universitas brawijayasigitkus.lecture.ub.ac.id/files/2013/11/gede-surya-adhi... · web viewtahap...
TRANSCRIPT
MAKALAH KOMUNIKASI BERGERAK
NAMA : Gede Surya Adhi
NIM : 11506030111048
JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BRAWIJAYAMALANG
2013
Mobile Radio Propagation: Small-Scale Fading and Multipath
Small-scale fading, atau simply fading, digunakan untuk menggambarkan fluktuasi yang
cepat dari amplitudo sinyal radio selama periode waktu yang singkat atau jarak perjalanan,
sehingga efek path loss skala besar dapat diabaikan. fading disebabkan oleh interferensi antara
dua atau lebih versi dari sinyal yang sampai pada penerima pada waktu yang sedikit berbeda.
Gelombang ini, disebut gelombang mutipath, menggabungkan di antena penerima untuk
memberikan sinyal hasil yang dapat bervariasi dalam amplitudo dan fase, tergantung pada
pendistribusian intensitas dan waktu relatif propagasi dari gelombang dan bandwidth dari
sinyal yang ditransmisikan.
4.1 Small scale multipath propagation
Multipath di saluran radio menciptakan efek fading skala kecil. Ketiga efek yang paling
penting adalah:
• perubahan yang cepat dalam kekuatan sinyal melalui jarak perjalanan kecil atau interval
waktu
• modulasi frekuensi acak karena berbagai pergeseran Doppler pada berbagai sinyal multipath
• Waktu dispersi (gema) yang disebabkan oleh multipath propagasi penundaan.
Di daerah perkotaan, fading terjadi karena ketinggian dari antena ponsel berada jauh di
bawah ketinggian struktur di sekitarnya, sehingga tidak ada single line of sigh path ke base
station. Bahkan ketika line-of-sight ada, multi-path masih terjadi karena refleksi dari tanah dan
struktur sekitarnya. Gelombang radio yang masuk datang dari arah yang berbeda dengan
berbagai penundaan Propagation. Sinyal yang diterima oleh mobile pada setiap titik dalam
ruang dapat muncul dari sejumlah besar gelombang pesawat yang telah terdistribusi secara
acak oleh amplitudo, fase, dan sudut kedatangan. Komponen-komponen multipath
menggabungkan secara vector pada antena penerima, dan dapat menyebabkan sinyal yang
diterima oleh mobile menjadi terdistorsi atau memudar. Bahkan ketika penerima mobile
seimbang, sinyal yang diterima dapat memudar karena pergerakan benda-benda di sekitarnya
di saluran radio.
Jika objek dalam saluran radiodalam keadaan statis , dan gerak dianggap hanya karena
dari ponsel , maka fading adalah murni fenomena spasial. Variasi spasial sinyal yang dihasilkan
dianggap sebagai variasi sementara oleh penerima ketika bergerak melalui medan multipath .
Karena konstruktif dan efek destruktif gelombang multipath bersifat menjumlahkan pada
berbagai titik dalam ruang, penerima bergerak dengan kecepatan tinggi dapat melewati
beberapa memudar dalam waktu sebentar. Dalam kasus yang lebih serius, penerima dapat
berhenti di lokasi tertentu di mana sinyal yang diterima dalam keadaan deep fading. Meskipun
kendaraan yang lewat atau orang-orang berjalan di sekitar ponsel, sering mengganggu pola
medan sehingga mengurangi kemungkinan sinyal yang diterima tersisa di posisi nol untuk
jangka waktu yang panjang .
4.1.1 Factors Influencing Small-Scale Fading
Multipath propagation
Kehadiran pencerminan objek dan penyebaran dalam saluran menciptakan lingkungan
yang terus berubah dan menghilangkan energi sinyal dalam bentuk amplitudo, fase, dan
waktu. Efek ini menghasilkan beberapa versi dari sinyal yang tiba di antena penerima,
sehubungan dengan satu sama lain dalam waktu dan orientasi spasial. Tahap acak dan
amplitudo dari komponen multipath yang berbeda menyebabkan fluktuasi kekuatan
sinyal, sehingga mendorong terjadinya small-scale fading, distorsi sinyal, atau keduanya.
Multipath propagasi sering memperpanjang waktu yang diperlukan untuk bagian
baseband dari sinyal untuk mencapai penerima yang dapat menyebabkan mencoreng
sinyal karena gangguan intersymbol.
Speed of the mobile
Gerak relatif antara base station dan hasil modulasi frekuensi acak karena pergeseran
Doppler yang berbeda pada masing-masing komponen multipath. Pergeseran Doppler
akan positif atau negatif tergantung pada apakah penerima mobile bergerak menuju
atau menjauh dari base station.
Speed of surrounding objects
Jika objek dalam saluran radio bergerak, mereka menginduksi waktu yang bervariasi
.Doppler shift pada komponen multipath. Jika benda-benda di sekitarnya bergerak
dengan kecepatan lebih besar dari ponsel, maka efek ini mendominasi small-scaled
fading. Jika tidak, gerak benda di sekitarnya dapat diabaikan, dan hanya kecepatan
ponsel yang dipertimbangkan
The transmission bandwidth of the signal
Jika ditransmisikan sinyal bandwidth radio lebih besar daripada "bandwidth" dari
saluran multipath , sinyal yang diterima akan terdistorsi , tetapi kekuatan sinyal yang
diterima tidak akan memudar banyak di daerah tersebut . Seperti yang akan ditampilkan
, bandwidth saluran dapat diukur oleh bandwidth koherensi yang terkait dengan
struktur multipath spesifik saluran . Bandwidth koherensi adalah ukuran dari perbedaan
frekuensi maksimum sinyal yang masih sangat berkorelasi dengan amplitudo . Jika sinyal
yang ditransmisikan memiliki bandwidth yang sempit dibandingkan dengan saluran ,
amplitudo sinyal akan berubah dengan cepat , tetapi sinyal tidak akan terdistorsi dalam
waktu.
