BAB II TEKNOLOGI MIMO-OFDM

Transkripsi

1 BAB II EKOLOGI MIMO-OFDM.. Siem Muliple Inpu Muliple Oupu (MIMO Siem Muliple-Inpu Muliple-Oupu (MIMO merupaan iem yang erdiri dari eumlah erminal (anena pengirim dan penerima. ida eperi iem anenna onvenional yang anga renan erhadap mulipah, iem MIMO uru beera anga bai pada omponen mulipah. Komponen mulipah dieploiai unu meningaan diveria dan efiieni bandwidh (bp/hz yang eninya aan dibaha emudian. Gambar. Siem MIMO ecara umum Pada gambar. diaa, erliha iem MIMO dengan anena pengirim dan penerima yang lebih dari au. Anena penerima aan menerima inyal yang diiriman oleh anena pengirim eelah inyal erebu dialian dengan uau mari anal. Secara umum, dengan mari anal H, inyal yang dierima oleh anena penerima dapa dirumuan ebagai beriu: x = h + h +.+ h x = h + h +.+ h x = h + h +.+ h aau, ecara umum dapa digabungan e dalam uau peramaan, yaiu: Spaial muliplexing mimo..., I Gura 5 Prabu Seny, F UI, 8

2 menghailan model inyal ederhana iem MIMO :....(. (. dengan unu emua inyal, digunaan noai mari:...(.3 mari H merupaan mari anal MIMO yang dibenu dari eimai nilai h i pada anal ranmii. Mari ini aan berguna dalam mendapaan embali inyal informai pada ii penerima. Sinyal informai didapaan dengan mengalian invere mari H dengan inyal pada ii penerima (x, eperi erliha pada peramaan beriu: (.4... Pemodelan Kanal MIMO Pengaruh araer aii mulidimenional dari anal Fading MIMO (mari H memilii peran yang anga ignifian pada performa iem. Oleh arena iu, perancangan model anal MIMO, menadi uau hal yang pening. Pemodelan anal MIMO berdaaran eadaan lingungan fiinya, dibagi menadi dua, yaiu model phyical (Deerminiic/geomeric dan model ochaic [6]. Model Deerminiic, yaiu model fii melibaan parameer fii anal di eadaan ebenarnya dari emua omponen mulipah, eperi DoA (Direcion of Arrival dan DoD (Direcion of Deparure. Pemodelan ini berlau unu lingungan picocell / microcell. Model ini dapa digunaan ebagai daar unu pemodelan ecara ochaic. Conoh pemodelan ini adalah Codi Model. Model edua, ochaic yang berari beraraerii probabilia aau aca, memberian Spaial muliplexing mimo..., I Gura 6 Prabu Seny, F UI, 8

3 permodelan ecara aii dari properi-properi paial anal pada elemenelemen anena [6]. Model ini biaanya dipaai pada daerah penguuran yang lua. Conoh dari model ini adalah model Mera MIMO pada 3GPP. Variai alur empuh yang berbeda-beda anara dengan R ebagai fungi wau, loai, dan freueni (mulipah Fading dapa direpreenaian dengan diribui aii. Unu fou e maalah Fading ini, model geomeri dapa diranfer e dalam model ochaic [6]. Gambar. Pemodelan anal MIMO Pada gambar. erliha pemodelan anal MIMO ecara umum. Dari gambar, erliha iem MIMO dengan eumlah anena ranmier dan R anena receiver. Kanalnya direpreenaian dengan mari H yang memilii R bari dan olom. Elemen-elemen marinya, h i merupaan fungi ranfer dari anena ranmier e e anena receiver e i. Dari gambar erliha, inyal yang dierima anena receiver merupaan penumlahan inyal dari emua anena ranmier... eni MIMO Siem MIMO dapa memanfaaan eberadaan mulipah unu mencipaan eumlah anal euivalen yang eolah-olah erpiah au ama lain, dimana pada ondii normal eberadaan mulipah uru merugian arena Spaial muliplexing mimo..., I Gura 7 Prabu Seny, F UI, 8

