pengantar wireless sistem komunikasi.docx
TRANSCRIPT
Pengantar Wireless Sistem Komunikasi
Kemampuan untuk berkomunikasi dengan orang-orang telah mengalami
perkembangan luar biasa sejak Guglielmo Marconi pertama menunjukkan
kemampuan radio untuk menyediakan kontak terus-menerus dengan kapal
berlayar Selat Inggris. Pada tahun 1897, sejak itu komunikasi nirkabel baru
menggunakan metode dan jasa telah antusias diadopsi oleh orang-orang di seluruh
dunia. Terutama selama sepuluh tahun terakhir, industri komunikasi mobile radio
telah berkembang berkali-lipat, didorong oleh perbaikan fabrikasi sirkuit digital
dan RF, skala besar baru integrasi sirkuit, dan teknologi miniaturisasi lain yang
membuat peralatan radio portabel lebih kecil, lebih murah, dan lebih dapat
diandalkan. Digital memilah teknik yang telah memfasilitasi skala besar yang
penyebaran telah terjangkau, jaringan komunikasi radio digunakan dengan mudah.
Kecenderungan ini akan dilanjutkan dengan kecepatan yang lebih besar selama
dekade berikutnya.
1.1. Evolusi Mobile Radio Komunikasi
Sejarah singkat evolusi komunikasi mobile di seluruh dunia berguna
dalam rangka untuk menghargai dampak yang sangat besar bahwa Jasa
Komunikasi radio selular dan Pribadi (PCS) akan terjadi pada kita semua selama
beberapa dekade mendatang. Hal ini juga berguna untuk pendatang baru di bidang
radio selular untuk memahami dampak yang luar biasa bahwa lembaga peraturan
pemerintah dan pesaing layanan memegang dalam evolusi sistem baru nirkabel,
layanan, dan teknologi. Meskipun bukan maksud teks ini untuk berurusan dengan
aspek-aspek tekno-politik radio selular dan komunikasi pribadi, techno-politik
merupakan pendorong fundamental dalam evolusi baru teknologi dan jasa, karena
penggunaan spektrum radio dikendalikan oleh pemerintah, bukan oleh layanan
penyedia, produsen peralatan, pengusaha, atau peneliti. Keterlibatan progresif di
pengembangan teknologi sangat penting bagi pemerintah jika berharap untuk
menjaga negara sendiri kompetitif di bidang yang berubah dengan cepat
komunikasi personal nirkabel.
Komunikasi nirkabel menikmati masa pertumbuhan tercepat dalam
sejarah, karena memungkinkan teknologi yang memungkinkan penyebaran luas.
Secara historis, pertumbuhan di-komunikasi seluler bidang kation telah datang
perlahan-lahan, dan telah digabungkan erat dengan perbaikan teknologi. Itu
kemampuan untuk menyediakan komunikasi nirkabel untuk seluruh penduduk
bahkan tidak dipahami sampai Bell Laboratories mengembangkan konsep seluler
di tahun 1960-an dan 1970-an [Nob62], [Mac79], [You79]. Dengan
perkembangan yang sangat handal, miniatur, solid-state hardware frekuensi radio
pada 1970-an, era komunikasi nirkabel lahir. Pertumbuhan eksponensial baru-baru
ini di seluler radio dan komunikasi pribadi sistem di seluruh dunia adalah
berkaitan secara langsung dengan yang baru teknologi tahun 1970-an, yang
dewasa ini. Pertumbuhan masa depan mobile berbasis konsumen dan sistem
komunikasi portabel akan terikat lebih erat dengan alokasi spektrum radio dan
keputusan regulasi yang mempengaruhi atau mendukung layanan baru atau
diperpanjang, serta konsumen kebutuhan dan kemajuan teknologi di bidang
pemrosesan sinyal, akses, dan jaringan.