4.1.2 Doppler Shift
Pertimbangkan bergerak seluler dengan kecepatan konstan v, sepanjang ruas jalan
memiliki panjang d antara titik X dan Y, sementara itu menerima sinyal dari remote Sumber S,
seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4.1. Perbedaan panjang jalan bepergian dengan
gelombang dari sumber S ke ponsel pada titik-titik X dan Y adalah Δl = d cos θ = v Δt cos θ.
Dimana Δt adalah waktu yang diperlukan untuk ponsel untuk melakukan perjalanan dari X ke Y,
dan θ diasumsikan sama pada titik-titik X dan Y karena sumber dianggap sangat jauh.
Perubahan fasa pada sinyal yang diterima karena perbedaan jalan panjang karena itu adalah :
Persamaan (4.2) berhubungan pergeseran Doppler dengan kecepatan mobile dan sudut
spasial antara arah gerak dari mobile dan arah kedatangan gelombang. Hal ini dapat dilihat dari
persamaan (4.2) bahwa jika mobile bergerak menuju arah datangnya gelombang, pergeseran
Doppler adalah positif (yaitu, frekuensi yang diterima jelas meningkat), dan jika ponsel bergerak
menjauh dari arah kedatangan gelombang, pergeseran Doppler adalah negatif Seperti
ditunjukkan dalam bagian 4.7.1, multipath komponen dari sinyal CW yang datang dari arah
yang berbeda berkontribusi Doppler untuk penyebaran sinyal yang diterima, sehingga
meningkatkan bandwidth sinyal.
4.2 Impulse Response Model of a Multipath Channel
Variasi kecil dari sinyal radio selular dapat langsung berhubungan dengan respon impuls
saluran radio mobile. Respon impuls adalah karakterisasi saluran wideband dan berisi semua
informasi yang diperlukan untuk mensimulasikan atau menganalisis semua jenis radio transmisi
melalui saluran tersebut. Ini berasal dari kenyataan bahwa saluran radio bergerak dapat
dimodelkan sebagai filter linier dengan waktu yang bervariasi respon impulse, dimana variasi
waktu adalah karena gerak receiver di ruang angkasa. Penyaringan sifat saluran tersebut
disebabkan oleh penjumlahan amplitudo dan keterlambatan dari beberapa gelombang tiba di
setiap waktu . Respon impuls adalah karakterisasi yang berguna untuk saluran, karena dapat
digunakan untuk memprediksi dan membandingkan kinerja banyak sistem komunikasi mobile
yang berbeda dan bandwidth transmisi untuk kondisi saluran mobile tertentu
untuk menunjukkan bahwa saluran radio bergerak dapat dimodelkan sebagai filter linier
dengan waktu yang bervariasi respon impulse, pertimbangkan kasus di mana variasi waktu
adalah ketat karena gerak penerima di ruang angkasa. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 4.2
Dalam Gambar 4.2, penerima bergerak di sepanjang trek di beberapa kecepatan
konstan v Untuk posisi d tetap, saluran antara pemancar dan penerima dapat dimodelkan
sebagai waktu sistem invarian linier. Namun, karena berbeda gelombang multipath yang
memiliki keterlambatan propagasi yang bervariasi lebih dari lokasi spasial yang berbeda dari
penerima, respon impuls waktu linear invarian saluran harus menjadi fungsi dari posisi
penerima. Artinya, saluran respon impuls dapat dinyatakan sebagai h (d, t). dengan x (t)
mewakili sinyal yang ditransmisikan, maka sinyal yang diterima y (d, t) pada posisi d dapat
dinyatakan sebagai convolution x (t) dengan h (d, t)
Karena penerima bergerak sepanjang tanah dengan kecepatan konstan v, posisi penerima
dapat dengan dinyatakan sebagai
d= vt
subtitusikan (4.5) dengan (4.4), maka didapat
Karena v adalah konstan, y (vt, t) hanya fungsi dari t. Oleh karena itu, persamaan (4.6)
dapat dinyatakan sebagai
Dari persamaan (4.7) jelas bahwa saluran radio mobile dapat dimodelkan sebagai
saluran linear bervariasi waktu, di mana perubahan channel berhubungan dengan waktu dan
jarak. Karena v dapat diasumsikan konstan selama waktu yang singkat (atau jarak) Interval, kita
misalkan x (t) mewakili ditransmisikan bandpass gelombang, y (t) yang menerima gelombang,
dan h (t, v) respon impuls dari waktu yang bervariasi saluran radio multipath. Respon impuls h
(t, ԏ) sepenuhnya mencirikan channel dan merupakan fungsi dari kedua t dan ԏ. Variabel t
mewakili waktu variasi karena gerakan, sedangkan ԏ merupakan kanal multipath delay untuk
nilai tetap t. Satu mungkin berpikir t sebagai penyesuaian vernier waktu. Itu menerima sinyal y
(t) dapat dinyatakan sebagai konvolusi dari sinyal ditransmisikan x (t) dengan respon impuls
kanal (lihat Gambar 4.3a).
