Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 1
Revisi Juli 2003
Modul 5EE 4712 Sistem Komunikasi Bergerak
Propagasi Sinyal Pada KanalFading Komunikasi Bergerak
Oleh :Nachwan Mufti A, ST
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 2
Organisasi
Modul 5 Propagasi Sinyal Pada KanalFading Komunikasi Bergerak
• A. Pendahuluan page 3
• B. Large Scale Fading page 19
• C. Small Scale Fading page 27
• D. Mengatasi Fading page 48
• E. Coverage Availability page 64
• Referensi page 70
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 3
A. Pendahuluan
Pada umumnya, sinyal yang diterima pada titik penerima adalah jumlah darisinyal langsung dan sejumlah sinyal terpantul dari berbagai obyek. Padakomunikasi mobile, refleksi akan disebabkan oleh :
• Permukaan tanah• Bangunan-bangunan• Obyek bergerak berupa kendaraan
Gelombang pantul akan berubah magnitude dan fasanya, tergantung dari koefisien refleksi, lintasannya, dan juga tergantung pada sudutdatangnya. Jadi, antara sinyal langsung dan sinyal pantulan kan berbedadalam hal :
• Amplitudo, tergantung dari magnitude koefisien refleksi• Phasa, yang tergantung pada perubahan fasa refleksi serta
pada perbedaan jarak tempuh antara gelombang langsung dangelombang pantul
Kondisi terburuk terjadi saat gelombang langsung dan gelombang pantulmemiliki magnituda yang sama serta berbeda fasa 180o. Pada kondisi yang demikian, terjadi saling menghilangkan antara gelombang langsung danpantulnya (complete cancellation )
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 4
Perbedaan fasa sebesar 180o terjadi jika terdapat perbedaan jarak tempuhgelombang seperti berikut :
λ−
=∆2
)1n2(d
Sedangkan kondisi terbaik dicapai jika gelombang langsung dan gelombangpantul memiliki fasa yang sama atau kelipatan dari 360o ( In Phase Combination ). Perbedaan jarak tempuh gelombang langsung dan pantul padakondisi ini dinyatakan :
λ=∆ nd dimana :n = 1,2, 3, …dstλ = panjang gelombang
Variasi dari amplituda gelombang dan fasa akan berubah dantergantung dari berbagai keadaan dan disebabkan berbagaifaktor, menjadi penyebab FADING yang akan kita diskusikandalam modul ini.
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 5
Equal level main & reflected path
Lower level reflected path
Rx Level
WidebandChannel
NarrowbandChannel
Frequency
Channel Frequency Response
t
t
t
t
Channel PulseResponse
Direct Wave
Reflected WaveResultant
Sinyal multipath juga akan menyebabkan distorsi sinyal / cacat sinyal. Problem ini secara khusus berkaitan dengan bandwidth sinyal yang digunakan dalam komunikasi mobile, dan juga karena respon pulsa yang berbeda dari sinyal multipath
Distorsi
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 6
– Untuk menentukan desain sinyal yang paling tepat (source danchannel coding, serta modulasi)
– Untuk mengembangkan teknologi-teknologi baru dalampentransmisian dan penerimaan sinyal
– Dalam komunikasi multiuser, skema akses kanal harus dilakukandengan seefisien mungkin.
– Pada sistem seluler, cakupan sinyal diinginkan dihitung denganseakurat mungkin ! karena daya berlebih akan menghasilkaninterferensi yang juga berlebihan.
– Di dalam sistem seluler juga, level terendah yang diijinkan harusditentukan untuk menjaga koneksi komunikasi dari sel ke sel.
Kenapa penting untuk mengerti karakteristik-karakteristikdari kanal wireles ?
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 7
Ideal (AWGN) Channel
• Ideal Channel
• Kanal Ideal meloloskan semua spektrum sinyal tanpa distorsi (dikatakan
BW kanal terberhingga, respon frekuensi ‘flat’ untuk semua frekuensi)
• Pelemahan dan error hanya disebabkan oleh AWGN (Additive White
Gaussian Noise).
