Burst-by-Burst Adaptive Decision Feedback Equalised TCM, TTCM and BICM for H.263-Assisted Wireless Video Telephony

Decision Feedback Equaliser (DFE) aided wideband Burst-by-Burst (BbB) Adaptive Trellis Coded Modulation (TCM), Turbo Trellis Coded Modulation (TTCM) and Bit-Interleaved Coded Modulation (BICM) assisted H.263-based video transceivers are proposed and characterised in performance terms when communicating over the COST 207 Typical Urban wideband fading channel. Specifically, four different modulation modes, namely 4QAM, 8PSK, 16QAM and 64QAM are invoked and protected by the above-mentioned coded modulation schemes. The TTCM assisted scheme was found to provide the best video performance, although at the cost of the highest complexity. A range of lower-complexity arrangements will also be characterised. Finally, in order to confirm these findings in an important practical environment, we have also investigated the adaptive TTCM scheme in the CDMA-based Universal Mobile Telecommunications System's (UMTS) Terrestrial Radio Access (UTRA) scenario and the good performance of adaptive TTCM scheme recorded when communicating over the COST 207 channels was retained in the UTRA environment

Low-latency Networking: Where Latency Lurks and How to Tame It

While the current generation of mobile and fixed communication networks has been standardized for mobile broadband services, the next generation is driven by the vision of the Internet of Things and mission critical communication services requiring latency in the order of milliseconds or sub-milliseconds. However, these new stringent requirements have a large technical impact on the design of all layers of the communication protocol stack. The cross layer interactions are complex due to the multiple design principles and technologies that contribute to the layers' design and fundamental performance limitations. We will be able to develop low-latency networks only if we address the problem of these complex interactions from the new point of view of sub-milliseconds latency. In this article, we propose a holistic analysis and classification of the main design principles and enabling technologies that will make it possible to deploy low-latency wireless communication networks. We argue that these design principles and enabling technologies must be carefully orchestrated to meet the stringent requirements and to manage the inherent trade-offs between low latency and traditional performance metrics. We also review currently ongoing standardization activities in prominent standards associations, and discuss open problems for future research

