Optimization of hybrid broadcast/broadband networks for the delivery of linear services using stochastic geometry

par Ahmad Shokair

Thèse de doctorat en Télécommunications

Sous la direction de Jean-François Hélard et de Oussama Bazzi.

  • Titre traduit

    Optimisation des réseaux hybrides Broadcast/Broadband pour la fourniture de services linéaires à l'aide de la géométrie stochastique


  • Résumé

    Les appareils mobiles modernes peuvent se connecter à différents types de réseaux pour recevoir des services tels que la télévision mobile et la diffusion multimédia en continu. Cela inclut les réseaux cellulaires à large bande (BB) tels que les réseaux 4G (LTE) et 5G (5GNR), ainsi que les réseaux de diffusion terrestre (BC) tels que la diffusion vidéo numérique (DVB). Pourtant, chaque type de réseaux souffre de limitations telles que l'efficacité énergétique pour les réseaux BC et les ressources spectrales limitées pour les réseaux BB. Le concept de réseau hybride, la collaboration de deux réseaux ou plus, a émergé pour tenter de surmonter ces inconvénients. Dans ce contexte, nous visons à explorer les possibilités de fourniture de services modernes exigeants en ressources, tels que le flux multimédia et la télévision mobile, via des réseaux conventionnels et hybrides. La première partie de la thèse présente le système de télévision mobile, les opportunités et les défis Les moyens classiques et hybrides de diffusion de flux multimédia et les contributions de la communauté scientifique à cet égard y sont également presentés. S’en suit une brève introduction à la géométrie stochastique et aux modèles utilisés dans la thèse. La deuxième partie présente un réseau hybride BC / BB dans lequel le mode Unicast (UC) est utilisée pour le réseau BB et un seul émetteur BC (BCT) pour le réseau BC. Le modèle est ensuite généralisé pour inclure plusieurs BCT. Dans les deux cas, des expressions de couverture et d'efficacité sont dérivées puis utilisées pour optimiser les paramètres du réseau. La troisième partie présente le multicast (MC) pour les réseaux BB et dérive des expressions de couverture pour un déploiement de réseau monofréquence (SFN). Ensuite, un modèle de réseau BC / MC est analysé. Enfin, la quatrième partie aborde des questions pratiques telles que la gestion des ressources et la consommation d’énergie, ainsi que l’optimisation d’un système d’allocation de ressources dédié.


  • Résumé

    Modern mobile devices are able to connect to different types of networks to receive services such as mobile TV and multimedia streaming. This includes cellular Broadband (BB) networks like Long Term Evolution (LTE) and 5GNew Radio (5G-NR), and terrestrial Broadcast (BC) networks like Digital Video Broadcast (DVB). Yet each type suffers from limitations like the power efficiency in BC and limited spectral resources in BB. The hybrid network concept, the collaboration of two or more networks, emerged to overcome such drawbacks. In this context, we aim to explore the possibilities for delivering modern resource demanding services like the multimedia stream and mobile TV through conventional and hybrid networks. The first part of the thesis introduces the mobile TV system, opportunities, and challenges. It surveys the conventional and hybrid means of the delivery of multimedia streams and the contributions of the scientific community in this aspect. This is followed by a brief introduction to stochastic geometry and the models used in the thesis. The second part introduces a hybrid BC/BB network where Unicast (UC) is used for the BB network and a single BC transmitter (BCT) is used for the BC network. The model is then generalized to include multiple BCTs. In both cases, expressions for coverage and efficiency are derived, and then used to optimize the network settings. The third part introduces Multicast (MC) for BB networks, and derives expressions for coverage for a Single Frequency Network (SFN) deployment. Then, a BC/MC network model is analyzed. Finally, the fourth part introduces some practical issues like resource management and energy consumption, and solutions such as a dedicated resource allocation scheme.


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