La technique Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) a été adoptée par plusieurs systèmes de télécommunications et de diffusion pour sa robustesse, sa capacité à transmettre de hauts débits dans des canaux radiomobiles et pour son efficacité spectrale. Cependant, les signaux OFDM sont caractérisés par des fluctuations importantes, mesurées par le rapport de la puissance crête sur la puissance moyenne (Peak to Average Power Ratio – PAPR) du signal, qui génèrent des distorsions à la sortie de l’amplificateur non-linéaire de puissance (High Power Amplifier - HPA) et ne permettent pas de l’utiliser dans sa zone optimale afin de diminuer sa consommation énergétique. La deuxième génération de la norme Digital Video Broadcasting (DVB-T2) a notamment adopté la technique Tone Reservation (TR) de réduction du PAPR. Son principe consiste à créer un noyau, à partir d’un ensemble de sous-porteuses réservées, qui est ensuite ajouté d’une manière itérative au signal OFDM de façon à réduire les pics du signal et donc son PAPR. Dans la première partie de la thèse, différents algorithmes permettant d’améliorer les performances de cette solution TR DVT-T2 sont proposés. Un premier groupe de solutions, reposant sur la même définition du noyau, comprend : la technique Partial Oversampling and Fractional Shifted Kernels (POFSK) reposant sur un sur-échantillonnage partiel du signal, la technique Dynamic Threshold (DT) qui effectue un calcul dynamique du seuil de troncature et la technique Enhanced Peak Selection (EPS) qui améliore la sélection des pics à réduire. Le deuxième groupe de solutions comprend tout d’abord la technique Individual Carrier Multiple Peaks (ICMP) qui repose sur une nouvelle définition du noyau et utilise un calcul de phase différent permettant la réduction de plusieurs pics en même temps. La technique GICMP est une version optimisée de la technique ICMP qui, en parallélisant les opérations, permet de réduire le délai de traitement et le nombre total d’itérations. Les résultats de simulations et les mesures effectuées sur une plateforme de transmission réelle montrent que, par rapport à la version TR de DVB-T2, l’algorithme GICMP offrait notamment un gain de l’ordre de 2.5 dB en termes de Modulation Error Rate – MER ou permettait une réduction de 10 % de l’énergie consommée par l’amplificateur de puissance à performances identiques. [...] / Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has been adopted by many telecommunication and broadcasting systems for its robustness, high transmission rates, mobility and bandwidth efficiency. However, OFDM signals are characterized by high power fluctuations, measured by the Peak to Average Power Ratio (PAPR), which cause distortions at the output of the non-linear High Power Amplifier (HPA) and prevent the radio frequency designer to feed the signal at the optimal point of the HPA specifications in order to reduce the energy consumption. The second generation of Digital Video Broadcasting (DVB-T2) adopted two PAPR reduction techniques, one of them is Tone Reservation (TR). TR creates a Kernel from a reserved set of subcarriers. The kernel is then iteratively added to the OFDM signal in such a way to reduce its peaks thus reducing its PAPR. In the first part of the thesis, different algorithms offering better performances compared to the DVB-T2 TR solution are proposed. A first group of solutions introduces changes and enhancements to the TR algorithm adopted in DVB-T2 TR but keeps the same kernel definition. This group includes: the Partial Oversampling and Fractional Shifted Kernels (POFSK) technique which is based on a partial oversampling of the signal, the Dynamic Threshold (DT) technique which allows better algorithm convergence by dynamically computing the PAPR reduction threshold for every OFDM symbol, and the Enhanced Peak Selection (EPS) technique which provides additional PAPR reduction by choosing the appropriate signal peaks to reduce and the peaks to skip. The second group of solutions includes the Individual Carrier Multiple Peaks (ICMP) technique which is based on a special kernel definition that changes from one algorithm iteration to another and uses a different phase calculation approach that allows the reduction of multiple peaks at a time. GICMP is an optimized version of ICMP that allows the parallelization of iterations in such a way to reduce the processing delay and the number of algorithm iterations. The simulation results and real hardware platform measurements of the proposed algorithms showed that, compared to the DVB-T2 TR version, the GICMP algorithm allows a Modulation Error Rate – MER gain of up to 2.5 dB or a 10 % reduction in HPA consumed energy with the same performances.

La coopération entre les réseaux de diffusion classiques et les réseaux mobiles cellulaires pour une distribution commune de la télévision mobile est actuellement l'un des éléments clé discutés dans le cadre des nouvelles technologies de diffusion mobile; surtout l'extension mobile de la deuxième génération de diffusion de la télévision numérique terrestre (DVB-T2 Lite) et son suiveur le DVB-Next Generation Handheld (DVB-NGH).En fait, ces technologies de diffusion visent à coopérer avec la récente technologie de téléphonie mobile, connue sous le nom de Long Term Evolution (LTE) qui permet la diffusion de la TV Mobile grâce au protocole de diffusion des services multimédia dans les réseaux de téléphonie mobile (de nature unicast à priori) et connu sous le nom de enhanced-Multimedia Broadcast and Multicast Service feature (e-MBMS).Bien que la coopération entre les réseaux de diffusion DVB et ceux de téléphonie mobile n'est pas un nouveau sujet et a été étudiée avec l'introduction de la technologie de diffusion mobile précédente, connue sous le nom DVB-Handheld (DVB-H), la plupart des travaux traitants ce sujet ont considéré un scénario avec une zone de couverture commune entre le réseau de diffusion et celui cellulaire et ont évalué cette coopération en terme des gains de capacité apportés par DVB au réseau cellulaire et en terme d'amélioration de la fiabilité de transmission apportée par les réseaux cellulaire au DVB grâce à la possibilité des retransmissions unicast. / The broadcast/cellular cooperation for a common delivery of Mobile TV is at the heart of the emerging mobile broadcast technologies, namely the mobile extension of the second generation digital video broadcasting for terrestrial reception (DVB-T2 Lite) and its follower DVB-Next Generation Handheld (DVB-NGH). These broadcast technologies aim to cooperate with the Long Term Evolution (LTE), as the latter is intended to be the bearer of Mobile TV thanks to its enhanced-Multimedia Broadcast and Multicast Service feature (e-MBMS). Even though the 3GPP/DVB cooperation is not a new topic and was investigated with the introduction of the previous DVB technology, known as DVB-Handheld (DVB-H), most of the works addressing this issue considered a common service area covered by both DVB and cellular systems and focused solely on the impact of such cooperation in terms of capacity gains brought by 3GPP and error repair gains brought by DVB. This strategy was judged to be expensive since a new and very dense DVB network was needed. In order to overcome this problem and decrease as much as possible the need for a new broadcast network, we propose in this thesis a hybrid DVB/LTE network with a coverage extension strategy, where the LTE system, planned for almost a universal coverage, is used to deliver Mobile TV in areas not covered by recent DVB-T2 Lite (or eventually DVB-NGH) network. In this context, we explore two main issues:1. Mobile TV services have to share LTE resources with other higher priority services such as voice traffic. The dynamicity of the latter will impact the Quality of Service (QoS) of Mobile TV. We propose a new QoS-based planning for the hybrid DVB/LTE so as to guarantee an acceptable watching experience without over-dimensioning the LTE system. We derive using Markov chain analysis and hitting time theory, several QoS metrics pertaining to mobile TV performance, such as interruption frequency and duration.2. A new business model which clarifies the relationships between the different actors of the ecosystem namely DVB and LTE operators as well as the TV channel providers and constructs the service area from an economic point of view is needed. In fact, the absence of a clear and viable economic model that resolves the monetary conflicts between cellular and broadcast operators was one of the main drawbacks behind the failure of the first attempt of mobile TV delivery by cooperating UMTS/DVB-H. We develop in this thesis a profit sharing strategy for the cooperative network, using coalition game concept Shapley value and Nash equilibrium for a self-enforcing strategy. We further develop a new framework using real option theory coupled with coalition games for investment decision in mobile TV networks (whether an operator should enter the mobile TV market and, if yes, when to do so) and show how operators can incorporate the uncertainties related to demand and network operation costs. We propose a bi-level dynamic programming algorithm to solve numerically the developed real option game.

