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Iptv Challanges

Date post: 06-Apr-2018
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  • 8/3/2019 Iptv Challanges

    1/5

    W i r e l e s s IPTV over WiMAX: C h a l l e n g e s a n d A p p l i c a t i o n sF r a n c i s E . R e t n a s o t h i e * , M. K e m a l O z d e m i r * , T e v f i k Y i i c e k t t , H a s a r i C e l e b i t t , J o s e p h Z h a n g * , a n d R a n e s h M u t h t h a

    * L o g u s B r o a d b a n d W i r e l e s s S o l u t i o n s8 4 5 P r o g r e s s A v e , T o r o n t o , C a n a d a M1H 2X4

    t L o g u s B r o a d b a n d W i r e l e s s S o l u t i o n s USA3 8 0 3 C o r p o r e x P a r k P l a z a S u i t e 7 0 0 , T a m p a , FL 3 3 6 1 9+ U n i v e r s i t y o f S o u t h F l o r i d a , D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g4 2 0 2 E . F o w l e r A v e n u e , T a m p a , F L , 3 3 6 1 3E - m a i l : { f r a n c i s , k e m a l , t e v f i k , h a s a r i , j o s e p h , r a n e s h } l l o g u s w i r e l e s s . c o m

    A b s t r a c t - I n t e r n e t P r o t o c o l T e l e v i s i o n ( I P T V ) i s g a i n i n g r e c o g -n i t i o n a s a v i a b l e a l t e r n a t i v e f o r t h e d e l i ve r y o f v i d e o b yt e l e c o m m u n i c a t i o n s a n d c a b l e c o m p a n i e s . I t f e a t u r e s b a n d w i d t he f f i c i e n c i e s , a n d m a n a g e m e n t ; t h e r e f o r e , i t i s i d e a l l y s u i t e d f o rb r o a d c a s t , m u l t i c a s t , u n i c a s t i n t e r a c t i v e a n d m u l t i m e d i a s e r v i c e s( I M S - I P m u l t i m e d i a ) . C o r e n e t w o r k s a r e p a c k e t - b a s e d , h o w e v e r ,a c c e s s n e t w o r k s a r e n o t a l w a y s p a c k e t - b a s e d . F u r t h e r m o r e , t h e ya r e w i r e d a s e i t h e r f i b e r - c o a x o r f i b e r - t w i s t e d p a i r t o p o l o g i e s .D e s i g n , c o n s t r u c t i o n , a n d m a i n t e n a n c e c o s t s o f s u c h t o p o l o g i e sa r e e x o r b i t a n t , m a k i n g t h e IPTV d e p l o y m e n t e c o n o m i c a l l y u n -v i a b l e , e s p e c i a l l y i n u n d e r d e v e l o p e d c o u n t r i e s a n d r u r a l a r e a s .W o r l d w i d e I n t e r o p e r a b i l i t y f o r M i c r o w a v e A c c e s s (WiMAX)o f f e r s a w i r e l e s s s o l u t i o n i n t h e a c c e s s n e t w o r k s t h a t c a n s u p p o r tIPTV s e r v i c e s . WiMAX i s c a p a b l e o f v e r y h i g h d a t a r a t e s ,l o n g e r r e a c h , a n d o p e r a t e s i n n o n- l i n e o f s i g h t (NLOS) m o d e s i nl i c e n s e d a n d l i c e n s e e x e m p t f r e q u e n c i e s . B a n d w i d t h i s s c a l a b l ea n d m a n a g e d . C o n t e n t s a r e e n c r y p t e d f o r s e c u r e d t r a n s m i s s i o na n d m o b i l i t y i s s u p p o r t e d a t v e h i c u l a r s p e e d s . I n s t a l l a t i o n a n dm a i n t e n a n c e c o s t s o f WiMAX s y s t e m s a r e a t a f r a c t i o n o ft h e c o s t s o f w i r e d a c c e s s n e t w o r k s . T a k i n g a d v a n t a g e o f t h e s ef e a t u r e s , IPTV s e r v i c e s c a n b e d e s i g n e d , d e l i v e r e d , a n d m a n a g e dc o s t e f f e c t i v e l y w i t h o u t c o m p r o m i s i n g t h e v i d e o a n d a u d i o q u a l i t y .I n t h i s p a p e r , we p r e s e n t I P T V o v e r WiMAX i m p l e m e n t a t i o ni n s u c h s c e n a r i o s . We i d e n t i f y c h a l l e n g e s a n d d i s c u s s w a y s t oo v e r c o m e t h e m , e s p e c i a l l y t h o s e i n medium a c c e s s c o n t r o l ( M A C ) ,P h y s i c a l L a y e r ( P H Y ) a n d r a d i o s u b - s y s t e m s . D e s p i t e o f t h e s ec h a l l e n g e s , i t i s o b s e r v e d t h a t IPTV o v e r WiMAX i s v e r y f e a s i b l e .

    I . INTRODUCTIONI n t e r n e t P r o t o c o l T e l e v i s i o n ( I P T V ) h a s b e e n b e c o m i n gp o p u l a r a s i t p r o m i s e s t o d e l i v e r t h e c o n t e n t t o u s e r s w h e n e v e rt h e y w a n t . T h e n e x t s t e p i s t o d e l i v e r t h i s c o n t e n t w h e r e v e r t h eu s e r s a r e . T r a d i t i o n a l w i r e - b a s e d a c c e s s n e t w o r k s c a n d e l i v e rt h e c o n t e n t s o n l y t o t h e f i x e d p o i n t s . H e n c e , a new t e c h n o l o g yt h a t c a n d e l i v e r t h e c o n t e n t t o m o b i l e u s e r s i s n e e d e d .W o r l d w i d e I n t e r o p e r a b i l i t y f o r M i c r o w a v e A c c e s s(WiMAX) t e c h n o l o g y i s b a s e d o n IEEE 802.16- 2 0 0 4a n d 8 0 2 . 1 6 -2005 s t a n d a r d s f o r f i x e d a n d m o b i l e w i r e l e s sa c c e s s i n m e t r o p o l i t a n a r e a n e t w o r k s (MAN) [ 1 ] , [ 2 ] . I t c a nd e l i v e r d a t a r a t e s o f 7 0 M b p s , c o v e r r a n g e s i n e x c e s s o f 3 0 k m ,a n d i t c a n p r o v i d e s e c u r e d e l i v e r y o f c o n t e n t a n d s u p p o r tm o b i l e u s e r s a t v e h i c u l a r s p e e d s .WiMAX m e d i u m a c c e s s c o n t r o l ( M A C ) l a y e r s u p p o r t s r e a lt i m e p o l i n g s e r v i c e s ( r t P S ) t h a t e n s u r e s r e q u i r e d b a n d w i d t ha n d minimum l a t e n c i e s f o r v i d e o s e r v i c e s t h r o u g h q u a l i t y o fs e r v i c e ( Q o S ) . I t u s e s o r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i -p l e x i n g (OFDM) a n d o r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e

