Frekuensi Sinyal, antenna, perambatan sinyal Multiplexing Penyebaran spektrum, modulasi Sistem Selluler

VLF = Very Low Frequency LF = Low Frequency MF = Medium Frequency HF = High Frequency VHF = Very High Frequency

UHF = Ultra High Frequency SHF = Super High Frequency EHF = Extra High Frequency UV = Ultraviolet Light

Frequency and wave length = c/f Panjang gelombang , kecepatan cahaya c 3x108m/s, frekwensi ftwisted pair 1 Mm 300 Hz VLF 10 km 30 kHz LF coax cable optical transmission 100 m 3 THz infrared 1 m 300 THz visible light UV

100 m 3 MHz MF HF

1m 300 MHz VHF UHF

10 mm 30 GHz SHF EHF

Kabel Twisted Pair, digunakan pada gelombang VLF sampai VHF 300Hz-300MHz. Kabel Coaxial, digunakan pada gelombang VLF sampai UHF. Fiber Optic diatas gelombang 300 THz.

Jangkauan VHF-/UHF untuk radio Antena dalam radio mobil Sambungan koneksi yang dapat diandalkan SHF atau yang lebih tinggi untuk sambungan radio langsung Antena kecil Tesedianya bandwitdh yang lebar Wireless LANs menggunakan frekwensi dalam jangkauan UHF ke SHF Beberapa sistem dirancang untuk EHF Penyerapan yang terbatas oleh air dan molekul oksigen (frekwensi resonansi) Pengaburan tergantung cuaca, sinyal hilang dikarenakan hujan deras dll.

ITU-R bertanggung jawab terhadap frekwensi baru, mengatur frekwesi gelombang di seluruh dunia.ContohTelepon selular

EropaGSM 880-915, 925-960, 1710-1785, 1805-1880 UMTS 1920-1980, 21102170

USAAMPS, TDMA, CDMA, GSM 824-849, 869-894 TDMA, CDMA, GSM, UMTS 1850-1910, 19301990 PACS 1850-1910, 19301990 PACS-UB 1910-1930 802.11b/g 2412-2462

JepangPDC, FOMA 810-888, 893-958 PDC 1429-1453, 14771501 FOMA 1920-1980, 21102170 PHS 1895-1918 JCT 245-380

Telepon non-kode

CT1+ 885-887, 930-932 CT2 864-868 DECT 1880-1900 802.11b/g 2412-2472

Wireless LANs

802.11b 2412-2484 802.11g 2412-2472

Sistem frekwensi radio lain

27, 128, 418, 433, 868

315, 915

426, 868

Representasi fisik data Fungsi data dan lokasi Parameter sinyal : parameter menunjukkan nilai data Penggolongan Waktu terus menerus atau berlainan Nilai yang terus menerus atau berlainan Sinyal analog = Waktu terus menerus atau berlainan Sinyal digital = Nilai yang terus menerus atau berlainan

Parameter sinyal secara periodik: periode T, frekwensi f=1/T, amplitudo A, phase shift Gelombang sinus sebagai sinyal periodik khusus untuk pembawa:

s(t) = At sin(2 ft t + t)

Representasi lain dari sinyal amplitudo (amplitudo penuh) Spektrum frekwensi(frekwensi penuh) Fase diagram(amplitudo M and fase dalam koordinat)A [V] t[s] A [V]

Q = M sin I= M cos

Sinyal yang dikomposisi ditransfer ke frekwensis penuh menggunakan transformasi Fourier Kebutuhan sinyal digital Frekwensi yang terbatas untuk transmisi sinyal yang sempurna Modulasi dengan frekwensi pembawa untuk transmisi (sinyal analog!)

f [Hz]