• Sinyal terima adalah besaran deterministik dengan menggunakan
statistik-statistik dari AWGN (terdistribusi Gaussian)
Transmitted bit
Ideal channel
AWGN
detection
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 8
Kanal Real
• Kanal Real (Physical Channel) :
• Kanal fisik selalu memiliki bandwidth yang terbatas
• Hanya komponen yang signifikan dari spektrum sinyal yang diloloskan melewati kanal ! terjadi Distorsi
• Bandwidth sinyal harus lebih kecil atau sama dengan bandwidth kanal agar relatif tidak terjadi distorsi ! Pertanyaannyasekarang : Bagaimana membuat BW sinyal lebih kecil dari BW kanal ??
Transmitted bit
Physical Channel
AWGN
detection
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 9
Fundamental klasifikasi propagasi
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 10
Pemodelan Kanal Propagasi �
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 11
Faktor utama yang mempengaruhi pemodelan kanal
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 12
Problem utama ada pada air interface
A. Pendahuluan
Wireless propagation
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 13
Wireless Propagation
Free Space Loss
Diasumsikan terdapat satu sinyal langsung (line of sight path) ! sangatmudah memprediksi dengan free space formula
Reflection
Terdapat sinyal tak langsung datang ke receiver setelah mengalamipantulan terhadap object. Mungkin terdapat banyak pantulan yang berkontribusi terhadap besarnya delay.
Diffraction
Propagasi melewati object yang cukup besar ! seolah-olahmenghasilkan sumber sekunder, seperti puncak bukit dsb.
Scattering
Propagasi melewati object yang kecil dan/atau kasar yang menyebabkan banyak pantulan untuk arah-arah yang berbeda.
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 14
Problems of Wireless Channel
• Jika sejumlah bagian besar spektrum sinyal tidak bisalolos melewati kanal ! Sinyal akan mengalami distorsidisebabkan terbatasnya BW kanal.
• Receiver harus didesain untuk mampu mendeteksi sinyalyang terdistorsi (yang disebabkan kanal wireless + AWGN)
• Distorsi yang terjadi akan semakin parah (disebabkankanal wireless) berkaitan dengan terjadinya propagasilintasan jamak (multipath) ! ISI
• Tanpa teknologi-teknologi yang canggih, detektor tidakakan mampu mendeteksi sinyal yang diterima berhubungsinyal yang diterima dari kanal wireless sangat jelek !
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 15
Efek propagasi multipath pada kanal wireless mobile adalah:" Large scale fading ! Large scale path loss" Small scale propagation
Large scale path loss
" Large attenuation dalam rata-rata
" Daya sinyal terima menurun berbanding terbalik dengan pangkat-γterhadap jarak , dimana umumnya 2 < γ < 5 (untuk komunikasi bergerak). ! γ disebut Mean Pathloss Exponent
" Sebagai dasar untuk metoda prediksi pathloss
Small scale
" Flukstuasi sinyal yang cepat disekitar nilai rata-rata (large scale) - nya
" Doppler spread berhubungan dengan kecepatan fading (fading rate)
" Penyebaran waktu berhubungan dengan perbedaan delay waktukedatangan masing-masing sinyal multipath.
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 16
Fading
Large Scale Fading
Small Scale Fading
" TerdistribusiLognormal
" Terdistribusi Rayleigh / Rician
• Fading didefinisikan sebagaifluktuasi daya di penerima
• Karena perilaku sinyal padakanal multipath adalah acak, maka analisis fading menggunakan analisisprobabilitas stokastik
• Fading terjadi karenainterferensi atau superposisigelombang multipath yang memiliki amplitudo dan fasayang berbeda-beda
A. Pendahuluan
Definisi
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 17
Penggunaan Analisis Propagasi:
• Prediksi Propagasi Large Scale :
– Estimasi cakupan jaringan
– Hand-off antar sel
– Link budget ( dan kalkulasi interferensi)
• Small scale (multipath fading)
– Desain sinyal ! desain signal processing
– Meningkatkan deteksi sinyal (smart receiver), ekualisasi, receive diversity, beamforming
– Desain subsystem radio
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 18
A. Pendahuluan
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 19
B. Large Scale Fading / Shadowing
Kuat sinyal (dB)
Jarak
Large Scale Fadingdisebabkan karena akibatkeberadaan obyek-obyekpemantul serta penghalangpada kanal propagasi sertapengaruh kontur bumi, menghasilkan perubahansinyal dalam hal energi, fasa, serta delay waktu yang bersifatrandom.