Jika saluran multipath diasumsikan saluran bandpass terbatas, yang wajar maka h (t, ԏ) dapat
dijelaskan oleh kompleks baseband respon impuls hb (t, ԏ) dengan input dan output menjadi
representasi amplop kompleks sinyal yang ditransmisikan dan diterima, masing-masing (lihat
Gambar 43b). Artinya,
Karena sinyal yang diterima di saluran multipath terdiri dari rangkaian yang dilemahkan,
kali delay, fase bergeser replika dari sinyal yang ditransmisikan, respon impulse baseband
saluran multipath dapat dinyatakan sebagai
Gambar 4.4 menggambarkan contoh snapshot berbeda hb (t, ԏ), dimana t bervariasi ke
halaman, dan penundaan sampah waktu dikuantisasi untuk bandwidth Δԏ.
Jika respon impuls kanal diasumsikan waktu invariant, atau setidaknya luas stasioner
selama waktu yang skala kecil atau interval jarak, maka respon impuls kanal dapat
disederhanakan sebagai
Ketika mengukur atau memprediksi hb (ԏ), pulsa p menyelidik (t) yang menggambarkan
fungsi delta digunakan pada pemancar. Yaitu
4.2.1 Relationship Between Bandwidth and Received Power
Dalam sistem komunikasi nirkabel yang sebenarnya, respon impuls jalur multi-channel
diukur di lapangan menggunakan teknik saluran terdengar . Kami sekarang mempertimbangkan
dua saluran terdengar di kasus-kasus ekstrim sebagai sarana menunjukkan bagaimana
memudarnya skala kecil berperilaku cukup berbeda untuk dua sinyal dengan bandwidth yang
berbeda dalam saluran multipath identik. Berdasarkan pulsa sinyal, RF ditransmisikan dalam
bentuk
dimana p (t) adalah baseband berulang kereta pulsa dengan lebar pulsa yang sangat
sempit Tb, dan periode pengulangan TREP yang jauh lebih besar dari maksimum kelebihan
penundaan ԏmax dalam saluran. sekarang menjadi
dan biarkan p (t) menjadi nol di tempat lain untuk semua penundaan selisih lebih. Low
pass kanal output r (t) akan dekat mendekati respon impuls hb (t) dan diberikan oleh
Untuk menentukan daya yang diterima pada suatu waktu untuk, power lr (t0)l 2
diukur. Jumlah power lr (t0)l 2 disebut sesaat multipath daya profil keterlambatan saluran, dan
sama dengan energi yang diterima selama durasi waktu penundaan multipath dibagi dengan
ԏmax . Artinya, dengan menggunakan persamaan (4.16)
Sekarang, bukan pulsa, pertimbangkan sinyal CW yang ditransmisikan ke saluran yang
sama persis, dan membiarkan amplop kompleks diberikan oleh c (t) = 2. Kemudian, amplop
kompleks sesaat dari sinyal yang diterima diberikan oleh fasor jumlah
karena r (t) adalah jumlah fasor dari multipath individu komponen, fase sesaat dari
komponen multipath menyebabkan fluktuasi besar yang menggambarkan memudar skala kecil
untuk sinyal CW. rata-rata daya yang diterima di daerah setempat kemudian diberikan oleh
Dengan demikian terlihat bahwa menerima lokal ensemble kekuatan rata-rata
wideband dan sinyal narrowband yang setara. Ketika sinyal yang ditransmisikan memiliki
bandwidth yang jauh lebih besar daripada bandwidth saluran, maka multipath struktur
sepenuhnya diselesaikan oleh sinyal yang diterima setiap saat, dan daya yang diterima
bervariasi sangat kecil karena multipath amplitudo individu melakukan tidak berubah dengan
cepat di wilayah setempat.
4.3 Small-Scale Multipath Measurements
Karena pentingnya struktur multipath dalam menentukan efek fading skala kecil,
sejumlah saluran wideband teknik terdengar telah dikembangkan. Teknik-teknik ini dapat
diklasifikasikan sebagai pulsa langsung mea-surements, spread spectrum geser pengukuran
correlator, dan menyapu pengukuran frekuensi.
4.3.1 Direct RF Pulse System
Sebuah saluran sederhana terdengar pendekatan sistem pulsa RE langsung (lihat
Gambar 4.6). Teknik ini memungkinkan para insinyur untuk menentukan cepat keterlambatan
listrik profil setiap saluran, seperti yang ditunjukkan oleh Rappaport dan Seidel [R.ap89],
[Rap9O]
Jika osiloskop diatur pada rata-rata modus, maka sistem ini dapat memberikan daya rata-rata
profil penundaan lokal. Lain Aspek yang menarik dari sistem ini adalah kurangnya kompleksitas,
karena off-the-shelf peralatan dapat digunakan
Masalah utama dengan sistem ini adalah bahwa hal itu terganggu dan kebisingan,
karena filter passband lebar diperlukan untuk resolusi waktu multi-path. Juga, sistem pulsa
bergantung pada kemampuan untuk memicu osiloskop pada sinyal tiba pertama. Jika sinyal
yang tiba pertama diblokir atau memudar, memudar parah terjadi, dan mungkin sistem
mungkin tidak memicu den-gan benar. Kerugian lain adalah bahwa fase komponen multipath
individu tidak diterima, karena penggunaan detektor amplop. Namun, penggunaan detektor
koheren memungkinkan pengukuran fase multipath menggunakan teknologi-nique.
