Upload
vankien
View
221
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Yuyun Siti Rohmah, ST.,MT
Dadan Nur Ramadan,S.Pd,MT
Tri Nopiani Damayanti,ST.,MT
Suci Aulia,ST.,MT
FADING MITIGATION
Teknik Transmisi Seluler
(DTG3G3)
11/17/2015 2
A. Pendahuluan
1. Ketergantungan kuat sinyal terhadap jarak menyebabkan penurunan sinyal
(Large scale pathloss) Analisis MS pada satu titik lokasi diam.
2. Delay spread menyebabkan variasi sinyal dalam domain frekuensi.
3. Pergerakan user (Doppler Spread) menyebabkan variasi sinyal dalam domain
waktu.
Dalam mengatasi fading, engineer harus melihat penyebabnya. Dari penjelasan yang
telah diuraikan pada Bab sebelumnya, kita bisa melihat 3 hal penyebab fading :
11/17/2015 3
A. Pendahuluan
Kesimpulan singkat, fading akan diatasi dengan berbagai cara :
• Fading Margin dalam desain cakupan RF
• Diversitas: space, time, frequency
• Interleaving, suatu bentuk dari diversitas waktu
• Error protection coding, (atau channel coding) dengan menambahkan bit-bit redundant
• Receive antenna diversity: Fading jarang terjadi pada 2 lokasi secara simultan, khususnya pada jarak kelipatan ganjil seperempat panjang gelombang
11/17/2015 4
B. Mengatasi Large Scale Fading
Secara umum, Large Scale Fading akan menyebabkan penurunan daya sinyal
untuk jarak yang semakin jauh dari antena base station. Sehingga, untuk
mengatasi Large Scale Fading, tentunya bertujuan untuk memperbaiki sinyal
penerimaan , baik untuk arah Uplink maupun Downlink !!
Perbaikan sinyal penerimaan, umumnya ditinjau untuk kasus terburuk, yaitu
pada boundary cell Diharapkan sinyal yang terukur mencapai prosentase
tertentu (disebut Cell Edge Reliability).
Parameter performansi untuk karakterisasi Large Scale Fading dapat juga
diukur melalui Coverage Availability, yaitu prosentase luas cakupan daerah
dalam sel yang memiliki sinyal diatas level threshold !
Now…think !!
Apa metoda-metoda yang dapat dipakai untuk memperbaiki sinyal penerimaan
Mengatasi Large Scale Fading
memperbesar daya kirim Tx
Uplink Power control Tidak dominan
Downlink Fading Margin Link budget calculation
memperbaiki kualitas
penerima Rx
Uplink
Sectoral &Smart antena
Perbaikan sensitivitas
handset
Downlink
Diversitas
Sectoral &Smart antena
Antisipasi pengaruhnya terhadap
interferensi !!
B. Mengatasi Large Scale Fading
Catatan: dapat dikerjakan engineer
11/17/2015 6
B.1. Fading Margin Fading margin secara definitif adalah kenaikan daya pancar yang harus
dilakukan agar Level daya terima ≥ level daya terima minimum (thershold) yang
diijinkan.
B. Mengatasi Large Scale Fading – Fading Margin
Level daya terima yang dimaksud
adalah penerimaan pada tepi sel
(border cell) sebagai kasus yang
terburuk, sehingga, fading margin
sesungguhnya akan menaikkan
reliabilitas sinyal pada tepi sel
menjadi di atas 50%.
11/17/2015 7
B.1. Fading Margin
B. Mengatasi Large Scale Fading – Fading Margin
Contoh perhitungan untuk fading margin dapat dilihat pada link berikut :
http://www.invictusnetworks.com/faq/RF%20Technical%20Info%20and%20FCC%20Regs/Fade%20Margin%20Calculator
%20-%20Basic.htm
Contoh parameter untuk perhitungan fading margin
11/17/2015 8
B.2. Diversitas
B. Mengatasi Large Scale Fading – Diversitas
• Definisi: – Diversitas adalah teknik untuk mengatasi multipath fading dengan
menggunakan dua atau lebih sinyal yang secara statistik independen
(dalam waktu, frekuensi, spasial, atau polarisasi) antara satu dengan
lainnya.
• Jika probabilitas suatu sinyal berada dalam kedalaman fading adalah P
maka probabilitas sejumlah n sinyal saling independen berada
dalam kedalaman fading secara simultan adalah Pn
11/17/2015 9
• Frequency diversity Doppler spread tergantung pada frekuensi carrier
Frekuensi berbeda akan menghasilkan efek Doppler yang berbeda Sehingga,
frekuensi yang berbeda dapat menghasilkan proses fading yang independen,
yang dapat secara koheren digabung.
• Time diversity Multipath fading adalah time variant Sehingga fading
pada waktu yang berbeda adalah independen, sehingga dapat secara koheren
juga digabung.