Data penetrasi pasar berikut ini menunjukkan bagaimana komunikasi
nirkabel di sektor pelanggan yang telah berkembang dalam popularitas. Gambar
1.1 menggambarkan bagaimana telepon seluler telah merambah kehidupan sehari-
hari dibandingkan dengan penemuan populer lainnya dari abad ke-20. Gambar 1.1
adalah sedikit menyesatkan karena kurva berlabel "telepon seluler" tidak termasuk
ponsel nontelephone, aplikasi radio, seperti paging, radio amatir, pengiriman,
warga band (CB), pelayanan publik, telepon nirkabel, atau sistem radio
microwave terestrial. Bahkan, pada tahun 1990, berlisensi noncellular sistem radio
di AS memiliki lebih dari 12 juta pengguna, lebih dari dua kali AS yang
berpindah pengguna seluler yang populer pada waktu itu [FCC91]. Dengan
pertumbuhan fenomenal dari pelanggan nirkabel pada akhir 1990, dikombinasikan
dengan novel pendekatan bisnis Nextel pembelian mobile radio swasta lisensi
untuk bundling sebagai layanan seluler komersial nasional, jumlah pelanggan saat
ini untuk Layanan Komunikasi Personal seluler dan (PCS) jauh outnumbers
semua noncellular berlisensi pengguna. Gambar 1.1 menunjukkan bahwa 35 tahun
pertama telepon genggam melihat sedikit penetrasi pasar karena biaya tinggi dan
tantangan teknologi yang terlibat, tapi bagaimana, dalam dekade terakhir, wireless
komunikasi telah diterima oleh konsumen pada tingkat yang sebanding dengan
televisi dan video perekam kaset.
Pada 1934, 194 sistem radio polisi kota dan 58 negara kantor polisi telah
mengadopsi modulasi amplitudo (AM) sistem komunikasi bergerak untuk
keselamatan publik di AS itu Diperkirakan 5.000 radio yang dipasang di ponsel
pada pertengahan 1930-an, dan kendaraan pengapian kebisingan adalah masalah
utama bagi para pengguna awal ponsel [Nob62]. Pada tahun 1935, Edwin
Armstrong mendemonstrasikan modulasi frekuensi didemonstrasikan (FM) untuk
pertama kalinya, dan sejak akhir 1930-an, FM telah menjadi teknik modulasi
utama yang digunakan untuk sistem komunikasi seluler di seluruh dunia. Perang
Dunia II mempercepat perbaikan manufaktur dunia dan miniaturisasi kemampuan,
dan kemampuan ini dimasukkan untuk digunakan dalam besar satu arah dan dua
arah radio konsumen dan sistem televisi setelah perang. Jumlah pengguna ponsel
AS naik dari beberapa ribu pada tahun 1940 menjadi 86.000 oleh 1948, 695.000
dengan tahun 1958, dan sekitar 1,4 juta pengguna pada tahun 1962 [Nob62].
Sebagian besar pengguna ponsel di tahun 1960-an yang tidak terhubung ke public
switched telephone network (PSTN), dan dengan demikian tidak dapat langsung
menghubungi nomor telepon dari kendaraan mereka. Dengan ledakan di CB radio
dan nirkabel peralatan seperti pintu garasi
pembuka dan telepon, jumlah pengguna radio mobile dan portabel pada tahun
1995 adalah sekitar 100 juta, atau 37% dari populasi Amerika Serikat. Penelitian
pada tahun 1991 diperkirakan antara 25 dan 40 juta telepon tanpa kabel yang
digunakan di Amerika Serikat [Rap91c], dan jumlah ini diperkirakan akan lebih
dari 100 juta pada akhir 2001. Jumlah pengguna telepon seluler di seluruh dunia
tumbuh dari 25.000 pada tahun 1984 menjadi sekitar 25 juta pada tahun 1993
[Kuc91], [Goo91], [ITU94], dan sejak itu langganan layanan nirkabel berbasis
tion telah mengalami tingkat pertumbuhan pelanggan jauh melebihi dari 50% per
tahun. Seperti ditunjukkan dalam Bab 2, basis pelanggan di seluruh dunia seluler
dan PCS subscribers adalah sekitar 630 juta per akhir 2001, dibandingkan dengan
sekitar 1 miliar saluran telepon kabel. Dalam beberapa tahun pertama abad ke-21,
jelas akan ada sama jumlah pelanggan wireline nirkabel dan konvensional di
seluruh dunia! Pada awalnya abad ke-21, lebih dari 1% dari populasi pelanggan
nirkabel di seluruh dunia sudah abandoned layanan telepon kabel untuk digunakan
di rumah, dan mulai mengandalkan ser selular mereka wakil penyedia akses
telepon. Konsumen diharapkan semakin menggunakan layanan nirkabel sebagai
satu-satunya metode akses telepon mereka di tahun-tahun mendatang.
