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

Models and Methods for Network Selection and Balancing in Heterogeneous Scenarios

The outbreak of 5G technologies for wireless communications can be considered a response to the need for widespread coverage, in terms of connectivity and bandwidth, to guarantee broadband services, such as streaming or on-demand programs offered by the main television networks or new generation services based on augmented and virtual reality (AR / VR). The purpose of the study conducted for this thesis aims to solve two of the main problems that will occur with the outbreak of 5G, that is, the search for the best possible connectivity, in order to offer users the resources necessary to take advantage of the new generation services, and multicast as required by the eMBMS. The aim of the thesis is the search for innovative algorithms that will allow to obtain the best connectivity to offer users the resources necessary to use the 5G services in a heterogeneous scenario. Study UF that allows you to improve the search for the best candidate network and to achieve a balance that allows you to avoid congestion of the chosen networks. To achieve these two important focuses, I conducted a study on the main mathematical methods that made it possible to select the network based on QoS parameters based on the type of traffic made by users. A further goal was to improve the computational computation performance they present. Furthermore, I carried out a study in order to obtain an innovative algorithm that would allow the management of multicast. The algorithm that has been implemented responds to the needs present in the eMBMS, in realistic scenarios

Estudio de los efectos producidos por la modulación temporal aplicada a una agrupación de antenas en sistemas de transmisión digital

