A. Pengertian RAKE Receiver The Rake Receiver adalah sebuah penerima radio yang dirancang untuk mengatasi pengaruh dari multipath fading. Hal ini dilakukan dengan menggunakan beberapa "subreceiver" yang disebut jemari, yaitu, beberapa kolerasi masing-masing ditugaskan untuk komponen multipath yang berbeda. Setiap jemari mandiri dekode komponen multipath tunggal, pada tahap berikutnya kontribusi dari semua jemari digabungkan untuk membuat penggunaan sebagian besar karakteristik transmisi yang berbeda dari masing-masing jalur transmisi. Hal ini bisa sangat baik menghasilkan lebih tinggi signal-to-noise ratio (atau Eb/N0) dalam lingkungan multipath daripada di lingkungan yang "bersih". Saluran multipath melalui gelombang radio yang dipancarkan dapat dipandang sebagai transmisi pulsa (line of sight) gelombang asli melalui sejumlah komponen multipath. Komponen multipath yang tertunda dari salinan gelombang ditransmisikan asli bepergian melalui jalur gema yang berbeda, masing-masing dengan magnitude yang berbeda dan waktu-of-tiba pada penerima. Karena setiap komponen berisi informasi yang asli, jika besarnya dan waktu-of-kedatangan (fase) dari masing-masing komponen dihitung pada penerima (melalui proses yang disebut estimasi kanal), maka semua komponen dapat ditambahkan koheren untuk meningkatkan keandalan informasi. The Rake Receiver atau Penerima Penyapu, dinamakan demikian karena mengingatkan pada fungsi menyapu taman, masing-masing jemari mengumpulkan energi simbol sama dengan bagaimana tines pada menyapu mengumpulkan dedaunan. Blok Diagram RAKE Receiver Politeknik Negeri Malang Sistem Telekomunikasi Digital Page 1
1. Definisi Matematis Sebuah Rake Receiver memanfaatkan kolerasi ganda untuk mendeteksi secara terpisah komponen M multipath terkuat. Setiap kolerasi dapat dikuantisasi menggunakan 1, 2, 3 atau 4 bit Output dari setiap kolerasi tertimbang untuk memberikan estimasi yang lebih baik dari sinyal yang ditransmisikan daripada yang disediakan oleh komponen tunggal. Demodulasi dan bit diputuskan berdasarkan output tertimbang dari kolerasi M. 2. Sejarah Rake Receiver harus memiliki sebuah CPU untuk keperluan umum atau bentuk lain dari perangkat keras pemrosesan sinyal digital di dalamnya untuk memproses dan mengkolerasikan sinyal yang dimaksudkan. Rake Receiver hanya akan menjadi umum setelah 16-bit CPU mampu memproses sinyal menjadi tersedia secara luas. Rake Receiver telah dipatenkan di Amerika Serikat pada tahun 1956, tetapi membutuhkan waktu sampai 1970 untuk merancang implementasi praktis dari penerima. Astronom radio adalah pengguna substansial pertama pada akhir 1960-an sampai pertengahan 1980 yang dapat memindai wilayah langit yang besar namun tidak membuat volume data yang besar melebihi apa yang paling bisa ditangani oleh perekam data saat itu. Astropulse yang merupakan bagian dari proyek menggunakan varian dari Rake Receiver sebagai bagian dari pelacak langit yang menjadikan ini semacam alat penerima yang saat ini masih digunakan untuk kebutuhan astronomi radio. B. RAKE Receiver untuk Sinyal CDMA Dalam sistem spread spectrum CDMA, laju chip jauh lebih besar daripada lebar pita fading datar dari kanal. Dimana teknik modulasi konvensional memerlukan equalizer untuk menghilangkan interferensi intersimbol. Kode spreading CDMA dirancang untuk menghasilkan korelasi yang sangat rendah diantara chip yang dikirim. Dapat dilihat bahwa delay spread propagasi dalam kanal radio hanya menghasilkan versi jamak dari sinyal yang dikirim pada penerima. Jika komponen multipath tersebut memiliki delay yang lebih besar dari durasi chip, maka komponen tersebut akan muncul seperti noise yang tidak berkorelasi pada penerima CDMA. Politeknik Negeri Malang Sistem Telekomunikasi Digital Page 2
