makalah mimo

16
MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT (MIMO) MIMO merupakan kepanjangan dari Multiple Input, Multiple Output. Istilah ini juga dipakai pada bidang kontrol dengan garis besar definisi yang sama. Sesuai kepanjangannya, Sistem ini menggunakan sejumlah M antena pemancar dan sejumlah N antena penerima untuk dapat mentransmisikan sinyal informasi dari beberapa pengirim ke beberapa penerima. Dalam bidang komunikasi wireless/radio, MIMO menggunakan multipel antena pada transmitter (Tx) dan receiver (Rx) untuk meningkatkan kemampuan komunikasi. MIMO merupakan salah satu bentuk dari Smart Antenna (SA) dan merupakan seni dari teknologi. Berikut adalah ilustrasi jenis skema input-output antena pada komunikasi wireless: Berikut adalah ilustrasi sejarah perkembangan skema input- output antena pada komunikasi wireless:

Upload: arham-brahmawan

Post on 26-Jun-2015

1.044 views

Category:

Documents


47 download

TRANSCRIPT

Page 1: makalah MIMO

MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT (MIMO)

MIMO merupakan kepanjangan dari Multiple Input, Multiple Output. Istilah ini juga

dipakai pada bidang kontrol dengan garis besar definisi yang sama. Sesuai kepanjangannya,

Sistem ini menggunakan sejumlah M antena pemancar dan sejumlah N antena penerima untuk

dapat mentransmisikan sinyal informasi dari beberapa pengirim ke beberapa penerima. Dalam

bidang komunikasi wireless/radio, MIMO menggunakan multipel antena pada transmitter (Tx)

dan receiver (Rx) untuk meningkatkan kemampuan komunikasi. MIMO merupakan salah satu

bentuk dari Smart Antenna (SA) dan merupakan seni dari teknologi. Berikut adalah ilustrasi jenis

skema input-output antena pada komunikasi wireless:

Berikut adalah ilustrasi sejarah perkembangan skema input-output antena pada

komunikasi wireless:

Page 2: makalah MIMO

Teknologi MIMO menarik perhatian riset internasional karena secara signifikan mampu

meningkatkan troughput data dan range (jangkauan) komunikasi tanpa bandwidht frekuensi dan

daya pancar tambahan. Peningkatan itu dicapai dengan efisiensi spektral yang lebih tinggi

(bits/detik/Hz) dan reliabilitas link dengan diversitas. Kenaikan diversitas tersebut mengurangi

efek fading kanal.

Pada gambar diatas, terlihat sistem MIMO dengan antenna pengirim dan penerima yang

lebih dari satu. Antena penerima akan menerima sinyal yang dikirimkan oleh antena

pengirim setelah sinyal tersebut dikalikan dengan suatu matriks kanal. Secara umum, dengan

matriks kanal H, sinyal yang diterima olehantena penerima dapat dirumuskan sebagai berikut:

x1 = h11s1 + h12s2 + ….+ h1NsN

x2 = h21s1 + h22s2 + ….+ h2NsN

xN = hN1s1 + hN2s2 + ….+ hNNsN

atau secara umum dapat digabungkan dalam persamaan, yaitu:

menghasilkan model sinyal sederhana sistem MIMO

Page 3: makalah MIMO

dengan untuk semua Nt sinyal digunakan matriks:

matriks H merupakan matriks kanal MIMO yang dibentuk dari estimasi nilai hij

pada kanal transmisi. Matriks ini akan berguna dalam mendapatkan kembali

sinyal informasi pada sisi penerima. Sinyal informasi didapatkan dengan invers matriks H denga sinyal pada sisi penerima (x), seperti terlihat pada persamaan berikut

Prinsip Sistem MIMO

MIMO adalah singkatan dari Multiple Input Multiple Output. Teknologi ini kali pertama

diperkenalkan oleh seorang ahli dari Bell Laboratories pada tahun 1984. Denganeknologi