Scalable and rate adaptive wireless multimedia multicast

The methods that are described in this work enable highly efficient audio-visual streaming over wireless digital communication systems to an arbitrary number of receivers. In the focus of this thesis is thus point-to-multipoint transmission at constrained end-to-end delay. A fundamental difference as compared to point-to-point connections between exactly two communicating sending and receiving stations is in conveying information about successful or unsuccessful packet reception at the receiver side. The information to be transmitted is available at the sender, whereas the information about successful reception is only available to the receiver. Therefore, feedback about reception from the receiver to the sender is necessary. This information may be used for simple packet repetition in case of error, or adaptation of the bit rate of transmission to the momentary bit rate capacity of the channel, or both. This work focuses on the single transmission (including retransmissions) of data from one source to multiple destinations at the same time. A comparison with multi-receiver sequentially redundant transmission systems (simulcast MIMO) is made. With respect to feedback, this work considers time division multiple access systems, in which a single channel is used for data transmission and feedback. Therefore, the amount of time that can be spent for transmitting feedback is limited. An increase in time used for feedback transmissions from potentially many receivers results in a decrease in residual time which is usable for data transmission. This has direct impact on data throughput and hence, the quality of service. In the literature, an approach to reduce feedback overhead which is based on simultaneous feedback exists. In the scope of this work, simultaneous feedback implies equal carrier frequency, bandwidth and signal shape, in this case orthogonal frequency-division multiplex signals, during the event of the herein termed feedback aggregation in time. For this scheme, a constant amount of time is spent for feedback, independent of the number of receivers giving feedback about reception. Therefore, also data throughput remains independent of the number of receivers. This property of audio-visual digital transmission is taken for granted for statically configured, single purpose systems, such as terrestrial television. In the scope of this work are, however, multi-user and multi-purpose digital communication networks. Wireless LANs are a well-known example and are covered in detail herein. In suchlike systems, it is of great importance to remain independent of the number of receivers, as otherwise the service of ubiquitous digital connectivity is at the risk of being degraded. In this regard, the thesis at hand elaborates at what bit rates audio-visual transmission to multiple receivers may take place in conjunction with feedback aggregation. It is shown that the scheme achieves a multi-user throughput gain when used in conjunction with adaptivity of the bit rate to the channel. An assumption is the use of an ideal overlay packet erasure correcting code in this case. Furthermore, for delay constrained transmission, such as in so-called live television, throughput bit rates are examined. Applications have to be tolerant to a certain level of residual error in case of delay constrained transmission. Improvement of the rate adaptation algorithm is shown to increase throughput while residual error rates are decreased. Finally, with a consumer hardware prototype for digital live-TV re-distribution in the local wireless network, most of the mechanisms as described herein can be demonstrated.Die in vorliegender Arbeit aufgezeigten Methoden der paketbasierten drahtlosen digitalen Kommunikation ermöglichen es, Fernsehinhalte, aber auch audio-visuelle Datenströme im Allgemeinen, bei hoher Effizienz an beliebig große Gruppen von Empfängern zu verteilen. Im Fokus dieser Arbeit steht damit die Punkt- zu Mehrpunktübertragung bei begrenzter Ende-zu-Ende Verzögerung. Ein grundlegender Unterschied zur Punkt-zu-Punkt Verbindung zwischen genau zwei miteinander kommunizierenden Sender- und Empfängerstationen liegt in der Übermittlung der Information über erfolgreichen oder nicht erfolgreichen Paketempfang auf Seite der Empfänger. Da die zu übertragende Information am Sender vorliegt, die Information über den Erfolg der Übertragung jedoch ausschließlich beim jeweiligen Empfänger, muss eine Erfolgsmeldung auf dem Rückweg von Empfänger zu Sender erfolgen. Diese Information wird dann zum Beispiel zur einfachen Paketwiederholung im nicht erfolgreichen Fall genutzt, oder aber um die Übertragungsrate an die Kapazität des Kanals anzupassen, oder beides. Grundsätzlich beschäftigt sich diese Arbeit mit der einmaligen, gleichzeitigen Übertragung von Information (einschließlich Wiederholungen) an mehrere Empfänger, wobei ein Vergleich zu an mehrere Empfänger sequentiell redundant übertragenden Systemen (Simulcast MIMO) angestellt wird. In dieser Arbeit ist die Betrachtung bezüglich eines Rückkanals auf Zeitduplexsysteme beschränkt. In diesen Systemen wird der Kanal für Hin- und Rückweg zeitlich orthogonalisiert. Damit steht für die Übermittlung der Erfolgsmeldung eine beschränkte Zeitdauer zur Verfügung. Je mehr an Kanalzugriffszeit für die Erfolgsmeldungen der potentiell vielen Empfänger verbraucht wird, desto geringer wird die Restzeit, in der dann entsprechend weniger audio-visuelle Nutzdaten übertragbar sind, was sich direkt auf die Dienstqualität auswirkt. Ein in der Literatur weniger ausführlich betrachteter Ansatz ist die gleichzeitige Übertragung von Rückmeldungen mehrerer Teilnehmer auf gleicher Frequenz und bei identischer Bandbreite, sowie unter Nutzung gleichartiger Signale (hier: orthogonale Frequenzmultiplexsignalformung). Das Schema wird in dieser Arbeit daher als zeitliche Aggregation von Rückmeldungen, engl. feedback aggregation, bezeichnet. Dabei wird, unabhängig von der Anzahl der Empfänger, eine konstante Zeitdauer für Rückmeldungen genutzt, womit auch der Datendurchsatz durch zusätzliche Empfänger nicht notwendigerweise sinkt. Diese Eigenschaft ist aus statisch konfigurierten und für einen einzigen Zweck konzipierten Systemen, wie z. B. der terrestrischen Fernsehübertragung, bekannt. In dieser Arbeit werden im Gegensatz dazu jedoch am Beispiel von WLAN Mehrzweck- und Mehrbenutzersysteme betrachtet. Es handelt sich in derartigen Systemen zur digitalen Datenübertragung dabei um einen entscheidenden Vorteil, unabhängig von der Empfängeranzahl zu bleiben, da es sonst unweigerlich zu Einschränkungen in der Güte der angebotenen Dienstleistung der allgegenwärtigen digitalen Vernetzung kommen muss. Vorliegende Arbeit zeigt in diesem Zusammenhang auf, welche Datenraten unter Benutzung von feedback aggregation in der Verteilung an mehrere Empfänger und in verschiedenen Szenarien zu erreichen sind. Hierbei zeigt sich, dass das Schema im Zusammenspiel mit einer Adaption der Datenrate an den Übertragungskanal inhärent einen Datenratengewinn durch Mehrbenutzerempfang zu erzielen vermag, wenn ein überlagerter idealer Paketauslöschungsschutz-Code angenommen wird. Des weiteren wird bei der Übertragung mit zeitlich begrenzter Ausführungsdauer, z. B. dem sogenannten Live-Fernsehen, aufgezeigt, wie sich die erreichbare Datenrate reduziert und welche Restfehlertoleranz an die Übertragung gestellt werden muss. Hierbei wird ebenso aufgezeigt, wie sich durch Verbesserung der Ratenadaption erstere erhöhen und zweitere verringern lässt. An einem auf handelsüblichen Computer-Systemen realisiertem Prototypen zur Live-Fernsehübertragung können die hierin beschriebenen Mechanismen zu großen Teilen gezeigt werden

Real-Time QoS Routing Protocols in Wireless Multimedia Sensor Networks: Study and Analysis

Many routing protocols have been proposed for wireless sensor networks. These routing protocols are almost always based on energy efficiency. However, recent advances in complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) cameras and small microphones have led to the development of Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSN) as a class of wireless sensor networks which pose additional challenges. The transmission of imaging and video data needs routing protocols with both energy efficiency and Quality of Service (QoS) characteristics in order to guarantee the efficient use of the sensor nodes and effective access to the collected data. Also, with integration of real time applications in Wireless Senor Networks (WSNs), the use of QoS routing protocols is not only becoming a significant topic, but is also gaining the attention of researchers. In designing an efficient QoS routing protocol, the reliability and guarantee of end-to-end delay are critical events while conserving energy. Thus, considerable research has been focused on designing energy efficient and robust QoS routing protocols. In this paper, we present a state of the art research work based on real-time QoS routing protocols for WMSNs that have already been proposed. This paper categorizes the real-time QoS routing protocols into probabilistic and deterministic protocols. In addition, both categories are classified into soft and hard real time protocols by highlighting the QoS issues including the limitations and features of each protocol. Furthermore, we have compared the performance of mobility-aware query based real-time QoS routing protocols from each category using Network Simulator-2 (NS2). This paper also focuses on the design challenges and future research directions as well as highlights the characteristics of each QoS routing protocol.https://doi.org/10.3390/s15092220