ee 4712 sistem komunikasi bergerak propagasi sinyal ......5. propagasi sinyal pada kanal fading 17...

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


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


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 )


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


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


– 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


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


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


Fundamental klasifikasi propagasi

A. Pendahuluan


Pemodelan Kanal Propagasi �

A. Pendahuluan


Faktor utama yang mempengaruhi pemodelan kanal

A. Pendahuluan


Problem utama ada pada air interface

A. Pendahuluan

Wireless propagation


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


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


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


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


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


A. Pendahuluan


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.


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 :



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.



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



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 :



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



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 !!



Contoh :

Hasil pengukuranpathloss pada kota-kotadi Jerman.

Dari data disampingdidapatkan : mean pathloss eksponen = 2,7 dan σ = 11,8



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


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.


Lebar pita transmisi sinyal

Kecepatan Obyek Pemantul

Kecepatan MS


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



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


( ) ( )∑ =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


( ) ( ) ( ) ( ) ( )∑∑ ==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



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) !



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



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



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



• 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



( ) ( )∑ =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 !



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





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



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



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



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



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 =



∑∑

∑∑

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


Maximum Excess Delay Spread

! delay waktu selama energi multipath jatuhsebesar X dB (biasanya 10 dB) dibawahmaksimum



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



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



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,






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 !!


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



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.



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


• 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



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



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



%------------------% 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


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

ee 4712 sistem komunikasi bergerak propagasi sinyal ......5. propagasi sinyal pada kanal fading 17...

Documents