MIMO, sebuah receiver atau transmitter menggunakan lebih dari satu antena. Tujuannya adalah

untuk menjadikan sinyal pantulan sebagai penguat sinyal utama sehingga tidak saling

menggagalkan. MIMO juga memilki kelemahan, yaitu adanya waktu interval yang menyebabkan

adanya sedikit delay pada antena akan mengirimkan sinyal, meskipun pengiriman sinyalnya

sendiri lebih cepat. Waktu interval ini terjadi karena adanya proses di mana system harus

membagi sinyal mengikuti jumlah antenna yang dimiliki oleh perangkat MIMO yang jumlahnya

lebih dari satu. Model Sistem komunikasi MIMO secara umum dapat dilihat pada gambar di

bawah ini

Page 4: makalah MIMO

Untuk bagian atas pada sistem mimo merupakan kanal sedangkan pada bagian bawah

merupakan bagian signal processing dan coding. Komponen RF berada pada kanal karena

mempengaruhi transfer function end-to-end (TF end-to- end). Dalam sistem ini, data Q

dinyatakan dengan symbol vektor b (n) (n adalah indeks waktu) yang diencode kedalam kode x

(n) yang berupa baseband kompleks diskrit time sebanyak dan data dalam bentuk discrete

kompleks pada sisi pemancar. Bagian Coding mendistribusikan data tersebut (simbol) ke block

pulse shaping. Block ini berfungsi untuk mengkonversi data sample time discrete menjadi sinyal

kontinue dalam bentuk (?x), dimana ? adalah frekuensi, selanjutnya akan disalurkan ke input dari

kanal (pada bagian RF chain dan antena). Kanal ()?H menggabungkan sinyal input untuk

memperoleh elemen output pada sistem penerimavektor sinyal rn()?y. Filter yang sesuai

kemudian memproduksi sample data dalam waktu discrete, dan selanjutnya space atau time

decoder membangkitkan data kembali dalam domain waktu ke sisi penerima, Untuk kanal linier

hubungan antara input dan output kanal sistem mimo ditulis dengan persamaan.

Page 5: makalah MIMO

Teknik MIMO

Sistem MIMO dapat memanfaatkan keberadaan multipath untuk menciptakan

sejumlah kanal ekuivalen yang seolah-olah terpisah satu sama lain, dimana pada kondisi

normal keberadaan multipath justru merugikan karena menimbulkan fading. Dalam

aplikasinya, terdapat dua macam teknik MIMO yang digunakan dalam sistem komunikasi

nirkabel dan bergerak yaitu:

a. Orthogonal Space Time Block Codes

Pada sistem MIMO yang akan disimulasikan diterapkan metode transmisi Orthogonal

Space Time Block Codes yang merupakan salah satu contoh darimetode linear codes.

Skema transmisi orthogonal space time block code merupakan skema transmisi

yang diperkenalkan oleh Alamouti, seperti yang pada persamaan berikut:

Pada saat t, Tx1 memancarkan sinyal S0 dan Tx2 memancarkan sinyal

S1,kemudian saat t+T, Tx1 memancarkan sinyal –S1* dan Tx2 memancarkan sinyalS0*.

Tanda * merupakan operasi konjugat dari persamaan sinyal yang dimaksud.

Dari Gambar d ia tas , terlihat bahwa pada antena Rx1 persamaan sinyal yang

diterima adalah:

y11 = h11.x1 + h12 .x2 + n11

y12 = -h11.x 2 + h12 .x1 + n12

Sedangkan pada antena Rx2 persamaan sinyalnya adalah:

y21 = h21.x1 + h22 .x2 + n21

y22 = -h21.x 2 + h22 .x1 + n22

Secara umum, persamaan-persamaan di atas dapat dinyatakan dengan

Page 6: makalah MIMO

yi1 = hi1.x1 + hi2 .x2 + ni1

yi2 = -hi1.x2 + hi2 .x1 + ni 2

Dimana q=1,..,q

q merupakan jumlah antenna receiver.

b. Spatial Multiplexing

Teknik spatial multiplexing mengirimkan data yang berbeda secara paralel dan

dikodekan secara paralel pula untuk setiap antena trasnmisinya. Tujuan utama

penggunaan teknik ini adalah untuk mencapai kapasitas kanal yang besar, dengan

memecah aliran data berlaju tinggi menjadi sejumlah aliran paralel sesuai dengan

jumlah antena transmitter, masing-masing dengan laju yang lebih rendah dari aliran

aslinya. Aliran-aliran data ini dilewatkan pada matriks khusus yang berfungsi

menggabung-gabungkan sinyal dari semua aliran dengan kombinasi tertentu untuk

ditransmisikan melalui setiap antena. Ini merupakan suatu proses multipleks yang

berlangsung pada dimensi spasial karena setiap kombinasi data paralel ditujukan ke

Page 7: makalah MIMO

salah satu antena transmitter.

Gambar Spatial multiplexing

Spatial multiplexing dapat menambah spectrum efisiensi sehingga dapat menambah

kecepatan transmisi data.