    a c c e s s (OFDMA) p h y s i c a l l a y e r ( P H Y ) t h a t a r e r e s i l i e n t t om u l t i p a t h f a d i n g c h a n n e l s . M o r e o v e r , i t u s e s a d a p t i v e m o d u -l a t i o n s c h e m e s a n d f o r w a r d e r r o r c o r r e c t i o n ( F E C ) t o i n c r e a s es e r v i c e q u a l i t y . S i n c e WiMAX P HY s u p p o r t s v a r y i n g f r a m es i z e s a n d s c a l a b l e b a n d w i d t h , WiMAX i s a n i d e a l c h o i c e f o rI P T V a p p l i c a t i o n s .WiMAX i s c o n s i d e r e d a s a n a l l I P a c c e s s n e t w o r k a n d o f f e r st r a n s p a r e n c y f o r p a c k e t b a s e d c o r e n e t w o r k s . A d d i t i o n a l l y ,WiMAX r a d i o s a r e d e s i g n e d n o t t o a d d a n y i m p a i r m e n t t ot h e c o n t e n t d e l i v e r y . H e n c e , WiMAX b a s e s t a t i o n s ( B S s ) ,s u b s c r i b e r a n d m o b i l e s t a t i o n s ( S S s / M S s ) a r e i d e a l l y s u i t e df o r t h e d e l i v e r y o f I P b a s e d s e r v i c e s ; ( t r i p l e p l a y ) V o I P ,I P T V , i n t e r n e t m u l t i m e d i a o v e r w i r e l e s s MAN. T h i s m a k e sWiMAX a s u p e r i o r c h o i c e o v e r c o n v e n t i o n a l c a b l e , D S L , a n ds a t e l l i t e s o l u t i o n s . WiMAX a c c e s s n e t w o r k s w i l l o f f e r t h emuch d e s i r e d u b i q u i t y f o r t h e c o n t e n t . E v e n t u a l l y , WiMAXd e p l o y m e n t s w i l l d e l i v e r IPTV t o r u r a l a n d u n d e r s e r v e d r e -g i o n s w i t h h i g h d e g r e e o f v i d e o a n d a u d i o q u a l i t y a t a f f o r d a b l ep r i c e s .I n t h i s p a p e r , we p r e s e n t a s y s t e m d e p l o y m e n t m o d e l f o rIPTV s e r v i c e s o v e r WiMAX. M o r e s p e c i f i c a l l y , t h e c h a l l e n g e se n c o u n t e r e d o n IPTV i m p l e m e n t a t i o n o v e r WiMAX a r e d i s -c u s s e d . T h e s e i n c l u d e t h e c h a l l e n g e s i n MAC, P HY l a y e r ,r a d i o t r a n s c e i v e r d e s i g n a n d i m p l e me n t a t i o n . D e s p i t e t h e s ec h a l l e n g e s , IPTV o v e r WiMAX i s f e a s i b l e a n d i t i s a v i a b l ea l t e r n a t i v e t o t h e c a b l e a n d DSL f o r IPTV s e r v i c e s . T h e p a p e ri s o r g a n i z e d a s f o l l o w s : f i r s t t h e s y s t e m m o d e l w i l l b e g i v e n i nS e c t i o n I I . T h e n , t h e p r o p o s e d i m p l e m e n t a t i o n w i t h d e t a i l s o fMAC, P HY a n d r a d i o t r a n s c e i v e r a r e d e s c r i b e d i n S e c t i o n I I I .I n S e c t i o n I V , we d i s c u s s a p p l i c a t i o n s a n d c h a l l e n g e s . F i n a l l y ,t h e p a p e r i s c o n c l u d e d b y S e c t i o n V .

    I I . SYSTEM M OD E LF u n c t i o n a l b l o c k d i a g r a m o f a n IPTV a p p l i c a t i o n i s i l -l u s t r a t e d i n F i g . 1 . V i d e o s e r v e r s / e n c o d e r s s t o r e a u d i o / v i d e o( A / V ) c o n t e n t w h i c h a r e e n c o d e d a n d c o m p r e s s e d f r o m l i v ea n d p r e - r e c o r d e d p r o g r a m s . V i d e o s e r v e r s / e n c o d e r s a r e e i t h e rc e n t r a l i z e d o r d i s t r i b u t e d i n c o r e n e t w o r k s .F i g . 2 s h o w s t h e p r o t o c o l s t a c k f o r IPTV t r a n s m i s s i o n .A/ V c o n t e n t f r o m t h e s o u r c e i s f o r m a t t e d , c o m p r e s s e d ( m o s t l yu s i n g MPEG-2 e n c o d i n g a n d c o m p r e s s i o n s t a n d a r d ) a n d i se n c a p s u l a t e d a s r e a l t i m e t r a n s p o r t p r o t o c o l ( R T P ) . T h i s p a y -l o a d i s t r a n s p o r t e d a s e i t h e r u s e r d a t a g r a m p r o t o c o l ( U D P ) o r

    WAMICON 2 0 0 6 1 - 4 2 4 4 - 0 8 4 9 - 0 / 0 6 / $ 2 0 . 0 0 C 2 0 0 6 IEEE

  • 8/3/2019 Iptv Challanges

    2/5

    _do R u e r/ sw i t ch SVideo Server

    BS1

    N e X o h , \ l t ( \ 1 k

    F i g . 1 . S y s t e m m o d e l f o r IPTV a p p l i c a t i o n s .I P T V S e r v e r I P T V STB/PCA / V C o n t e n t A / V C o n t e n tMPEG-2TS MPEG-2TS

    RTP RTP

    UDP/T CP UDP/ TCPIP IP IP IP

    MAC MAC MAC MACPHY PHY P HY P HY

    F i g . 2 . P r o t o c o l S t a c k f o r IPTV T r a n s m i s s i o n .

    t r a n s m i s s i o n c o n t r o l p r o t o c o l ( T C P ) d a t a g r a m w h i c h i n t u r nb e c o m e s t h e p a y l o a d f o r i n t e r n e t p r o t o c o l ( I P ) . T h e I P p a y l o a di s e n c a p s u l a t e d as E t h e r n e t 8 0 2 . 3 a n d 1 0 / 1 0 0 / l G B a s s - T t r a f f i ct h a t t r a v e l s over t h e core n e t w o r k s . WiMAX B S t h a t s i t s a t t h ee d g e o f t h e core n e t w o r k r e c e i v e s t h e 8 0 2 . 3 p a c k e t s a n d t h eBS MAC d e c a p s u l a t e s E t h e r n e t h e a d e r s a n d e n c a p s u l a t e s t h eI P p a y l o a d as 8 0 2 . 1 6 MAC PDUs a n d t h e n i n t o P HY P D U s .T h e 8 0 2 . 1 6 P HY prepares t h e s e PDUs f o r w i r e l e s s a i r - l i n kb y p e r f o r m i n g F E C , s y m b o l m a p p i n g a n d OFDM m o d u l a t i o n .T h e r a d i o t r a n s c e i v e r r a d i a t e s t h e s e s i g n a l s t h r o u g h a n t e n n a st o S S s a n d MSs w i t h i n t h e c e l l . T h e r e v e r s e d process t h r o u g hs a i d l a y e r s d e l i v e r s A/ V c o n t e n t t o IPTV r e a d y S T B , P C s .One o f t h e d r a w b a c k s o f " p a c k e t " b a s e d t r a n s m i s s i o n i s t h eo v e r h e a d s a s s o c i a t e d w i t h e a c h l a y e r . As a r e s u l t , t h e p a y l o a dc a p a c i t y i s g r e a t l y r e d u c e d . IPTV t r a n s m i s s i o n r e q u i r e s h i g h e rp a y l o a d c a p a c i t y , t h e r e f o r e , i t poses a c h a l l e n g e i n p r o v i d -i n g maximum s e r v i c e . T h e user d a t a g r a m p r o t o c o l ( U D P ) ,t r a n s m i s s i o n c o n t r o l p r o t o c o l ( T C P ) a n d i n t e r n e t p r o t o c o l( I P ) w i t h a s s o c i a t e d o v e r h e a d s are p a r t o f WiMAX p a y l o a da n d c o n s i d e r e d o u t o f scope o f t h i s p a p e r . N o t e t h a t IEEE8 0 2 . 1 6 MAC a n d P HY a d d s i t s own o v e r h e a d s . We w i l ld i s c u s t h e m a n d p r o v i d e r e c o m m e n d a t i o n s f o r t h e r e d u c t i o no f a f o r e m e n t i o n e d o v e r h e a d s .