Programa Oficial de Doutoramento en Tecnoloxías da Información e as Comunicacións en Redes Móbiles. 5032V0[Resumo] Os selos de identidade das comunicacións móbiles e sen fíos de hoxe en día son a demanda continua e crecente de mobilidade, capacidade e fiabilidade, xunto cun firme e definitivo compromiso coa sustentabilidade. Baixo estas premisas, as antenas intelixentes –capaces de sensar a contorna electromagnética e adaptar de xeito eficaz as súas características de radiación– están chamadas a xogar un papel crucial nas ditas comunicacións. Neste senso, os estándares sen fíos actuais consideran técnicas multi-antena encamiñadas a explotar a diversidade espacial, o multiplexado espacial e o conformado de feixe, acadando así mellores niveis de fiabilidade e capacidade. Con todo, ditas vantaxes obtéñense a expensas dun incremento da complexidade do sistema, factor non sempre asumible en termos de tamaño e eficiencia enerxética. Consecuentemente, suscítanse unha serie de retos de cara a desenvolver tecnoloxías de antena axeitadas e capaces de dar resposta ás anteriores prestacións no espazo limitado que dita a mobilidade. O concepto de agrupación de antenas modulada temporalmente (TMAs, do inglés time-modulated arrays) é unha técnica multi-antena que achega unha simplificación hardware significativa: o seu diagrama de radiación contrólase mediante a sinxela aplicación de pulsos periódicos de duración variable ás excitacións individuais da agrupación. A natureza non lineal desta operación causa a aparición de diagramas de radiación nas frecuencias harmónicas dos pulsos periódicos aplicados. A técnica pode empregarse para mellorar a topoloxía do nivel dos lóbulos secundarios do diagrama de radiación na frecuencia central e/ou para explotar de xeito proveitoso os diagramas dos harmónicos, dotando á antena de capacidades de antena intelixente. Esta tese é o resultado dunha investigación das TMAs dende unha perspectiva interdisciplinaria, é dicir, non soamente dende a óptica do diagrama de radiación ou das agrupacións de antenas, senón tamén dende un punto de vista de procesado do sinal. Máis concretamente, a tese é unha análise en profundidade da aplicación das TMAs ás comunicacións dixitais, desenvolvida en catro etapas: 1) análise matemática da posibilidade de transmitir sinais dixitais mediante TMAs, identificando as restricións para salvagardar a integridade do sinal e cuantificando a potencia radiada, 2) caracterización da taxa de erro de bit dun sistema de comunicación dixital que incorpora un TMA en recepción explotando o seu modo fundamental e considerando canles con ruído branco Gaussiano, 3) estudo das prestacións das TMAs –explotando os harmónicos– na recepción de sinais de comunicación dixitais con diversidade angular en canles multitraxecto con esvaecemento, 4) caracterización de TMAs para conformado de feixe mediante o uso de pulsos de suma de cosenos ponderados no lugar de pulsos rectangulares, chegando ás denominadas TMAs melloradas, dotadas dunha resposta superior en termos de flexibilidade e eficiencia.[Resumen] Hoy en día, los sellos de identidad de las comunicaciones inalámbricas son la demanda continua y creciente de movilidad, capacidad y fiabilidad, junto con un firme y definitivo compromiso con la sostenibilidad. Bajo estas premisas, las antenas inteligentes –capaces de sensar el entorno electromagnético y adaptar de forma eficaz sus características de radiación– están llamadas a jugar un papel crucial en dichas comunicaciones. En este sentido, los estándares inalámbricos actuales consideran técnicas multiantena encaminadas a explotar la diversidad espacial, el multiplexado espacial o el conformado de haz, alcanzando así mejores niveles de fiabilidad y capacidad. Sin embargo, dichas ventajas se obtienen a expensas de un incremento de la complejidad del sistema, factor no siempre asumible en términos de tamaño y eficiencia energética. En consecuencia, se plantean una serie de retos en el desarrollo de tecnologías de antena adecuadas, capaces de dar respuesta a las anteriores prestaciones en el espacio limitado que dicta la movilidad. El concepto de agrupación de antenas modulada temporalmente (TMAs, del inglés time-modulated arrays) es una técnica multiantena que aporta una simplificación hardware significativa: su diagrama de radiación se controla mediante la sencilla aplicación de pulsos periódicos de duración variable a las excitaciones individuales de la