Definisi : local mean ( time averaged ) dari variasi sinyal
Sesuai namanya, large scale fading memberikan representasi rata-rata dayasinyal terima dalam suatu daerah yang luas.
Statistik dari large scale fading memberikan cara perhitungan untukestimasi pathloss sebagai fungsi jarak.
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 20
σ−
−
πσ=
2m
2
2
)mm(
m
e2
1)m(p
Dengan, m = normal random variabel kuat sinyal (dBm)
= rata-rata (mean) kuat sinyal (dBm)
σm = standar deviasi
m
Probability Distribution Function (PDF) dari suatu variabelrandom yang terdistribusi lognormal dinyatakan sbb :
B. Large Scale Fading / Shadowing
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 21
Pada gambar di samping, diberikanpemetaan kuat sinyal berdasarkan hasilpengukuran di suatu kota besar. Sehinggatampak bahwa kerapatan bangunanmempengaruhi kuat sinyal.
Dari gambar di samping , tampak bahwakuat sinyal di berbagai bagian kotaberbeda-beda. Hal tersebut disebabkankarena superposisi gelombang di berbagitempat tadi bisa saling menjumlah maupunsaling mengurangi.
Pada gambar di samping, warna yang berbeda menunjukkan distribusi large scale fading pada masing-masing lokasi yang terkait dengan kontur bumi dankerapatan bangunan. Jika MS bergerak, maka penerimaan akan bervariasidengan cepat dan sangat terpengaruh dengan pergerakan MS tersebut, yang distribusi variasi-nya merupakan karakteristik dari small scale fading.
B. Large Scale Fading / Shadowing
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 22
Metoda Pengukuran dgn Regresi
• Pilih beberapa lokasiberjarak d1 dan lakukanpengukuran path loss
• Ulangi unttuk d2 and d3 , dst
• Plot nilai mean pathlosssebagai fungsi jarak
• See next page
Cell site (Tx)
d1 d2
d3
B. Large Scale Fading / Shadowing
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 23
Pengukuran Pathloss
• Range jarak pengukuran optimal umumnya pada sekitar 2 λ karena jikajaraknya terlalu dekat ! mungkin tidak memberikan harga rata-rata (mean value), sedangkan jika range jarak pengukuran terlalu jauh ! mungkin akankeluar dari nilai large scale realnya ( nilai γ mungkin sudah berubah)
• Jumlah sample pengukuran adalah > 36 sample untuk mendapatkan interval tingkat keyakinan 90%
2 wavelength
• Hasil pengukuran sinyal dapat sebagai berikut :
B. Large Scale Fading / Shadowing
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 24
Mendapatkan Mean dan Standar Deviasi
• Pengukuran biasa dilakukan untukbeberapa tipe daerah: Urban, suburban, dan open area
• Catat bahwa pengukuran padaradius konstan dari BTS dapatmenghasilkan pathloss yang berbeda
• Dengan regresi linear kita bisamendapatkan trend mean pathlossdan standar deviasi disekitar nilairata-rata
• Contoh untuk urban : path loss
! Slope = 33.2 dB/decade and
! Std dev. = 7 dBDistance d [km]
Path
loss [d
B]
urban
suburban
open
x x x
x x
x x x
x x
x x
x x
x x
o o o
o o o
o o
o o
o o
o o
o
o o
# #
# #
# #
#
3 4 6
79
85
75
B. Large Scale Fading / Shadowing
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 25
Aplikasi dalam prediksi cakupan
• Contoh misalkan untuk jarak d2 = 4 km (lihat halaman sebelumnya untukdaerah urban)
• Misal path loss pada 4 km adalah 79 dB.
• Pathloss ini didesain untuk suatu nilairata-rata dengan tingkat keyakinan 50 %
• Dengan STDev untuk urban adalah 7 dB,
Maka, untuk mendapatkan tingkatkeyakinan (confidence level) 84 % (1σ) membutuhkan margin 7 dB , danuntuk tingkat keyakinan 97.7 % (2σ) membutuhkan margin 14 dB
Cell site (Tx)
d1 d2d3
Akan dijelaskan lebih lanjutbagian prediksi cakupan !!