    I I I . PROPOSED I P T V IMPLEMENTATIONWiMAX MAC, P H Y , a n d R a d i o t r a n s c e i v e r s are o r g a n i z e di n t o l o g i c a l s u b s e c t i o n s f o r e f f i c i e n t d e l i v e r y o f I P b a s e d

    p a y l o a d i n c l u d i n g v o i c e , v i d e o , m u l t i m e d i a a n d I n t e r n e t overw i r e l e s s . T h e s e are d e s c r i b e d b e l o w i n t h e i r r e s p e c t i v e sec-t i o n s .L o g u s " B e a v e r " (WiMAX B S ) i n a s s o c i a t i o n w i t h t h e" L o o n " (WiMAX S S ) p r o v i d e a p o i n t t o m u l t i p o i n t ( P t M P )

    d e l i v e r y s y s t e m f o r I P T V a p p l i c a t i o n s a n d c o n f o r m s t o t h e

    I E E E a n d WiMAX s t a n d a r d s a n d c e r t i f i c a t i o n . T h e p a y l o a dc a n b e e i t h e r s t a n d a r d d e f i n i t i o n ( S D T V ) o r h i g h d e f i n i t i o n( H D T V ) . F o r r e a l t i m e s t r e a mi n g v i de o s e r v i c e s , UD P p o r t sc a n b e u s e d a n d f o r v i d e o o n d e m a n d ( V o D ) , T CP p o r t sc a n b e u s e d . B r o a d c a s t , m u l t i c a s t o r u n i c a s t s e r v i c e s a r ea l s o s u p p o r t e d . A s a r e s u l t , t h e r e c a n b e m u l t i p l e p a c k e t sf r o m v a r i o u s s o u r c e s t h a t m u s t b e d e l i v e r e d t o t a r g e t e d u s e r sw i t h d i f f e r e n t QoS p a r a m e t e r s m a k i n g i t a c h a l l e n g i n g t a s k .WiMAX BS MAC a d d r e s s e s t h i s i s s u e t h r o u g h e f f e c t i v es c h e d u l i n g o f s e r v i c e s . F o r t h i s r e a s o n , i t i s e x p e c t e d t h a t MACs c h e d u l i n g a n d i m p l e m e n t a t i o n w i l l b e a k e y d i f f e r e n t i a t o ra m o n g s t c o m p e t i t o r s p r o d u c t s .A . M e d i u m A c c e s s C o n t r o l ( M A C ) L a y e r

    T h e I E E E 8 0 2 . 1 6 MAC i s l o g i c a l l y d i v i d e d i n t o t h r e e s u b -l a y e r s . T h e s e a r e c o n v e r g e n c e s u b l a y e r ( C S ) , common p a r ts u b l a y e r ( C P S ) a n d s e c u r i t y s u b l a y e r ( S S ) . I n t h e c o n v e r g e n c es u b l a y e r , IPTV p a c k e t s o v e r E t h e r n e t a r e r e c e i v e d f r o m t h en e t w o r k a s MAC S D U s . R e c e i v e d p a c k e t s a r e t h e n c l a s s i f i e db a s e d o n t h e i r TCP/UDP p o r t , s o u r c e / d e s t i n a t i o n , I P , MACa d d r e s s e t c . E a c h p a c k e t i s t h e n a s s i g n e d t o a c o n n e c t i o nf o r t r a n s m i s s i o n o v e r t h e a i r . I n t h e common p a r t s u b l a y e r ,p a c k e t s a r e f r a g m e n t e d a n d / o r p a c k e d f o r t h e e f f i c i e n t u s eo f a v a i l a b l e b a n d w i d t h . F r a g m e n t a t i o n a l s o e n a b l e s a u t o m a t i cr e q u e s t ( A R Q ) s e r v i c e s t o m i n i m i z e r e t r a n s m i s s i o n . MACPDUs a r e c o n s t r u c t e d i n t h i s s u b l a y e r . P a c k e t s a r e s c h e d u l e db a s e d o n s e r v i c e l e v e l a g r e e m e n t s ( S L A ) a n d q u a l i t y o f s e r v i c e( Q o S ) r e q u i r e m e n t s f o r b o t h D L a n d U L . U l t i m a t e l y , t h e f r a m ei n w h i c h IPTV p a c k e t s w i l l b e t r a n s m i t t e d i s p r e p a r e d i n t h i sl a y e r . I n t h e s e c u r i t y s u b l a y e r , p a c k e t s a r e e n c o d e d t o p r e v e n tt h e f t o f s e r v i c e . K e y e x c h a n g e s b e t w e e n S S s a n d f o r s e c u r ea u t h e n t i c a t e d t r a n s m i s s i o n , t h e u s e o f c y c l i c r e d u n d a n c y c h e c k( C R C ) a r e a l s o i m p l e m e n t e d i n t h i s s u b l a y e r .N e g o t i a t i o n s f o r n e t w o r k e n t r y , i n i t i a l / p e r i o d i c r a n g i n g , a n dc a p a b i l i t i e s a r e p e r f o r m e d a t t h e CPS t o e s t a b l i s h a n d m a i n t a i nc o n n e c t i o n s b e t w e e n t h e B S a n d S S s / M S s . I d e n t i f i c a t i o n o f a i rl i n k q u a l i t y , b a n d w i d t h g r a n t s , a n d s e c u r i t y p a r a m e t e r s a r e a l s op e r f o r m e d i n t h e CPS u s i n g MAC m a n a g e m e n t m e s s a g e s .B . MAC s c h e d u l e r f o r IPTV A p p l i c a t i o n s