Radiasi dan pemenrimaan dari gelombang elektromagnetik, pasangan kabel untuk memberi ruang untuk transmisi radio Radiatir isotrpik: radiasi yang sama dalam semua arah (tiga dimensi) hanya teori referensi antena Antena asli selalu memiliki efek pengalihan (vertikal atau horizontal) Pola radiasi : radiasi di sekitar antenaz y z y x

x

Radiatir isotropik ideal

Antena asli bukanlah radiator isotropik tetapi, dipol dengan panjang /4 di atap mobil atau /2 dalam dipol Hertzian bentuk antena yang proposrional untuk panjang gelombang/4

/2

Contoh : pola radiasi dari dipol Hertzian sederhanay x side view (xy-plane) side view (yz-plane) y z top view (xz-plane) z x

Dipol sederhana

Keuntungan : kekuatan mksimum di arah dari pusat dibandingkan dengan tenaga dari radiator isotropik (dengan tenaga yang rata-rata sama)

Sering digunakan untuk koneksi mikrowave atau stasiun utama untuk telepon genggam (ex, cakupan sinyal radio dalam lembah)y x y z z

Antena langsungx z

side view (xy-plane) z

side view (yz-plane)

top view (xz-plane)

x

x

Antena wilayah

top view, 3 sector

top view, 6 sector

Penggabungan 2 antena atau lebih multi-element antenna arrays

Pebedaan antena Perbedaan aktif, perbedaan sleksi Receiver memilih antena dengan output terbesar Gabungan perbedaan Menggabungkan kekuatan output untuk menghasilkan kekuatan cophasing dibutuhkan untuk menghidari pembatalanground plane/4 /2 + /4 /2

/2

/2

+

Jangkauan transmisi Kemungkinan komunikasi Ukuran error kecil

Jangkauan deteksi Kemungkinana deteksi sinyal Kemungkinana tanpa komunikasi

sender transmission distance detection interference

Jangkauan gangguan Sinyal mungkin tidak terdeteksi Sinyal tambahan yang

menambah kebisingan

Penyebaran sinyal di udara selalu seperti cahaya (garis lurus) Menerima power yang proporsional ke 1/d dalam ruang hampa atau lebih jika dalam lingkungan yang sebenarnya (d = jarak antara sender dan receiver) Penerimaan tenaga ditambahi oleh faktor kabur (bergantung frekwensi) bayangan Refleksi di hambatan besar Refleksi bergantung pada kepadatan perantara Penghamburan di hambatan kecil Difreksi di tepian

shadowing

reflection

refraction

scattering

diffraction

Sinyal dapat pengambil jalan yang berbeda antara pengirim dan peneriama karena sinyal dapat memantul(refleksi) , menyebar(scattering) dan lentur (difraksi)LOS pulses multipath pulses

signal at sender

signal at receiver

Waktu penyebaran: sinya menyebar dari waktu ke waktu Sinyal mencapai receiver secara langsung dan tahap bergeser Distorsi sinyal tergantung pada tahap dari berbagai bagian

channel berubah dari waktu ke waktu Jalur sinyal berubah Variasi delay yang berbeda dari bagian-bagian sinyal

yang berbeda Fase yang berbeda dari bagian-bagian sinyal

Juga berubah dalam.... Jarak ke pengirim Hambatan lebih jauh

Multiplexing di 4 dimensi: ruang (si) waktu (t) frekuesi (f) kode (c)

Tujuan: menggunakan media bersama-sama

Memisahkan semua sprektrum menjadi band frequensi yang lebih kecil channel mendapat band sprektrum tertentu untuk setiap waktu Keuntungan Tidak membutuhkna kondisi dinamis Juga bekerja pada sinyal analogk1 c f k2 k3 k4 k5 k6

Kekurangan membuang bandwidth

jika traffic didistribusikan secara tidak merata Tidak fleksibelt

channel mendapat semua spectrum dalam jumlah waktu tertentu keuntungan Hanya satu carrier dalam

media setiap saat throughput yang tingggi bahkan untuk banyak pengguna

k1 c

k2

k3

k4

k5

k6

Kekurangan diperlukan

f

synchronisasi yang tepatt

Merupakan kombinasi dari dua metode sebelumnya channel mendapatkan band frekuensi tertentu dalam selang waktu tertentu Example: GSM