agrupación. La naturaleza no lineal de esta operación causa la aparición de diagramas de radiación en las frecuencias armónicas de los pulsos periódicos aplicados. La técnica se puede utilizar para mejorar la topología del nivel de los lóbulos secundarios del diagrama de radiación en la frecuencia central y/o para explotar de forma beneficiosa los diagramas de armónicos, dotando a la antena de capacidades de antena inteligente. Esta tesis es el resultado de una investigación de las TMAs desde una perspectiva interdisciplinar, es decir, no solamente desde la óptica del diagrama de radiación o de las agrupaciones de antenas, sino también desde un punto de vista de procesado de señal. Más concretamente, la tesis es un análisis en profundidad de la aplicación de las TMAs a las comunicaciones digitales, desarrollada en cuatro etapas: 1) análisis matemático de la factibilidad de transmitir señales digitales mediante TMAs, identificando las restricciones para salvaguardar la integridad de la señal y cuantificando la potencia radiada, 2) caracterización de la tasa de error de bit de un sistema de comunicación digital que incorpora una TMA en recepción explotando su modo fundamental y considerando canales con ruido blanco Gaussiano, 3) estudio de las prestaciones de las TMAs –explotando los armónicos– en la recepción de señales digitales con diversidad angular en canales multitrayecto con desvanecimiento, 4) caracterización de TMAs para conformado de haz mediante el uso de pulsos de suma de cosenos ponderados en lugar de pulsos rectangulares, llegando a las denominadas TMAs mejoradas, dotadas de una respuesta superior en términos de flexibilidad y eficiencia.[Abstract] An ever-increasing demand for higher mobility, capacity and reliability, together with a definitive compromise with sustainability, are the hallmarks of mobile and wireless communications systems nowadays. Under these premises, smart antenna devices –capable of sensing the electromagnetic environment and suitably adapting its radiation features– are correspondingly called to play a crucial role. In this sense, today’s wireless standards consider multiple-antenna techniques in order to exploit space diversity, spatial multiplexing and beamforming to achieve better levels of reliability and capacity. Such advantages, however, are obtained at the expense of increased system complexity which may be unaffordable in terms of size and energy efficiency. Consequently, some technical challenges remain to develop the adequate antenna technologies capable of supporting the aforementioned features in a limited physical space that the mobility demand dictates. The concept of time-modulated array (TMA) is a feasible multi-antenna technique that provides a significant hardware simplification: its radiated power pattern is controlled by the simple application of variable-width periodical pulses to the individual array excitations. The nonlinear nature of such an array operation causes the appearance of radiation patterns at the harmonic frequencies of the applied periodic pulses. The technique can be used for improving the side-lobe level topology of the radiation pattern at the central frequency and/or to profitably exploit the harmonic patterns in order to supply smart antenna capabilities. This thesis is the result of an investigation of TMAs from an interdisciplinary perspective, i.e., not only under a radiation pattern or an antenna array outlook but also from a signal processing point of view. More specifically, the thesis deals with an in-depth analysis of the application of TMAs in digital communications developed in four stages: 1) mathematical analysis of the feasibility of transmission of digital signals over TMAs, identifying the restrictions to safeguard the integrity of the signal and quantifying the radiated power, 2) characterization of the bit error rate of a digital communication system that incorporates a receive-TMA exploiting its fundamental mode and considering additive white Gaussian noise channels, 3) study of the performance of TMAs –exploiting their harmonics– for the angle diversity reception of digital communication signals over multipath fading channels, 4) an approach to the characterization of beamforming TMAs which use sum of weighted cosines pulses instead of rectangular ones, leading to the so-called enhanced time-modulated arrays, which endows them with a better response in terms of flexibility and efficiency

