, se observó que debido a las dimensiones continentales de Brasil, la DTTB no sería suficiente para cubrir todo el país con la señal de televisión digital abierta, especialmente para el caso de localizaciones remotas, apartadas de las regiones de alta densidad urbana. En ese momento, el Instituto de Investigación Eldorado e Idea! Sistemas Electrónicos, previeron que en un futuro cercano habría un sistema de distribución abierto para DTV de alta definición por satélite en Brasil. Con base en eso, el Instituto de Investigación Eldorado decidió que sería necesario crear un nuevo ASIC para la recepción de radiodifusión por satélite, basada el estándar DVB-S2. En esta tesis se analiza en detalle la Arquitectura y algoritmos propuestos para la implementación de un receptor ISDB-T de baja complejidad y frecuencia intermedia (IF) en un Circuito Integrado de Aplicación Específica (ASIC) CMOS. La arquitectura aquí propuesta se basa fuertemente en el algoritmo Computadora Digital para Rotación de Coordenadas (CORDIC), el cual es un algoritmo simple, eficiente y adecuado para implementaciones VLSI. El receptor hace frente a las deficiencias inherentes a las transmisiones por canales inalámbricos y los cristales del receptor. La tesis también analiza la metodología adoptada y presenta los resultados de la implementación. Por otro lado, la tesis también presenta la arquitectura y los algoritmos para un receptor DVB-S2 dirigido a la implementación en ASIC. Sin embargo, a diferencia del receptor ISDB-T, se introducen sólo los resultados preliminares de implementación en ASIC. Esto se hizo principalmente con el fin de tener una estimación temprana del área del die para demostrar que el proyecto en ASIC es económicamente viable, así como para verificar posibles errores en etapa temprana. Como en el caso de receptor ISDB-T, este receptor se basa fuertemente en el algoritmo CORDIC y fue un prototipado en FPGA. La metodología utilizada para el segundo receptor se deriva de la utilizada para el re[CA] La primera generació de Televisió Digital Terrestre (TDT) ha estat en servici durant més d'una dècada. En 2013, diversos països ja van completar la transició de la radiodifusió de televisió analògica a la digital, i la majoria van ser a Europa. A Amèrica del Sud, després de diversos estudis i assajos, Brasil va adoptar l'estàndard japonés amb algunes innovacions. Japó i Brasil van començar els servicis de Radiodifusió de Televisió Terrestre Digital (DTTB) al desembre de 2003 i al desembre de 2007, respectivament, utilitzant la Radiodifusió Digital amb Servicis Integrats de (ISDB-T), coneguda com a ARIB STD-B31. Al juny de 2005, el Comité de l'Àrea de Tecnologia de la Informació (CATI) del Ministeri de Ciència i Tecnologia i Innovació del Brasil (MCTI) va aprovar la incorporació del programa CI Brasil al Programa Nacional de Microelectrònica (PNM). Els principals objectius de CI Brasil són la qualificació formal dels dissenyadors de circuits integrats, el suport a la creació d'empreses de semiconductors centrades en projectes de circuits integrats dins del Brasil i l'atracció d'empreses de semiconductors centrades en el disseny i desenvolupament de circuits integrats. El treball presentat en esta tesi es va originar en l'impuls únic creat per la combinació del naixement de la televisió digital al Brasil i la creació del programa Brasil CI pel govern brasiler. Sense esta combinació no hauria estat possible realitzar este tipus de projectes a Brasil. Estos projectes han suposat un viatge llarg i costós, tot i que digne científicament i tecnològica, cap a un circuit integrat punter de baixa complexitat per a la TDT brasilera, amb bones perspectives d'economia d'escala perquè a l'inici d'este projecte l'estàndard ISDB-T no va ser adoptat per diversos països, com el DVB-T. Durant el desenvolupament del receptor de ISDB-T proposat en esta tesi, va resultar que, a causa de les dimensions continentals de Brasil, la DTTB no seria suficient per cobrir tot el país amb el senyal de TDT oberta, especialment pel que fa a les localitzacions remotes allunyades de les regions d'alta densitat urbana.. En este moment, l'Institut de Recerca Eldorado i Idea! Sistemes Electrònics van preveure que, en un futur pròxim, no hi hauria a Brasil un sistema de distribució oberta de TDT d'alta definició a través de satèl¿lit. D'acord amb això, l'Institut de Recerca Eldorado va decidir que seria necessari crear un nou ASIC per a la recepció de radiodifusió per satèl¿lit. basat en l'estàndard DVB-S2. En esta tesi s'analitza en detall l'arquitectura i els algorismes proposats per l'execució d'un receptor ISDB-T de Freqüència Intermèdia (FI) de baixa complexitat sobre CMOS de Circuit Integrat d'Aplicacions Específiques (ASIC). L'arquitectura ací proposada es basa molt en l'algorisme de l'Ordinador Digital de Rotació de Coordenades (CORDIC), que és un algorisme simple i eficient adequat per implementacions VLSI. El receptor fa front a les deficiències inherents a la transmissió de canals sense fil i els cristalls del receptor. Esta tesi també analitza la metodologia adoptada i presenta els resultats de l'execució. Es presenta el rendiment del receptor i es compara amb els obtinguts per mitjà de simulacions. D'altra banda, esta tesi també presenta l'arquitectura i els algorismes d'un receptor de DVB-S2 de cara a la seua implementació en ASIC. No obstant això, a diferència del receptor ISDB-T, només s'introdueixen resultats preliminars d'implementació en ASIC. Això es va fer principalment amb la finalitat de tenir una estimació primerenca de la zona de dau per demostrar que el projecte en ASIC és econòmicament viable, així com per verificar possibles errors en l'etapa primerenca. Com en el cas del receptor ISDB-T, este receptor es basa molt en l'algorisme CORDIC i va ser un prototip de FPGA. La metodologia utilitzada per al segon receptor es deriva de la utilitzada per al receptor IRodrigues De Lima, E. (2016). Architecture and algorithms for the implementation of digital wireless receivers in FPGA and ASIC: ISDB-T and DVB-S2 cases [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61967TESI