B. Large Scale Fading / Shadowing
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 26
Contoh :
Hasil pengukuranpathloss pada kota-kotadi Jerman.
Dari data disampingdidapatkan : mean pathloss eksponen = 2,7 dan σ = 11,8
B. Large Scale Fading / Shadowing
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 27
C. Small Scale Fading
Multipath dalam kanal radio menyebabkan :
• Perubahan yang cepat dari amplituda kuat sinyal• Modulasi frekuensi random berkaitan dengan efek
Doppler pada sinyal multipath yang berbeda-beda• Dispersi waktu (echo) yang disebabkan oleh delay
propagasi multipath
Lingkungan kanal radio mobile ( indoor / outdoor ) seringkali tidakterdapat lintasan gelombang langsung antara Tx dan Rx, sedemikian daya terima adalah superposisi dari banyakkomponen gelombang pantul masing-masing memiliki amplitudodan fasa saling independen
Atau Multipath Fading , atau Short Term Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 28
Faktor-FaktorYang MempengaruhiSmall Scale Fading
• Gerak relatif antara Base Station dengan MS menghasilkanmodulasi frekuensi random berkaitan dengan pergeseranfrekuensi Doppler yang berbeda untuk tiap lintasanmultipath.
• Doppler shift bisa positif dan negatif tergantung dari posisipergerakan MS terhadap RBS
• Jika obyek-obyek bergerak dalam suatu kanal radio, makaakan menghasilkan pergeseran Doppler yang berubahterhadap waktu , yang berbeda untuk tiap komponenmultipath.
• Jika pergerakan benda lebih besar dibandingkan gerakanMS sendiri, maka akan mendominasi small scale fading
Pita frekuensi yang relatif lebih lebar dibandingkanbandwidth kanal multipath, akan mengalami frequency selective fading.
C. Small Scale Fading
Lebar pita transmisi sinyal
Kecepatan Obyek Pemantul
Kecepatan MS
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 29
RBS
v
d
• Variasi sinyal sesaat (small scale variation) sinyal komunikasi bergerak secara langsungberhubungan dengan respon impulse darikanal radionya.
• Respon impulse ini merupakan karakteristikkanal yang memuat informasi sifat-sifatkanal radio.
• Karakteristik kanal perlu diketahui untukmengetahui unjuk kerja sistem komunikasidalam kanal radio
• Kanal radio mobile memiliki sifat Linear Time Varying Channel
h(t)x(t) y(t)
Model Respon Impulse Kanal Multipath
C. Small Scale Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 30
h(d,t)x(t) y(d,t)
• Sinyal yang diterima , merupakan fungsi jarak (d) dan waktu (t)
∫+∞
∞−
ττ−τ=⊗= d)t,d(h)(x)t,d(h)t(x)t,d(y
• Karena d = v.t , sistem kausal h(d,t) = 0 untuk t < 0
∫∞−
ττ−τ=t
d)t,t.v(h)(x)t,t.v(y
• Asumsi v konstan , maka d hanya merupakan fungsi kecepatan (v) danwaktu (t)
∫∞−
ττ−τ=⊗=t
d)t,t.v(h)(x)t,t.v(h)t(x)t(y
C. Small Scale Fading - model respon impulse kanal multipath
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 31
( ) ( )∑ =φ+π=
N
1k k0kr tf2cosate
Sinyal terima dapat dinyatakan sbb :
dimana,f0 = frekuensi carrierN = jumlah lintasan multipathak , φk = amplitudo dan fasa dari
komponen multipath ke-k
( ) ( )∑ =φ+π=
N
1k k0kr tf2cosate
( ) ( ) ( ) ( ) ( )k0k0k0 sintf2sincostf2costf2cos φπ−φπ=φ+πRecall :
Analisis Sinyal MultipathAsumsi : Kendaraan tak bergerak
C. Small Scale Fading � analisis sinyal multipath
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 32
( ) ( ) ( ) ( ) ( )∑∑ ==φπ−φπ=
N
1k kk0N
1k kk0r sinatf2sincosatf2coste
( ) ( ) ( )tf2sinYtf2cosXte 00r π−π=Dengan asumsi :N besar (banyak lintasan) ! Secara teori tak terbatas, secara praktis > 6φk terdistribusi uniform pada (0 sd 2π)ak masing-masing dapat dibandingkan (tidak ada yang cukup dominan)X dan Y terdistribusi secara Identik Gaussian tetapi saling Independen
Maka :