L’émergence des utilisateurs mobiles et la popularité croissante des services multimédias linéaires ont entrainé, ces dernières années, une augmentation impressionnante du trafic de données au sein des réseaux mobiles. En effet, le principal moteur de cette croissance est lié à la consommation de contenus vidéo de façon linéaire (télévision) ou non (vidéo à la demande) par de nombreux utilisateurs sur des appareils mobiles (tablettes, smartphones, ordinateurs portables, etc.) connectés aux réseaux cellulaires. Cependant, l’acheminement de ce trafic via le mode de transmission unicast traditionnel des réseaux cellulaires risque de générer un engorgement rapide du réseau au détriment de la qualité du service rendu. Ainsi, pour faire face cette demande continuellement croissante en débit des utilisateurs mobiles et devant la raréfaction croissante du spectre radioélectrique, les opérateurs n’ont d’autre choix que de densifier leurs infrastructures d’accès au réseau radio (RAN) et déployer des réseaux d’accès hétérogènes et hybrides exploitant plusieurs technologies (WiFi/small cells (3G/4G)) permettant le délestage du trafic de données mobiles. Dans cette optique, cette thèse porte sur la modélisation et l’optimisation d’un réseau hybride de diffusion de contenus multimédias pouvant exploiter de façon complémentaire deux infrastructures réseaux existantes et radicalement différentes, à savoir les réseaux cellulaires (LTE) et les réseaux de diffusion (DVB-T2 Lite, DVB-NGH ou éventuellement le mode broadcast LTE-eMBMS).Dans un premier temps nous nous consacrons à la modélisation et à la simulation du réseau hybride en considérant un scénario d’extension de couverture, où les deux réseaux coopèrent pour distribuer des services linéaires aux utilisateurs mobiles. A l’aide d'un simulateur système, nous évaluons les performances du réseau hybride en termes de capacité, consommation de puissance et efficacité énergétique.Dans un second temps, nous nous intéressons à l’optimisation de la capacité, de la consommation énergétique et de l’efficacité énergétique du réseau hybride pour la diffusion de ces services linéaires. Sur la base du modèle hybride, nous proposons une approche théorique, basée sur la distribution des utilisateurs, pour trouver une expression analytique de la zone de couverture optimale du réseau de diffusion tout en tenant compte de la qualité du service rendu aux utilisateurs. Les résultats théoriques et ceux obtenus à l’aide du simulateur système sont très proches. Nous étudions également l’impact de la popularité du service (en termes de nombre d’utilisateurs demandant le service) sur cette zone de couverture optimale.Enfin, nous proposons une extension au modèle de réseau hybride pour la diffusion des services non linéaires comme la vidéo à la demande, le téléchargement de fichiers, etc. Nous proposons une formalisation du problème d’optimisation en tenant compte des contraintes liées à ces services non-linéaires, en particulier le temps d’attente et de téléchargement ainsi que la fiabilité des transmissions radios.L’approche analytique proposée dans cette thèse constitue un atout précieux pour l’hybridation des réseaux cellulaires et des réseaux de diffusion. Ce modèle pourrait également permettre, d’une part d’évaluer le gain de telles approches hybrides, et d’autre part, de mettre en évidence les scénarios et stratégies de transmission de contenus multimédias les plus avantageux en fonction de critères donnés dans le contexte des réseaux « 4G avancés » voire « 5G ». / The increasing popularity of linear multimedia services such as mobile TV, broadcasting live and sports events to mobile and portable devices, has led to a dramatic growth of the mobile data traffic. Indeed, the reason of this growth is related to the consumption of video content either as a linear service (live TV) or as a non-linear service (time-shifted or on demand), by many users on different devices (tablets, smartphones, laptops, etc.) connected to a cellular network. In cellular networks, these types of services are usually delivered over unicast connections, i.e. as many times as the number of users. This strategy is likely to lead to critical situations, e.g. network congestion at the expense of the quality of service. Thus, to deal with this mobile data traffic explosion and the lack of frequency bands, operators need to densify their radio access network infrastructure (RAN) and deploy heterogeneous and hybrid access networks using multiple technologies (WiFi / small cell (3G / 4G)), that enable data offloading.In this context, this thesis focuses on the definition and optimization of a hybrid network, where a unicast network (LTE) and a broadcast network (DVB-T2 Lite, DVB-NGH, LTE-eMBMS, etc.) cooperate to deliver multimedia content to mobile and portable devices.Firstly, we focus on the modeling and simulation of the hybrid unicast-broadcast network for the delivery of linear services. We consider a coverage extension scenario, where the coverage area of the broadcast network can be adjusted with respect to the distribution of the users and the number of users requesting the service. Using the TU-Wien system level simulator, we evaluate the performance of the hybrid network in terms of capacity, power consumption and energy efficiency.Secondly, with the proposed model, we provide a theoretical method to find an analytical expression of the broadcast coverage area that optimizes the service capacity, the power consumption and the energy efficiency of the hybrid network with respect to the quality of service requirements. Indeed, the theoretical results are in agreements with the simulation ones. Based on the proposed model, we analyze the impact of the number of users requesting the service on the optimal broadcast coverage area.Finally, we focus on the extension of the proposed hybrid network for the delivery of the non-linear services such as video on demand and file download services. We state an optimization problem regarding the constraints of these non-linear services, especially the waiting and downloading time and the transmission errors. This thesis provides great insights on the potential benefits that such hybrid approaches may bring in a context of “4G advanced” and “5G” networks where the UHF broadcasting spectrum is under pressure for being partly or completely attributed to mobile broadband operators due to the predicted explosion of the mobile data traffic.