Preamble design using embedded signalling for OFDM broadcast systems based on reduced-complexity distance detection

The second generation digital terrestrial television broadcasting standard (DVB-T2) adopts the so-called P1 symbol as the preamble for initial synchronization. The P1 symbol also carries a number of basic transmission parameters, including the fast Fourier transform size and the single-input/single-output as well as multiple-input/single-output mode, in order to appropriately configure the receiver for carrying out the subsequent processing. In this contribution, an improved preamble design is proposed, where a pair of training sequences is inserted in the frequency domain and their distance is used for transmission parameter signalling. At the receiver, only a low-complexity correlator is required for the detection of the signalling. Both the coarse carrier frequency offset and the signalling can be simultaneously estimated by detecting the above-mentioned correlation. Compared to the standardised P1 symbol, the proposed preamble design significantly reduces the complexity of the receiver while retaining high robustness in frequency-selective fading channels. Furthermore, we demonstrate that the proposed preamble design achieves a better signalling performance than the standardised P1 symbol, despite reducing the numbers of multiplications and additions by about 40% and 20%, respectively

Conformação de pulso de formas de onda OFDM para a interface aérea 5G

Orientador: Luís Geraldo Pedroso MeloniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: As formas de onda com multiplexação ortogonal por divisão de freqüência (OFDM) foram utilizadas com sucesso na interface aérea 3GPP LTE para superar a seletividade do canal e proporcionar uma boa eficiência espectral e altas taxas de transmissão de dados. O próximo sistema de comunicações 5G tem como objetivo oferecer suporte a mais serviços do que o antecessor, como comunicações de banda larga móveis, comunicações de tipo máquina e comunicações de baixa latência, e considera muitos outros cenários de aplicação, como o uso de espectro fragmentado. Esta diversidade de serviços com diferentes requisitos não pode ser suportada pela OFDM convencional, pois OFDM configura toda a largura de banda com parâmetros que atendem a um serviço em particular. Além disso, pode ocorrer interferência interportadora (ICI) quando a OFDM convencional é usada com multiplexação assíncrona de múltiplos usuários e isso é devido às altas emissões fora de banda (OOB) das subportadoras e à violação da condição de ortogonalidade do sinal. Portanto, para atender aos requisitos das futuras aplicações sem fio 5G, o desenvolvimento de uma interface aérea inovadora com novas capacidades torna-se necessário, em particular, uma nova forma de onda mais espectralmente ágil do que OFDM capaz de suportar múltiplas configurações, suprimindo efetivamente a interferência entre usuários, e com integração direta com as camadas superiores. Este trabalho centra-se em duas técnicas de conformação de pulsos para reduzir a emissões fora de banda e melhorar o desempenho de formas de onda baseadas em OFDM. A conformação de pulsos pode permitir o uso de parametrizações múltiplas dentro da forma de onda e abandonar os paradigmas rígidos de ortogonalidade e sincronismo com uma degradação de desempenho causada por interferência intersymbol (ISI) e ICI relativamente baixa. A primeira parte aborda um método de modelagem de pulso baseado na filtragem por subportadora para reduzir a emissão fora de banda no transmissor e interferência de canal adjacente (ACI) no receptor. Ele pode ser implementado usando funções de janela e alguns formatos de janela são apresentados nesta parte. O primeiro usa o prefixo cíclico (CP) existente dos símbolos para suavizar as transições abruptas do sinal, portanto, os grandes lóbulos espectrais sinc causados pelos filtros retangulares. Isso garante a compatibilidade retroativa em sistemas que usam OFDM com prefixo cíclico (CP-OFDM). O formato da segunda janela estende o comprimento do CP para reter a capacidade da forma de onda para combater a propagação do atraso do canal. Os efeitos no desempenho do ISI e ICI são estudados em termos de relação de sinal para interferência (SIR) e taxa de erro de bit (BER) usando formas de onda LTE em um cenário de espectro fragmentado multi-usuário. A segunda parte deste trabalho aborda o desenho e análise de filtros para a contenção espectral flexível em transceptores com filtragem baseada em sub-banda. Este filtro, chamado aqui semi-equiripple, exibe melhor atenuação na banda de rejeição para reduzir as interferências entre subbandas do que os filtros equiripple e filtros sinc baseados em janelamento e também possui boas características de resposta ao impulso para reduzir o ISI. O projeto de filtros baseia-se no algoritmo Parks-McClellan para obter diferentes taxas de decaimento da banda de parada e atende a especificações arbitrárias de máscaras de emissão de espectro (SEM) com baixa distorção dentro da banda. Portanto, pode ser útil para obter baixas emissões fora da banda e configurar sub-bandas com parâmetros independentes, uma vez que a interferência assíncrona é contida pelos filtros. São estudadas