    T h e 8 0 2 . 1 6 MAC i s c o n n e c t i o n - o r i e n t e d . T h e B S a s s i g n sc o n n e c t i o n s w i t h u n i q u e I D s ( C I D s ) t o e a c h UL a n d D Lt r a n s m i s s i o n . A t t h e CS l a y e r , t h e c l a s s i f i e r m a p s t r a f f i c f l o w st o c o n n e c t i o n s w i t h d i s t i n c t s c h e d u l i n g s e r v i c e s . H e n c e , i t i sa n t i c i p a t e d t h a t m u l t i p l e s c h e d u l e r s w i l l b e i m p l e m e n t e d t oa d d r e s s v a r y i n g d e m a n d s o f u s e r s . O b v i o u s l y , t h i s p u t s a n o t h e rd e g r e e o f b u r d e n o n t h e MAC i m p l e m e n t a t i o n . F i g . 3 s h o w st h e p r o p o s e d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e MAC s c h e d u l e r . T h em e c h a n i s m i n c l u d e s s e r v i c e f l o w QoS s c h e d u l i n g , d y n a m i cs e r v i c e e s t a b l i s h m e n t , a n d t h e t w o - p h a s e a c t i v a t i o n m o d e l .S c h e d u l i n g s e r v i c e s r e p r e s e n t t h e d a t a h a n d l i n g m e c h a n i s m ss u p p o r t e d b y t h e MAC s c h e d u l e r f o r d a t a t r a n s p o r t o n a c o n -n e c t i o n . P a c k e t C l a s s i f i e r b l o c k w i l l s e n d t h e p a c k e t h e a d e r ' si n f o r m a t i o n t o C o n n e c t i o n C o n t r o l c o m p o n e n t . B a s e d o n t h eh e a d e r ' s i n f o r m a t i o n , C o n n e c t i o n C o n t r o l a s s i g n s CID a n ds e r v i c e f l o w I D ( S F I D ) t o t h e c o r r e s p o n d i n g p a c k e t o r f l o w .E a c h S F I D w i l l b e r e l a t e d t o a s e t o f QoS p a r a m e t e r s s t o r e di n QoS P o l i c y c o m p o n e n t .

  • 8/3/2019 Iptv Challanges

    3/5

    M PE G V i d e oP a c k e t

    UG S r t P S n r t P S BS

    F i g . 3 . MAC QoS a r c h i t e c t u r e .

    F o r t h e IPTV s e r v i c e s , t h e m a n d a t o r y QoS s e r v i c e f l o wp a r a m e t e r s a r e Minimum R e s e r v e d T r a f f i c R a t e , M a x i -m u m S u s t a i n e d T r a f f i c R a t e , Maximum L a t e n c y , a n d R e -q u e s t / T r a n s m i s s i o n P o l i c y . E i t h e r BS o r S S c a n i n i t i a t e t h ec r e a t i o n o f s e r v i c e f l o w s . MAC m a n a g e m e n t c o m p o n e n t h a n -d l e s d y n a m i c s e r v i c e a c c e s s / c h a n g e ( D S A / D S C ) ' s t r a n s a c t i o na n d d y n a m i c a l l y c h a n g e QoS p a r a m e t e r s . A s u c c e s s f u l DSCt r a n s a c t i o n c h a n g e s a s e r v i c e f l o w ' s QoS p a r a m e t e r s b y r e -p l a c i n g b o t h t h e A d m i t t e d a n d A c t i v e QoS p a r a m e t e r s e t s .

    T h e t w o - p h a s e m o d e l p e r f o r m s t h e f u n c t i o n s t h a t i n c l u d e :c o n s e r v i n g n e t w o r k r e s o u r c e s u n t i l a c o m p l e t e e n d - t o - e n dc o n n e c t i o n h a s b e e n e s t a b l i s h e d , p e r f o r m i n g p o l i c y c h e c k s a n da d m i s s i o n c o n t r o l o n r e s o u r c e s a s q u i c k l y a s p o s s i b l e , a n dp r e v e n t i n g s e v e r a l p o t e n t i a l t h e f t - o f - s e r v i c e s c e n a r i o s .

    B a s e d o n t h e a s s i g n e d QoS p a r a m e t e r s a n d s e t t i n g s ,S c h e d u l i n g a n d Q u e u i n g b l o c k a n d MAP G e n e r a t o r b l o c kp e r f o r m t h e f u n c t i o n t o r e s e r v e t h e r e s o u r c e i n d a t a p a t h . T h es o u r c e o f t h e IPTV p a c k e t s p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e QoSs t r a t e g y f o r IPTV a p p l i c a t i o n s . B r o a d c a s t IPTV p a c k e t s a r e i ng e n e r a l u n p a i d s e r v i c e s , w h i l e u n i c a s t IPTV p a c k e t s a r e p a i ds e r v i c e s . H e n c e t h e d e l i v e r y o f u n i c a s t p a c k e t s i s m o r e c r i t i c a lt h a n t h e b r o a d c a s t p a c k e t s , r e q u i r i n g d i f f e r e n t QoS p a r a m e t e r s .C . MAC-PHY I n t e r f a c eP HY PDUs ( p a c k e t s ) a r e t r a n s m i t t e d f r o m MAC t o P HYu s i n g S P I 3 s t a n d a r d s i n t e r f a c e . We u s e o u r ow n p r i m i t i v e sb a s e d p r o t o c o l t o e n s u r e t h e s e a m l e s s t r a n s f e r w i t h o u t p a c k e tl o s s o v e r t h i s i n t e r f a c e .

    D . P h y s i c a l L a y e r ( P H Y )O u r P HY i s d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d o n a X i l i n x FPGA.

    X i l i n x V i r t e x - 4 [ 3 ] i s c h o s e n f o r i t s r e s o u r c e c a p a b i l i t i e s a n do p t i m i z e d I P ( p r o p r i e t a r y ) b l o c k s ( i . e . V i t e r b i d e c o d e r ) a ss p e c i f i e d b y IEEE 8 0 2 . 1 6 d s t a n d a r d . T h e P HY s u p p o r t s B P S K ,Q P S K , QAM16, a n d QAM64 m o d u l a t i o n t y p e s w i t h d i f f e r e n tc o d i n g r a t e s . A d a p t i v e m o d u l a t i o n a n d c o d i n g c a p a b i l i t y i su s e d t o p r o v i d e b e t t e r q u a l i t y v i d e o t o t h e s e r v e d s u b s c r i b e rs t a t i o n s . O p t i ma l c o di n g r a t e i s u s e d f o r e a c h m o d u l a t i o n t y p et o a c h i e v e s m a l l e r b a n d w i d t h w i t h o u t c o m p r o m i s i n g q u a l i t y .