• Space diversity Multipath fading adalah independen pada lokasi yang
berbeda Sehingga dapat secara koheren digabung.
B. Mengatasi Large Scale Fading – Diversitas
Tipe-tipe diversitas
Antenna Diversity
Receive
(SIMO)
Transmit
(MISO)
Both
(MIMO)
11/17/2015 10
MIMO(Multiple Input Multiple Output) X1T
X2R
X1R
X2T
11h
21h
22h
12h
MIMO menggunakan prinsip diversitas spasial, yaitu dengan menggunakan
banyak antena di sisi Tx maupun Rx :
Mengantisipasi akibat adanya multipath fading
meningkatkan data rate
meningkatkan link reliability
untuk mendapatkan diversitas spasial secara maksimal pada kanal MIMO
melalui teknik Space Block time coding .
11/17/2015 11
11/17/2015 12
• Dual antennas diversity akan
meningkatkan sensitivitas
penerimaan sebesar 2 hingga 5 dB
dibandingkan single antenna
• Spasi antena biasanya kelipatan
ganjil dari l/4, umumnya >8l
• Beberapa metoda combining
diversitas (algoritma pd prosesor):
– Switching/selection
– Equal gain
– Maximal ratio
Metoda combining ini adalah pilihan
desain oleh vendor , dan tidak
distandarisasikan !!
Diversitas Spasial: Kenapa harus 2 antena Rx di Base Station ?
wo
w1
wK
Processor
ro(t)
r1(t)
rK(t)
y(t)
ri(t) adalah input sinyal ke-i
wi bobot sinyal ke-i
y(t) output diversitas
Dapat dituliskan y(t) = w*r(t)= wi.ri
B. Mengatasi Large Scale Fading – Diversitas
11/17/2015 13
B.3. Antena Sektoral dan Smart Antenna
B. Mengatasi Large Scale Fading
A. Antena Sectoral dapat mengurangi Co-channel interference Co-channel interference merupakan interferensi tak terduga yang sulit diidentifikasi dan diatasi.
B. ”Smart antennas” (adaptive phased arrays) dapat mengatasi persoalan ini lebih baik (tetapi high cost)
11/17/2015 14
C. Mengatasi Small Scale Fading
Pada Bab sebelumnya, dijelaskan bahwa small scale fading mengakibatkan beberapa tipe fading seperti yang diperlihatkan pada diagram berikut :
Pendahuluan
11/17/2015 15
C.1 Teknik-Teknik Anti Flat Fading
C. Mengatasi Small Scale Fading
Flat Fading Fluktuasi sinyal dapat diperhatikan terjadi hanya pada domain waktu, sehingga masalah akan muncul dari 2 kategori akibat efek Doppler: Fast Fading & Slow Fading !!
Amplituda sinyal
Th
Sekarang … hanya dengan melihat gambar di samping…kira-kira teknik apa yang bisa digunakan untuk mengatasi flat fading !!
Mengatasi Flat Fading
Fast Fading
Rate simbol > rate fading (Fading dibuat menjadi
“Slow”)
Modulator yg robust
error correction coding dan interleaving
Diversitas Fading Margin
Slow Fading
Diversitas
Fading Margin
Perbaikan sensitivitas
handset
Power control What next ?
Antisipasi pengaruhnya terhadap
interferensi !!
C. Mengatasi Small Scale Fading
Catatan: dapat dikerjakan engineer
11/17/2015 17
Example
• To achieve a satisfactory power control performance when a
vehicle moving at 30 km/h (carrier freq = 1.8 GHz) the rate of
power control is at least 30 times higher than the fading rates.
– Compute the minimum signalling rate required for power control.
– If the voice channel is transmitted at 9.6 kbps, what percentage of
band width is lost due to power control with (a) fixed step algorithm
(b) variable step with 3 bit algorithm
– If the deepest fading is 30 dB below its average level, what is the
incremental power ajustment (step size) if fixed step adjustment is
employed to equalize the deepest fading.
Power Control
C. Mengatasi Small Scale Fading – power control
11/17/2015 18
• Answer to The Problem
– Fading rate fD =v/wavelength = (30x1000/3600
m/s)/wavelength = 50 Hz. Therefore power control signalling
rate is 30 x 50 Hz = 1.5 kHz.
– For (a) Fixed step algorithm signalling bandwidth = 1.5 kHz.
The lost BW is 1.5/9.6 x 100 % = 15.6 %. (b) For variable
step with 3 bit the signalling BW is 4.5 kbit/s, therefore the
lost BW is 4.5/9.6 x 100 % = 49 %
– 30 dB deep must be compensated using 15 updates so the
step size would be 2 dB.