4.3.2 Spread Spectrum Sliding Correlator Channel Sounding
Diagram blok dasar dari spread spectrum sistem saluran terdengar adalah ditunjukkan
pada Gambar 4.7. Keuntungan dari sistem spread spectrum adalah bahwa, sementara sinyal
menyelidik mungkin wideband, adalah mungkin untuk mendeteksi sinyal yang ditransmisikan
menggunakan penerima narrowband didahului oleh wideband mixer, sehingga meningkatkan
jangkauan dinamis dari sistem dibandingkan dengan sistem pulsa RF langsung.
Dalam spread spectrum saluran sounder, sinyal pembawa "menyebar" atas bandwidth yang
besar dengan mencampurnya dengan pseudo-noise (PN) urutan biner memiliki durasi Tc chip
dan chip Tc rate sama dengan 1/ Tc Hz. Spektrum daya amplop yang ditransmisikan sinyal spread
spectrum diberikan oleh [Dix84].
Sinyal spread spectrum ini kemudian diterima, disaring, dan despread menggunakan PN
generator urutan identik dengan yang digunakan pada pemancar. Meskipun dua urutan PN
adalah identik, jam Chip pemancar dijalankan pada sedikit tingkat yang lebih cepat daripada
chip jam penerima. Pencampuran urutan chip dalam mode ini menerapkan correlator geser.
Dengan cara ini, filter narrowband yang mengikuti correlator dapat menolak hampir semua
dari kekuatan sinyal yang masuk. Ini adalah bagaimana processing gain diwujudkan dalam
spread penerima spektrum dan bagaimana dapat menolak gangguan passband, tidak seperti
langsung RF pulsa sistem terdengar.
Ketika sinyal yang masuk berkorelasi dengan urutan penerima, sinyal runtuh kembali ke
bandwidth asli (yaitu, "despread"), amplop terdeteksi, dan ditampilkan pada sebuah osiloskop.
Sejak multipaths masuk yang berbeda akan mengalami keterlambatan waktu yang berbeda,
mereka maksimal akan berkorelasi dengan penerima PN urutan pada waktu yang berbeda.
Energi ini jalur individu akan melewati melalui correlator tergantung pada waktu penundaan.
Oleh karena itu, setelah amplop deteksi, respon impuls kanal convolved dengan bentuk pulsa
dari sebuah chip dosa-gle ditampilkan pada osiloskop.
Resolusi waktu (Δԏ) dari komponen multipath menggunakan penyebaran sistem spektrum
korelasi geser
Dengan kata lain, sistem dapat menyelesaikan dua komponen multipath selama karena
mereka sama dengan dr lebih besar dari Tc detik terpisah. Pada kenyataannya, multipath
komponen dengan waktu interarrival lebih kecil dari Tc, dapat diatasi sejak NNS lebar pulsa
lebih kecil dari lebar mutlak korelasi segitiga pulsa, dan di urutan Tc
Proses korelasi geser memberikan pengukuran waktu yang setara yang diperbarui setiap kali
dua urutan yang maksimal berkorelasi. Waktu antara korelasi maksimal (Tc) dapat dihitung dari
persamaan (4.30)
Pengukuran waktu yang setara mengacu pada waktu relatif multipath komponen seperti
yang ditampilkan pada osiloskop. Skala waktu diamati pada osiloskop menggunakan correlator
geser berhubungan dengan propagasi yang sebenarnya skala waktu.
Efek ini disebabkan oleh tingkat relatif informasi mentransfer di geser correlator.
Sebagai contoh, persamaan (4.30) adalah waktu yang diamati diukur osiloskop dan bukan
waktu propagasi sebenarnya. Efek ini, yang dikenal sebagai dilatasi waktu, terjadi dalam sistem
correlator geser karena penundaan propagasi benar-benar memperluas dalam waktu oleh
correlator geser.
Ada beberapa keuntungan untuk spread spectrum sistem saluran terdengar. Salah satu
karakteristik modulasi spread spectrum kunci adalah kemampuan untuk menolak passband
kebisingan, sehingga meningkatkan jangkauan cakupan untuk pemancar yang diberikan
kekuasaan. Pemancar dan penerima PN sinkronisasi urutan dihilangkan oleh correlator geser.
Sensitivitas dapat disesuaikan dengan mengubah faktor geser dan bandwidth penyaring pasca-
correlator. Juga, kekuatan pemancar yang dibutuhkan dapat jauh lebih rendah dibandingkan
sistem pulsa langsung karena melekat "pengolahan gain" sistem spread spectrum.
Kelemahan dari sistem spread spectrum, dibandingkan dengan langsung sistem pulsa, adalah
bahwa pengukuran tidak dilakukan secara real time, tetapi mereka dikompilasi sebagai kode PN
geser melewati satu sama lain. Tergantung pada parameter sistem dan tujuan pengukuran,
waktu yang dibutuhkan untuk membuat pengukuran profil penundaan listrik mungkin
berlebihan. Kelemahan lain dari sistem yang dijelaskan di sini adalah bahwa detektor
noncoherent digunakan, sehingga fase komponen multipath individu tidak dapat diukur.