22 YXrEnvelopeSinyal +== Terdistribusi RAYLEIGH !!
Identically Independently Distributed (IID)
X
Yr
C. Small Scale Fading � analisis sinyal multipath
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 33
DISTRIBUSI RAYLEIGH memiliki probability density function (pdf), sbb:
( ) ( )
( )
<
∞≤≤
σ−
σ=0r0
r02
rexp
rrp 2
2
2
Probability Density
Amplitude
Threshold
Dimana, σ = nilai rms dari sinyal terima sebelum deteksi envelopeσ2 menyatakan daya rata-rata waktu deteksi envelope
Kemudian, probabilitas envelope sinyal tidak melebihi suatu nilai R yang ditentukan, dapat diturunkan sbb:
( ) ( )∫
σ−−==≤=
R
02
2
r2
Rexp1drrpRrP)R(P Ini adalah CDF
(Cumulative Distribution Function) !
C. Small Scale Fading � analisis sinyal multipath
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 34
Nilai mean rmean dari distribusi Rayleigh diberikan oleh :
[ ] ( ) σ1.2533=π
σ=== ∫∞
0
mean 2drrprrEr
Sedangkan variansi dari distribusi Rayleigh, σr2 , menyatakan daya ac
envelope sinyal ,
[ ] [ ] ( )
2σ0.4292=
π
−σ=
πσ=
πσ−=−=σ ∫
∞
22
22drrprrErE
2
0
22222
r
Nilai median dapat diselesaikan,
( ) σ1.177=⇒= ∫medianr
0
medianrdrrp2
1
C. Small Scale Fading � analisis sinyal multipath
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 35
Bagaimana DISTRIBUSI RICIAN ?
TX RX
line of sightreflections
( ) ( )∑=
φ+π+π=N
1kk0k0r tf2cosatf2cosCte
Model persamaan sinyal :
Distribusi Rician terjadi kalau adakomponen sinyal yang dominan !Pada model di atas, komponen sinyalyang dominan adalah komponen sinyalLOS (line of sight)
Dimana, C = amplitudo komponen sinyal LOSak , φk = amplitudo dan fasa sinyal multipath ke-k
C. Small Scale Fading � analisis sinyal multipath
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 36
Distribusi RICIAN diberikan oleh persamaan berikut:
( )( ) ( )
( )
<
∞≥≥
σ
σ+
−σ=
0r0
r,0ACr
I.2
Crexp
rrp 202
22
2
I0(•) adalah fungsi Bessel termodifikasi bentuk pertama orde nol
Distribusi Rician sering dideskripsikan dalam Parameter K ( K factor ), dimana:
2
2
2
CK
σ= atau , dalam dB ( )
σ=
2
2
2
Clog10dBK
C. Small Scale Fading � analisis sinyal multipath
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 37
• K = 4 ... 1000 (6 to 30 dB) ! Untuksistem micro-cellular
• K tak berhingga (K!∞), artinya :
! Komponen dominan sangatkuat dibanding komponenlainnya
! PDF Rician berbentukmenuju PDF Gaussian denganσ kecil
• Severe Fading (K = 0): Fading terjadi dengan hebat dan sangat galak
! Itulah Rayleigh Fading
NILAI-NILAI K
C. Small Scale Fading � analisis sinyal multipath
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 38
( ) ( )∑ =φ+π=
N
1k k0kr tf2cosate
Sinyal terima MS diam sudah dinyatakan :
Asumsi : Kendaraan bergerak ! terpengaruh efek Doppler
v
Untuk MS bergerak, f0 ! fk , karena frekuensi yang diterimauntuk masing-masing lintasanberbeda-beda
( ) ( )∑ =φ+π=
N
1k kkkr tf2cosate
dimana,
kk cosv
f θλ
=Rumit tapimenarik !