Performance evaluation of Vehicular Ad Hoc Networks over high speed environment using NCTUns

Català: Cada any aproximadament un milió dues-centes mil persones moren en accidents de trànsit. D'aquesta dada es desprèn que els accidents de trànsit són la quarta causa de mortalitat al món. Degut a això, un gran nombre de governs i els majors fabricants de vehicles del món estan invertint temps i diners en recerca i desenvolupament per millorar la seguretat a les carreteres. Amb aquest objectiu, apareix el concepte de VANET: Vehicular Ad-hoc NETwork. Una VANET està basada en vehicles i estacions base intel·ligents que comparteixen informació a través de comunicacions inalàmbriques. Aquest intercanvi de dades podria tenir un gran impacte en la seguretat viària i la qualitat en la conducció però a més a més seria una nova font d' entreteniment mòbil. La millora en seguretat implicaria una reducció en el nombre d'accidents i les comunicacions inalàmbriques usades en mobilitat permetrien una optimització del transport. L'evolució de les VANETs en els últims anys i les seves aplicacions útils a les carreteres són les principals raons per dur a terme aquest projecte. El gran suport a aquest tipus de xarxes inalàmbriques sembla indicar que les VANETs són les xarxes del futur en entorns mòbils. En relació al projecte, el primer problema observat és que el protocol que s'usa específicament en VANETs (802.11p) només està disponible en pocs simuladors de xarxa i està en fase de desenvolupament. Per tant, la majoria de les funcions no estan implementades i això fa que el protocol no sigui madur. En conseqüència, es va triar un protocol àmpliament usat com és 802.11b per fer les proves en el simulador NCTUns. L?objectiu del projecte és avaluar el funcionament de VANETs usant el protocol 802.11b i el protocol d?encaminament AODV en un escenari d?autopista. Ajustant diferents paràmetres com el nombre de cotxes, la seva velocitat i el seu rang de cobertura és possible obtenir variacions en les mesures de pèrdues, throughput i retard extrem-a-extrem en la xarxa. El resultat final és que les mesures permeten saber quines són les comunicacions que es produeixen a la xarxa per cadascuna de les configuracions i la seva incidència en les condicions de conducció.Castellano: Cada año cerca de un millón doscientas mil personas fallecen en accidentes de tráfico. De este dato se desprende que los accidentes de tráfico son la cuarta causa de mortalidad en el mundo. Debido a esto, un gran número de gobiernos y los mayores fabricantes de vehículos del mundo están invirtiendo tiempo y dinero en investigación y desarrollo para mejorar la seguridad en las carreteras. Con este objetivo, aparece el concepto de VANET: Vehicular Ad-hoc NETwork. Una VANET se basa en vehículos y estaciones base inteligentes que comparten información por medio de comunicaciones inalámbricas. Este intercambio de datos podría tener un gran impacto en la seguridad vial y en la calidad de la conducción pero además sería una nueva fuente de entretenimiento móvil. La mejora en la seguridad implicaría una reducción en el número de accidentes y las comunicaciones inalámbricas utilizadas en movilidad permitirían optimizar el transporte. La evolución de las VANETs en los últimos años y sus aplicaciones útiles en las carreteras son las principales razones para llevar a cabo este proyecto. El gran apoyo a este tipo de redes inalámbricas parece indicar que las VANETs son las redes del futuro en entornos móviles. En relación al proyecto, el primer problema observado es que el protocolo específicamente utilizado en VANETs (802.11p) sólo está disponible en pocos simuladores de red y se encuentra en fase de desarrollo. Por lo tanto, la mayoría de funciones no están implementadas y esto hace que el protocolo no sea maduro. En consecuencia, se escogió un protocolo ampliamente utilizado como es 802.11b para realizar las pruebas en el simulador NCTUns. El objetivo del proyecto es evaluar el funcionamiento de VANETs utilizando el protocolo 802.11b y el protocolo de encaminamiento AODV en un escenario de autopista. Ajustando diferentes parámetros como el número de coches, su velocidad y su rango de cobertura es posible obtener variaciones en las medidas de pérdidas, throughput y retardo extremo-a-extremo en la red. El resultado final es que las medidas permiten saber cuáles son las comunicaciones que se producen en la red para cada una de las configuraciones y su incidencia en las condiciones de conducción.English: Every year about 1.2 million people die because of traffic accidents [1]. This means that traffic accidents are the fourth cause of mortality in the world. Therefore, several governments and the most important car manufacturers are investing time and money on research and development in order to improve road safety. At this respect, appears the concept of VANET: Vehicular Ad-hoc NETwork. A VANET is based on smart cars and base-stations that share information via wireless communications. This interchange of data may have a great impact on safety and driving quality but also could be another source of mobile entertainment. This improvement on safety would imply reducing the number of accidents. In addition, the use of wireless communications in mobility would lead to an optimization of transport. The evolution of VANETs in the last years and their useful applications on the road has been the main reason to develop this project. The great support of many people to this type of wireless networks suggests that VANETs are the networks of the future in mobile environments. Regarding the project, the first problem encountered is that the network protocol specially designed for VANETs, IEEE 802.11p, is only available in a few of the network simulators and is on phase of development. This fact means that most of the functions are not implemented so it cannot be considered as a mature protocol. As a consequence, a widely used protocol as IEEE 802.11b was chosen and all the tests were performed on NCTUns simulator. So the purpose of this project is to evaluate the performance of VANETs by using 802.11b protocol and AODV routing protocol in a highway scenario. By adjusting different parameters like number of cars, their speed and their range of coverage, variations on measures of loss ratio, throughput and end-to- end delay were detected on the network. Finally, the measures help to know about network communications for each of the cases and their incidence on driving conditions