Bahkan jika deteksi koheren digunakan, waktu sapuan sinyal spread spectrum menginduksi
menunda sedemikian rupa sehingga fase individual komponen multipath dengan penundaan
waktu yang berbeda akan diukur pada waktu secara substansial berbeda, di mana saluran
mungkin berubah.
4.3.3 Frequency Domain Channel Sounding
Karena hubungan ganda antara domain waktu dan frekuensi teknik domain, adalah
mungkin untuk mengukur respon impuls saluran dalam domain frekuensi. Gambar 4.8
menunjukkan domain frekuensi saluran sounder yang digunakan untuk mengukur respon
impuls saluran. Sebuah network analyzer vektor mengendalikan disintesis frekuensi penyapu,
dan set tes S-parameter yang digunakan untuk memantau respon frekuensi saluran. Penyapu
memindai frekuensi tertentu band (berpusat pada operator) dengan melangkah melalui
frekuensi diskrit. Itu jumlah dan jarak dari langkah-langkah frekuensi berdampak resolusi waktu
pengukuran respon impuls. Untuk setiap langkah frekuensi, uji S-parameter set
mentransmisikan tingkat sinyal diketahui pada port 1 dan memonitor sinyal yang diterima
tingkat di pelabuhan 2.
Untuk waktu yang bervariasi saluran, frekuensi respon kanal dapat berubah dengan
cepat, memberikan dorongan yang keliru Pengukuran respon. Untuk mengurangi efek ini,
menyapu kali cepat diperlukan untuk menjaga jumlah menyapu frekuensi respon pengukuran
selang sesingkat mungkin. Waktu menyapu lebih cepat dapat dicapai dengan mengurangi
jumlah langkah frekuensi, tapi ini pengorbanan resolusi waktu dan kelebihan berbagai
keterlambatan dalam domain waktu
4.4 Parameters of Mobile Multipath Channels
Banyak parameter kanal multipath berasal dari penundaan daya pro-berkas, yang
diberikan oleh persamaan (4.18). Profil penundaan listrik diukur dengan menggunakan teknik-
teknik yang dibahas dalam Bagian 4.4 dan umumnya diwakili sebagai plot relatif menerima
kuasa sebagai fungsi kelebihan penundaan sehubungan dengan waktu tunda tetap referensi.
Profil keterlambatan listrik ditemukan oleh rata-rata seketika kekuasaan menunda pengukuran
profil di wilayah setempat untuk menentukan rata-rata skala kecil daya profil penundaan.
Tergantung pada resolusi waktu menyelidik pulsa dan jenis saluran multipath dipelajari, peneliti
sering memilih untuk sampel pada pemisahan spasial seperempat dari panjang gelombang dan
lebih receiver gerakan tidak lebih besar dari 6 m di saluran terbuka dan tidak lebih besar dari 2
di dalam saluran indoor di kisaran 450 MHz - 6 GHz.
4.4.1 Time Dispersion Parameters
Dalam rangka untuk membandingkan saluran multipath yang berbeda dan untuk
mengembangkan beberapa pedoman desain gen-eral untuk sistem nirkabel, parameter yang
terlalu mengukur saluran multipath digunakan. Rata-rata kelebihan delay, delay rms menyebar,
dan delay kelebihan spread (X dB) adalah parameter kanal multipath yang dapat menghalangi-
ditambang dari kekuatan profil penundaan. Sifat dispersif waktu pita lebar saluran multipath
yang paling sering diukur oleh kelebihan keterlambatan rata-rata mereka (ԏ dan delay spread
rms (σr). Rata-rata kelebihan penundaan adalah saat pertama daya dela)? profil dan
didefinisikan sebagai
Penting untuk dicatat bahwa rms delay spread dan kelebihan mean delay adalah
didefinisikan dari satu kekuatan profil penundaan yang merupakan rata-rata sementara atau
spasial pengukuran respon impuls berturut-turut dikumpulkan dan rata-rata lebih daerah
setempat. biasanya, banyak pengukuran dilakukan di banyak daerah setempat untuk
menentukan berbagai statistik dari parameter kanal multipath untuk sistem komunikasi mobile
di wilayah skala besar.
Kelebihan delay maksimum (X dB) dari profil keterlambatan listrik didefinisikan sebagai
penundaan waktu selama multipath energi jatuh ke X dB di bawah maksimum
Dengan kata lain, kelebihan delay maksimum didefinisikan sebagai ԏx-ԏo, di mana ԏo
adalah sinyal yang tiba pertama dan ԏx adalah keterlambatan maksimum di mana sebuah
multipath komponen dalam X dB dari sinyal multipath terkuat tiba (yang tidak belum tentu tiba
di ԏ0). Gambar 4.10 mengilustrasikan perhitungan kelebihan keterlambatan max-Imum untuk
komponen multipath dalam 10 dB maksimal.
Itu kelebihan delay maksimum (X dB) mendefinisikan batas temporal multipath yang di
atas ambang tertentu. Nilai ԏx kadang-kadang disebut kelebihan menunda penyebaran
kekuatan profil keterlambatan, tetapi dalam semua kasus harus ditentukan dengan ambang
batas yang berhubungan lantai kebisingan multipath maksimal menerima komponen multipath.