C. Small Scale Fading � analisis sinyal multipath
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 39
sudut γ
kk cosv
f θλ
=
( ) kkk coscosv
f βα−γλ
=
Untuk penurunan lengkap Doppler spectrum, lihat pada:
Parson, David,”The Mobile Radio Propagation Channel”, PentechPress,1992
C. Small Scale Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 40
C. Small Scale Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 41
Karakterisasi Kanal MultipathDelay Spread Model dan Time Varying Model
• Fokus pada multipath fading, disebabkan 2 hal:– Time spreading sinyal ! Akibat sinyal datang
dengan delay yang berbeda-beda, dianalisis denganDelay Spread Model
– Time varying of channel ! akibat pergerakan, dianalisis dengan Time Varying Model
• Evaluasi/analisis biasa dilakukan dalam– Domain waktu, dan– Domain frekuensi
C. Small Scale Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 42
Frekuensi Waktu
Amplitudo
• Amplitudo sinyalterima tergantungdari lokasi danfrekuensi
• Jika antenabergerak, makalokasi x akanberubah linear terhadap waktu t(x = v t)
Parameters:
• probability of fades
• duration of fades
• bandwidth of fades
C. Small Scale Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 43
Delay Spread Model• Untuk mengetahui karakteristik delay kanal, biasanya dilakukan Channel
sounding (dengan respon impulse)
• Maximum excess delay τ didiskritkan menjadi N kelompok path, tiap path dipisahkan oleh selang waktu ∆τ.
• Model digunakan untuk menganalisa sinyal dengan BW < 1/(2∆τ).
• Total daya terima adalah jumlah semua komponen multipath , jika komponen-komponen itu dapat dipecahkan / diatasi.
• Jika BW sinyal << BW kanal ! multipath dapat diatasi
• Jika BW sinyal >> BW kanal ! multipath tidak dapat diatasi.
• SIRCIM (Simulation of Indoor Radio Channel IMpulse response)
• SMRCIM (Simulation of Mobile Radio Channel IMpulse response.)
Multipath channel
C. Small Scale Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 44
Hasil dari suatu channel sounding dapat dilihat dari gambar berikut :
Dari gambar disamping tampakbahwa sinyal pulsapertamakali datangdengan level dayatertinggi.
Berikutnyakemudian datangsinyal-sinyal lain dengan level dayayang lebih rendah
Power delay profile
C. Small Scale Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 45
Model channel SMRCIM/SIRCIM pada daerah urban, daerahmikrocell, dan propagasi indoor diasumsikan memiliki max excess delay masing-masing 96 us, 5 us, dan 50 ns. Jumlah komponenmultipath dibagi dalam 24 kelompok path yg dapat dianggapsebagai sebuah path yg dapat diresolusikan.
Hitung BW max dari signal impulse yg masih bisa dianalisis ataurepresentatip untuk masing-masing model channel tsb.
Jawab:• Urban ∆τ = 96/24=4 us ! Signal BW <= 1/(2*4 us)=0.125
MHz
• Mikrocell ∆τ = 5/24= !Signal BW <=
• Indoor ∆τ =
C. Small Scale Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 46
∑∑
∑∑
τ
ττ=
τ=τ
kk
kkk
k
2k
kk
2k
)(P
)(P
a
a
• Mean Excess Delay
• RMS Delay Spread
• Maximum Excess Delay Spread
Mean Excess Delay : ! momen pertama dari power delay profile
22 )(τ−τ=στ
RMS Delay Spread :
! akar kuadrat dari momen tengah keduadari power delay profile
! RMS Delay Spread adalah standardeviasi excess delay
! Merupakan rata-rata simpanganterhadap mean excess delay
∑∑
∑∑
τ
ττ=
τ=τ
kk
k
2kk
k
2k
k
2k
2k
2
)(P
)(P
a
a
Parameter dispersiwaktu adalah :
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � parameter dispersi waktu
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 47
Maximum Excess Delay Spread
! delay waktu selama energi multipath jatuhsebesar X dB (biasanya 10 dB) dibawahmaksimum
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � parameter dispersi waktu
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 48
Coherence Bandwidth
• Adalah ukuran statistik suatu range frekuensi pada kanalyang dapat dianggap �flat� atau bandwidth diantara 2 frekuensi yang memiliki potensi kuat dalam korelasiamplitudo.
