5G Broadcast technology: coverage predictions with an empirical/statistical model and comparisons with experimental data

Nowadays sharing of multimedia content happens more and more quickly and through any type of device. May happen that many users are connected to the web simultaneously to download the same content, making the network very overloaded. This overload causes the typical broadcasting problems, such as buffering, latency and low-quality of contents. This trend has called for the availability of services through a new transmission mode, one-to-all, namely 5G Broadcast. This enables the use of services in a free-to-air manner, distributing services to all users rather than only a portion of them. Therefore, reception is also extended to devices that do not necessarily have a SIM card, such as TVs. This thesis introduces a prediction model, ITU-R P.1812, proposed by the International Telecommunications Union (ITU), which predicts signal levels for terrestrial services in the VHF and UHF bands. Predictions are based on the characteristics of the propagation path and approximate the real wave propagation within Single Network Frequency (SFN) for Digital Video Broadcasting (DVB). The model has been implemented in the Matlab environment in point-to-area mode, using specific terrain profiles for each considered path. Experimental measurements conducted by EI Towers were compared with ITU-R P.1812 and Longley-Rice predictions and statistical analysis was performed on the comparison results. From this comparison, it was found that improvements to ITU-1812 predictions could be achieved by creating specific clutter categories for different rural areas, distinguishing between various types of vegetation and various bodies of water. Additionally, it became evident that measurements are influenced by interference from other transmitters, operating at adjacent frequencies. Therefore, further work is required on the transmission characteristics of 5G Broadcast. Future research will focus on refining clutter classification and minimizing adjacent channel interference, which can enhance the accuracy of the ITU-1812 model to real-world scenarios.

Ad oggi la diffusione di contenuti multimediali avviene sempre più rapidamente e su ogni tipo di dispositivo. Capita sempre più spesso che molti utenti siano collegati contemporaneamente alla rete per scaricare uno stesso contenuto, rendendo il traffico molto congestionato: ciò causa continui problemi di buffering, di latenza e scarsa qualità dei contenuti. Questa tendenza ha fatto in modo che la ricezione dei servizi dovesse essere resa disponibile attraverso una nuova modalità di trasmissione, uno-a-tutti, ovvero quella del 5G Broadcast. Quest'utltimo consente di fruire dei servizi in modo free-to-air, ovvero distribuendo i servizi a tutti gli utenti e non solo ad una parte di essi. Quindi la ricezione viene resa disponibile anche a dispositivi che non devono possedere necessariamente una SIM card, come le TV. Questa tesi presenta un modello di predizione, ITU-R P.1812, proposto dall’Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU), che sia in grado di effettuare previsioni per servizi terrestri nelle bande VHF e UHF. Tali previsioni sono effettuate in base alle caratteristiche del percorso e approssimano la reale propagazione delle onde all’interno di una rete ad isofrequenza (SFN, Single Network Frequency) per la diffusione video digitale (DVB, Digital Video Broadcasting). Tale modello è stato implementato tramite il software Matlab nella modalità punto-ad-area, grazie alla costruzione di profili del terreno specifici per ogni percorso considerato. Le misure ottenute dalla campagna sperimentale condotta da EI Towers sono state confrontate con le previsioni dell’ITU-R P.1812 e del Longley-Rice, inoltre un’analisi statistica è stata eseguita sui risultati del confronto. Da tale confronto è emerso che è possibile migliorare le previsioni del modello ITU-1812 creando categorie di clutter specifiche per le diverse aree rurali, distinguendo tra vari tipi di vegetazione e vari corpi d’acqua. In seguito, è risultato evidente che le misure risentono delle interferenze di altri trasmettitori, che operano a frequenze adiacenti; per questo motivo, sarà necessario un ulteriore lavoro di ricerca in merito alle caratteristiche di trasmissione per il 5G Broadcast. Negli studi futuri sarà possibile affinare la classificazione del clutter e minimizzare le interferenze dei canali adiacenti, contribuendo a rendere il modello il più fedele possibile ad uno scenario reale.