L'avènement de terminaux avancés permet l'accès à des services toujours plus gourmands en bande passante, avec notamment le déploiement de services de vidéo mobile sans couture offert par le mode diffusion mobile intégré standardisé par le 3GPP. Dans le même temps, la communauté << broadcast » s'est adaptée aux nouveaux usages de télévision mobile avec la norme DVB-NGH (Digital Video Broadcasting - Next Generation Handheld). Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'étudier la convergence spectrale entre les deux réseaux DVB et LTE en déployant une petite cellule LTE au sein d'une grande cellule DVB. Les deux technologies utilisent une forme d'onde OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), en liaison descendante pour le LTE, ct possèdent donc quelques similarités tout en étant assez différentes par leurs caractéristiques. Dans ces travaux, nous nous intéressons aux performances atteignables lorsque les deux systèmes se recouvrent spectralement sans coopération. Le problème considéré étant analogue à un problème d’utilisateur secondaire opérant en mode recouvrement avec un utilisateur primaire, on commence par étudier le problème de la capacité ergodique du système secondaire, i.e. utilisateur LTE, sous contraintes de puissance moyenne générée par le secondaire sur le primaire, i.e LTE sur DVB, et de puissance crête au secondaire lorsque l'utilisateur primaire interfère sur le secondaire. Le problème est résolu analytiquement dans le cas général du canal croisé avec évanouissements de Rayleigh. Dans un deuxième temps nous étendons cette étude préliminaire au cas où la forme d'onde des deux systèmes primaire et secondaire est effectivement de type OFDM. En considérant d'abord un modèle simple de recouvrement total des sous-porteuses, nous délivrons la capacité ergodique globale ce qui nous permet d'évaluer l'influence des paramètres des systèmes, comme le nombre de sous-porteuses de chaque système ou les puissances interférentes, sur les capacités globales et individuelles. Nous nous intéressons ensuite à l'optimisation de la capacité globale où deux stratégies sont étudiées. D'une part, la capacité globale étant la somme de deux fonctions convexe et concave respectivement, la solution obtenue conduit au minimum de capacité globale mais mène à une situation d'équilibre entre les systèmes DVB et LTE. D'autre part, la maximisation de la capacité globale sous contrainte conduit à favoriser largement un système sur l'autre. Enfin, une étude fine de l'interférence causée par un système sur l'autre par recouvrement partiel est menée. L'effet de la variation du taux de recouvrement spectral entre les bandes du DVB et du LTE sur l'efficacité spectrale globale est étudié. On suppose ensuite que le récepteur possède une capacité de réjection de l'interférence permettant de déterminer le recouvrement optimal maximisant la capacité globale. Les différentes contributions de ces travaux ont permis d'avoir une approche théorique sur la modalité d'allocation de puissance des deux systèmes DVB et LTE co-existants et sur le taux de recouvrement approprié entre leurs spectres respectifs. Cette étude pourrait être ut le pour les opérateurs intéressés par un scénario de déploiement dense afin de choisir les configurations optimales des ressources dans une perspective de réutilisation agressive des fréquences. / Since the launch of the first numerical mobile telecommunications networks in the nineties, the quantity of the transmitted data over the networks is increasing year by year. Advanced user equipments enable to implement more and more bandwidth consuming services such as mobile T and multimedia internet, available in the integreted mobile broadcast mode recently standardized by the 3GPP group. In the meanwhile, the digital vide broadcasting - next generation handled (DVB-NGH) has been released in order to satisfy the increasing demand for mobile TV. These technologies compete for a more and more constrained spectral resource leading to question the possibility to deploy DVB and Long Term Evolution (LTE) service in a spectral overlay mode as it has been investigated by the Ml project funded by the National Research Agency. In this context, this thesis aims at studying the spectral convergence between DVB and LTE networks by deploying a small LTE cell in a large DVB cell. Both technologies present some similarities, i.e. both use orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) waveform (in downlink for LTE), but technical characteristics remain rather different between those. In this work, we deal with achievable performance when DVB and LTE spectrally overlap without cooperation. The considered problem being analog to the Seconda1y User (SU) - Primary User (PU) coexistence in overlay scenario, the SU ergodic capacity under average power generated on PU and peak power at SU constaints is investigated. An analytic solution is proposed in X-Channel with Rayleigh fading. In a second time, SU and PU are considered to be LTE and DVB respectively with their particular OFDM signal characteristics. With a first model of overlapping subcarriers, LTE and DVB ergodic capacities and global capacity as well are derived in closed form allowing to study the influence of several system parameters on ergodic capacities. The global capacity is then optimized using a convex-concave procedure leading to the minimum on the global capacity but to balanced capacity on individual links. On a second hand, global capacity maximization leads to favor one system over the other. Last but not least, a careful study of the interference caused by one system over the other by partial overlay is led. The effect of spectral overlap ratio between DVB and LTE systems over the global spectral efficiency is investigated. Advanced interference rejection ability is then assumed at receivers and the optimal spectral overlap, i.e. maximizing the global capacity, is then derived in that case. The different contributions in this work give a theoretical approach on the power allocation modality of two coexisting DVB and LTE systems and on the appropriate spectral overlap ratio between their respective spectrums. This study can be useful for operators interested in dense network deployment scenarios to decide the operating point of allocated resources in a very aggressive frequency reuse pattern.

Ces dernières années, la popularité croissante de terminaux mobiles de plus en plus intelligents a provoqué une hausse considérable du trafic supporté par les réseaux de télécommunications cellulaires. Dans ce contexte, le déploiement de réseaux dits de quatrième génération basés sur le standard LTE (Long Term Evolution) et offrant des capacités significativement plus élevées que les réseaux de générations précédentes peut sembler être une solution idéale. Cependant, dans le cas d’un service à délivrer à un très grand nombre d’utilisateurs, ce standard, malgré la disponibilité de la technologie eMBMS (Evolved Multimedia Broadcast Multicast Services), n’est pas forcément le plus adapté. Dans le même temps, la télévision a achevé dans de nombreux pays sa transition vers le numérique. L’abandon de la transmission analogique a permis non seulement d’améliorer la qualité du service mais aussi d’occuper moins de spectre. En France, une partie du spectre libéré a déjà été attribué au déploiement de réseaux LTE. Une autre méthode permettant d’exploiter ce spectre au profit des réseaux de communications mobiles est proposée dans cette thèse : le réseau hybride. Le réseau hybride est constitué d’un réseau cellulaire au standard LTE accompagné d’un émetteur DVB-T2 (Digital Video Broadcasting – Second Generation Terrestrial). Les aires de couverture de ces deux composantes se superposent et un service peut être transmis aux utilisateurs présents dans ces aires indifféremment par l’une ou l’autre des composantes. Ce concept permet de pallier un point faible du standard LTE, c’està- dire la capacité à délivrer efficacement un même service à un grand nombre d’utilisateurs simultanément. Après une étude approfondie des deux standards utilisés, un modèle mathématique du réseau hybride est proposé. Ce modèle se base sur les propriétés géométriques du réseau hybride, les performances des deux types de signaux utilisés, et sur plusieurs types de répartition des utilisateurs pour évaluer les performances du réseau hybride selon différents critères. Le premier critère étudié est un critère énergétique. Le modèle proposé permet de comparer les efficacités énergétiques des deux composantes pour transmettre un service en fonction de son nombre d’utilisateurs. L’efficacité de la composante DVBT2 dépasse celle de la composante LTE à partir d’un seuil dont la valeur varie avec les propriétés géométriques du réseau et le type d’affaiblissement de propagation auquel sont soumis les signaux. Il est de plus possible, dans certaines circonstances, d’améliorer encore l’efficacité énergétique du système en utilisant conjointement les deux composantes. Le second critère étudié est celui de l’encombrement du réseau cellulaire. En effet, un service consommé par un grand nombre d’utilisateurs peut avoir un impact conséquent sur le trafic à transmettre par un réseau LTE. Utiliser la composante DVB-T2 pour distribuer un tel service permet de réduire la charge du réseau cellulaire, et ceci même dans le cas où la composante DVB-T2 ne couvre pas l’ensemble de la zone à desservir globalement. Ces différentes études ont permis de bien mettre en évidence les avantages et inconvénients des deux types de réseaux broadcast et unicast. En particulier, l’intérêt d’une approche reposant sur l’utilisation d’un réseau hybride exploitant la complémentarité des deux composantes broadcast et unicast a été démontré. / During the last few years, the growing popularity of smarter and smarter mobile devices has led to a tremendous growth of cellular data traffic. In such a context, the deployment of fourth generation networks based on the LTE (Long Term Evolution) standard and with capacities significantly higher than previous generations networks can be seen as an ideal solution. However, when the number of users requiring a given service is large, this standard, despite the availability of the eMBMS (Evolved Multimedia Broadcast Multicast Services) technology, is not necessarily the most suitable. Meanwhile, television has completed its transition to the digital transmission in many countries. The analog switch-off has not only allowed a better quality of service but has also freed some spectrum. In France, some of this spectrum has already been used for the deployment of LTE networks. This thesis introduces another way to use this spectrum to the benefit of mobile data networks: the hybrid network. The hybrid network consists of a LTE cellular network and a DVB-T2 (Digital Video Broadcasting – Second Generation Terrestrial) transmitter. The coverage areas of the two components are overlapping and a service can be delivered to the users located in these areas by either one or the other of the components. This concept can compensate one weakness of the LTE standard, which is the ability to deliver efficiently the same service to a large number of users simultaneously. After a thorough study of the two standards in use, a mathematical model of the hybrid network is proposed. This model is based on the geometrical properties of the network, the performances of the two types of signal, and different types of users distribution to measure the performances of the hybrid network using different criteria. The first criterion is the energy efficiency. The proposed model allows the comparison of the two components in terms of energy efficiency for one service depending of the number of its users. The DVB-T2 component outperforms the LTE component when the number of users exceeds a given threshold whose value depends on the geometric properties of the network and the type of path loss attenuating the signals. It is possible, in some cases, to further improve the energy efficiency of the system by using both components together. The second criterion is the network congestion. Indeed, a service with a great number of users can induce significant data traffic for the LTE network. Transmitting such a service through the DVB-T2 component can decrease the cellular data traffic even if the DVB-T2 component does not cover the whole area of interest. These studies have brought out the benefits and drawbacks of both broadcast and unicast networks. Especially, the interest of the hybrid network based on the complementarities between the two components has been demonstrated.