1.2. Ponsel Telepon radio di AS
Pada tahun 1946, layanan telepon seluler publik pertama diperkenalkan
pada dua puluh lima kota besar Amerika. Setiap sistem yang digunakan tunggal,
pemancar bertenaga tinggi dan menara besar untuk menutupi jarak lebih dari 50
km di pasar tertentu. FM sistem telepon awal push-to-talk pada tahun 1940
digunakan 120 kHz bandwidth RF dalam modus half-duplex (hanya satu orang di
telepon bisa berbicara pada satu waktu), meskipun pidato telepon-kelas yang
sebenarnya hanya menempati 3 kHz dari dasar-pita spektrum. Bandwidth RF
besar digunakan karena kesulitan dalam memproduksi secara massal ketat Filter
RF dan kebisingan rendah, front-end amplifier penerima. Pada tahun 1950, FCC
dua kali lipat jumlah saluran telepon seluler per pasar, tetapi dengan tidak ada
alokasi spektrum baru. Peningkatan teknologi memungkinkan bandwidth saluran
yang akan dipotong setengah sampai 60 kHz. Pada pertengahan 1960-an,
bandwidth FM transmisi suara dipotong sampai 30 kHz. Dengan demikian, hanya
ada empat faktor peningkatan spektrum efisiensi karena kemajuan teknologi dari
Perang Dunia II sampai pertengahan 1960-an. Juga pada tahun 1950 dan 1960,
channel trunking otomatis diperkenalkan dan dilaksanakan di bawah IMTS label
(Peningkatan Mobile Telephone Service). Dengan IMTS, perusahaan telepon
mulai menawarkan full duplex, auto-dial, sistem telepon otomatis trunking
[cal88]. Namun, IMTS cepat menjadi jenuh di pasar utama. Pada tahun 1976,
layanan telepon Bell Mobile untuk pasar New York City (pasar sekitar 10.000.000
orang pada saat itu) hanya dua belas saluran dan bisa melayani hanya 543
membayar pelanggan. Ada daftar tunggu lebih dari 3.700 orang [cal88], dan
layanan miskin karena untuk memanggil blocking dan penggunaan selama
beberapa saluran. IMTS masih digunakan di Amerika Serikat, tetapi sangat
spectral tidak efisien bila dibandingkan dengan sistem selular AS hari ini.
Selama tahun 1950 dan 1960, AT & T Bell Laboratories dan
telekomunikasi lainnya-perusahaan perusahaan-di seluruh dunia mengembangkan
teori dan teknik seluler telepon radio-the Konsep melanggar zona cakupan (pasar)
ke dalam sel kecil, masing-masing menggunakan kembali bagian-bagian dari
spektrum untuk meningkatkan penggunaan spektrum dengan mengorbankan
infrastruktur sistem yang lebih besar [Mac79]. Itu Ide dasar dari alokasi spektrum
radio selular mirip dengan yang digunakan oleh FCC ketika mengalokasikan
stasiun televisi atau radio dengan saluran yang berbeda dalam wilayah negara, dan
kemudian real- menempatkan saluran-saluran yang sama untuk stasiun yang
berbeda di bagian yang sama sekali berbeda dari negara. Saluran hanya digunakan
kembali ketika ada jarak yang cukup antara pemancar untuk mencegah antar
konperensi. Namun, telepon seluler bergantung pada penggunaan kembali saluran
yang sama dalam pasar yang sama atau area layanan. AT & T mengajukan konsep
sistem bergerak seluler ke FCC pada tahun 1968, meskipun Teknologi itu tidak
tersedia untuk menerapkan telepon seluler hingga akhir tahun 1970-an. Pada
tahun 1983, FCC akhirnya dialokasikan 666 saluran duplex (40 MHz spektrum di
band 800 MHz, masing-masing saluran memiliki satu arah bandwidth 30 kHz
dengan total hunian spektrum 60 kHz untuk setiap duplex channel) untuk US
Advanced Mobile Phone System (AMPS) [You79]. Menurut peraturan FCC,
masing-masing kota (disebut pasar) hanya diperbolehkan memiliki dua penyedia