três distorções de ISI no filtro: espalhamento de símbolos relacionado à causalidade do filtro, ecos de símbolos devido a ondulações na banda e amplificação de ISI devido a amostras de valores anômalas nas caudas de sua resposta de impulso. O desempenho do filtro é avaliado em termos de densidade de espectro de potência (PSD) e conformidade com SEMs, taxa de erro de modulação (MER) e operação em um esquema assíncrono multi-serviço usando uma única forma de onda. O SIR e o efeito da filtragem na precisão da modulação são avaliados usando formas de onda OFDM ISDB-T e LTE. Estruturas de hardware flexíveis também são propostas para implementações reais. Os resultados mostram que esses métodos de conformação de pulso permitem que a forma de onda explore os fragmentos de espectro disponíveis e ofereça suporte a múltiplos serviços sem uma penalidade de desempenho significativa, o que pode permitir uma interface aérea mais flexívelAbstract: Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) waveforms have been used successfully in the 3GPP Long Term Evolution (LTE) air interface to overcome the channel selectivity and to provide good spectrum efficiency and high transmission data rates. The forthcoming 5G communication system aims to support more services than its predecessor, such as enhanced mobile broadband, machine-type communications and low latency communications, and considers many other application scenarios such as the fragmented spectrum use. This diversity of services with different requirements cannot be supported by conventional OFDM since OFDM configures the entire bandwidth with parameters attending one service in particular. Also, substantial intercarrier interference (ICI) can occur when conventional OFDM is used with asynchronous multiuser multiplexing and this is due to the high out-of-band (OOB) emissions of the subcarriers and the violation of the signal orthogonality constraint. Therefore, to meet the requirements of future 5G wireless applications, the development of an innovative air interface with new capabilities becomes necessary, in particular, a new waveform more spectrally agile than OFDM capable of supporting multiple configurations, suppressing the inter-user interference effectively, and with straightforward integration with the upper layers. This work focuses on two pulse shaping techniques to reduce the OOB emission and improve the in-band and OOB performances of OFDM-based waveforms. Pulse shaping can enable the use of multiple parameterizations within the waveform and abandon the strict paradigms of orthogonality and synchronism with relatively low performance degradation caused by intersymbol interference (ISI) and ICI. The first part addresses a pulse shaping method based on per-subcarrier filtering to reduce both OOB emission in the transmitter and adjacent channel interference (ACI) in the receiver. It can be implemented using window functions and some window formats are presented in this part. The first uses the existing cyclic prefix (CP) of OFDM symbols to smooth abrupt transitions of the signal, thus the large sinc spectral sidelobes caused by the rectangular filters. This guarantees backwards compatibility in systems using conventional cyclic prefixed OFDM (CP-OFDM). The second window format extends the CP length to retain the waveform ability to combat channel delay spread. The effects on performance of ISI and ICI are studied in terms of the signal to interference ratio (SIR) and bit error rate (BER) using LTE waveforms in a multi-user fragmented spectrum scenario. The second part of this work addresses the design and analysis of a filters for flexible spectral containment in subband-based filtering transceivers. This filter, called here semi-equiripple, exhibits better stopband attenuation to reduce the inter-subband interferences than equiripple and windowed truncated sinc filters and also has good impulse response characteristics to reduce ISI. The design is based on the Parks-McClellan algorithm to obtain different stopband decay rates and meet arbitrary spectrum emission masks (SEM) specifications with low in-band distortion. Therefore, it can be useful to achieve low OOB emission and configure subbands with independent parameters since the asynchronous interference is contained by the filters. Three ISI distortions in the filter are studied: symbol spreading related to the filter causality, symbol echoes due to in-band ripples, and ISI amplification due to outlier samples in the tails of its impulse response. The performance of the filter is assessed in terms of the power spectrum density (PSD) and compliance with tight SEMs, modulation error rate (MER) and operation in a multi-service asynchronous scheme using a single waveform. The SIR and the effect of filtering on the modulation accuracy are evaluated using OFDM ISDB-T and LTE waveforms. Flexible hardware structures are also proposed for actual implementations. The results show that these pulse shaping methods enable the waveform to exploit the available spectrum fragments and support multiple services without significant performance penalty, which can allow a more flexible air interfaceMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestre em Engenharia ElétricaCAPE