La deuxième génération de la norme de la Télévision Numérique Terrestre (DVB-T2), abréviation de «Digital Video Broadcasting-second generation», a été publiée par l'European Telecommunications Standards Institute (ETSI-EN 302 755) en avril 2009. Elle correspond à une extension de la norme DVB-T actuellement en cours dédiée à la diffusion de la Télévision Numérique Terrestre (TNT). La technologie DVB-T2 a vocation de satisfaire les besoins des diffuseurs terrestres qui désirent, soit de proposer des services numériques inédits lors de l'extinction de la TV analogique (plusieurs programmes TVHD multiplexés), soit d'améliorer la réception sur des téléviseurs portables à l'intérieur des bâtiments ou sur des récepteurs embarqués à bord de véhicules. La norme DVB-T2 est basée sur des principes permettant de mettre en oeuvre des réseaux SFN (Single Frequency Network). Plus précisément, des réseaux de diffusion composés de plusieurs émetteurs et diffusant sur une même fréquence un même signal avec des délais maitrisés. De plus, cette norme DVB-T2 intègre un mécanisme de codage Spatio-fréquentiel de type MISO (Multiple Input Single Output). Ce mode de codage doit améliorer les performances en termes de qualité de réception, du réseau de diffusion par rapport à des réseaux SFN à deux émetteurs, couramment utilisés dans la norme DVB-T. Cependant, à ce jour il y a peu d'évaluations réelles de l'apport d'une diffusion MISO à base de deux antennes et aucune évaluation d'une diffusion MISO dans un réseau SFN à trois ou plusieurs émetteurs. C'est dans ce contexte que se situent ces travaux de thèse. Plus particulièrement, il s'agit d'évaluer les performances des diffusions permettant dans la norme DVB-T2. Parmi les objectifs des travaux présentés dans ce manuscrit, il y a l'exploration et l'évaluation de l'apport d'une solution MISO Alamouti dans un réseau de diffusion combiné ou non à un réseau de type SFN. Nous proposons une nouvelle modélisation d'un réseau au standard DVB-T2 que l'on désigne comme un réseau SFN-MISO. Plusieurs études et résultats de simulation pour des réceptions fixes ou mobiles, ainsi que des analyses détaillées sur les performances d'une distribution MISO Alamouti dans un réseau à fréquence unique (SFN) pour un nombre variable de cas d'antennes, de codage et de modulation, sont donnés. Une exploration et évaluation d'une diversité MISO de type Tarokh est également étudiée et comparée à une approche MISO Alamouti. Le but est de déterminer et d?évaluer les réseaux de diffusion au standard DVB-T2 permettant de nouvelles méthodes de déploiement, de supervision et de diagnostics qui doivent conduire à une meilleure qualité de réception TNT tant fixe que mobile / The second generation of the Digital Terrestrial Television standard (DVB-T2) called "Digital Video Broadcasting-second generation", was published by ETSI (EN 302,755) in April 2009. This new standard is an extension of the DVB-T which is currently used for the broadcast of digital terrestrial television. The DVB-T2 is intended to meet the requirements of terrestrial broadcasters in order to either offer novel digital services after turning off the analogue TV (several HDTV programs by one multiplex) or improve the indoor portable reception of TVs and embedded receivers in vehicles. Digital Terrestrial Television (DTT) is based on SFN (Single Frequency Network) Networks. More precisely, broadcasting networks based on several transmitters which transmit on the same frequency the similar signal with controlled delays. In addition, the standard DVB-T2 proposes an encoding Space-frequency mechanism of type MISO (Multiple Input Single Output). This method of encoding provides improved performance over SFN based on two transmitters. However, there are few real evaluations of the benefit to use a MISO broadcast based on two antennas, and no evaluations of MISO in SFN network based on three and more transmitters. In this context, the works carred out in this thesis consists of evaluating the performances of the different types of broadcasting modes allowed in the standard DVB-T2. Among the objectives, the different types of networks presented in this manuscript, are to explore as far as possible the contribution of solution MISO Alamouti combined or not with SFN broadcast networks. To achieve that, we have proposed a new modeling of DVB-T2 broadcast networks. Several simulation results for fixed and mobile receptions, and detailed performance analysis of the Alamouti diversity in a Single Frequency Network (SFN) for different numbers of antennas, coding and modulation are obtained. Exploration of the MISO-Tarokh technique is also studied and compared with MISO-Alamouti in order to determine and evaluate networks allowing new methods of deployment, monitoring and diagnostic suitable for efficient fixed and mobile terrestrial broadcasting reception

[EN] Digital Terrestrial Television (DTT), offers greater robustness against noise and interference, more efficient use of radioelectric spectrum by the possibility of using single frequency networks (SFN) and the possibility of transmitting several television channels for the same radio channel. In addition, it is possible to provide value-added services such as HDTV and 3D. In the transition from analog to digital television, it must be perform a first stage of simulcast, where both analogue and digital signals should coexist. In this stage, a critical point is the low availability of frequencies. Therefore, first it is necessary to perform a frequency planning at regional level between the countries and internally for each country. Due to the high power that DTT transmitters normally radiate, and the locations of the transmitters at high points, frequency planning at regional level should take into account coordination areas and protection distances inside the border of each country. Finally, DTT network planning should be perform for the assigned frequencies. Additionally, the most efficient usage of the radio electric spectrum involved the introduction of the DTT, have allowed the release of certain frequency bands traditionally allocated for broadcasting. The released bands are known as Digital Dividend (DD), and correspond to the 800 MHz band (790-862 MHz) and 700 MHz (698-806 MHz) in Europe, and 700 MHz band in America. These bands have been allocated for the use of fourth generation mobile communications 4G LTE. The inclusion of LTE in the digital dividend bands, represents an additional problem for the deploy of DTT networks. Because both, DTT and LTE networks must coexist in adjacent frequency channels. Therefore, two coexistence cases must be considered. On the one hand, to the deployment of new DTT networks, must be analyzed the potential interference from LTE networks, as well the possible solutions to mitigate the interference. Moreover, for DTT networks already deployed, interference problems must be solved at the lowest possible cost and impact. This thesis deals with frequency planning for DTT networks in South America, where several DTT standards have been adopted. Most countries in the region have adopted the Japanese-Brazilian standard ISDB-Tb. However, Colombia has adopted the European second generation standard DVB-T2, with the particularity that Colombia is the first country in the world in which DVB-T2 must work with 6 MHz channelization, and must coexist with the analog TV standard NTSC. This along with the late release of the DD band in America, presents a much more complex scenario for DTT planning network in the region. First the frequency planning at the regional level for all countries of South America is studied, later the frequency planning at national level for Colombia is addressed. For this purpose, is investigated the coexistence of the European second generation standard (DVB-T2), the Japanese-Brazilian first generation standard (ISDB-Tb), the American analog TV standard NTSC and the mobile communications standard LTE working in digital dividend bands, as well as different technical solutions to mitigate interference on DTT networks. Finally, the recommendations of coexistence between analogue television networks NTSC, digital television networks ISDB-T, DVB-T2 and mobile communications networks 4G LTE are presented. These recommendations constitute a useful handbook for DTT network planning in South