Power Control
C. Mengatasi Small Scale Fading – power control
11/17/2015 19
C2.Teknik-Teknik Anti Frequency Selective Fading
C. Mengatasi Small Scale Fading
Frequency Selective Fading, fluktuasi sinyal terjadi pada domain
waktu dan domain frekuensi, sehingga menyebabkan ISI (InterSymbol
Interference ).
11/17/2015 20
InterSymbol Interference (ISI)
• 1. , receiver terpasang dengan adaptive equalizer
– Equalixer ini mendeteksi/mengetahui efek multipath delay pada deretan training bit yang diketahui, dan menggunakan informasi itu untuk mengatasi ISI pada deretan bit informasi dengan cara memberikan replika delay internal pada sinyal
– Channel equalizer diperlukan untuk mengkompensasi ISI yang disebabkan kanal multipath (Freq. Selective Fading Channel).
• Decision Feedback Equalizer dengan RLS Algorithm (algoritma Kalman), Fast Kalman Algorithm, dan juga
Tap Gain Interpolasi
• Adaptive Array Antenna beamforming
• Rake Diversity untuk sinyal spread spectrum
• 2. penggunaan error protection codes (channel coding) untuk mendeteksi/mengkoreksi error (baik yang disebabkan ISI ataupun fading)
You know ? …. ISI tak dapat diatasi dengan penguatan sinyal.
C. Mengatasi Small Scale Fading
Beamforming
• Beamforming adalah proses pembentukan beam menuju ke arah user yang
diinginkan serta menekan sinyal pengganggu dari arah lain. Dengan demikian,
beamforming bisa dikatakan sebagai spatial filtering sinyal
• Pembentukan beam ke arah sinyal yang diinginkan bisa dilakukan dengan
memberikan pembobotan dengan algoritma adaptif pada elemen antena
pengganggu-1
pengganggu-2
user yang
diinginkan
11/17/2015 21
11/17/2015 22
•Analog
Carrier frequency is low enough to avoid problems
•GSM
Channel bit rate well above Doppler spread TDMA during each bit / burst transmission the channel is fairly constant. Receiver training/updating during each transmission burst Feedback frequency correction
•DECT
Intended to pedestrian use: • only small Doppler spreads are to be anticipated for Original DECT concept did not standardize an equalizer
•IS95
Downlink: Pilot signal for synchronization and channel estimation Uplink: Continuous tracking of each signal
How do systems handle Doppler Spreads? D. Kasus-Kasus Fading Mitigation
11/17/2015 23
How do systems handle delay spreads? fenomena ISI
Analog
Narrowband transmission
GSM
Adaptive channel equalization
Channel estimation training sequence
DECT
Use the handset only in small cells with small delay spreads
Diversity and channel selection can help a little bit “pick a channel where late reflections are in a fade”
IS95
Rake receiver separately recovers signals over paths with excessive delays
Digital Audio Broacasting
OFDM multi-carrier modulation The radio channel is split into many narrowband (ISI-free) subchannels
D. Kasus-Kasus Fading Mitigation
11/17/2015 24
Typical Delay Spreads
Macrocells TRMS < 8 sec
• GSM (256 kbit/s) uses an equalizer
• IS-54 (48 kbit/s): no equalizer
• In mountanous regions delays of 8 sec and more
occur
GSM has some problems in Switzerland
Microcells TRMS < 2 sec
• 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
D. Kasus-Kasus Fading Mitigation
11/17/2015 25
How to handle fast multipath fading?
Analog
User must speak slowly
GSM
Error correction and interleaving to avoid burst errors
Error detection and speech decoding
Fade margins in cell planning
DECT
Diversity reception at base station
IS95
Wideband transmission averages channel behaviour
This avoids burst errors and deep fades
D. Kasus-Kasus Fading Mitigation
11/17/2015 26
How to handle long fades when the user is stationary?
Analog
Disconnect user
GSM
Slow frequency hopping
Handover, if appropriate
Power control
DECT
Diversity at base station
Best channel selection by handset
IS95
Wide band transmission avoids most deep fades (at least in macro-cells)
Power control
Wireless LANs
Frequency Hopping, Antenna Diversity
D. Kasus-Kasus Fading Mitigation
11/17/2015 27
Misal :
Diinginkan optimasi pada througput:
s)Prob(sukse paketbit
userbit efektif Throughput
Kondisi di atas menyebabkan adanya trade-off :
• Jika panjang paket terlalu pendek,
Terlalu banyak overhead (bit header, sinkronisasi, word, dsb), sehingga tidak efisien
• Jika panjang paket terlalu panjang,
Kemungkinan terjadinya fading sebelum akhir paket.
Teknik mengatasi fading juga tampak pada desain paket yang optimal , sebagai salah satu tugas dalam membangun standar komunikasi :
D. Kasus-Kasus Fading Mitigation
THANK YOU FOR YOUR TIME