sistem radio selular, sehingga pro-masi duopoli dalam setiap pasar yang akan
menjamin beberapa tingkat persaingan. Seperti dijelaskan dalam Bab 3 dan 11,
saluran radio dibagi sama antara kedua operator. AMPS adalah Sistem pertama
AS selular telepon, dan ditempatkan pada akhir tahun 1983 oleh Ameritech di
Chicago, IL [Bou91]. Pada tahun 1989, FCC diberikan tambahan 166 saluran (10
MHz) US layanan seluler penyedia untuk mengakomodasi pertumbuhan yang
cepat dan permintaan. Gambar 1.2 menggambarkan spectrum
Gambar alokasi spektrum frekuensi untuk 1.2 AS layanan radio seluler. Identik berlabel saluran di dua band membentuk pasangan maju dan mundur saluran yang digunakan untuk komunikasi duplex antara base station dan mobile. Perhatikan bahwa maju dan mundur saluran di masing-masing pasangan adalah dipisahkan oleh 45 MHz.
saat ini dialokasikan untuk AS menggunakan telepon seluler. Sistem radio selular
beroperasi dalam interferensi lingkungan terbatas dan bergantung pada rencana
penggunaan kembali frekuensi bijaksana (yang merupakan fungsi dari Divisi
karakteristik propagasi spesifik pasar) dan frekuensi multiple access (FDMA) ke
memaksimalkan kapasitas. Konsep-konsep ini akan dibahas secara rinci dalam
bab-bab berikutnya dari teks ini.
Pada akhir 1991, pertama US Digital Seluler (USDC) sistem hardware
dipasang di utama Kota di Amerika Serikat. The USDC standar (Asosiasi Industri
Elektronik Standar Interim IS-54 dan kemudian IS-136) memungkinkan operator
seluler untuk mengganti anggun beberapa saluran analog single-user dengan
saluran digital yang mendukung tiga pengguna di sama 30 kHz bandwidth yang
[EIA90]. Didalam cara, operator AS secara bertahap AMPS sebagai pengguna
lebih diterima telepon digital. Sebagai dis-mengumpat dalam Bab 9 dan 11,
peningkatan kapasitas yang ditawarkan oleh USDC adalah tiga kali lipat dari
AMPS, karena modulasi digital (π / 4 diferensial quadrature pergeseran fasa
keying), ucapan coding, dan pembagian waktu multiple access (TDMA) yang
digunakan di tempat FM analog dan FDMA. Mengingat tingkat kemajuan
pemrosesan sinyal digital, pidato coding teknologi akan meningkatkan kapasitas
untuk pengguna enam per channel dalam sama bandwidth yang 30 kHz dalam
beberapa tahun, meskipun Bab 2 menunjukkan bagaimana IS-136 akhirnya akan
digantikan oleh teknologi CDMA wideband.
Sebuah sistem selular berbasis code division multiple access (CDMA)
telah dikembangkan oleh Qualcomm, Inc. dan distandarisasi oleh
Telecommunications Industry Association (TIA) sebagai Interim Standard (IS-
95). Sistem ini mendukung sejumlah variabel pengguna dalam 1,25 MHz lebar
saluran menggunakan spektrum urutan spread langsung. Sedangkan sistem AMPS
analog mengharuskan sinyal minimal 18 dB di atas gangguan co-channel untuk
memberikan kualitas panggilan diterima, Sistem CDMA dapat beroperasi tingkat
gangguan yang jauh lebih besar karena interferensi yang melekat mereka Ence
sifat resistensi. Kemampuan CDMA untuk beroperasi dengan signal-to-noise jauh
lebih kecil ratio (SNR) dibandingkan teknik narrowband FM konvensional
memungkinkan sistem CDMA menggunakan set yang sama frekuensi di setiap
sel, yang menyediakan peningkatan besar dalam kapasitas [Gil91]. Tidak seperti
sistem selular digital lainnya, sistem Qualcomm menggunakan tingkat vocoder
variabel dengan deteksi aktivitas suara yang sangat mengurangi tingkat data yang
dibutuhkan dan juga baterai menguras oleh pemancar seluler.