America. / [ES] La Televisión Digital Terrestre (TDT) con respecto a la difusión de televisión analógica ofrece, mayor robustez en la señal frente a ruido e interferencias, uso más eficiente del espectro radioeléctrico gracias a la posibilidad de utilizar redes de frecuencia única, en ingles SFNs (Single Frequency Network) y la posibilidad de transmitir varios canales de televisión por un mismo canal radioeléctrico. Además, es posible ofrecer servicios de valor añadido, tales como televisión en alta definición y programación 3D. En el proceso de transición de televisión analógica a digital, se debe llevar a cabo una primera etapa de simulcast, donde tanto señales analógicas como digitales deben convivir. En esta etapa, un punto crítico es la baja disponibilidad de frecuencias. Por tanto, en primer lugar es necesario hacer una planificación de frecuencias a nivel regional entre los países y a nivel interno de cada país. Debido a las altas potencias con que normalmente radian los transmisores de TDT, y las ubicaciones de los transmisores en puntos elevados, la planificación de frecuencias a nivel regional debe tener en cuenta zonas de coordinación y distancias de protección dentro de la frontera de cada país. Finalmente se debe planificar las redes de TDT a las frecuencias asignadas. Adicionalmente, la utilización más eficiente del espectro radioeléctrico que conlleva la introducción de la TDT, ha permitido la liberación de ciertas bandas de frecuencia asignadas tradicionalmente a radiodifusión. Las bandas liberadas son conocidas como Dividendo Digital (DD), y corresponden a la banda de 800 MHz (790-862 MHz) y 700 MHz (698-806 MHz) en Europa, y la banda de 700 MHz en América. Dichas bandas han sido asignadas para la utilización de servicios de comunicaciones móviles de cuarta generación 4G LTE. La inclusión del estándar LTE en las bandas de dividendo digital, representa un problema adicional para el despliegue de las redes de TDT. Debido a que tanto la TDT como las redes LTE deben coexistir en canales adyacentes en frecuencia. Por tanto, dos casos de convivencia deben ser considerados. Por un lado, para el despliegue de nuevas redes de TDT, se deben analizar las posibles interferencias desde las redes LTE, así como las posibles soluciones para mitigar dichas interferencias. Por otra parte para redes de TDT ya desplegadas, los problemas de interferencias deben ser resueltos con el menor impacto y costo posibles. La presente tesis aborda la planificación de frecuencias para las redes de TDT en Sudamérica, donde varios estándares de TDT han sido adoptados. La mayoría de los países de la región han adoptado el estándar Japones-Brasileño ISDB-Tb. Sin embargo, Colombia ha adoptado el estándar europeo de segunda generación DVB-T2, con la particularidad de ser el primer lugar en el mundo en que DVB-T2 debe trabajar con canalización de 6 MHz, y debe convivir con el estándar de televisión analógica NTSC. Esto junto con la tardía liberación del Dividendo Digital (DD) en América, presentan un escenario mucho más complejo para la planificación de las redes de TDT en la región. En primer lugar se estudia la planificación de frecuencias a nivel regional para todos los países de Sudamérica, para posteriormente abordar la planificación a nivel nacional para Colombia. Con tal fin, se investiga la convivencia entre el estándar de TDT europeo de segunda generación (DVB-T2), el estándar Japones-Brasileño de primera generación (ISDB-Tb), el estándar americano de televisión analógica NTSC y el estándar de comunicaciones móviles LTE en las bandas del dividendo digital, así como las diferentes soluciones técnicas para mitigar interferencias sobre las redes de TDT. Finalmente, se presentan las recomendaciones de convivencia entre redes de televisión analógica NTSC, redes de televisión digital ISDB-T, DVB-T2 y redes de comunicaciones móviles 4G LTE, que constituyen un útil manual para la pl / [CA] La Televisió Digital Terrestre (TDT) respecte a la difusió de televisió analògica oferix, major robustesa en el senyal enfront de soroll i interferències, ús més eficient de l'espectre radioelèctric gràcies a la possibilitat d'utilitzar xarxes de freqüència única, en engonals SFNs (Single Frequency Networks) i la possibilitat de transmetre uns quants canals de televisió per un mateix canal radioelèctric. A més, és possible oferir servicis de valor afegit, com ara televisió en alta definició i programació 3D. En el procés de transició de televisió analògica a digital, s'ha de dur a terme una primera etapa de simulcast, on tant senyals analògics com digitals han de conviure. En esta etapa, un punt crític és la baixa disponibilitat de freqüències. Per tant, en primer lloc és necessari fer una planificació de freqüències a nivell regional entre els països i a nivell intern de cada país. A causa de les altes potències amb què normalment radien els transmissors de TDT, i les ubicacions dels transmissors en punts elevats, la planificació de freqüències a nivell regional ha de tindre en compte zones de coordinació i distàncies de protecció dins de la frontera de cada país. Finalment s'ha de planificar la les xarxes de TDT a les freqüències assignades. Addicionalment, la utilització més eficient de l'espectre radioelèctric que comporta la introducció de la TDT, ha permés l'alliberament de certes bandes de freqüència assignades tradicionalment a radiodifusió. Les bandes alliberades són conegudes com a Dividend Digital (DD), i corresponen a la banda de 800 MHz (790-862 MHz) i 700 MHz (698-806 MHz) a Europa, i la banda de 700 MHz a Amèrica. Les dites bandes han sigut assignades per a la utilització de servicis de comunicacions mòbils de quarta generació 4G LTE. La inclusió de l'estàndard LTE en les bandes de dividend digital, representa un problema addicional per al desplegament de les xarxes de TDT. Pel fet que tant la TDT com les xarxes LTE han de coexistir en canals adjacents en freqüència. Per tant, dos casos de convivència han de ser considerats. D'una banda, per al desplegament de noves xarxes de TDT, s'han d'analitzar les possibles interferències des de les xarxes LTE, així com les possibles solucions per a mitigar les dites interferències. D'altra banda per a xarxes de TDT ja desplegades, els problemes d'interferències han de ser resolts amb el menor impacte i cost possibles. La present tesi aborda la planificació de freqüències per a les xarxes de TDT a Sud-amèrica, on diversos estàndards de TDT han sigut adoptats. La majoria dels països de la regió han adoptat l'estàndard Japones-Brasileño ISDB-Tb. Sin embargo, Colòmbia ha adoptat l'estàndard europeu de segona generació DVB-T2, amb la particularitat de ser el primer lloc en el món en què DVB-T2 ha de treballar amb canalització de 6 MHz, i ha de conviure amb l'estàndard de televisió analògica NTSC. Açò junt amb el tardà alliberament del DD a Amèrica, presenten un escenari molt més complex per a la planificació de les xarxes de TDT en la regió. En primer lloc s'estudia la planificació de freqüències a nivell regional per a tots els països de Sud-amèrica, per a posteriorment abordar la planificació a nivell nacional per a Colòmbia. Amb tal fi, s'investiga la convivència entre l'estàndard de TDT europeu de segona generació (DVB-T2), l'estàndard Japones-Brasileño de primera generació (ISDB-T), l'estàndard americà de televisió analògica NTSC i l'estàndard de comunicacions mòbils LTE en les bandes del dividend digital, així com les diferents solucions tècniques per a mitigar interferències sobre les xarxes de TDT. Finalment, es presenten les recomanacions de convivència entre xarxes de televisió analògica NTSC, xarxes de televisió digital ISDB-T, DVB-T2 i xarxes de comunicacions mòbils 4G LTE, que constituïxen un útil manual per a la planificació de les xarxes de / Ribadeneira Ramírez, JA. (2016). Planificación de Frecuencias para Televisión Digital Terrestre (TDT) en Sudamérica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63669