Untuk mengestimasi respon kanal pada sistem ini, diterapkan suatu saluran

umpan balik informasi dari antena receiver ke transmitter. Dengan adanya umpan balik

ini, transmitter dapat mengetahui nilai matriks multipleks yang optimum untuk

mendapatkan kapasitas kanal yang maksimal.

Operasi dekomposisi nilai singular (singular value decomposition atau

SVD) merupakan suatu teknik yang digunakan untuk mendiagonalisasi suatu

matriks dan menentukan nilai eigennya, dimana dalam hal ini, bertujuan untuk

mengestimasi matriks respons kanal. Matriks respon kanal yang dihasilkan adalah

.......................................(1.5)

Dua matriks unitaris U dan V, yang dihasilkan oleh operasi ini adalah

matriks multipleks dan matriks demultipleks yang digunakan oleh transmitter dan

receiver. Konfigurasi sistem tersebut kemudian menjadi ekuivalen dengan sistem

Page 8: makalah MIMO

transmitter-receiver yang terhubung melalui sejumlah saluran paralel sebanyak T dan R,

tergantung mana yang lebih kecil.

Bila T bernilai lebih kecil dari R, maka sistem ini seolah-olah memiliki T

saluran yang terpisah satu sama lain untuk membawa T aliran data yang berbeda,

masing-masing dengan laju rata-rata 1/T dari laju aliran data aslinya, padahal

seluruh sistem multi antena ini bekerja pada frekuensi yang sama. Dapat

disimpulkan telah terjadi penghematan penggunaan bandwidth sebesar 1/T kali, atau

dengan kata lain terjadi peningkatan kapasitas kanal sebesar T kali. Bayangkan

kondisi ekstremnya, dengan sedikitnya 10 antena pada masing-masing sisi transmitter

dan receiver, aliran data sebesar 1 Mbps dapat dikirimkan ke receiver dengan

bandwidth sekitar 100 kHz saja apabila digunakan modulasi dengan efisiensi 1

bps/Hz. Atau dari sudut pandang yang berlawanan, lebar spektrum 100 kHz yang

sebelumnya hanya mampu membawa sinyal 100 kbps, sekarang mampu mengangkut

data berlaju 1 Mbps dengan menggunakan minimal 10 antena pada setiap sisi

Selain itu, untuk mendapatkan kapasitas kanal yang lebih optimal, dapat digunakan

teknik waterfilling dengan laju sub aliran (substream) transmisi yang lebih cepat

melalui kanal dengan SNR yang lebih tinggi.

c. Spatial diversity

Pada teknik ini, setiap antena pengirim pada sistem MIMO mengirimkan data

yang sama secara paralel dengan mengunakan coding yang berbeda. Tujuannya

adalah mendapatkan kualitas sinyal setinggi mungkin dengan memanfaatkan

teknik diversity pada transmitter dan receiver

Gambar : Spatial Diversity

Diversity secara konvensional diaplikasikan dengan pemasangan antena array

pada sisi receiver, dengan harapan bahwa kualitas sinyal yang diterima dapat

Page 9: makalah MIMO

ditingkatkan dari sistem satu antena dalam kondisi kanal fading dengan adanya

multipath. Receive and transmit diversity dapat menanggulangi fading dan secara

signifikan dapat menambah link quality atau dengan kata lain dapat

meningkatkan SNR.

Berikut merupakan blok diagram pada sisi pengirim dan penerima dari Spatial

diversity:

\

Gambar Sisi Pengirim

Gambar Sisi Penerima

Peningkatan kualitas sinyal dapat dilihat berdasarkan nilai parameter penguatan diversity

(diversity gain), yang harganya makin meningkat dengan makin besarnya tingkat diversity

R, yaitu jumlah antena yang digunakan pada receiver. Penggunaan STC (Space Time

Coding) pada sistem MIMO dengan sejumlah T antena transmitter dan R antena

receiver menjanjikan kenaikan tingkat diversity menjadi T×R. Sebagai gambaran, dengan 4

antena pada masing-masing transmitter dan receiver, sistem MIMO dengan STC diharapkan

mampu menyediakan tingkat diversity yang setara dengan metode konvensional

menggunakan 16 antena pada receiver

Page 10: makalah MIMO

SISTEM C-MIMO

Untuk MIMO konvensional atau dikenal sebagai Colocated MIMO(C MIMO) terdapat beberapa

kasus khusus yang terjadi yaitu

a. Kanal C MIMO ideal

Ketika fading tidak berkorelasi pada kedua sisi pemancar dan penerima dan terdapat

sejumlah besar jalur independent antara keduanya ( L→∞), dengan teori central limit

matriks kanal yang mempunyi tipe full rank dan dalam keadaan baik dapat ditulis sebagai

berikut : H=ΦHw

b. Korelasi Fading.