Pada awal 1990-an, layanan radio baru khusus mobile (SMR)
dikembangkan untuk bersaing dengan operator AS radio selular. Dengan membeli
kelompok-kelompok kecil lisensi sistem radio dari besar jumlah penyedia layanan
radio swasta independen di seluruh negeri, Nextel dan Motorola membentuk SMR
(E-SMR) jaringan diperpanjang di 800 MHz band yang menyediakan kapasitas
dan ser kejahatan yang mirip dengan selular. Menggunakan sistem radio terpadu
Motorola (Mirs), SMR mengintegrasikan suara pengiriman, layanan telepon
seluler, pesan, dan transmisi data kemampuan pada jaringan yang sama [Fil95].
Pada tahun 1995, Motorola diganti Mirs dengan terintegrasi digital ditingkatkan
jaringan (iDEN).
Layanan Komunikasi Personal (PCS) lisensi di pita 1800/1900 MHz yang
lelang-lelang gaimana disebutkan oleh Pemerintah AS untuk penyedia nirkabel
pada awal tahun 1995, dan ini telah melahirkan baru layanan nirkabel yang
melengkapi, serta bersaing dengan, selular dan SMR. Salah satu stipu- satu lations
lisensi PCS adalah bahwa mayoritas wilayah cakupan akan beroperasi sebelum
tahun 2000. Setiap PCS lisensi mampu "membangun-out" setiap pasar dengan
baik sebelum batas waktu ini. Sebanyak lima lisensi PCS dialokasikan untuk
masing-masing kota besar di Amerika Serikat (lihat Bab 11).
1.3. Ponsel Sistem Radio di Seluruh Dunia
Banyak standar radio seluler telah dikembangkan untuk sistem nirkabel di
seluruh dunia, dan lebih standar mungkin muncul. Tabel 1.1 melalui 1.3 daftar
paging yang paling umum, tanpa kabel, selular, dan standar komunikasi pribadi
yang digunakan di Amerika Utara, Eropa, dan Jepang. Itu perbedaan antara jenis
dasar sistem nirkabel yang dijelaskan dalam Bagian 1.5, dan-perjanjian ered
secara rinci dalam Bab 11.
Standar paging paling umum di dunia adalah Penasehat Kode Pos Office
Standard Group (POCSAG) [CCI86], [San82]. POCSAG dikembangkan oleh
Kantor Pos Inggris di 1970-an dan mendukung biner pergeseran frekuensi keying
(FSK) sinyal pada 512 bps, 1200 bps, dan 2400 bps. Sistem paging baru, seperti
FLEX dan Ermes, menyediakan hingga 6400 bps transmisi dengan menggunakan
modulasi 4-tingkat dan saat ini sedang digunakan di seluruh dunia.
The CT2 dan Digital European Cordless Telephone (DECT) standar yang
dikembangkan di Eropa adalah dua standar telepon nirkabel yang paling populer
di seluruh Eropa dan Asia. Itu Sistem CT2 memanfaatkan microcell yang meliputi
jarak kecil, biasanya kurang dari 100 m, menggunakan BTS dengan antena yang
dipasang di lampu jalan atau di sisi bangunan. Sistem CT2 menggunakan baterai
pergeseran frekuensi yang efisien memasukkan bersama dengan 32 kbps adaptif
pulsa diferensial kode modulasi (ADPCM) coder pidato untuk transmisi suara
berkualitas tinggi. Handoffs antara BTS tidak didukung di CT2, seperti yang
dimaksudkan untuk menyediakan akses jarak dekat ke PSTN. Sistem DECT
mengakomodasi transmisi data dan suara untuk kantor dan bisnis pengguna. Di
AS, standar PACS, yang dikembangkan oleh Bellcore dan Motorola,
kemungkinan akan digunakan gedung perkantoran di dalam sebagai sistem
telepon suara dan data nirkabel atau radio local loop. Itu Personal Handyphone
System (PHS) standar mendukung lingkaran aplikasi indoor dan lokal di Jepang.