4 menimbulan fading. Dalam apliainya, erdapa dua macam eni MIMO yang digunaan dalam iem omuniai nirabel dan bergera yaiu:... Spaial Muliplexing[4] eni paial muliplexing mengiriman daa yang berbeda ecara paralel dan diodean ecara paralel pula unu eiap anena ranmiinya. uuan uama penggunaan eni ini adalah unu mencapai apaia anal yang bear, dengan memecah aliran daa berlau inggi menadi eumlah aliran paralel euai dengan umlah anena ranmier, maing-maing dengan lau yang lebih rendah dari aliran alinya. Aliran-aliran daa ini dilewaan pada mari huu yang berfungi menggabung-gabungan inyal dari emua aliran dengan ombinai erenu unu diranmiian melalui eiap anena. Ini merupaan uau proe muliple yang berlangung pada dimeni paial arena eiap ombinai daa paralel diuuan e alah au anena ranmier. Gambar.3 Spaial muliplexing. Spaial muliplexing dapa menambah pecrum efiieni ehingga dapa menambah ecepaan ranmii daa. Spaial muliplexing mimo..., I Gura 8 Prabu Seny, F UI, 8

5 Gambar.4 Spaial mulipleing pada pengiriman daa. Unu mengeimai repon anal pada iem ini, dierapan uau aluran umpan bali informai dari anena receiver e ranmier. Dengan adanya umpan bali ini, ranmier dapa mengeahui nilai mari muliple yang opimum unu mendapaan apaia anal yang maimal. Operai deompoii nilai ingular (ingular value decompoiion aau SVD merupaan uau eni yang digunaan unu mendiagonaliai uau mari dan menenuan nilai eigennya, dimana dalam hal ini, beruuan unu mengeimai mari repon anal. Mari repon anal yang dihailan adalah...(.5 Dua mari uniari U dan V, yang dihailan oleh operai ini adalah mari muliple dan mari demuliple yang digunaan oleh ranmier dan receiver. Konfigurai iem erebu emudian menadi euivalen dengan iem ranmier-receiver yang erhubung melalui eumlah aluran paralel ebanya dan R, erganung mana yang lebih ecil. Bila bernilai lebih ecil dari R, maa iem ini eolah-olah memilii aluran yang erpiah au ama lain unu membawa aliran daa yang berbeda, maing-maing dengan lau raa-raa / dari lau aliran daa alinya, padahal eluruh iem muli anena ini beera pada freueni yang ama. Dapa diimpulan elah eradi penghemaan penggunaan bandwidh ebear / ali, aau dengan aa lain eradi peningaan apaia anal ebear ali. Bayangan ondii eremnya, dengan ediinya anena pada maing-maing ii ranmier dan receiver, aliran daa ebear Mbp dapa diiriman e receiver dengan bandwidh eiar Hz aa apabila digunaan modulai dengan efiieni bp/hz. Aau dari udu pandang yang berlawanan, lebar perum Hz yang ebelumnya hanya mampu membawa inyal bp, Spaial muliplexing mimo..., I Gura 9 Prabu Seny, F UI, 8

6 earang mampu mengangu daa berlau Mbp dengan menggunaan minimal anena pada eiap ii Kapaia anal iem MIMO dapa dihiung berdaaran rumuan Shanon, yaiu: C P h Elog n x / bp Hz (.6 Dengan menerapan operai SVD, apia anal Shannon dapa diubah menadi: P Elog de R n ran( H P E log i n CRx o h HH i bp/ Hz..(.7 Dimana C adalah apaia anal yang dihiung dalam [bp/hz], E adalah epeai pada emua realiai anal, P adalah daya raa-raa yang diranmiian pada anal, H adalah penguaan anal omple random, n adalah varian noie, I Ro adalah mari idenia berdimeni ran(h yang diliha dari ii receiver, adalah umlah anal paial, H h adalah hermiian mari H, ran(h < min{r,}, i adalah uadra nilai ingular yang beraian dengan daya dari iap-iap anal hail deompoii mari h HH dan P/ n adalah raio ignalo-noie (SR raa-raa pada eiap ii receiver. [4] Selain iu, unu mendapaan apaia anal yang lebih opimal, dapa digunaan eni waerfilling dengan lau ub aliran (ubream ranmii yang lebih cepa melalui anal dengan SR yang lebih inggi.... Spaial diveriy Pada eni ini, eiap anena pengirim pada iem MIMO mengiriman daa yang ama ecara paralel dengan mengunaan coding yang berbeda. uuannya adalah mendapaan ualia inyal einggi mungin dengan memanfaaan eni diveriy pada ranmier dan receiver Spaial muliplexing mimo..., I Gura Prabu Seny, F UI, 8