• Semua kompunen spektrum dalam range bandwidth koherendapat diperhatikan (adapat dianggap) mendapatkan gain danfasa yang linier
• Bandwidth koheren sebaiknya diukur, tetapi bisa didekatidengan persamaan :
atau
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � parameter dispersi waktu
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 49
Contoh :Hitunglah mean excess delay, rms delay spread, dari suatu kanal multipathyang profile multipath-nya diberikan pada gambar berikut. Berikan rekomendasiapakah kanal multipath tersebut cocok untuk AMPS dan GSM tanpamenggunakan equalizer ? Jawab :
Pr(τ)
0 dB
-10 dB
-20 dB
-30 dB
0 1 2 5τ (ms)
∑∑
∑∑
τ
ττ=
τ=τ
kk
kkk
k
2k
kk
2k
)(P
)(P
a
a
Mean excess delay,
s38.4)11.01.001.0(
)0)(01.0()2)(1.0()1)(1.0()5)(1(µ=
++++++
=τ
Momen kedua delay profile,
22222
2 s07.21)11.01.001.0(
)0)(01.0()2)(1.0()1)(1.0()5)(1(µ=
++++++
=τ
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � parameter dispersi waktu
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 50
s37.1)38.4(07.21 2 µ=−=στ
kHz1465
1BC =
σ≈
τ
RMS delay spread,
Coherence bandwidth,
• Untuk AMPS ( BW kanal RF = 30 kHz ), BW kanal RF < BW koheren sehingga tidak memerlukan equalizer
• Untuk GSM ( BW kanal RF = 200 kHz ), BW kanal RF > BW koheren , sehingga memerlukan equalizer
Jadi,
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � parameter dispersi waktu
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 51
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � parameter dispersi waktu
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 52
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � parameter dispersi waktu
Intersymbol Interference (ISI):
• Ketika multipath delay spread lebih besar dari 20% durasisimbol, ISI dapat menjadi problem. Untuk mengatasi ISI �
• Pertama, receiver dipasangi dengan adaptive equalizer
Equalizer ini menguji efek delay multipath pada deretan training bit yang diketahui, selanjutnya menggunakan informasi hasil pengujianini untuk mengatasi efek delay multipath pada deretan bit-bit informasisesungguhnya
• Kedua, menggunakan kode-kode proteksi error (channel coding) untuk mendeteksi dan mengkoreksi error
• Catatan : ISI tidak bisa diatasi dengan memperbesar kuatsinyal !!
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 53
Typical Delay Spreads
Macrocells TRMS < 8 µsec
• GSM (256 kbit/s) uses an equalizer
• IS-54 (48 kbit/s): no equalizer
• In mountanous regions delays of 8 µsec and more
occur
GSM has some problems in Switzerland
Microcells TRMS < 2 µsec
• Low antennas (below tops of buildings)
Picocells TRMS < 50 nsec - 300 nsec
• Indoor: often 50 nsec is assumed
• DECT (1 Mbit/s) works well up to 90 nsec
Outdoors, DECT has problem if range > 200 .. 500 m
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � parameter dispersi waktu
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 54
Time Varying Model
• Variasi kanal (karena gerakan) ! Doppler spread
• Doppler spread fD ! channel coherence time TC .
• Channel coherence time adalah suatu selang waktu dimanakanal diperhatikan (dapat dianggap) tidak berubah terhadapwaktu (time invariant).
• Dalam kata lain: Channel coherence time adalah waktudimana 2 sinyal terima memiliki korelasi amplitudo yang kuat
• Jika periode simbol (reciprocal BW) lebih besar dari coherence time ! artinya kanal akan berubah selama periode simboltersebut ! terjadi fast fading.
C. Small Scale Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 55
Doppler Spread dan Coherence Time
• Doppler shift (pergeseran doppler) adalah pergeseranfrekuensi yang disebabkan pergerakan penerima.