La presente tesis aborda la problemática de la convivencia entre las redes de la televisión digital terrestre y móvil de cuarta generación en la banda del primer dividendo digital (banda de 700 MHz), en Sudamérica. Además, se proponen dos potenciales casos de uso de compartición de espectro para el uso futuro de la banda de televisión después de los dividendos digitales, como modo de acceso eficiente y flexible para el uso del espectro radioeléctrico. Para garantizar la convivencia entre las tecnologías de televisión y móviles en la banda del primer dividendo digital en Sudamérica, se evalúa tanto el impacto de las redes móviles sobre las de televisión, así como el caso contrario, las redes de televisión sobre las móviles, teniendo en cuenta los parámetros técnicos de operación de cada una de las redes implicadas, los cuales son definidos por organismos de estandarización o parámetros reales de redes implementadas por cada país. Dentro de los parámetros técnicos de operación que se definieron para las redes podemos citar: márgenes de protección entre las señales de televisión y móviles; distancias de protección entre el transmisor interferente y el receptor víctima; banda de guarda requeridas entre las dos tecnologías; límites de emisiones interferentes fuera de banda; niveles de atenuación adicionales en las máscaras espectrales; evaluación de técnicas de mitigación de interferencias, entre otros. Es importe resaltar, que las principales diferencias entre los estudios de convivencia en Sudamérica respecto a Europa son: la banda de guarda en Sudamérica son 5 MHz mientras en Europa son 9 MHz; el ancho de banda de un canal de televisión en Sudamérica es 6 MHz respecto a 8 MHz en Europa; el estándar de televisión adoptados en casi toda Sudamérica es ISDB-Tb, a excepción de Colombia que adopto DVB-T2. Asimismo, en el ámbito de esta tesis, se proponen dos potenciales casos de estudio para el uso futuro de la banda de TV, promoviendo la compartición de espectro como un modo de acceso eficiente: El primer caso de estudio, propone un nuevo concepto de espacios en blanco llamado µ-TV-White-Space, los cuales son aquellas zonas geográficas en los interiores de una vivienda y/o oficina que no son cubiertas por el servicio de televisión digital terrestre, ya sea por la ausencia de cobertura o por obstáculos. El escenario propuesto es una red DVB-T2 ofreciendo cobertura en recepción fija sobre tejado, como servicio primario, y, femtoceldas LTE-A en interiores de un hogar u oficina, como servicio secundario. Los resultados obtenidos proporcionan restricciones técnicas para que las femtoceldas LTE-A puedan operar correctamente en espectro compartido con los servicios de televisión. Específicamente, se define la Potencia Isotrópica Radiada Equivalente (PIRE) máxima que podrían transmitir las femtoceldas, en función de la separación en frecuencia con los servicios de televisión. El segundo caso de estudio, propone el uso de los espacios en blanco para la compartición de espectro entre los servicios de internet de las cosas bajo el estándar NB-LTE-IoT, como servicio secundario, y servicios de televisión digital terrestre bajo el estándar DVB-T2, como servicio primario. Se define la máxima potencia transmisible por los nodos y dispositivos IoT sin interferir al servicio primario. Además, se evalúa el impacto del ciclo de trabajo de los dispositivos considerando que existirá diversidad de aplicaciones. La importancia de esta propuesta se fundamenta en dos contribuciones: por un lado, se optimiza el uso de la banda de televisión mediante el acceso secundario de dispositivos de baja potencia en los espacios en blanco, siempre garantizando los servicios de televisión, como servicio primario, por otro lado, se contribuye con nuevas frecuencias para las tecnologías móviles de última generación, con el objetivo de aumentar la capacidad de las redes que soportarán tanto / This thesis deals with the issue about coexistence between television and fourth generation mobile networks within the band of the first digital dividend (700 MHz band), in South America. Moreover, two potential cases of sharing spectrum for future use of the television band after the digital dividends are suggested as an efficient and flexible way for usage of the radio spectrum. In order to ensure the coexistence between the television and mobile technologies within the band of the first digital dividend in South America, the impact of the mobile networks as well as the opposite case are assessed. The technical operation parameters for each of the involved networks defined by standardizing organisms or real parameters from implemented networks in each country are considered. Among the technical parameters that were defined for the networks, we can mention: protection ratio between television and mobile signals; protection distances between the interfering transmitter and the victim receiver; required guard bands between both technologies; maximum power of the interfering out-of-band emissions in adjacent channels; additional attenuation levels in the spectrum emission mask in transmission and reception; assessing of interference mitigation techniques, among others. It is important to highlight that the main differences between the coexistence studies for South America and Europe are: the guard bands in South America are 5 MHz whereas in Europe are 9 MHz; bandwidth for a channel in South America is 6 MHz in contrast with the 8 MHz of Europe; the television standard adopted in almost all South America is ISDB-Tb, except Colombia and the French Guiana, which adopted DVB-T2. Additionally, within the scope of this thesis, two potential study cases for future usage of the TV band are proposed, promoting sharing spectrum as an efficient access way: The first study we go a step beyond coexistence, since the aim is to exploit the unused radio spectrum in those geographical zones that are not covered because the useful signal is obstructed by the environment or it has a limited coverage by the network design. Those areas can be called "micro-TVWS" (µ-TV-White-Space). The most representative cases of our definition of µ-TV-White-Space are those indoor environments in areas where DTT received power is below the required sensitivity because a TV channel is broadcasted to rooftop reception. The proposed scenario considers a DTT network offering fixed rooftop reception as a primary service, and a LTE-A femtocell giving coverage within the interior of a home or office as a secondary service. Our results provide the technical restrictions of the LTE-A Femtocell, mainly on the maximum allowable Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) that could transmit on the DTT band in terms of carrier separation, from co-channel to adjacent band. The second study case, suggests the use of white spaces for spectrum sharing among the Internet of Things (IoT) services, under the NB-LTE-IoT standard, as secondary service, and digital terrestrial television services under the DVB-T2 standard, as primary service. The maximum transmissible power by the nodes and IoT devices without interfering the primary service is defined. Besides, the impact of the duty cycle of the devices is assessed considering that there will be a great diversity of applications, and thus, a great diversity of operation requirements. The significance of this proposal is due to two contributions: on the aone hand, the usage of the television band is optimized through secondary access of low power devices within the white spaces, always ensuring television services as primary service. On the other hand, new frequencies for last generation mobile technologies are given, with the aim at increasing the network capacity, which will bear mobile services as well as IoT, regarding the high challenge of offering connectivity to millions of devices during the next decade. / La present tesi aborda la problemàtica de la convivència entres les xarxes de la televisió digital terrestre i mòbil de quarta generació en la banda del primer dividend digital (banda de 700 MHz), en Sud-Amèrica. A més, es proposen dos potencials casos d'ús compartit d'espectre per a l'ús futur de la banda de televisió després dels dividends digitals, com a mode d'accés eficient i flexible per a l'ús de l'espectre radioelèctric. Per tal de garantir la convivència entre les tecnologies de televisió i mòbils en la banda del primer dividend digital en Sud-Amèrica, s'avalua tant l'impacte de les xarxes mòbils sobre les de televisió, com el cas contrari, les xarxes de televisió sobre les mòbils, tenint en compte els paràmetres tècnics d'operació de cadascuna de les xarxes implicades, els quals són definits per organismes d'estandardització o paràmetres reals de xarxes implementades