7 Gambar.5 Spaial diveriy Diveriy ecara onvenional diapliaian dengan pemaangan anena array pada ii receiver, dengan harapan bahwa ualia inyal yang dierima dapa diingaan dari iem au anena dalam ondii anal fading dengan adanya mulipah. Receive and ranmi diveriy dapa menanggulangi fading dan ecara ignifian dapa menambah lin qualiy aau dengan aa lain dapa meningaan SR. Beriu merupaan blo diagram pada ii pengirim dan penerima dari Spaial diveriy: Gambar.6 Sii pengirim Gambar.7 Sii penerima Peningaan ualia inyal dapa diliha berdaaran nilai parameer penguaan diveriy (diveriy gain, yang harganya main meninga dengan main bearnya inga diveriy R, yaiu umlah anena yang digunaan pada receiver. Penggunaan SC (Space ime Coding pada iem MIMO dengan eumlah anena ranmier dan R anena receiver menanian enaian inga diveriy menadi R. Sebagai gambaran, dengan 4 anena pada maing- Spaial muliplexing mimo..., I Gura Prabu Seny, F UI, 8

8 maing ranmier dan receiver, iem MIMO dengan SC diharapan mampu menyediaan inga diveriy yang eara dengan meode onvenional menggunaan 6 anena pada receiver[7]..siem Orhogonal Frequency Diviion Muliplexing (OFDM OFDM pada daarnya merupaan uau ema ranmii muli carrier, dimana menggabungan uau eni modulai dengan muliplexing. Konep daar dari OFDM adalah pembagian/penyebaran ranmii daa melalui eumlah ubcarrier, dan dimodulai pada low rae. Dengan demiian, uau inyal OFDM dapa diaaan erdiri dari eumpulan narrowband carrier yang diranmiian dari umber yang ama pada freueni yang berbeda. Gambar.8 Konep daar dari OFDM Pada gambar.8 erliha uunan inyal OFDM, dimana ecara umum erdiri dari eumpulan ubcarrier yang aling ega luru au ama lain. Jara dianara ubcarrier merupaan ebalian dari durai eiap imbol, ehingga maing-maing ubcarrier aling ega luru (non-inerfering.[5] Maing maing ubcarrier aling orogonal au ama lain. Orogonalia inilah yang memunginan adanya overlapping pecral dianara ubcarrier, dimana perum dari iap-iap ubcarriernya mempunyai harga nol pada freueni pua ubcarrier lainnya ehingga ida aan eradi inerfereni anar ub carrier. Hal inilah yang membedaan prinip era OFDM dengan FDM, dimana pada FDM pembagian anal hanya berdaaran freueni, dengan diberi uau ara erenu anar anal (Guard Inerval unu mencegah inerfereni. Dari egi inilah, erliha dengan ela, bahwa OFDM lebih efiien dalam penggunaan bandwidh dibanding onep FDM. Spaial muliplexing mimo..., I Gura Prabu Seny, F UI, 8

9 3 Gambar.9. Perbandingan perum FDM dan OFDM Konep orogonalia, dapa dielaan ecara maemai ebagai beriu [4]: Mialan imbol erial ermodulai QPSK dengan periode imbol dibagi e dalam eumlah aliran penggani paralel. Seelah onveri paralel maa periode imbol pada eiap aliran penggani meninga menadi x. Sinyal baeband euivalen yang diuun dari eumlah aliran paralel diuli n f n e (, (...(.8 n, adalah imbol modulai QPSK yang diranmiian pada ubcarrier e dari imbol OFDM e n dan f adalah freueni pua ubcarrier e. Jia pai freueni di anara dua ubcarrier adalah merupaan elipaan / aau f, dimana adalah bilangan bula, maa down-convering inyal yang dierima adalah d c c ( ( ˆ f f d e e d e e ( d e Spaial muliplexing mimo..., I Gura Prabu Seny, F UI, 8

10 4 d e in( co( d d in( in( inc ( inc ( (,, ˆ unu unu Hail erebu di aa dicapai oleh arena inegrai : d d co co in in( in( in( ( (in( in dan inegrai : Spaial muliplexing mimo..., I Gura Prabu Seny, F UI, 8

11 5 d d in in d in co co( co( co( co( Dari uraian maemai diaa, erliha bahwa maing-maing ub-carrier aling ega luru. Sperum yang dihailan oleh eni OFDM ini dapa diliha pada gambar beriu: Gambar.. Sperum ubcarrier inyal OFDM... OFDM Proceing Secara umum, proe ranmii dari iem OFDM dapa dielaan ebagai beriu: Mauan daa erial pada ii ranmier, diodean unu menambahan redundancy chec yang beruuan unu error recovery pada aa diranmiian, Spaial muliplexing mimo..., I Gura Prabu Seny, F UI, 8