• Doppler shift meningkatkan bandwidth sinyal yang ditransmisikan
Latar belakang : Pergeseran Doppler ( Doppler Shift )
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � Efek doppler
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 56
• Doppler spread , fm , adalah pergeseran doppler maksimum
• Coherence Time, TC :
• Jika kecepatan simbol lebih besar dari 1/TC , maka sinyal tidak mengalami distorsi kanal yang disebabkan pergerakan penerima
maksimum, cos θ = 1
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � Efek doppler
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 57
Example
• Sebuah vehicle melaju pada v = 36 km/jam menerimasinyal multipath pada frekuensi 900 MHz menjauh daripemancar.– Hitung channel coherence time
– Hitung perioda sample untuk mendapatkan sample yang masihberkorelasi tinggi
– Hitung jumlah sample serta berama lama pengukuran sample dalam jarak tempuh 25 m.
– Berapa Doppler spread dari channel tersebut
C. Small Scale Fading � Parameter kanal multipath � Efek doppler
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 58
SMALL SCALEFADING
FLAT FADING
Berdasarkanatas multipathTime DelaySpread
Berdasarkanatas DopplerSpread
FREQUENCYSELECTIVE FADING
FAST FADING
SLOW FADING
# BW sinyal < BW koheren# Delay spread < periode
simbol
# BW sinyal > BW koheren# Delay spread > periode simbol
# Doppler spread >># Coherence time < periode
simbol# Variasi kanal lebih cepat dari
variasi sinyal baseband
# Doppler spread <<# Coherence time > periode
simbol# Variasi kanal lebih lambat dari
variasi sinyal baseband
KlasifikasiSmall Scale Fading
C. Small Scale Fading
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 59
%------------------% fading parameters%------------------
c_light = 3E8; % speed of light (m/s)v = 10; % vehicle's speed (kph)B = 40; % number of bit per slotR = 60; % bit rate (kbps)T = 1/(R*1E3); % symbol duration (s)f = 1.8; % carrier frequency (GHz)fd = (v*1E3/3600)*f*1E9/c_light; % Doppler freq (Hz)
%-----------------------% variable in simulation%-----------------------Tp = 1000; % number of data slotlen = B*Tp; % number of symbol (B symbols/slot)% function y = fading(len, fd, T)
%--------------------------% parameter in Jakes Method%---------------------------
N = 34;N0 = (N/2 - 1)/2;alpha = pi/4;xc = zeros(len,1);xs = zeros(len,1);sc = sqrt(2)*cos(alpha);ss = sqrt(2)*sin(alpha);ts = 0:len-1;ts = ts'.*T + round(rand(1,1)*10000)*T;wd = 2*pi*fd;xc = sc.*cos(wd.*ts);xs = ss.*cos(wd.*ts);for lx =1:N0
wn = wd*cos(2*pi*lx/N);xc = xc + (2*cos(pi*lx/N0)).*cos(wn.*ts);xs = xs + (2*sin(pi*lx/N0)).*cos(wn.*ts);
end;y = (xc + i.*xs)./sqrt(N0+1);%plot fading signalfigure(1);plot(ts*T,abs(y));title('Fading Signals')xlabel('time (sec)')ylabel('amplitude')
Fading Simulator : Jake’s Method
5. Propagasi Sinyal Pada Kanal Fading 60
Referensi-Referensi
[1] Bogi W, Nachwan MA, “Lecture Notes : Transmisi KomunikasiBergerak”, Edisi Pertama, Mobilecomm.Labs-STTTelkom, 1998
[2] Nachwan MA, “Lecture Notes : Transmisi Komunikasi Bergerak”, Edisi Kedua, Mobilecomm.Labs-STTTelkom, 2001-2002
[3] Rappaport, Theodore ,”Wireless Communication”,
[4] Parsons, David, “The Mobile Radio Propagation Channel”, Pentech Press Publishers-London, 1992
[5] Kurniawan, Adit,”Material Kuliah Pasca-Sarjana SistemKomunikasi Seluler “, ITB , 2003
[6] Lee, William CY,” Mobile Communication Engineering”, McGraw-Hill, 1982
[7] Linnartz, Jean-Paul MG,” Wireless Communication CD” ! see on his web