Perlu dicatat bahwa daya penundaan proffle dan respon frekuensi magnitude (respon spektral)
dari saluran radio bergerak terkait melalui Transformasi Fourier. Oleh karena itu mungkin
untuk mendapatkan setara deskripsi saluran dalam domain frekuensi menggunakan respon
frekuensi karakteristik. Analog dengan parameter delay spread dalam domain waktu,
bandwidth yang koherensi digunakan untuk mengkarakterisasi saluran dalam frekuensi domain.
The rms delay spread dan bandwidth koherensi berbanding terbalik satu sama lain, meskipun
hubungan mereka dengan tepat adalah fungsi yang tepat Struktur multipath.
4.4.2 Coherence Bandwidth
Sementara penundaan penyebaran adalah fenomena alam yang disebabkan oleh
tercermin dan jalur propagasi tersebar di saluran radio, bandwidth koherensi, Bc adalah relasi
didefinisikan berasal dari rms delay spread. Bandwidth yang Koherensi adalah ukuran statistik
dari berbagai frekuensi di mana saluran bisa dianggap "flat" (yaitu, saluran yang melewati
semua komponen spektral dengan keuntungan kira-kira sama dan fase linier); Dengan kata lain,
koherensi bandwidth adalah rentang frekuensi di mana dua komponen frekuensi memiliki
potensi kuat untuk korelasi amplitudo. Dua sinusoid dengan frekuensi memisahkan-tion lebih
besar dari Bc dipengaruhi cukup berbeda oleh saluran. Jika bandwidth koherensi didefinisikan
sebagai bandwidth di mana korelasi frekuensi Fungsi di atas 0,9, maka bandwidth koherensi
adalah sekitar
Jika definisi santai sehingga fungsi korelasi frekuensi di atas 0,5. maka bandwidth koherensi
adalah sekitar
Penting untuk dicatat bahwa hubungan yang tepat antara koherensi bandwidth dan
delay NNS spread tidak ada, dan persamaan (4,38) dan (4,39) adalah "bola taman
memperkirakan". Secara umum, teknik analisis spektral dan simulasi diperlukan untuk
menentukan dampak yang tepat waktu bervariasi multipath memiliki pada sinyal yang
ditransmisikan tertentu. Untuk alasan ini, model kanal multipath akurat harus digunakan dalam
desain modem khusus untuk aplikasi nirkabel.
4.4.3 Doppler Spread and Coherence Time
Delay spread dan bandwidth koherensi adalah parameter yang menggambarkan Waktu
sebar sifat saluran di daerah setempat. Namun, mereka tidak menawarkan informasi tentang
berbagai sifat waktu dari saluran yang disebabkan oleh gerakan relatif antara stasiun bergerak
dan basis, atau dengan gerakan benda-benda di saluran. Doppler spread dan waktu koherensi
adalah parameter yang menggambarkan waktu yang berbeda-beda sifat saluran di wilayah
skala kecil Doppler spread BD adalah ukuran memperluas spektrum disebabkan oleh
laju perubahan dari saluran radio mobile dan didefinisikan sebagai kisaran fre-quencies dimana
spektrum Doppler yang diterima pada dasarnya adalah nol.
Ketika nada sinusoidal murni frekuensi fc ditransmisikan, sinyal yang diterima spektrum,
disebut spektrum Doppler, akan memiliki komponen dalam kisaran fc-fd ke fc + fd mana fd
adalah pergeseran Doppler. Jumlah memperluas spektrum tergantung pada fd yang merupakan
fungsi dari kecepatan relatif mobile, dan sudut 9 antara arah gerak dari mobile dan arah
kedatangan gelombang tersebar. Jika bandwidth sinyal baseband jauh lebih besar dari BD, efek
Doppler spread dapat diabaikan pada penerima.
Koherensi waktu T, adalah waktu domain ganda Doppler spread dan digunakan untuk
pengkarakterisasi berbagai sifat waktu dispersiveness frekuensi channel dalam domain waktu.
Doppler spread dan waktu koherensi adalah berbanding terbalik dengan satu sama lain.
Artinya,
Koherensi tine sebenarnya ukuran statistik dari durasi waktu selama yang respon impuls
kanal pada dasarnya invarian, dan mengkuantifikasi kesamaan respon kanal pada waktu yang
berbeda. Dengan kata lain, koherensi Waktu adalah durasi waktu di mana dua sinyal yang
diterima memiliki potensi kuat untuk korelasi amplitudo. Jika bandwidth timbal balik dari sinyal
baseband lebih besar dari waktu koherensi saluran, maka saluran akan berubah selama
transmisi pesan baseband, sehingga menyebabkan distorsi pada penerima. Jika waktu
koherensi didefinisikan sebagai waktu yang lebih dari waktu fungsi korelasi di atas 0,5, maka
waktu koherensi adalah sekitar
Dimana fm adalah pergeseran Doppler maksimum yang diberikan oleh fm = v / λ. Dalam
prakteknya, (4.40.a) menunjukkan durasi waktu selama sinyal Rayleigh fading dapat
berfluktuasi liar, dan (4.40.b) terlalu membatasi. Aturan populer praktis untuk modem
komunikasi digital adalah untuk menentukan waktu koherensi sebagai mean geometrik
persamaan (4.40.a) dan (4.40.b). Artinya,
Definisi waktu koherensi menyiratkan bahwa dua sinyal tiba dengan waktu pemisahan
lebih besar dari Tc dipengaruhi secara berbeda oleh saluran. Misalnya, untuk kendaraan
bepergian 60 mph menggunakan pembawa 900 MHz, seorang konservatif nilai Tc dapat
ditampilkan menjadi 2,22 ms dari (4.40.b). Jika transmisi digital Sistem yang digunakan, maka
selama simbol rate lebih besar dari I / Tc = 454 bps, saluran tidak akan menyebabkan distorsi
karena gerak (bagaimanapun distorsi bisa Hasil dari multipath waktu delay spread, tergantung
pada impuls saluran respon). Menggunakan rumus praktis (4.40.c), Tc = 6.77 ms dan simbol
Tingkat harus melebihi 150 bit / s untuk menghindari distorsi karena dispersi frekuensi.