Point-to-Multipoint Services on Fifth-Generation Mobile Networks

[ES] Esta disertación cubre el estado del arte en LTE eMBMS Release 14, también conocido como Enhanced Television Services (ENTV). ENTV trajo un conjunto de mejoras, tanto a nivel radio como a nivel de núcleo, que transformó a eMBMS en un estándar de televisión terrestre completo. La última versión de esta tecnología se denomina LTE-based 5G Broadcast; pero no usa New Radio ni el núcleo 5G. Para proveer una solución nativa 5G de servicios punto-a-multipunto, hubo investigación en entornos acad\'emicos y colaboraciones público-privada. La iniciativa más notable en este aspecto fue el proyecto del Horizon 2020 5G-Xcast, que transcurrió de 2017 a 2019. 5G-Xcast produjo varias soluciones a nivel de arquitectura, desde la perspectiva de provisión de contenidos, nuevas funciones de red interoperables con el núcleo 5G, hasta modificaciones a la interfaz aire basada en New Radio. Los hallazgos del proyecto están descritos en esta tesis. La tesis incluye dos ejemplos de eMBMS aplicados a verticales diferentes, una para el uso de eMBMS en entornos industriales, y otra presentando eMBMS como un sistema SAP. Incluir servicios punto-a-multipunto como un modo adicional celular trae algunos desafíos, como ya mostró la estandarización de eMBMS: las redes de radiodifusión terrestre y las redes celulares son muy distintas entre ellas. Encontrar una forma de onda viable para ambas infraestructuras es complejo. Esta tesis ofrece un punto de vista distinto al problema: un escenario de colaboración entre cadenas televisivas y operadores móviles, donde la infraestructura de radiodifusión y móvil son compartidas. Este concepto se ha definido como Convergence of Terrestrial and Mobile Networks. Las tecnologías elegidas para converger son ATSC 3.0 y 5G, usando el Advanced Traffic Steering, Switching and Splitting (ATSSS). ATSSS está compuesto de una serie de procedimientos, interfaces, funciones de red, para permitir el uso compartido de un acceso 3GPP con uno non-3GPP, como Wi-Fi. Sin embargo, el uso de ATSSS para juntar radiodifusión y celular no es trivial, ya que ATSSS no fue dise\~{n}ado para enlaces radio unidireccionales como ATSC 3.0. Estas limitaciones son descritas en detalle, y una propuesta para solventarlas tambi\'en está incluida. La solución se basa en Quick UDP Internet Connections (QUIC), y se usa como ejemplo para la provisión de Convergent Services (File Repair y Video Offloading). La tesis concluye con una descripción de Release 17 5MBS, con los nuevos conceptos introducidos. 5MBS es capaz de cambiar entre unicast, multicast y broadcast; dependiendo del servicio, la ubicación geográfica de los usuarios, y las capacidades de la infraestructura móvil involucradas. Para evaluar 5MBS, se ha realizado un estudio de prestaciones, basado en comunicaciones multicast dentro del núcleo de red 5G. Este prototipo 5MBS forma parte del laboratorio VLC Campus 5G, y utiliza el software comercial Open5GCore como base del desarrollo. El modelo de sistema para la experimentación esta formado por un servidor de vídeo, que se conecta al Open5GCore y a las funciones de red mejoradas con funcionalidades 5MBS. Estas funciones de red envían el contenido mediante punto-a-multipunto a un entorno radio y terminales simulados. Los resultados obtenidos resaltan el objetivo principal de la tesis: las comunicaciones punto-a-multipunto son una solución escalable para el envío de contenido multimedia en directo.[CA] Aquesta dissertació cobreix capdavanter en LTE eMBMS Release 14, també conegut com Enhanced Television Services (ENTV). ENTV va portar un conjunt de millores, tant a nivell de ràdio com a nivell de nucli, que va transformar el eMBMS en un estàndard de televisió terrestre complet. La última versió d'aquesta tecnologia es denomina LTE-based 5G Broadcast; però no fa servir New Ràdio ni el nucli 5G. Per a proveir una solució nativa 5G de serveis punt-a-multipunt, va haver-hi investigació en entorns acadèmics i col·laboracions pública i privada. La iniciativa més notable en aquest aspecte va ser el projecte del Horizon 2020 5G-Xcast, que va transcórrer del 2017 a 2019. 5G-Xcast va produir diverses solucions a nivell d'arquitectura, des de la perspectiva de provisió de continguts, noves funcions de xarxa interoperables amb el nucli 5G, fins a modificacions a la interfície aire basada en New Radio. Les troballes del projecte estan descrits en aquesta tesi. La tesi inclou dos exemples de eMBMS aplicats a verticals diferents, una per a l'ús de eMBMS en entorns industrials, i una altra presentant eMBMS com un sistema SAP. Incloure serveis punt-a-multipunt com una manera addicional cel·lular duu alguns desafiaments, com ja va mostrar l'estandardització de eMBMS: les xarxes de radiodifusió terrestre i les xarxes cel·lulars són molt diferents entre elles. Trobar una forma d'ona viable per a totes dues infraestructures és complex. Aquesta tesi ofereix un punt de vista diferent al problema: un escenari de col·laboració entre cadenes televisives i operadors mòbils, on la infraestructura de radiodifusió i mòbil són compartides. Aquest concepte s'ha definit com Convergence of Terrestrial and Mobile Networks. Les tecnologies triades per a convergir són ATSC 3.0 i 5G, usant el Advanced Traffic Steering, Switching and Splitting (ATSSS). ATSSS està compost d'una sèrie de procediments, interfícies, funcions de xarxa, per a permetre l'ús compartit d'un accés 3GPP amb un non-3GPP, com a Wi-Fi. No obstant això, l'ús de ATSSS per a adjuntar radiodifusió i cel·lular no és trivial, ja que ATSSS no va ser dissenyada per a per a enllaços ràdio unidireccionals com ATSC 3.0. Aquestes limitacions són descrites detalladament, i una proposta per a solucionar-les també està inclosa. La solució es basa en Quick UDP Internet Connections (QUIC), i s'usa com a exemple per a la provisió de Convergent Services (File Repair i Vídeo Offloading). La tesi conclou amb una descripció de Release 17 5MBS, amb els nous conceptes introduïts. 