    F i g . 4 s h o w s t h e b l o c k d i a g r a m o f o u r P HY i m p l e m e n t a -t i o n . B o t h t r a n s m i t t e r a n d r e c e i v e r b l o c k s a r e s h o w n . I n t h et r a n s m i t t e r p a t h , c h a n n e l c o d i n g i s a p p l i e d t o t h e v i d e o d a t ai n o r d e r t o p r o t e c t t h e v i d e o c o n t e n t f r o m c h a n n e l e r r o r s a n dh e n c e g u a r a n t e e t h e d e l i v e r y o f h i g h q u a l i t y IPTV p a c k e t s .T h e d a t a f r o m t h e MAC l a y e r i s f i r s t r a n d o m i z e d t o r e m o v et h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e i n f o r m a t i o n b i t s . T h e FEC b l o c kc o n s i s t s o f t h e c o n c a t e n a t i o n o f a R e e d S o l o m o n ( R S ) o u t e rc o d e a n d a c o n v o l u t i o n a l i n n e r c o d i n g . S u p p o r t o f b l o c k t u r b oc o d i n g ( B T C ) a n d c o n v o l u t i o n a l t u r b o c o d i n g ( C T C ) i s l e f to p t i o n a l i n t h e s t a n d a r d a n d h e n c e n o t i m p l e m e n t e d i n o u rc u r r e n t d e s i g n . T h e e n c o d i n g i s p e r f o r m e d b y f i r s t p a s s i n g t h ed a t a i n b l o c k f o r m a t t h r o u g h t h e RS e n c o d e r a n d t h e n p a s s i n gi t t h r o u g h a z e r o - t e r m i n a t i n g c o n v o l u t i o n a l e n c o d e r . D i f f e r e n tc o d i n g r a t e s may b e o b t a i n e d f o r c o n v o l u t i o n a l c o d i n g b yp u n c t u r i n g t h e b a s e r a t e . A l l e n c o d e d d a t a b i t s a r e i n t e r l e a v e db y a b l o c k i n t e r l e a v e r w i t h a b l o c k s i z e c o r r e s p o n d i n g t ot h e n u m b e r o f c o d e d b i t s p e r t h e a l l o c a t e d s u b c h a n n e l s p e rOFDM s y m b o l . A f t e r b i t i n t e r l e a v i n g , t h e d a t a b i t s a r e f e ds e r i a l l y t o t h e c o n s t e l l a t i o n m a p p e r w h o s e o u t p u t i s t a k e n i n t ot i m e d o m a i n u s i n g I F F T b l o c k . A f t e r a d d i t i o n o f p r e a m b l ea n d c y c l i c p r e f i x ( C P ) , t h e s i g n a l i s p a s s e d t o R a d i o f o rt r a n s m i s s i o n u s i n g P H Y - R a d i o i n t e r f a c e . T h e r e c e i v e r p a t h o f

    R e c e i v e ( R x ) P a t h

    F i g . 4 . OFDM b a s e d P HY l a y e r b l o c k s .t h e P HY i n c l u d e s d u a l o p e r a t i o n s o f t h e t r a n s m i t t e r a l o n gr e c e i v e r s p e c i f i c b l o c k s . T h e s e i n c l u d e c h a n n e l e s t i m a t i o n ,e q u a l i z a t i o n , p h a s e t r a c k e r , s o f t d e c o d i n g , a n d t i m e / f r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o n . N o t e t h a t t h e r e c e i v e r s p e c i f i c b l o c k s a r ev e n d o r s p e c i f i c a n d a r e n o t m a n d a t e d b y n e i t h e r IEEE n o rWiMAX f o r u m . F u r t h e r m o r e , t h e s e a l g o r i t h m s a r e u n i q u e t oe a c h v e n d o r , a n d h e n c e t h e s e a r e t h e b l o c k s w h e r e u n i q u e n e s st o t h e p r o d u c t c o u l d b e i n t r o d u c e d . W h i l e e v a l u a t i n g t h ep e r f o r m a n c e o f t h e r e c e i v e r a l g o r i t h m s , s i g n a l t o n o i s e r a t i o( S N R ) , e r r o r v e c t o r m a g n i t u d e ( E V M ) o r b i t e r r o r r a t e ( B E R )c a n b e u s e d a s c r i t e r i a .T h e OFDM P HY s u p p o r t s f r a m e - b a s e d t r a n s m i s s i o n . Af r a m e c o n s i s t s o f a d o w n l i n k s u b f r a m e a n d a n u p l i n k s u b -f r a m e . A d o w n l i n k s u b f r a m e i s c o m p o s e d o f o n l y o n e d o w n -l i n k P HY PDU. An u p l i n k s u b f r a m e c o n s i s t s o f c o n t e n t i o n

    w

    D e - M o d u l a t i o n

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    4/5

    i n t e r v a l s s c h e d u l e d f o r i n i t i a l r a n g i n g a n d b a n d w i d t h r e q u e s tp u r p o s e s a n d o n e o r m u l t i p l e u p l i n k P HY P D U s , e a c h t r a n s -m i t t e d f r o m a d i f f e r e n t S S . S i n c e v i d e o t r a n s p o r t i s a s y m m e t -r i c , m o r e D L b a n d w i d t h c a n b e a l l o c a t e d f o r t h e u s e r s . H e n c e ,b e t t e r b a n d w i d t h u t i l i z a t i o n c a n b e o b t a i n e d .E . P H Y - R a d i o I n t e r f a c e

    T h e m a i n r e s p o n s i b i l i t y o f t h e P H Y - R a d i o i n t e r f a c e i s t om a n a g e t h e d a t a c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n t h e MAC c o n t r o lp a r a m t e r s a n d t h e r a d i o . F u r t h e r m o r e , t h e MAC l a y e r c o n f i g -u r e s a n d c o n t r o l s t h e p r o g r a m m a b l e r a d i o d e v i c e s t h r o u g h t h i si n t e r f a c e .F R a d i o T r a n s c e i v e r

    T h e b l o c k d i a g r a m f o r t h e WiMAX BS t r a n s c e i v e r i sg i v e n i n F i g . 5 . T h e r a d i o t r a n s c e i v e r c o n s i s t s o f d i g i t a l a n da n a l o g d e v i c e s . T h i s s t r u c t u r e i s f l e x i b l e i n t h e s e n s e t h a tt h e f u n d a m e n t a l p a r a m e t e r s o f t h e r a d i o , s u c h a s t h e c e n t e rf r e q u e n c y a n d t r a n s m i t p o w e r l e v e l s , c a n b e c h a n g e d t h r o u g ht h e s o f t w a r e .

    - D i g i t a l - - A n a l o g - - - - - - - - - - - - -

    F i g . 5 . B l o c k d i a g r a m o f WiMAX BS R a d i o T r a n s c e i v e r .O n t h e t r a n s m i t t e r s i d e , t h e d i g i t a l s i g n a l , i n t h e f o r m o fi n - p h a s e ( I ) a n d q u a d r a t u r e ( Q ) s a m p l e s , i s h a n d e d over t o t h ew i d e b a n d d i g i t a l u p c o n v e r t e r ( D U C ) / d i g i t a l d o w n c o n v e r t e r( D D C ) d e v i c e . A t t h e s t a g e o f t h e DUC, t h e t r a n s m i t s i g n a l