Keuntungan Perlindungan terhadapc

k1

k2

k3

k4

k5

k6

penyadapan lebih baik Juga terhadap gangguan frekuensi

f

but: memerlukan ketepatan koordinat

t

Setiap channel memiliki kode yg unik

k1

k2

k3

k4 c

k5

k6

Semua channel menggunakan spectrum yang sama dalam satu waktu Keuntungan Efisien bandwidth Tidak memerlukan koordinasi and sinkronisasi Perlindungan yang bagus terhadap interferensi dan

f

penyadapan

Kekurangan Berbagai data user data bertingkat signal regeneration lebih kompleks

t

Diimplementasikan menggunakan teknologi spread spectrum

Modulasi Digital data digital diterjemahkan kedalam bentuk sinyal analog (baseband)

ASK, FSK, PSK sebagai fokus utama dalam chapter ini Perpedaan dalam spectral, efisiensi power, ketahanan

Modulasi Analog Pergeseran frekuensi tengah dari sinyal baseband signal hingga radio

carrier

Dasar skema Amplitude Modulation (AM) Frequency Modulation (FM) Phase Modulation (PM)Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller www.jochenschiller.de MC - 2009

Modulasi sinyal digital disebut dengan Shift Keying 1 Amplitude Shift Keying (ASK): Sangat sederhana Keperluan bandwidth rendah Sangat rentan terhadap gangguan1

0

1

t

0

1

Frequency Shift Keying (FSK): membutuhkan bandwidth yang lebih besar1 0 1

t

Phase Shift Keying (PSK): Lebih komplekst

kuat terhadap gangguan

bandwidth dibutuhkan untuk FSK tergantung pada jarak antara pengangkut frekuensi khusus pre-computation menghindari pergeseran fase secara tiba-tiba MSK (Minimum Shift Keying) bit dipisahkan menjadi bit genap dan ganjil, durasi tiap bit dua kali lipat Tergantung pada nilai bit (genap, ganjil) frekuensi lebih tinggi atau lebih rendah, original atau terbalik yang dipilih Frekuensi satu carrier adalah dua kali frekuensi yang lain Setara untuk mengimbangi QPSK bahkan efisiensi bandwidth lebih tinggi menggunakan Gaussian low-pass filter GMSK (Gaussian MSK), yang digunakan di GSM

BPSK (Binary Phase Shift Keying): Bit nilai 0: gelombang sinus Bit nilai 1: gelombang sinus terbalik Sangat sederhana PSK Efisiensi spektral rendah Kuat, yang digunakan misalnya dalam sistem satelit QPSK (Quadrature Phase Shift Keying): 2 Bit dikodekan sebagai satu simbol Menentukan simbol pergeseran gelombang sinus Kebutuhan bandwidth kurang dibandingkan dengan BPSK Lebih kompleks Sering juga transmisi relatif, tidak mutlak pergeseran fasa: DQPSK - Differential QPSK (IS-136, PHS)

Q I

110 Q

0

11

I00 A 01

t

11

10

00

01

Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Menggabungkan amplitudo dan modulasi fase Mungkin untuk kode bit n menggunakan satu simbol 2n diskrit tingkat, n = 2 identik dengan QPSK Meningkatkan tingkat kesalahan bit dengan n, tapi kesalahan kurang dibandingkan dengan skema PSK sebanding Contoh: 16-QAM (4 bit = 1 simbol) Simbol 0011 dan 0001 memiliki fase yang sama, tapi berbeda?? Amplitudo a. 0000 dan 1000 telah? Fase yang berbeda, tetapi amplitudo yang sama