5MBS és capaç de canviar entre unicast, multicast i broadcast; depenent del servei, la ubicació geogràfica dels usuaris, i les capacitats de la infraestructura mòbil involucrades. Per a avaluar 5MBS, s'ha realitzat un estudi de prestacions, basat en comunicacions multicast dins del nucli de xarxa 5G. Aquest prototip 5MBS forma part del laboratori VLC Campus 5G, i utilitza el programari comercial Open5GCore com a base del desenvolupament. El model de sistema per a l'experimentació està format per un servidor de vídeo, que es connecta al Open5GCore i a les funcions de xarxa millorades amb funcionalitats 5MBS. Aquestes funcions de xarxa envien el contingut mitjançant punt-a-multipunt a un entorn ràdio i terminals simulats. Els resultats obtinguts ressalten l'objectiu principal de la tesi: les comunicacions punt-a-multipunt són una solució escalable per a l'enviament de contingut multimèdia en directe.[EN] This dissertation covers the state-of-the-art in LTE eMBMS Release 14, also known as Enhanced Television Services (ENTV). ENTV provided a suite of radio and core enhancements that made eMBMS into a viable terrestrial broadcast standard. The latest iteration of this technology is known as LTE-based 5G Broadcast; even though it is not New Radio or 5G Core based. To bridge this gap, research efforts by academia, public and private enterprises evaluated how to provide a 5G-based solution for point-to-multipoint services. The most notable effort in this regard is the Horizon 2020 project 5G-Xcast, which ran from 2017 to 2019. 5G-Xcast provided several architectural solutions, from the content delivery perspective down to air interface specifics; providing new waveforms based on New Radio and Network Functions interoperable with a Release 15 5G Core. The findings are summarized in this thesis. Two examples of eMBMS applied to different verticals are included in the thesis, one for the use of eMBMS in industrial environments, and the other using eMBMS as a PWS technology. Providing point-to-multipoint services as another cellular service poses some problems, as the standardization process of eMBMS showed: the broadcast infrastructure is different than the cellular one. Having a waveform that is suited for both scenarios is a difficult endeavour. The thesis provides a new perspective into this problem: Having existing Terrestrial Broadcast standards and infrastructure be the point-to-multipoint solution of 5G, where mobile operators and broadcasters collaborate together. This is defined in the dissertation as Convergence of Terrestrial and Mobile Networks. The technologies chosen to be converged together were ATSC 3.0 and 5G; using the existing Release 16 framework known as Advanced Traffic Steering, Switching and Splitting (ATSSS). ATSSS is a series of procedures, interfaces, new Network Functions, to allow the joint use of a 3GPP Access Network alongside a non-3GPP one, like Wi-Fi. However, the use of ATSSS for cellular plus broadcast brings challenges, as the ATSSS technology was not designed to be used with a unidirectional access network like ATSC 3.0. These limitations are described in detail, and an architectural proposal that overcomes the limitations is proposed. This solution is based on Quick UDP Internet Connections (QUIC), and how to provide Convergent Services (i.e File Repair and Video Offloading) is shown. The thesis concludes with a description of Release 17 5MBS, including the new concepts introduced. 5MBS features the capacity of switching between unicast, multicast and broadcast; depending on the service addressed, the geographical location of the users, and the capability of the RAN infrastructure targeted. In order to evaluate 5MBS, a performance study of the use of multicast inside the 5G Core has been carried out. The 5MBS prototype was developed as part of the VLC Campus 5G laboratory, using the commercial software Open5GCore which provides the libraries and Network Functions to deploy your own 5G Private Network in testing environments. The system model of the experiment is formed by a video server, connected to the Open5GCore and the 5MBS enhanced functions; which will deliver the content to an emulated RAN environment hosting virtual gNBs and devices. The results obtained reinforce the objective of the thesis, positioning point-to-multipoint as a scalable way to deliver live content.Research projects: 5G-Xcast: Broadcast and Multicast Communication Enablers for the Fifth-Generation of Wireless Systems (H2020 No 761498); 5G-TOURS: SmarT mObility, media and e-health for toURists and citizenS (H2020 No 856950); FUDGE-5G: FUlly DisinteGrated private nEtworks for 5G verticals (H2020 No 957242).Barjau Estevan, CS. (2022). Point-to-Multipoint Services on Fifth-Generation Mobile Networks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19140