4.5 Types of Small-Scale Fading
Bagian 4.3 menunjukkan bahwa jenis memudar dialami oleh sinyal menyebarkan
melalui saluran radio bergerak tergantung pada sifat dari sinyal yang ditransmisikan
sehubungan dengan karakteristik saluran. tergantung pada hubungan antara parameter sinyal
(seperti bandwidth, periode simbol, dll) dan parameter saluran (seperti keterlambatan rms
menyebar dan Doppler spread), sinyal yang ditransmisikan berbeda akan menjalani berbagai
jenis memudar. Waktu dis-persion dan mekanisme dispersi frekuensi saluran radio bergerak
menyebabkan empat efek yang berbeda mungkin, yang diwujudkan tergantung pada sifat sinyal
yang dikirimkan, saluran, dan kecepatan. Sementara multipath delay penyebaran mengarah ke
waktu dispersi dan frekuensi selektif fading, Doppler menyebar menyebabkan dispersi frekuensi
dan waktu memudar selektif. Kedua propagasi mekanisme yang independen satu sama lain.
Gambar 4.11 menunjukkan sebuah pohon dari empat berbagai jenis memudar.
4.5.1 Fading Effects Due to Multipath lime Delay Spread
Waktu dispersi karena multipath menyebabkan sinyal yang ditransmisikan untuk
menjalani datar atau frekuensi selektif fading.
4.5.1.1Flat fading
Jika saluran radio mobile memiliki gain konstan dan respon fase linier selama bandwidth
yang lebih besar daripada bandwidth dari sinyal yang ditransmisikan, maka sinyal yang diterima
akan menjalani flat fading. Jenis memudar secara historis jenis yang paling umum dari
memudar dijelaskan dalam literatur teknis. di flat memudar, struktur multipath saluran
sedemikian rupa bahwa karakteristik spektral dari sinyal yang ditransmisikan yang diawetkan
pada penerima. Namun kekuatan perubahan sinyal yang diterima dengan waktu, karena
fluktuasi gain dari saluran yang disebabkan oleh multipath. Karakteristik dari kanal flat fading
diilustrasikan pada Gambar 4.12
Hal ini dapat dilihat dari Gambar 4.12 bahwa jika perubahan saluran keuntungan dari
waktu ke waktu, perubahan amplitudo terjadi pada sinyal yang diterima. Seiring waktu,
menerima signal r (t) bervariasi dalam keuntungan, tetapi spektrum transmisi yang diawetkan.
Dalam kanal flat fading, bandwidth timbal balik dari sinyal yang ditransmisikan jauh lebih besar
dari keterlambatan multipath waktu penyebaran saluran, dan hb (t, ԏ) dapat didekati sebagai
tidak memiliki kelebihan delay (yaitu, fungsi delta tunggal dengan ԏ = 0). Saluran memudar
datar juga dikenal sebagai saluran uarying amplitudo dan kadang-kadang disebut sebagai
saluran narrowband, karena bandwidth dari diterapkan sinyal sempit dibandingkan dengan
bandwidth saluran flat fading. Khas datar kanal fading menyebabkan memudar dalam, sehingga
mungkin memerlukan 20 atau 30 dB lebih pemancar kekuatan untuk mencapai tingkat
kesalahan bit rendah selama masa memudar jika dibandingkan dengan sistem operasi melalui
saluran nonfading. Pembagian keuntungan sesaat saluran flat fading penting untuk merancang
link radio, dan distribusi amplitudo yang paling umum adalah distribusi Rayleigh. Itu Rayleigh
datar model kanal fading mengasumsikan bahwa saluran menginduksi amplitudo yang
bervariasi dalam waktu sesuai dengan distribusi Rayleigh. Untuk meringkas, sinyal mengalami
flat fading jika :
Dimana Ts adalah bandwidth timbal balik (misalnya, periode simbol) dan Bs adalah
bandwidth, masing-masing, dari modulasi ditransmisikan, dan σr dan Bc adalah rms waktu
delay dan bandwidth koherensi, masing-masing, saluran.
4.5.1.2 Frequency Selective Fading
Jika saluran memiliki gain konstan dan respon fase linier atas bandwith yang lebih kecil
dari bandwidth sinyal yang ditransmisikan, maka channel menciptakan frekuensi selective
fading pada sinyal yang diterima. Di bawah seperti kondisi respon impuls saluran memiliki
multipath delay spread yang greafer dari bandwidth timbal balik dari pesan gelombang
ditransmisikan. Ketika ini terjadi, sinyal yang diterima meliputi beberapa versi dari gelombang
yang ditransmisikan yang dilemahkan (pudar) dan tertunda dalam waktu, dan karenanya sinyal
yang diterima terdistorsi. Frekuensi selektif fading adalah karena dispersi tine dari simbol-
simbol ditransmisikan dalam saluran. Jadi saluran menginduksi intersymbol interference (ISI).