Q 0010 0011 a

00010000 I 1000

DVB-T dua aliran yang terpisah memodulasi data ke aliran DVB-T tunggal Prioritas Tinggi (HP) tertanam dalam aliran (LP) Prioritas Rendah Sistem multi-carrier, sekitar 2000 atau 8000 operator QPSK, 16 QAM, 64QAM Contoh: 64QAM Penerimaan yang baik: menyelesaikan seluruh konstelasi 64QAMpenerimaan miskin, Penerimaan mobile: menyelesaikan hanya sebagian QPSK 6 bit per simbol QAM, 2 yang paling signifikan menentukan QPSK Layanan HP dikodekan dalam QPSK (2 bit), LP menggunakan sisa 4 bit

Q

10

I

00 000010 010101

Masalah transmisi radio: frekuensi memudar tergantung dapat menghapus sinyal pita sempit untuk durasi gangguan Solusi: menyebarkan sinyal band sempit menjadi sinyal pita lebar menggunakan kode khusus perlindungan terhadap interferensi narrow bandpowerspread signal

power detection at receiver

signal

spread interference

Efek samping: Koeksistensi beberapa sinyal tanpa koordinasi yang dinamis tekan-bukti Alternatif: Direct Sequence, Frequency Hopping...

f

f

XOR dari sinyal dengan pseudo-random nomor (chipping urutan) banyak chip per bit (misalnya, 128) menghasilkan bandwidth yang lebih tinggi dari sinyal Keuntungan mengurangi frekuensi selektif fading dalam jaringan selular BTS dapat menggunakan rentang frekuensi yang sama beberapa BTS dapat mendeteksi dan memulihkan sinyal lembut serah terima Kekurangan daya yang tepat kontrol yang diperlukan

tb user data 0 tc 1 XOR

chipping sequence01101010110101

resulting signal 01101011001010

tb: bit period tc: chip period

Perubahan diskrit pembawa frekuensi urutan perubahan frekuensi ditentukan melalui urutan nomor acak semu Dua Versi: Hopping cepat: beberapa frekuensi per pengguna bit Hopping Lambat : beberapa pengguna bit per frekuensi Keuntungan frekuensi selektif fading dan gangguan terbatas untuk jangka pendek implementasi sederhana hanya menggunakan sebagian kecil dari spektrum setiap saat Kekurangan tidak sama kuat seperti DSSS lebih sederhana untuk mendeteksi

Mengimplementasikan multipleks divisi ruang base station mencakup area transmisi tertentu (sel) Mobile station berkomunikasi hanya melalui base station Keuntungan struktur sel tinggi kapasitas, jumlah yang lebih tinggi pengguna kurang transmisi daya yang dibutuhkan lebih kuat, desentralisasi base station berurusan dengan gangguan, transmisi dll daerah lokal Masalah Jaringan tetap yang dibutuhkan untuk BTS serah terima (berubah dari satu sel ke sel lain) yang diperlukan interferensi dengan sel-sel lain Ukuran sel dari beberapa 100 m untuk di kota-kota, misalnya, 35 km di sisi negara (GSM) - bahkan kurang untuk frekuensi yang lebih tinggi

Menggunakan kembali frekuensi hanya dengan jarak tertentu antara base station f3 f5 Standar model menggunakan 7 frekuensi:f4 f1 f3 f7 f6

f2f5 f4 f1

f2 Tetap frekuensi tugas: Frekuensi tertentu ditugaskan ke sel tertentu Masalah:beban lalu lintas yang berbeda dalam sel yang berbeda Dinamis frekuensi tugas: Base station memilih frekuensi tergantung pada frekuensi yang telah digunakan dalam sel tetangganya lebih kapasitas dalam sel dengan lebih banyak lalu lintas tugas juga dapat didasarkan pada pengukuran interferensi

CDM sistem: ukuran sel tergantung pada arus beban Lalu lintas tambahan muncul sebagai kebisingan untuk pengguna lain Jika tingkat kebisingan yang terlalu tinggi maka pengguna keluar dari sel