12 elain iu uga inerleaving daa unu menganiipai anal yang error. Kemudian, daa dionveri dari erial e paralel dan dipeaan dengan menggunaan ignal mapper dari x bi unu membenu bilangan omple. Pemeaan ini eradi pada eiap ub carrier dengan menggunaan modulai biaa, eperi QPSK dan QAM. Dengan menggunaan Invere Fa Fourier ranform (IFF, hail modulai adi diubah menadi uau inyal muli ubcarrier OFDM. Proe yang eradi pada ii ranmier dapa diliha pada gambar. beriu. Gambar. Sema ranmier iem OFDM Sinyal ini dionveri embali e erial unu ranmii. Sebelum diranmiian, ebuah guard inerval diipan dianara imbol unu mencegah Inerimbol Inerference(ISI yang diebaban diori mulipah. Cyclic prefix berinda ebagai Guard Inerval di mana panangnya melebihi delay pada anal propagai mulipah. Penyiipan Guard Inerval dapa diliha pada gambar. beriu. Gambar. Penyiipan guard inerval di anara imbol Pada gambar., erliha poii Guard Inerval pada eiap imbol. Guard Inerval diiipan pada eiap imbol dengan uuan mencegah eradinya ISI. Spaial muliplexing mimo..., I Gura 6 Prabu Seny, F UI, 8

13 Selanunya, imbol dire erebu dionveri e analog oleh DAC (Digial Analog Converer dan emudian di filer menggunaan Low PaFiler unu up-converion dan diranmiian melalui anena pemancar (ranmier. Pada ii penerima (receiver, proe yang berebalian eradi, unu mendapaan inyal daa embali. Proe pengolahan inyal pada ii receiver dapa diliha pada gambar.3 beriu. Gambar.3 Sema receiver iem OFDM.. Keunugan penggunaan eni OFDM[8] Beriu merupaan eunungan eni OFDM ecara umum:.... Efiien dalam pemaaian freueni OFDM adalah alah au eni mulicarrier (FDM, eapi memilii efieni pemaaian freueni yang auh lebih bai. Pada OFDM overlap anar freueni yang berebelahan diperbolehan, arena maing-maing udah aling orogonal, edangan pada iem mulicarrier onvenional unu mencegah inerfereni anar freueni yang berebelahan perlu dielipan freueni penghalang (guard band, dimana hal ini memilii efe amping berupa menurunnya ecepaan ranmii bila dibandingan dengan iem ingle carrier dengan lebar perum yang ama. Sehingga alah au araerii dari OFDM adalah ingginya inga efiieni dalam pemaaian freueni. Selain iu pada mulicarrier onvenional uga diperluan band pa filer ebanya freueni yang digunaan, edangan pada OFDM cuup menggunaan FF aa.... Kua menghadapi frequency elecive Fading Karaer uama yang lain dari OFDM adalah ua menghadapi frequency elecive Fading. Dengan menggunaan enologi OFDM, meipun alur omuniai yang digunaan memilii araerii frequency elecive Fading Spaial muliplexing mimo..., I Gura 7 Prabu Seny, F UI, 8

14 (dimana bandwidh dari anal lebih empi dibanding bandwidh dari ranmii ehingga mengaibaan pelemahan daya erima ecara ida eragam pada beberapa freueni erenu, eapi iap ub carrier dari iem OFDM hanya mengalami fla Fading (pelemahan daya erima ecara eragam. Pelemahan yang diebaban oleh fla Fading ini lebih mudah diendalian, ehingga performani dari iem mudah unu diingaan. Selain beberapa eunungan diaa, erdapa beberapa eurangan dari iem OFDM, yaiu dari egi frequency offe dan diori linier. Siem OFDM anga eniif erhadap carrier frequency offe yang diebaban oleh ier pada gelombang pembawa (carrier wave dan uga erhadap Efe Doppler yang diebaban oleh pergeraan bai oleh aiun pengirim maupun aiun penerima. Selain iu, arena enologi OFDM merupaan ebuah iem modulai yang menggunaan muli-freueni dan muli-ampliudo, ehingga iem ini mudah eronaminai oleh diori nonlinear yang eradi pada amplifier dari daya ranmii. Spaial muliplexing mimo..., I Gura 8 Prabu Seny, F UI, 8