Diseño y evaluación del rendimiento de un modo 5G New Radio Broadcast en redes de frecuencia única

Abstract

Las tecnologías de radiodifusión (broadcast) son soluciones ampliamente extendidas en comunicaciones punto a multipunto (PTM) ya que permiten distribuir contenido a un número infinito de usuarios simultáneamente, usando un número fijo de recursos. Las redes de frecuencia única, en inglés Single Frequency Networks (SFN), son los despliegues broadcast más utilizados ya que hacen un uso muy eficiente del escaso espectro radioeléctrico con respecto a los despliegues multifrecuencia de red convencionales. El estado del arte en cuanto a tecnologías broadcast para Televisión Digital Terrestre (TDT) y para redes celulares es ATSC 3.0 (Advanced Television Systems Committee ¿ Third Generation) y 4G LTE eMBMS (evolved Multimedia Broadcast Multicast Services), respectivamente. Este TFM analiza la introducción de una componente broadcast en 5G New Radio (5G NR), la quinta generación de sistemas de comunicaciones móviles recientemente definida en la Release 15 del 3GPP (3rd Generation Partnership Project). El TFM propone un diseño eficiente de la capa física (interfaz radio) cuyo rendimiento ha sido evaluado mediante simulaciones de nivel de enlace en escenarios SFN. El TFM analiza la influencia de distintos parámetros de capa física y modos de transmisión, como prefijos cíclicos y patrones de pilotos, con el fin de comparar el rendimiento de 5G NR Broadcast con las tecnologías ATSC 3.0 y 4G LTE eMBMS en despliegues SFN.

Broadcast technologies are widely extended solutions for point-to-multipoint (PTM) communications as they allow to deliver content to an infinite number of users simultaneously, using a fixed number of resources. Single Frequency Networks (SFN) are one of the most extended broadcast deployments since they offer a more efficient use of the scarce radio spectrum in comparison to multi-frequency conventional deployments. SFNs can be deployed in ATSC 3.0 (Advanced Television Systems Committee ¿ Third Generation) and 4G LTE eMBMS (evolved Multimedia Broadcast Multicast Services), which are the current state-of-the-art standards for Digital Terrestrial Television (DTT) and cellular broadcasting, respectively. This MSc. Thesis analyses the introduction of broadcast capabilities in 5G New Radio (5G NR), the fifth generation of mobile communications systems recently defined in the 3GPP (3rd Generation Partnership Project) Release 15. To that end, an efficient physical layer design is proposed and its performance is evaluated in SFN scenarios by means of link level simulations. The influence of different physical layer parameters such as transmission modes, cyclic prefix lengths and pilot patterns is also analysed in order to compare 5G NR Broadcast performance with ATSC 3.0 and 4G LTE eMBMS technologies in SFN deployments.