A Survey on Applications of Cache-Aided NOMA

Contrary to orthogonal multiple-access (OMA), non-orthogonal multiple-access (NOMA) schemes can serve a pool of users without exploiting the scarce frequency or time domain resources. This is useful in meeting the future network requirements (5G and beyond systems), such as, low latency, massive connectivity, users' fairness, and high spectral efficiency. On the other hand, content caching restricts duplicate data transmission by storing popular contents in advance at the network edge which reduces data traffic. In this survey, we focus on cache-aided NOMA-based wireless networks which can reap the benefits of both cache and NOMA; switching to NOMA from OMA enables cache-aided networks to push additional files to content servers in parallel and improve the cache hit probability. Beginning with fundamentals of the cache-aided NOMA technology, we summarize the performance goals of cache-aided NOMA systems, present the associated design challenges, and categorize the recent related literature based on their application verticals. Concomitant standardization activities and open research challenges are highlighted as well

Performance modelling and analysis of multiple coexisting IEEE 802.15.4 wireless sensor networks

With the features of low-power and flexible networking capabilities IEEE 802.15.4 has been widely regarded as one strong candidate of communication technologies for wireless sensor networks (WSNs). It is expected that with an increasing number of deployments of 802.15.4 based WSNs, multiple WSNs could coexist with full or partial overlap in residential or enterprise areas. As WSNs are usually deployed without coordination, the communication could meet significant degradation with the 802.15.4 channel access scheme, which has a large impact on system performance. In this thesis we are motivated to investigate the effectiveness of 802.15.4 networks supporting WSN applications with various environments, especially when hidden terminals are presented due to the uncoordinated coexistence problem. Both analytical models and system level simulators are developed to analyse the performance of the random access scheme specified by IEEE 802.15.4 medium access control (MAC) standard for several network scenarios. The first part of the thesis investigates the effectiveness of single 802.15.4 network supporting WSN applications. A Markov chain based analytic model is applied to model the MAC behaviour of IEEE 802.15.4 standard and a discrete event simulator is also developed to analyse the performance and verify the proposed analytical model. It is observed that 802.15.4 networks could sufficiently support most WSN applications with its various functionalities. After the investigation of single network, the uncoordinated coexistence problem of multiple 802.15.4 networks deployed with communication range fully or partially overlapped are investigated in the next part of the thesis. Both nonsleep and sleep modes are investigated with different channel conditions by analytic and simulation methods to obtain the comprehensive performance evaluation. It is found that the uncoordinated coexistence problem can significantly degrade the performance of 802.15.4 networks, which is unlikely to satisfy the QoS requirements for many WSN applications. The proposed analytic model is validated by simulations which could be used to obtain the optimal parameter setting before WSNs deployments to eliminate the interference risks