Transmit and Receive Signal Processing for MIMO Terrestrial Broadcast Systems

[EN] Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) technology in Digital Terrestrial Television (DTT) networks has the potential to increase the spectral efficiency and improve network coverage to cope with the competition of limited spectrum use (e.g., assignment of digital dividend and spectrum demands of mobile broadband), the appearance of new high data rate services (e.g., ultra-high definition TV - UHDTV), and the ubiquity of the content (e.g., fixed, portable, and mobile). It is widely recognised that MIMO can provide multiple benefits such as additional receive power due to array gain, higher resilience against signal outages due to spatial diversity, and higher data rates due to the spatial multiplexing gain of the MIMO channel. These benefits can be achieved without additional transmit power nor additional bandwidth, but normally come at the expense of a higher system complexity at the transmitter and receiver ends. The final system performance gains due to the use of MIMO directly depend on physical characteristics of the propagation environment such as spatial correlation, antenna orientation, and/or power imbalances experienced at the transmit aerials. Additionally, due to complexity constraints and finite-precision arithmetic at the receivers, it is crucial for the overall system performance to carefully design specific signal processing algorithms. This dissertation focuses on transmit and received signal processing for DTT systems using MIMO-BICM (Bit-Interleaved Coded Modulation) without feedback channel to the transmitter from the receiver terminals. At the transmitter side, this thesis presents investigations on MIMO precoding in DTT systems to overcome system degradations due to different channel conditions. At the receiver side, the focus is given on design and evaluation of practical MIMO-BICM receivers based on quantized information and its impact in both the in-chip memory size and system performance. These investigations are carried within the standardization process of DVB-NGH (Digital Video Broadcasting - Next Generation Handheld) the handheld evolution of DVB-T2 (Terrestrial - Second Generation), and ATSC 3.0 (Advanced Television Systems Committee - Third Generation), which incorporate MIMO-BICM as key technology to overcome the Shannon limit of single antenna communications. Nonetheless, this dissertation employs a generic approach in the design, analysis and evaluations, hence, the results and ideas can be applied to other wireless broadcast communication systems using MIMO-BICM.[ES] La tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) en redes de Televisión Digital Terrestre (TDT) tiene el potencial de incrementar la eficiencia espectral y mejorar la cobertura de red para afrontar las demandas de uso del escaso espectro electromagnético (e.g., designación del dividendo digital y la demanda de espectro por parte de las redes de comunicaciones móviles), la aparición de nuevos contenidos de alta tasa de datos (e.g., ultra-high definition TV - UHDTV) y la ubicuidad del contenido (e.g., fijo, portable y móvil). Es ampliamente reconocido que MIMO puede proporcionar múltiples beneficios como: potencia recibida adicional gracias a las ganancias de array, mayor robustez contra desvanecimientos de la señal gracias a la diversidad espacial y mayores tasas de transmisión gracias a la ganancia por multiplexado del canal MIMO. Estos beneficios se pueden conseguir sin incrementar la potencia transmitida ni el ancho de banda, pero normalmente se obtienen a expensas de una mayor complejidad del sistema tanto en el transmisor como en el receptor. Las ganancias de rendimiento finales debido al uso de MIMO dependen directamente de las características físicas del entorno de propagación como: la correlación entre los canales espaciales, la orientación de las antenas y/o los desbalances de potencia sufridos en las antenas transmisoras. Adicionalmente, debido a restricciones en la complejidad y aritmética de precisión finita en los receptores, es fundamental para el rendimiento global del sistema un diseño cuidadoso de algoritmos específicos de procesado