Ketika fading berkorelasi pada kedua sisi yang berkaitan dengan ketidak sesuaian

scattering, jarak antena atau sebaran sudut, tetapi masih dalam keadaan L→∞, kanal

matriks di atas menjadi

SISTEM D-MIMO

Sistem D-MIMO merupakan sistem MIMO terdistribusi dengan M jumlah antena penerima

yang dikelilingi oleh banyaknya K port dengan N jumlah antena pemancar. Dapat ditulis sebagai

D-MIMO (M,N,K). Lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar

Dalam pentransmisian sinyal informasi dari pemancar ke penerima pada sistem D-MIMO

akan mengalami fading. Fading didefinisikan sebagai fenomena fluktuasi acak pada level sinyal

yang diterima, yang disebabkan oleh banyaknya lintasan pada transmisi sinyal.

Page 11: makalah MIMO

Gambar Distributed MIMO (M,N,K)

Fading dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu fading skala besar dan fading skala kecil[4].

Fading skala besar berhubungan dengan rugi-rugi lintasan sinyal sebagai fungsi jarak dan

shadowing yang disebabkan oleh obyek yang besar seperti bangunan dan perbukitan. Ini terjadi

seperti peralatan mobile berpindah melalui jarak pada daerah cakupan. Sejak variasi akibat

shadowing terjadi relatif dalam jarak yang jauh dan fluktuasi level sinyal yang lambat, variasi ini

disebut dengan fading skala besar.

Sedangkan fading skala kecil digunakan untuk menjelaskan perubahan fluktuasi amplitudo

sinyal radio pada periode waktu dan jarak yang pendek.

Hasil dari fading tersebut maka kanal D-MIMO dapat ditulis sebagai berikut :

Hd∼√d−n . 10σ

10.h

dengan :

Hd = kanal D-MIMO

d = jarak pemancar dan penerima

n = pangkat dari jarak

= standar deviasi dari shadowing

h = kanal berdistribusi Rayleigh

Page 12: makalah MIMO

Aplikasi MIMO

1. Evolution Data Only (EvDO)

Evolution Data Only (EvDO) adalah suatu protokol data wireless radio broadband yang

diadopsi oleh banyak provider telepon bergerak CDMA sebagai bagian dari standar CDMA2000.

CDMA 2000 1X EvDO adalah teknologi komunikasi wireless generasi ketiga yang memenuhi standar

IS-856. Chip rate yang digunakan adalah 1.2288 Mbps. EvDO ini dapat menyediakan layanan data

paket yang berkecepatan tinggi dengan memakai secara penuh spektrum carrier 1.25 Mhz

2. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) adalah sebuah tanda

sertifikasi untuk produk-produk yang lulus tes cocok dan sesuai dengan standar IEEE 802.16.

WiMAX merupakan teknologi nirkabel yang menyediakan hubungan jalur lebar dalam jarak

jauh. WiMAX merupakan teknologi broadband yang memiliki kecepatan akses yang tinggi

dan jangkauan yang luas. WiMAX merupakan evolusi dari teknologi BWA sebelumnya

dengan fitur-fitur yang lebih menarik. Disamping kecepatan data yang tinggi mampu

diberikan, WiMAX juga membawa isu open standar. Dalam arti komunikasi perangkat

WiMAX diantara beberapa vendor yang berbeda tetap dapat dilakukan (tidak proprietary).

Dengan kecepatan data yang besar (sampai 70 MBps), WiMAX layak diaplikasikan untuk

‘last mile’ broadband connections, backhaul, dan high speed enterprise.

Yang membedakan WiMAX dengan Wi-Fi adalah standar teknis yang bergabung di

dalamnya. Jika WiFi menggabungkan standar IEEE 802.11 dengan ETSI (European

Telecommunications Standards Intitute) HiperLAN sebagai standar teknis yang cocok untuk

keperluan WLAN, sedangkan WiMAX merupakan penggabungan antara standar IEEE 802.16

dengan standar ETSI HiperMAN.

Page 13: makalah MIMO