Dilihat dalam domain frekuensi, komponen frekuensi tertentu dalam spektrum sinyal yang
diterima memiliki keuntungan lebih besar daripada yang lain
Frekuensi saluran selektif fading jauh lebih sulit untuk model daripada saluran flat fading karena
setiap sinyal multipath harus dimodelkan dan saluran harus dianggap sebagai filter linier. Ini
adalah alasan inilah wideband pengukuran multipath dibuat, dan model yang dikembangkan
dari langkah-surements. Ketika menganalisis sistem komunikasi mobile, model respon impulse
statistik seperti 2-ray Rayleigh fading Model (yang menganggap respon impuls yang akan terdiri
dari dua fungsi delta yang independen memudar dan memiliki waktu tunda yang cukup di
antara mereka untuk menginduksi frekuensi selektif fading pada sinyal diterapkan), atau
komputer yang dihasilkan atau diukur respon impuls, umumnya digunakan untuk menganalisis
frekuensi memudar skala kecil selektif. Gambar 4.13 menggambarkan karakteristik frekuensi
selektif fading.
Frekuensi saluran memudar selektif juga dikenal sebagai wideband saluran karena
bandwidth dari sinyal s (t) lebih lebar dari bandwidth respon impuls kanal. Seperti waktu
bervariasi, saluran bervariasi gain dan fase seluruh spektrum s (t), sehingga waktu yang
berbeda-beda distorsi pada sinyal yang diterima r (t). Untuk meringkas, sinyal mengalami
frekuensi selective fading jika :
Aturan umum praktis adalah bahwa saluran frekuensi selektif jika TS < 10σr meskipun hal ini
tergantung pada jenis tertentu modulasi yang digunakan. Bab 5 menyajikan hasil simulasi yang
menggambarkan dampak keterlambatan waktu tersebar di bit error rate (BER)
4.5.2 Fading Effects Due to Doppler Spread
4.5.2.1 Fast Fading
Tergantung pada seberapa cepat ditransmisikan baseband sinyal perubahan sebagai
dibandingkan dengan laju perubahan saluran, saluran dapat diklasifikasikan baik sebagai cepat
memudar atau lambat fading. Dalam saluran memudar cepat, saluran respon impulse
perubahan cepat dalam durasi simbol. Artinya, waktu koherensi saluran lebih kecil dari periode
simbol yang ditransmisikan sinyal. Hal ini menyebabkan frekuensi dispersi (juga disebut waktu
selektif fading) karena Doppler spreading, yang mengarah ke sinyal distorsi. Dilihat dari
frekuensi domain, distorsi sinyal karena cepat memudar meningkat dengan meningkatnya
Doppler menyebar relatif terhadap bandwidth dari sinyal yang ditransmisikan. Oleh karena itu,
sinyal yang mengalami cepat memudar jika :
Perlu dicatat bahwa ketika saluran ditentukan sebagai cepat atau lambat memudar
channel, itu tidak menentukan apakah saluran memudar datar atau frekuensi selektif di alam.
Cepat memudar hanya berkaitan dengan laju perubahan saluran karena gerak. dalam kasus
saluran memudar datar, kita dapat mendekati impuls respon menjadi hanya fungsi delta (tidak
ada waktu tunda). Oleh karena itu, sebuah flat fading, cepat fading adalah saluran di mana
amplitudo fungsi delta bervariasi lebih cepat dari laju perubahan sinyal baseband
ditransmisikan. Dalam kasus frekuensi selektif, saluran cepat memudar, amplitudo, fase, dan
waktu keterlambatan salah satu dari komponen multipath bervariasi lebih cepat daripada
tingkat mengubah dari sinyal yang ditransmisikan. Dalam prakteknya, cepat memudar hanya
terjadi untuk yang sangat rendah kecepatan data.
4.5.2.2 Slow Fading
Dalam saluran memudar lambat, saluran impuls perubahan respon pada tingkat jauh
lebih lambat daripada baseband ditransmisikan sinyal s (t). Dalam hal ini, saluran dapat
diasumsikan statis selama satu atau beberapa interval bandwidth yang timbal balik. Dalam
domain frekuensi, ini berarti bahwa penyebaran Doppler saluran adalah jauh lebih sedikit
daripada bandwidth dari sinyal baseband. Oleh karena itu, sinyal mengalami memudar lambat
jika:
Harus jelas bahwa kecepatan mobile (atau kecepatan benda di channel) dan sinyal
baseband menentukan apakah sinyal mengalami cepat memudar atau lambat memudar.
Hubungan antara berbagai parameter multipath dan jenis iseng-ing dialami oleh sinyal
dirangkum dalam Gambar 4.14. selama beberapa tahun, beberapa penulis telah bingung tetang
rumus cepat dan lambat memudar dengan istilah skala besar dan skala kecil memudar. Perlu
ditekankan bahwa cepat dan memperlambat memudar berurusan dengan hubungan antara laju
perubahan dalam saluran dan sinyal yang dikirimkan, dan tidak dengan jalur propagasi model
rugi.