    c a n b e f i l t e r e d a n d i n t e r p o l a t e d . T h e r e s u l t a n t t r a n s m i t s i g n a li s s e n t t o t h e c r e s t f a c t o r r e d u c t i o n ( C F R ) processor, w h e r et h e p e a k - t o - a v e r a g e - p o w e r - r a t i o ( P A P R ) o f t h e t r a n s m i t s i g n a li s a d j u s t e d . T h e c l i p p e d t r a n s m i t s i g n a l i s t h e n p a s s e d t o t h ed i g i t a l - t o - a n a l o g c o n v e r t e r ( D A C ) t o c o n v e r t t h e d i g i t a l s i g n a li n t o t h e c o r r e s p o n d i n g a n a l o g f o r m . T h e c e n t e r f r e q u e n c y o ft h e f i r s t i n t e r m e d i a t e - f r e q u e n c y ( I F ) s t a g e i s d e t e r m i n e d b yt h e D AC s i n c e i t e m b e d s d i g i t a l coarse a n d f i n e m i x e r s . T h ea n a l o g s i g n a l i s u p c o n v e r t e d t o a s e c o n d I F s t a g e a n d t h e n t ot h e f i n a l r a d i o f r e q u e n c y ( R F ) s t a g e b y e m p l o y i n g t w o - s t a g ea n a l o g u p c o n v e r t e r ( U C ) . I n o r d e r t o p r o v i d e l a r g e coverage,t h e RF s i g n a l i s a m p l i f i e d t h r o u g h t w o - s t a g e power a m p l i f i e r( P A ) . T h e a m p l i f i e d s i g n a l i s p a s s e d t o t h e a n t e n n a t h r o u g ht h e d u p l e x i n g d e v i c e ( i . e . t r a n s m i t t e r / r e c e i v e r ( T / R ) s w i t c h f o rt h e T D D r a d i o ) .O n t h e r e c e i v e r s i d e , t h e r e c e i v e d s i g n a l i s a m p l i f i e d u s i n ga l o w n o i s e a m p l i f i e r ( L N A ) . T h e s i g n a l a t t h e o u t p u t o f t h eL N A i s d o w n c o n v e r t e d t o t h e f i n a l I F s t a g e u s i n g t h e t w o -s t a g e d o w n c o n v e r t e r ( D C ) . T h e a n a l o g s i g n a l i s d i g i t i z e d a n d

    I / Q s a m p l e s a r e g e n e r a t e d a t t h e o u t p u t o f t h e a n a l o g - t o - d i g i t a lc o n v e r t e r ( A D C ) . T h e I / Q s a m p l e s a r e f i l t e r e d a n d d e c i m a t e da n d t h e n s e n t t o t h e P H Y - R a d i o i n t e r f a c e f o r f u r t h e r p o s t -p r o c e s s i n g . T h e r a d i o d e s i g n c h a l l e n g e s a s s o c i a t e d w i t h t h ei m p l e m e n t a t i o n o f w i r e l e s s IPTV o v e r WiMAX a r e d i s c u s s e di n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n .

    I V . A P P L I C A T I O N S AND CHALLENGESWiMAX p r o v i d e s a w i d e s p e c t r u m o f a p p l i c a t i o n s i n a m u l -t i t u d e o f e n v i r o n m e n t s . V o I P , V i d e o o v e r I P ( I P T V ) , I n t e r n e t ,I P m u l t i m e d i a ( I M S ) a r e s o m e o f t h e s e r v i c e s t h a t c a n b ep r o v i d e d t o a r e a s w h e r e a c c e s s n e t w o r k s d o n o t e x i s t a t t h i st i m e f o r a f r a c t i o n o f c o s t . O n e o f s u c h a p p l i c a t i o n s , IPTV o v e rWiMAX, i s t h e f o c u s o f t h i s p a p e r . We w i l l e x p a n d o n t h i sa p p l i c a t i o n i n t h i s s e c t i o n . S i n c e a p p l i c a t i o n s a n d c h a l l e n g e sr e l a t e d t o MAC l a y e r a r e d i s c u s s e d i n t h e p r e v i o u s s e c t i o n ,m a i n l y t h e a p p l i c a t i o n s a n d c h a l l e n g e s r e l a t e d t o t h e r a d i ot r a n s c e i v e r a r e e m p h a s i z e d i n t h i s s e c t i o n .One o f t h e g r e a t f e a t u r e s o f t h e WiMAX i s i t s i n h e r e n tm u l t i c a s t c a p a b i l i t y . M u l t i c a s t i s a b a n d w i d t h - c o n s e r v i n g t e c h -n o l o g y t h a t a l l o w s a BS t o s e n d p a c k e t s ( v i d e o i n t h i s c a s e )t o a s u b s e t o f a l l S S s a s a g r o u p t r a n s m i s s i o n . T h e n u m b e ro f a v a i l a b l e T V s t a t i o n s i s l i m i t e d a n d t h e r e m i g h t b e a l a r g eg r o u p o f u s e r s t h a t w o u l d l i k e t o t u n e t o t h e s a m e T V s t a t i o n .F o r e x a m p l e , d u r i n g a S u p e r B o w l g a m e , a h u g e u s a g e i se x p e c t e d . H o w e v e r , m o s t o f t h e u s e r s w i l l w a n t t o t u n e t o as p e c i f i c c h a n n e l . U s i n g t h e m u l t i c a s t f e a t u r e o f WiMAX, a l lo f t h e s e u s e r s c a n b e s e r v e d c o n s u m i n g a r e l a t i v e l y v e r y s m a l lb a n d w i d t h . T h i s i d e a c a n b e e x t e n d e d t o a n y T V c h a n n e l a st h e r e e x p e c t e d t o b e m o r e t h a n a s i n g l e u s e r v i e w i n g a n y T Vs h o w .

    T h e f a c t t h a t M o b i l e WiMAX s u p p o r t s c o m m u n i c a t i o n a tv e h i c u l a r s p e e d s i s a n o t h e r g r e a t f e a t u r e o f WiMAX. T h eu s e r s h a v e t h e c a p a b i l i t y t o r e a c h m u l t i m e d i a i n f o r ma t i o n e v e nw h e n t h e y a r e t r a v e l i n g o r o u t s i d e o f t h e i r h o m e s w h i c h i s n o tp o s s i b l e w i t h c a b l e T V .A s d i s c u s s e d i n t h e s y s t e m m o d e l s e c t i o n , p a c k e t b a s e dt r a n s m i s s i o n h a s s i g n i f i c a n t a m o u n t o f o v e r h e a d a n d i s c o m -p o u n d e d f r o m l a y e r t o l a y e r . T h i s r e d u c e s t h e e f f e c t i v e p a y l o a dc a p a c i t y . I P T V , w h i c h r e q u i r e s h i g h c a p a c i t y , i s i m p a c t e d b yt h e s e o v e r h e a d s . W h i l e UD P a n d / o r T CP h e a d e r s a n d I P h e a d -e r s r e m a i n w i t h i n t h e p a y l o a d a n d c a n n o t b e a c c e s s e d w i t h i n

    a WiMAX s y s t e m , t h e o v e r h e a d c r e a t e d b y t h e WiMAX c a nb e r e d u c e d s i g n i f i c a n t l y b y u s i n g p a y l o a d h e a d e r s u p p r e s s i o n( P H S ) a n d r o b u s t h e a d e r c o m p r e s s i o n ( R O H C ) .WiMAX s y s t e m s r e q u i r e s h i g h p e r f o r m a n c e r a d i ot r a n s c e i v e r s . T h e m a i n f e a t u r e s o f WiMAX r a d i o t r a n s c e i v e r sa r e h i g h d y n a m i c r a n g e , l o w p h a s e n o i s e , h i g h s t a b i l i t y , l o wn o i s e a n d h i g h l i n e a r i t y [ 2 ] , [ 4 ] . D e s i g n i n g a h i g h p e r f o r m a n c et r a n s c e i v e r i s a c h a l l e n g i n g t a s k [ 5 ] , e s p e c i a l l y f o r t h e IPTVa p p l i c a t i o n s . F o r i n s t a n c e , IPTV a p p l i c a t i o n s r e q u i r e h i g h e rb a n d w i d t h r e l a t i v e t o t h e o t h e r m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n s s u c ha s v o i c e a n d d a t a , w h i c h i n t r o d u c e s a d d i t i o n a l c h a l l e n g e s .T h e m a i n p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s o f r a d i o t r a n s c e i v e r t os u p p o r t IPTV s e r v i c e s a r e h i g h d y n a m i c r a n g e , l o w p h a s en o i s e , h i g h s t a b i l i t y , l o w n o i s e , h i g h l i n e a r i t y , ( r e l a t i v e l y ) h i g h