de señal. Esta tesis doctoral se centra en el procesado de señal, tanto en el transmisor como en el receptor, para sistemas TDT que implementan MIMO-BICM (Bit-Interleaved Coded Modulation) sin canal de retorno hacia el transmisor desde los receptores. En el transmisor esta tesis presenta investigaciones en precoding MIMO en sistemas TDT para superar las degradaciones del sistema debidas a diferentes condiciones del canal. En el receptor se presta especial atención al diseño y evaluación de receptores prácticos MIMO-BICM basados en información cuantificada y a su impacto tanto en la memoria del chip como en el rendimiento del sistema. Estas investigaciones se llevan a cabo en el contexto de estandarización de DVB-NGH (Digital Video Broadcasting - Next Generation Handheld), la evolución portátil de DVB-T2 (Second Generation Terrestrial), y ATSC 3.0 (Advanced Television Systems Commitee - Third Generation) que incorporan MIMO-BICM como clave tecnológica para superar el límite de Shannon para comunicaciones con una única antena. No obstante, esta tesis doctoral emplea un método genérico tanto para el diseño, análisis y evaluación, por lo que los resultados e ideas pueden ser aplicados a otros sistemas de comunicación inalámbricos que empleen MIMO-BICM.[CA] La tecnologia de múltiples entrades i múltiples eixides (MIMO) en xarxes de Televisió Digital Terrestre (TDT) té el potencial d'incrementar l'eficiència espectral i millorar la cobertura de xarxa per a afrontar les demandes d'ús de l'escàs espectre electromagnètic (e.g., designació del dividend digital i la demanda d'espectre per part de les xarxes de comunicacions mòbils), l'aparició de nous continguts d'alta taxa de dades (e.g., ultra-high deffinition TV - UHDTV) i la ubiqüitat del contingut (e.g., fix, portàtil i mòbil). És àmpliament reconegut que MIMO pot proporcionar múltiples beneficis com: potència rebuda addicional gràcies als guanys de array, major robustesa contra esvaïments del senyal gràcies a la diversitat espacial i majors taxes de transmissió gràcies al guany per multiplexat del canal MIMO. Aquests beneficis es poden aconseguir sense incrementar la potència transmesa ni l'ample de banda, però normalment s'obtenen a costa d'una major complexitat del sistema tant en el transmissor com en el receptor. Els guanys de rendiment finals a causa de l'ús de MIMO depenen directament de les característiques físiques de l'entorn de propagació com: la correlació entre els canals espacials, l'orientació de les antenes, i/o els desequilibris de potència patits en les antenes transmissores. Addicionalment, a causa de restriccions en la complexitat i aritmètica de precisió finita en els receptors, és fonamental per al rendiment global del sistema un disseny acurat d'algorismes específics de processament de senyal. Aquesta tesi doctoral se centra en el processament de senyal tant en el transmissor com en el receptor per a sistemes TDT que implementen MIMO-BICM (Bit-Interleaved Coded Modulation) sense canal de tornada cap al transmissor des dels receptors. En el transmissor aquesta tesi presenta recerques en precoding MIMO en sistemes TDT per a superar les degradacions del sistema degudes a diferents condicions del canal. En el receptor es presta especial atenció al disseny i avaluació de receptors pràctics MIMO-BICM basats en informació quantificada i al seu impacte tant en la memòria del xip com en el rendiment del sistema. Aquestes recerques es duen a terme en el context d'estandardització de DVB-NGH (Digital Video Broadcasting - Next Generation Handheld), l'evolució portàtil de DVB-T2 (Second Generation Terrestrial), i ATSC 3.0 (Advanced Television Systems Commitee - Third Generation) que incorporen MIMO-BICM com a clau tecnològica per a superar el límit de Shannon per a comunicacions amb una única antena. No obstant açò, aquesta tesi doctoral empra un mètode genèric tant per al disseny, anàlisi i avaluació, per la qual cosa els resultats i idees poden ser aplicats a altres sistemes de comunicació sense fils que empren MIMO-BICM.Vargas Paredero, DE. (2016). Transmit and Receive Signal Processing for MIMO Terrestrial Broadcast Systems [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/66081TESISPremiad