per cada país. Dins dels paràmetres tècnics d'operació que es van definir per a les xarxes podem citar: marges de protecció entre els senyals de televisió i mòbils; distàncies de protecció entre el transistor interferent i el receptor víctima; banda de guarda entre ambdós tecnologies; límits de les emissions interferents fora de banda; nivells d'atenuació addicionals en les màscares espectrals; avaluació de tècniques de mitigació d'interferències, entre d'altres. És important destacar, que les principals diferències entre els estudis de convivència en Sud-Amèrica respecte d'Europa són: la banda de guarda en Sud-Amèrica són 5 MHz mentre que a Europa són 9 MHz; l'amplària de banda d'un canal de televisió en Sud-Amèrica és de 6 MHz respecte dels 8 MHz a Europa; l'estàndard de televisió adoptat en quasi tota Sud-Amèrica és ISDB-Tb, excepte Colòmbia i la Guaiana Francesa que van adoptar DVB-T2. A Europa quasi tots els països tenen adoptats els estàndards DVB-T de primera i segona generació. Així mateix, en l'àmbit de la tesi, es proposen dos potencials casos d'estudi per a l'ús futur de la banda de TV, de manera que es promoga la compartició d'espectre com un mode d'accés eficient: El primer cas d'estudi, proposa un nou concepte d'espais en blanc anomenat µ-TV-White-Space, els quals són aquelles zones geogràfiques que no són cobertes pel servei de televisió digital terrestre, ja siga per l'absència de cobertura o per obstacles. L'escenari proposat és una xarxa DVB-T2 que ofereix cobertura en recepció fixa sobre terrat, com a servei primari, i femtocel·les LTE-A en interiors d'una llar o oficina, com a servei secundari. Els resultats obtinguts proporcionen restriccions tècniques per tal que les femtocel·les LTE-A puguen operar correctament en espectre compartit amb els serveis de televisió. Específicament, es defineix la Potència Isotròpica Radiada Equivalent (PIRE) màxima que podrien transmetre les femtocel·les, en funció de la separació en freqüència amb els serveis de televisió. El segon cas d'estudi, proposa l'ús d'espais en blanc per a la compartició d'espectre entre els serveis d'internet de les coses (Internet of Things o IOT, en anglès), sota l'estàndard NB-LTE-IoT, com a servei secundari, i serveis de televisió digital terrestre sota l'estàndard DVB-T2, com a servei primari. Es defineix la màxima potència transmissible pels nodes i dispositius IoT sense interferir al servei primari. A més, s'avalua l'impacte del cicle de treball dels dispositius considerant que existirà diversitat d'aplicacions, i, per tant, diversitat de requeriments d'operació. La importància d'aquesta proposta es fonamenta en dues contribucions: per una banda, s'optimitza l'ús de la banda de televisió mitjançant l'accés secundari de dispositius de baixa potència als espais en blanc, sempre garantint els serveis de televisió, com a servei primari. Per altra banda, es contribueix amb noves freqüències per a les tecnologies mòbils d'última generació, amb l'objectiu d'a / Martínez Pinzón, G. (2018). Compartición del Espectro Radioeléctrico entre Tecnologías Inalámbricas de Última Generación en la Banda de la Televisión Digital Terrestre [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/102644

In 2008, the European Digital Video Broadcasting (DVB) standardization committee issued the second generation of Digital Video Broadcasting-Terrestrial (DVB-T2) standard in order to enable the wide broadcasting of high definition and 3D TV programmes. DVB-T2 has adopted several new technologies to provide more robust reception compared to the first genaration standard. One important technology is the bit interleaved coded modulation (BICM) with doubled signal space diversity plus the usage of low-density parity check (LDPC) codes. Both techniques can be combined at the receiver side through an iterative process between the decoder and demapper in order to further increase the system performance. The object of my study was to design and prototype a DVB-T2 receiver which supports iterative process. The two main contributions to the demapper design are the proposal of a linear approximation of Euclidean distance computation and the derivation of a sub-region detection algorithm for the two-dimensional demapper. Both contributions allows the computational complexity of the demapper to be reduced for its hardware implementation. In order to enable iterative processing between the demapper and the decoder, we investigated the use of vertical shuffled Min-Sum LDPC decoding algorithm. A novel vertical shuffled iterative structure aiming at reducing the latency of iterative processing and the corresponding architecture of the decoder were proposed. The proposed demapper and decoder have been integrated in a real DVB-T2 demodulator and tested in order to validate the efficiency of the proposed architecture. The prototype of a simplified DVB-T2 transceiver has been implemented, in which the receiver supports both non-iterative process and iterative process. We published the first paper related to a DVB-T2 iterative receiver.

[EN] Next-generation terrestrial broadcasting targets at enhancing spectral efficiency to overcome the challenges derived from the spectrum shortage as a result of the progressive allocation of frequencies - the so-called Digital Dividend - to satisfy the growing demands for wireless broadband capacity. Advances in both transmission standards and video coding are paramount to enable the progressive roll-out of high video quality services such as HDTV (High Definition Televison) or Ultra HDTV. The transition to the second generation European terrestrial standard DVB-T2 and the introduction of MPEG-4/AVC video coding already enables the transmission of 4-5 HDTV services per RF (Radio Frequency) channel. However, the impossibility to allocate higher bit-rate within the remaining spectrum could jeopardize the evolution of the DTT platforms in favour of other high-capacity systems such as the satellite or cable distribution platforms. Next steps are focused on the deployment of the recently released High Efficiency Video Coding (HEVC) standard, which provides more than 50% coding gain with respect to AVC, with the next-generation terrestrial standards. This could ensure the competitiveness of the DTT. This dissertation addresses the use of multi-RF channel aggregation technologies to increase the spectral efficiency of future DTT networks. The core of the Thesis are two technologies: Time Frequency Slicing (TFS) and Channel Bonding (CB). TFS and CB consist in the transmission of the data of a TV service across multiple RF channels instead of using a single channel. CB spreads data of a service over multiple classical RF channels (RF-Mux). TFS spreads the data by time-slicing (slot-by-slot) across multiple RF channels which are sequentially recovered at the receiver by frequency hopping. Transmissions using these features can benefit from capacity and coverage gains. The first one comes from a more efficient statistical multiplexing (StatMux) for Variable Bit Rate (VBR) services due to a StatMux pool over a higher number of services. Furthermore, CB allows increasing service data rate with the number of bonded RF channels and also advantages when combined with SVC (Scalable Video Coding). The coverage gain comes from the increased RF performance due to the reception of the data of a service from different RF channels rather that a single one that could be, eventually, degraded. Robustness against interferences is also improved since the received signal does not depend on a unique potentially interfered RF channel. TFS was firstly introduced as an informative annex in DVB-T2 (not normative) and adopted in DVB-NGH (Next Generation Handheld). TFS and CB are proposed for inclusion in ATSC 3.0. However, they have never been implemented. The investigations carried out in this dissertation employ an information-theoretical approach to obtain their upper bounds, physical layer simulations to evaluate the performance in real systems and the analysis of field measurements that approach realistic conditions of the network deployments. The analysis report coverage gains about 4-5 dB with 4 RF channels and high capacity gains already with 2 RF channels. This dissertation also focuses on implementation aspects. Channel bonding receivers require one tuner per bonded RF