  • 8/3/2019 Iptv Challanges

    5/5

    b a n d w i d t h , a n d l o w i m a g e r e j e c t i o n , w h i c h a r e d i s c u s s e d i nt h e s e q u e l .T h e d e v i c e s t h a t a r e e m p l o y e d t h r o u g h o u t t h e t r a n s c e i v e rh a v e e x c e l l e n t s p u r i o u s f r e e d y n a m i c r a n g e c a p a b i l i t y ( S F D R ) ,w h i c h i s a c r u c i a l p a r a m e t e r i n IPTV a p p l i c a t i o n s . F o r i n -s t a n c e , t h e AD C a n d DAC p r o v i d e t y p i c a l l y 8 6 d B c a n d 7 8 d B c ,r e s p e c t i v e l y . F u r t h e r m o r e , t h e p h a s e n o i s e i s a n o t h e r i m p o r t a n tc h a r a c t e r i s t i c o f t h e r a d i o t r a n s c e i v e r t h a t c a n a f f e c t t h e q u a l i t yo f t h e IPTV s e r v i c e s . T h e t y p i c a l p h a s e n o i s e r e q u i r e m e n tf o r WiMAX t r a n s c e i v e r s i s l e s s t h a n - l O O d B c / H z a t 1 0 0 k H z .

    T h i s r e q u i r e m e n t i s a c h i e v e d i n t h e p r o p o s e d r a d i o t r a n s c e i v e rs t r u c t u r e b y e m p l o y i n g h i g h p e r f o r m a n c e c l o c k d i s t r i b u t i o nc i r c u i t r y a l o n g w i t h t h e d u a l VC O /PLL s y n t h e s i z e r s . N o t e t h a ts i n c e d o u b l e - s t a g e c o n v e r s i o n a p p r o a c h i s u s e d i n t h e p r o p o s e dr a d i o t r a n s c e i v e r , b o t h t r a n s m i t a n d r e c e i v e s i d e s h a v e t h e i row n d u a l VCO/PLL s y n t h e s i z e r s . T h e r e f e r e n c e c l o c k t h a ts a t i s f i e s t h e a b o v e p h a s e n o i s e r e q u i r e m e n t i s s u p p l i e d t o t h ef r e q u e n c y s y n t h e s i z e r s f r o m h i g h l y s t a b l e t e m p e r a t u r e c o m -p e n s a t e d c r y s t a l o s c i l l a t o r ( T C X O ) t h r o u g h t h e c o n f i g u r a b l ec l o c k d i s t r i b u t i o n c i r c u i t r y . T h e r e f e r e n c e o s c i l l a t o r s u s e d i nt h e p r o p o s e d r a d i o s t r u c t u r e m a i n t a i n s f r e q u e n c y t o l e r a n c e o fl e s s t h a n 8ppm o v e r 1 0 y e a r s , w h i c h i s m a n d a t e d b y t h es t a n d a r d .Low n o i s e i s a n o t h e r i m p o r t a n t p e r f o r m a n c e c r i t e r i o n t oa c h i e v e h i g h - q u a l i t y IPTV s e r v i c e s . T h e c o m p o n e n t s t h r o u g h -o u t t h e t r a n s m i t a n d r e c e i v e c h a i n s c o n t r i b u t e t o t h e c o m p o s i t en o i s e . H o w e v e r , t h e c o m p o n e n t s u s e d i n t h e p r o p o s e d s t r u c t u r eh a v e h i g h s i g n a l - t o - n o i s e - r a t i o ( S N R ) c a p a b i l i t y . T h e AD Cp r o v i d e s SN R l e v e l o f 7 2 d B F S t y p i c a l l y . M o r e o v e r , s o f t w a r et u n a b l e a t t e n u a t o r s a n d f i l t e r s a r e d i s t r i b u t e d t h r o u g h o u t t h et r a n s m i t a n d r e c e i v e c h a i n t o c o n t r o l a n d s u p p r e s s t h e n o i s el e v e l .Two c a s c a d e d h i g h l y l i n e a r p o w e r a m p l i f i e r s ( P A s ) , w h i c hp r o v i d e maximum +36dBm c o m p o s i t e t r a n s m i t p o w e r l e v e l ,a r e u s e d t o s u p p o r t l o n g - d i s t a n c e c o m m u n i c a t i o n s . T h e s e P A sa l o n g w i t h t h e C r e s t F a c t o r R e d u c t i o n ( C F R ) p r o c e s s o r , w h i c hi s b a s e d o n i d e a o f p o w e r b a c k - o f f t e c h n i q u e , a r e e m p l o y e dt o m a i n t a i n s u p e r i o r l i n e a r i t y .

    T h e p r o p o s e d r a d i o s t r u c t u r e h a s a c a p a b i l i t y t o s u p p o r th i g h b a n d w i d t h t r a n s m i s s i o n a n d r e c e p t i o n u p t o 7 0 M H z .F u r t h e r m o r e , l o w l a t e n c y i s a n o t h e r m a i n r e q u i r e m e n t o f t h eIPTV a p p l i c a t i o n s , w h i c h c u r r e n t d e s i g n h a s .O u t - o f - b a n d r e j e c t i o n i s a n i m p o r t a n t p e r f o r m a n c e p a r a m -e t e r i n m o b i l e r a d i o s , e s p e c i a l l y f o r t h e IPTV s e r v i c e s . F o ri n s t a n c e , i n t e r f e r e n c e t o t h e o t h e r IPTV c h a n n e l s i s m i n i m i z e db y r e a l i z a t i o n o f m i n i m u m 6 0 d B i m a g e r e j e c t i o n r e q u i r e m e n tm a n d a t e d b y t h e s t a n d a r d . I n t h e p r o p o s e d r a d i o s t r u c t u r e , t h i s

    r e q u i r e m e n t i s a c h i e v e d b y s u p p r e s s i n g h a r m o n i c s u s i n g t w o -s t a g e u p / d o w n c o n v e r s i o n a s w e l l a s h i g h p e r f o r m a n c e s u r f a c ea c o u s t i c w a v e ( S A W ) f i l t e r s . M o r e o v e r , t h e i m a g e r e j e c t i o nm i x e r s i n t h e u p / d o w n c o n v e r t e r s p r o v i d e a d d i t i o n a l r e j e c t i o n .By i n c o r p o r a t i n g IPTV s e r v i c e s t o t h e WiMAX d e v i c e sa n d e n v i s i o n i n g t h a t t h e m o b i l e u s e r s w a t c h a m o v i e o r ag a m e t h a t c a n l a s t h o u r s , t h e p o w e r c o n s u m p t i o n i s s u e i nWiMAX d e v i c e s i s e x a c e r b a t e d . T h e p r o p o s e d r a d i o s t r u c t u r ei s d e s i g n e d i n s u c h a way t o m i n i m i z e t h e p o w e r c o n s u m p t i o n .F o r e x a m p l e , m o s t o f t h e r a d i o c o m p o n e n t s h a v e p o w e r d o w n