Network Convergence in Multicarrier Hybrid Cellular Network

In a multicarrier communication system with known channel state information at transmitter (CSIT), it is well-known that the water-filling power allocation scheme is optimal in achieving the Shannon capacity. However, in a multicarrier broadcast network (e.g. over-the-air TV network) without CSIT, the optimal power allocation among subcarriers is still unknown, largely due to the heterogeneity of the channel conditions associated with different receivers. In the first part of the thesis, the performance of a generic multicarrier broadcast network is thoroughly studied by exploiting the frequency diversity over subcarriers. In particular, the performance metric is first defined based on the relationship among broadcast transmission rate, coverage area and outage probability. In order to maximize the network performance, closed form expressions of the instantaneous mutual information (IMI) and the optimal power allocation schemes are derived for both low SNR and high SNR cases; upper and lower bounds are also provided to estimate broadcast coverage area in general SNR regime. Also we extend our discussion to the broadcast network with multiple collaborative transmitters. Extensive simulation results are provided to validate our analysis. In the second part of the thesis, we discuss the optimal performance of a generic broadcast cellular hybrid network. It is well known that the Dirty Paper Coding (DPC) achieves the channel capacity for multiuser degraded channels. However, the optimality of DPC remains unknown for non-degraded channel. Specifically, we derive the optimal interference pre-cancellation order for a DPC based broadcast and unicast hybrid network. Different DPC cancellation schemes are studied to maximize the hybrid capacity region. The conditions for each scheme being optimal are analytically derived. Both ergodic and outage capacity are considered as our performance metric. Our results show that the optimal interference pre-cancellation order varies with SNR and broadcast and unicast channel conditions. Moreover, in low SNR condition, the optimal power allocation scheme is derived to reach the maximal sum rate

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

Tantangan Teknis Implementasi DVB-T2 di Indonesia

Transisi dari penyiaran analog ke digital yang menjanjikan banyak kesempatan baru telah memotivasi Organisasi Telekomunikasi Internasional (International Telecommunication Union atau ITU) untuk memberikan dorongan yang besar kepada Negara-negara di dunia untuk segera mewujudkannya. Sebagian besar Negara-negara di dunia juga sudah menyadari begitu pentingnya transisi tersebut. Akan tetapi, banyak tantangan yang membuat proses transisi berlangsung relatif lambat, termasuk di Indonesia. Penelitian ini memilih Swedia dan Inggris yang sudah terlebih dulu melakukan transisi total ke penyiaran digital untuk menggali tantangan-tantangan teknis dan USAha yang dilakukan untuk menghadapi tantangan tersebut. Penelitian ini menganalisa status transisi Indonesia saat ini dan menghasilkan rekomendasi- rekomendasi

Tantangan Teknis Implementasi DVB-T2 di Indonesia

Transisi dari penyiaran analog ke digital yang menjanjikan banyak kesempatan baru telah memotivasi Organisasi Telekomunikasi Internasional (International Telecommunication Union atau ITU) untuk memberikan dorongan yang besar kepada Negara-negara di dunia untuk segera mewujudkannya. Sebagian besar Negara-negara di dunia juga sudah menyadari begitu pentingnya transisi tersebut. Akan tetapi, banyak tantangan yang membuat proses transisi berlangsung relatif lambat, termasuk di Indonesia. Penelitian ini memilih Swedia dan Inggris yang sudah terlebih dulu melakukan transisi total ke penyiaran digital untuk menggali tantangan-tantangan teknis dan usaha yang dilakukan untuk menghadapi tantangan tersebut. Penelitian  ini  menganalisa status transisi Indonesia saat ini dan menghasilkan rekomendasi- rekomendasi