channel. The implementation of TFS with a single tuner demands the fulfilment of several timing requirements. However, the use of just two tuners would still allow for a good performance with a cost-effective implementation by the reuse of existing chipsets or the sharing of existing architectures with dual tuner operation such as MIMO (Multiple Input Multiple Output). / [ES] La televisión digital terrestre (TDT) de última generación está orientada a una necesaria mejora de la eficiencia espectral con el fin de abordar los desafíos derivados de la escasez de espectro como resultado de la progresiva asignación de frecuencias - el llamado Dividendo Digital - para satisfacer la creciente demanda de capacidad para la banda ancha inalámbrica. Los avances tanto en los estándares de transmisión como de codificación de vídeo son de suma importancia para la progresiva puesta en marcha de servicios de alta calidad como la televisión de Ultra AD (Alta Definición). La transición al estándar europeo de segunda generación DVB-T2 y la introducción de la codificación de vídeo MPEG-4 / AVC ya permite la transmisión de 4-5 servicios de televisión de AD por canal RF (Radiofrecuencia). Sin embargo, la imposibilidad de asignar una mayor tasa de bit sobre el espectro restante podría poner en peligro la evolución de las plataformas de TDT en favor de otros sistemas de alta capacidad tales como el satélite o las distribuidoras de cable. El siguiente paso se centra en el despliegue del reciente estándar HEVC (High Efficiency Video Coding), que ofrece un 50% de ganancia de codificación con respecto a AVC, junto con los estándares terrestres de próxima generación, lo que podría garantizar la competitividad de la TDT en un futuro cercano. Esta tesis aborda el uso de tecnologías de agregación de canales RF que permitan incrementar la eficiencia espectral de las futuras redes. La tesis se centra en torno a dos tecnologías: Time Frequency Slicing (TFS) y Channel Bonding (CB). TFS y CB consisten en la transmisión de los datos de un servicio de televisión a través de múltiples canales RF en lugar de utilizar un solo canal. CB difunde los datos de un servicio a través de varios canales RF convencionales formando un RF-Mux. TFS difunde los datos a través de ranuras temporales en diferentes canales RF. Los datos son recuperados de forma secuencial en el receptor mediante saltos en frecuencia. La implementación de estas técnicas permite obtener ganancias en capacidad y cobertura. La primera de ellas proviene de una multiplexación estadística (StatMux) de servicios de tasa variable (VBR) más eficiente. Además, CB permite aumentar la tasa de pico de un servicio de forma proporcional al número de canales así como ventajas al combinarla con codificación de vídeo escalable. La ganancia en cobertura proviene de un mejor rendimiento RF debido a la recepción de los datos de un servicio desde diferentes canales en lugar uno sólo que podría estar degradado. Del mismo modo, es posible obtener una mayor robustez frente a interferencias ya que la recepción o no de un servicio no depende de si el canal que lo alberga está o no interferido. TFS fue introducido en primer lugar como un anexo informativo en DVB-T2 (no normativo) y posteriormente fue adoptado en DVB-NGH (Next Generation Handheld). TFS y CB han sido propuestos para su inclusión en ATSC 3.0. Aún así, nunca han sido implementados. Las investigaciones llevadas a cabo en esta Tesis emplean diversos enfoques basados en teoría de la información para obtener los límites de ganancia, en simulaciones de capa física para evaluar el rendimiento en sistemas reales y en el análisis de medidas de campo. Estos estudios reportan ganancias en cobertura en torno a 4-5 dB con 4 canales e importantes ganancias en capacidad aún con sólo 2 canales RF. Esta tesis también se centra en los aspectos de implementación. Los receptores para CB requieren un sintonizador por canal RF agregado. La implementación de TFS con un solo sintonizador exige el cumplimiento de varios requisito temporales. Sin embargo, el uso de dos sintonizadores permitiría un buen rendimiento con una implementación más rentable con la reutilización de los actuales chips o su introducción junto con las arquitecturas existentes que operan con un doble sintonizador tales como / [CA] La televisió digital terrestre (TDT) d'última generació està orientada a una necessària millora de l'eficiència espectral a fi d'abordar els desafiaments derivats de l'escassetat d'espectre com a resultat de la progressiva assignació de freqüències - l'anomenat Dividend Digital - per a satisfer la creixent demanda de capacitat per a la banda ampla sense fil. Els avanços tant en els estàndards de transmissió com de codificació de vídeo són de la màxima importància per a la progressiva posada en marxa de serveis d'alta qualitat com la televisió d'Ultra AD (Alta Definició). La transició a l'estàndard europeu de segona generació DVB-T2 i la introducció de la codificació de vídeo MPEG-4/AVC ja permet la transmissió de 4-5 serveis de televisió d'AD per canal RF (Radiofreqüència). No obstant això, la impossibilitat d'assignar una major taxa de bit sobre l'espectre restant podria posar en perill l'evolució de les plataformes de TDT en favor d'altres sistemes d'alta capacitat com ara el satèl·lit o les distribuïdores de cable. El següent pas se centra en el desplegament del recent estàndard HEVC (High Efficiency Vídeo Coding), que oferix un 50% de guany de codificació respecte a AVC, junt amb els estàndards terrestres de pròxima generació, la qual cosa podria garantir la competitivitat de la TDT en un futur pròxim. Aquesta tesi aborda l'ús de tecnologies d'agregació de canals RF que permeten incrementar l'eficiència espectral de les futures xarxes. La tesi se centra entorn de dues tecnologies: Time Frequency Slicing (TFS) i Channel Bonding (CB). TFS i CB consistixen en la transmissió de les dades d'un servei de televisió a través de múltiples canals RF en compte d'utilitzar un sol canal. CB difon les dades d'un servei a través d'uns quants canals RF convencionals formant un RF-Mux. TFS difon les dades a través de ranures temporals en diferents canals RF. Les dades són recuperades de forma seqüencial en el receptor per mitjà de salts en freqüència. La implementació d'aquestes tècniques permet obtindre guanys en capacitat i cobertura. La primera d'elles prové d'una multiplexació estadística (StatMux) de serveis de taxa variable (VBR) més eficient. A més, CB permet augmentar la taxa de pic d'un servei de forma proporcional al nombre de canals així com avantatges al combinar-la amb codificació de vídeo escalable. El guany en cobertura prové d'un millor rendiment RF a causa de la recepció de les dades d'un servei des de diferents canals en lloc de només un que podria estar degradat. De la mateixa manera, és possible obtindre una major robustesa enfront d'interferències ja que la recepció o no d'un servei no depén de si el canal que l'allotja està o no interferit. TFS va ser introduït en primer lloc com un annex informatiu en DVB-T2 (no normatiu) i posteriorment va ser adoptat en DVB-NGH (Next Generation Handheld). TFS i CB han sigut proposades per a la seva inclusió en ATSC 3.0. Encara així, mai han sigut implementades. Les investigacions dutes a terme en esta Tesi empren diverses vessants basades en teoria de la informació per a obtindre els límits de guany, en simulacions de capa física per a avaluar el rendiment en sistemes reals i en l'anàlisi de mesures de camp. Aquestos estudis reporten guanys en cobertura entorn als 4-5 dB amb 4 canals i importants guanys en capacitat encara amb només 2 canals RF. Esta tesi també se centra en els aspectes d'implementació. Els receptors per a CB requerixen un sintonitzador per canal RF agregat. La implementació de TFS amb un sol sintonitzador exigix el compliment de diversos requisit temporals. No obstant això, l'ús de dos sintonitzadors permetria un bon rendiment amb una implementació més rendible amb la reutilització dels actuals xips o la seua introducció junt amb les arquitectures existents que operen amb un doble sintonitzador com ara MIMO (Multiple Input Multiple Output). / Giménez Gandia, JJ. (2015). Improved Spectrum Usage with Multi-RF Channel Aggregation Technologies for the Next-Generation Terrestrial Broadcasting [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52520