Field Measurements in Determining Incumbent Spectrum Utilization and Protection Criteria in Wireless Co-existence Studies

Studies of spectrum sharing and co-existence between different wireless communication systems are important, as the current aim is to optimize their spectrum utilization and shift from static exclusive spectrum allocation to more dynamic co-existence of different systems within same frequency bands. The main goal of this thesis is to provide measurement methodologies for obtaining realistic results in modeling incumbent spectrum utilization and in determining incumbent protection criteria. The following research questions are considered in this thesis: Q1) How should field measurements be conducted and used to model incumbent spectrum utilization? Q2) How should field measurements be conducted and used to determine protection criteria for incumbents in a co-existence scenario with mobile broadband? and Q3) Which licensing methods and technological solutions are feasible to enable spectrum sharing in frequency bands with incumbents? To answer to Q1, this thesis describes the development of a spectrum observatory network concept created through international collaboration and presents measurement methodologies, which allow to obtain realistic spectrum occupancy data over geographical areas using interference map concept. A cautious approach should be taken in making strong conclusions from previous single fixed location spectrum occupancy studies, and measurements covering larger geographical areas might be needed if the measurement results are to be used in making spectrum management decisions. The field interference measurements considered in Q2 are not covered well in the current research literature. The measurements are expensive to conduct as they require substantial human resources, test network infrastructure, professional level measurement devices and radio licenses. However, field measurements are needed to study and verify hypotheses from computer simulations or theoretical analyses in realistic operating conditions, as field measurement conditions can not or are not practical to be adequately modeled in simulations. This thesis proposes measurement methodologies to obtain realistic results from field interference measurements, taking into account the propagation environments and external sources of interference. Less expensive simulations and laboratory measurements should be used both to aid in the planning of field measurements and to complement the results obtained from field measurements. Q3 is investigated through several field interference measurement campaigns to determine incumbent protection criteria and by analyzing the spectrum observatory data to determine the occupancy and trends in incumbent spectrum utilization. The field interference measurement campaigns have been conducted in real TV White Space, LTE Supplemental Downlink and Licensed Shared Access test network environments, and the obtained measurement results have been contributed to the development of the European spectrum regulation. In addition, field measurements have been conducted to contribute to the development and technical validation of the spectrum sharing frameworks. This thesis also presents an overview of the current status and possible directions in spectrum sharing. In conclusion, no single spectrum sharing method can provide universally optimal efficiency in spectrum utilization. Thus, an appropriate spectrum sharing framework should be chosen taking into account both the spectrum utilization of the current incumbents and the future needs in wireless communications.Siirretty Doriast

Testing the capability of Rare Earth Elements to identify archaeological strata in an African site: The case of the terraced landscape at Konso, Ethiopia

Over the last twenty years Rare Earth Elements (REE) have started to be part of archaeometric studies. Due to their particular characteristics there have been several attempts to apply REE analysis to different archaeological scenarios including stratigraphically-controlled agricultural soils, demonstrating that this is an effective tool to understand how human activity is reflected in soil development. Our study proposes a new methodological approach for the identification of anthropogenic deposits through REE soil analysis, pushing current limitations of traditional chemical and sedimentology techniques. Our study represents the first application of REE concentrations in soils from tropical Africa within an archaeological context. The agricultural soils were captured in an artificial sediment trap that forms part of the terraced landscape in Konso, Ethiopia; a system thought to have developed over the last 500 years, and which was awarded World Heritage status in 2011. Forty samples were taken from successive alluvial layers down a c. 2m thick soil sequence that had accumulated behind a series of drystone walls. The samples were analyzed for trace elements and REE via ICP-MS. To understand the causes of enrichment or depletion of REE, the data were compared with soil organic matter, organic carbon and fire markers. To aid interpretation we crossreferenced our results with archaeobotanical and soil micromorphology data. Data were analysed using multivariate statistics. Taken together these results present a very different picture of landscape development to previous presented accounts; the REE analyses provide significant details regarding the source and transportation of sediments