    m o d e , w h i c h c a n b e a c t i v a t e d d y n a m i c a l l y b y P HY p r o c e s -s o r . M o r e o v e r , r e c e i v e r s e n s i t i v i t y i s a n e x t r e m e l y i m p o r t a n tp e r f o r m a n c e p a r a m e t e r t o r e d u c e p o w e r c o n s u m p t i o n i n IPTVa p p l i c a t i o n s . S i n c e t h e t r a n s m i t t e r p o w e r l e v e l a n d r e c e i v e rs e n s i t i v i t y a r e i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l , h a v i n g g o o d r e c e i v e rs e n s i t i v i t y l o w e r t h e r e q u i r e d t r a n s m i t p o w e r l e v e l , w h i c h l e a d st o l o n g e r b a t t e r y l i f e .N o i s e F i g u r e ( N F ) i s a g o o d i n d i c a t o r f o r t h e r e c e i v e r s e n -s i t i v i t y . T h e l o w - n o i s e a m p l i f i e r ( L N A ) e m p l o y e d h a s t y p i c a lN F o f 2 d B. T h e L N A d e v i c e i n c l u d e s s w i t c h a b l e a t t e n u a t i o n( 1 0 d B ) , a b a l a n c e d m i x e r , a v a r i a b l e g a i n I F a m p l i f i e r a n da d i f f e r e n t i a l L O B u f f e r f o r i m p r o v e d p e r f o r m a n c e . T h e L N Ad e v i c e c a n p r o v i d e 2 8 d B g a i n w i t h 2 0 d B g a i n c o n t r o l . A 1 0 d Bs w i t c h a b l e a t t e n u a t o r i s i n t r o d u c e d i n t h e RF p a t h a s w e l l a s1 0 d B o f a n a l o g I F g a i n c o n t r o l t o m a x i m i z e i n p u t d y n a m i cr a n g e . I n o r d e r t o p r o v i d e b e t t e r n o i s e i m m u n i t y a t t h e m i x e ra n o n - c h i p b a l u n c o n v e r t s t h e s i g n a l f r o m s i n g l e e n d e d t od i f f e r e n t i a l f o r m .B y h a v i n g p r o g r a m m a b l e DUC/DDC a n d CF R p r o c e s s o r ,t h e q u a l i t y o f IPTV s e r v i c e s c a n b e i m p r o v e d . T h e s e d e v i c e sa r e d e s i g n e d f o r h i g h - s p e e d a n d h i g h - b a n d w i d t h d i g i t a l s i g n a lp r o c e s s i n g a p p l i c a t i o n s a l o n g w i t h t h e c a p a b i l i t y o f f l e x i b l ed i g i t a l f i l t e r i n g . S u c h f e a t u r e s u s u a l l y a r e d e m a n d e d b y IPTVa p p l i c a t i o n s .T h e p r o p o s e d r a d i o s t r u c t u r e h a s a c a p a b i l i t y t o s u p p o r tt h r e e s e c t o r e d a n t e n n a s a l o n g w i t h t h r e e r a d i o c a r d s . T h es e c t o r e d a n t e n n a s y s t e m s a r e h i g h - g a i n a n t e n n a s t h a t h a v ep r o p e r t y o f t r a n s m i t t i n g f u r t h e r a n d l i s t e n b e t t e r o f t h e s i g n a l s .By e m p l o y i n g t h e s e c t o r e d - a n t e n n a s y s t e m s , h i g h q u a l i t yIPTV s e r v i c e s c a n b e d e l i v e r e d t o b o t h f i x e d a n d m o b i l e u s e r s .T h e IPTV s e r v i c e s c a n t a k e b e n e f i t s o f t h e a d v a n t a g e s o f t h e s et h r e e r a d i o s t r u c t u r e s . A n o t h e r u n i q u e n e s s o f t h e p r o p o s e dr a d i o s t r u c t u r e i s s u p p o r t o f T DD, F DD, a n d H-FDD r a d i os t r u c t u r e s w i t h v e r y m i n i m a l c h a n g e i n h a r d w a r e .

    V . CONCLUSIONW i t h WiMAX o f f e r i n g h i g h d a t a r a t e s t o b o t h m o b i l ea n d f i x e d u s e r s , a n d t h e d e s i r e o f u s e r s t o w a t c h r e a l - t i m eT V o r V oD s e r v i c e s m a k e t h e i m p l e me n t a t i o n o f IPTV o v e rWiMAX a n e x c i t i n g k i l l e r a p p l i c a t i o n . R e a l i z a t i o n o f IPTVw i l l e n a b l e u s e r s t o h a v e V oD s e r v i c e s a s w e l l a s t o s u b s c r i b ew h i c h e v e r c h a n n e l o f t h e i r c h o i c e g i v i n g t h e m t h e a g r e a t d e a lo f f l e x i b i l i t y . L OGUS W i r e l e s s h a s b e e n d e v e l o p i n g WiMAXb a s e d B S ' s t h a t c a n p r o v i d e IPTV s e r v i c e b o t h t o f i x e d o rm o b i l e u s e r s , a n d h e n c e i t c a n e n a b l e w i r e l e s s c o n n e c t i v i t ya n y t i m e a n d a n y w h e r e .

    REFERENCES[ 1 ] WiMAX F o r u m , A v a i l a b l e o n l i n e : h t t p : / / w w w . w i m a x f o r u m . o r g[ 2 ] I E E E S t a n d a r d f o r L o c a l a n d m e t r o p o l i t a n a r e a n e t w o r k s P a r t 1 6 : A i rI n t e r f a c e f o r F i x e d a n d M o b i l e B r o a d b a n d W i r e l e s s A c c e s s S y s t e m s .[ 3 ] X i l i n x V i r t e x 4 F P G A s , A v a i l a b l e o n l i n e h t t p : / / w w w . xiinx.com/products/silicon_solutions/fpgas/virtex/v i r t e x 4 / i n d e x . h t m .[ 4 ] Z h o u , J . a n d C h e n , J . a n d Z h a o , J . a n d W a n g , J . a n d K a n g , W . , " D e -s i g n o f a H i g h P e r f o r m a n c e R F T r a n s c e i v e r f o r W i M a x B a s e s t a t i o n " ,M i c r o w a v e C o n f e r e n c e P r o c e e d i n g s , 2 0 0 5 . APMC 2 0 0 5 . A s i a - P a c i f i cC o n f e r e n c e P r o c e e d i n g s , v o l . 5 , 2 0 0 5 .[ 5 ] B a l v i n d e r B i s l a , R o g e r E l i n e , a n d L u i z M . F r a n c a - N e t o , " R F S y s t e ma n d C i r c u i t C h a l l e n g e s f o r W i M A X " , I n t e l T e c h n o l o g y J o u r n a l , V o l . 8 ,I s s u e 3 , p p . 1 8 9 - 2 0 0 , 2 0 0 4 .


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