Konsep local loop dijelaskan pada Bab 10.
Sistem selular pertama di dunia dilaksanakan oleh Nippon Telephone dan
Telegraph Perusahaan (NTT) di Jepang. Sistem, digunakan pada tahun 1979,
menggunakan 600 saluran duplex FM (25 kHz untuk masing-masing arah link)
pada pita 800 MHz. Di Eropa, sistem Nordic Mobile Telephone
1.4. Contoh Sistem Komunikasi Nirkabel
Kebanyakan orang yang akrab dengan sejumlah sistem komunikasi radio
bergerak yang digunakan dalam sehari-hari hidup. Pembuka pintu garasi, remote
controller untuk peralatan hiburan rumah, tele tanpa kabel telepon, genggam
walkie-talkie, pager (juga disebut penerima paging atau "penyeranta"), dan seluler
telepon merupakan contoh dari sistem komunikasi radio bergerak. Namun, biaya,
kompleksitas, kinerja, dan jenis layanan yang ditawarkan oleh masing-masing
sistem mobile sangat berbeda.
Istilah ponsel secara historis telah digunakan untuk mengklasifikasikan
setiap terminal radio yang bisa pindah selama operasi. Baru-baru ini, mobile
istilah digunakan untuk menggambarkan terminal radio yang terpasang ke
platform mobile kecepatan tinggi (misalnya, telepon selular dalam kendaraan
yang bergerak cepat) sedangkan portabel istilah menggambarkan terminal radio
yang dapat tangan-diadakan dan digunakan oleh seseorang dengan kecepatan
berjalan (misalnya, walkie-talkie atau telepon nirkabel di dalam rumah).
Pelanggan Istilah sering digunakan untuk menggambarkan pengguna mobile atau
portabel karena di sebagian besar sistem pendokumentasian komunikasi mobile
tems, setiap pengguna membayar biaya berlangganan untuk menggunakan sistem,
dan perangkat komunikasi masing-masing pengguna disebut unit pelanggan.
Secara umum, kelompok kolektif pengguna dalam sistem nirkabel disebut
pengguna atau ponsel, meskipun banyak pengguna dapat benar-benar
menggunakan terminal portabel. Itu ponsel berkomunikasi dengan BTS tetap yang
terhubung ke sumber listrik komersial dan jaringan backbone tetap. Tabel 1.4
daftar definisi istilah yang digunakan untuk menggambarkan unsur-unsur sistem
komunikasi nirkabel.
Sistem transmisi radio bergerak dapat diklasifikasikan sebagai simplex,
half-duplex atau full-duplex. Dalam sistem simplex, komunikasi adalah mungkin
hanya dalam satu arah. Sistem paging, di mana pesan diterima tetapi tidak diakui,
adalah sistem simpleks. Sistem radio Half-duplex memungkinkan komunikasi dua
arah, tetapi menggunakan saluran radio yang sama untuk kedua transmisi dan
reseptortion. Ini berarti bahwa pada waktu tertentu, pengguna hanya dapat
mengirimkan atau menerima informasi. Kendala seperti "push-to-talk" dan
"membebaskan-to-mendengarkan" adalah fitur mendasar dari sistem setengah-
duplex. Penuh Sistem duplex, di sisi lain, memungkinkan transmisi radio simultan
dan penerimaan antara pelanggan dan base station, dengan menyediakan dua
saluran secara bersamaan tetapi terpisah (frekuensi division duplex, atau FDD)
atau waktu yang berdekatan slot pada satu saluran radio (time division duplex,
atau TDD) untuk komunikasi ke dan dari pengguna.
Base Station Sebuah stasiun tetap dalam sistem radio selular yang