Komponen multipath tidak bisa begitu saja diabaikan. Karena adanya informasi yang penting dalam komponen multipath, penerima CDMA dapat menggabungkan sinyal yang terdelay dengan sinyal langsung untuk memperbaiki SNR pada penerima, sistem ini dinamakan RAKE Receiver. RAKE Receiver menggabungkan sinyal-sinyal asli yang terdelay dengan memakai penerima yang memiliki korelasi yang terpisah untuk tiap sinyal multipath Implementasi M cabang RAKE Receiver Gambar diatas menunjukkan blok diagram RAKE Receiver untuk sinyal CDMA dimana komponen-komponen multipath tidak mempunyai korelasi antara satu dengan lainnya ketika delay propagasi lebih dari periode chip. Sebuah RAKE Receiver menggunakan korelator lebih dari satu untuk mendeteksi M komponen multipath yang terkuat. Output dari setiap korelator mempunyai bobot untuk memberikan perkiraan yang lebih baik dibandingkan dengan satu komponen. Demodulasi dan pengambilan keputusan bit (bit decision) tergantung pada output dari korelator M. Di luar ruangan (outdoor), delay antara komponen multipath mempunyai nilai cukup besar dan jika laju chip telah ditentukan, autokorelasi yang rendah dari spread spectrum CDMA dapat membuktikan bahwa antara komponen multipath akan tidak berkorelasi satu sama lain. Diasumsikan terdapat M korelator yang digunakan dalam penerima CDMA untuk menangkap M komponen multipath yang terkuat. Pemberian bobot digunakan untuk memberikan kombinasi linier dari output korelator untuk deteksi bit. Korelator 1 telah disinkronkan untuk multipath yang terkuat m1. Komponen multipath m2 datang lebih lambat t daripada komponen m1. Korelator kedua disinkronkan untuk m2. Korelator ini Politeknik Negeri Malang Sistem Telekomunikasi Digital Page 3
mempunyai korelasi yang erat dengan m2 tetapi mempunyai korelasi yang rendah dengan m1. Perlu diingat bahwa jika hanya menggunakan satu korelator pada penerima, jika output dari korelator tersebut rusak karena fading, penerima tidak dapat membetulkan kerusakan tersebut. Pengambilan keputusan bit yang berdasarkan penggunaan satu korelator akan menghasilkan bit error rate (BER) yang tinggi. Pada RAKE Receiver, jika output dari satu korelator rusak oleh fading, korelator yang lain mungkin tidak rusak, dan sinyal yang rusak tidak dihitung pada saat proses pemberian bobot. Keputusan yang diambil berdasar pada kombinasi dari M keputusan statistik terpisah yang ditawarkan oleh RAKE Receiver dapat mengatasi pengaruh akibat fading dan memperbaiki penerimaan CDMA. M keputusan statistik diberi bobot untuk membentuk semua keputusan statistik seperti ditunjukkan gambar 8 Output dari M korelator dinotasikan sebagai Z1, Z2, Z3,..., ZM. Masing-masing diberi bobota 1,a 2,a 3,,a M. Koefisien bobot yang diberikan berdasarkan pada kuat sinyal atau SNR dari tiap output korelator. Jika kuat sinyal atau SNR yang keluar dari korelator kecil, akan diberikan faktor bobot yang kecil pula. Total keluaran Z' dapat diberikan. (17) Koefisien bobot a M, dinormalisasi dengan kuat sinyal output dari korelator dan output dari korelator tersebut dijumlahkan semua, seperti ditunjukkan : (18) Seperti pada equalizer adaptif dan penggabungan diversitas, ada banyak cara untuk membangkitkan koefisien bobot. Berdasar pada interferensi multiple akses, cabang RAKE dengan amplitudo multipath yang kuat tidak akan diperlukan untuk menghasilkan output yang kuat setelah proses korelasi. Pemilihan koefisien bobot berdasar pada output dari korelator menghasilkan kinerja RAKE Receiver yang lebih baik. Politeknik Negeri Malang Sistem Telekomunikasi Digital Page 4
C. Penggungaan RAKE Receiver 1. Rake Receiver pada Sistem IS-95 Dalam pelaksanaan sistem IS-95, penerima ponsel mempekerjakan : a) Sebuah "pencari" receiver (filter cocok) b) Tiga data digital receiver yang bertindak sebagai finger pada Rake Receiver c) Chip PN tingkat 1,2288 MHz memungkinkan untuk resolusi multipaths di Downlink interval waktu dari 1,2288 x 10-6 s = 0,814 ms a) Penerima pencari scan domain waktu tentang sinyal yang diinginkan itu diharapkan waktu kedatangan untuk sinyal multipath percontohan sel b) Channel Percontohan memungkinkan deteksi koheren dari sinyal melalui fase offset c) Penerima pencarian menunjukkan ke prosesor kontrol telepon mobile di mana, pada waktunya, replika terkuat dari sinyal dapat ditemukan, dan mereka masing sinyal kekuatan d) Prosesor kontrol menyediakan waktu dan informasi PN kode ke pohon penerima data digital, memungkinkan masing-masing untuk melacak dan demodulasi sinyal yang berbeda e) Data dari ketiga receiver digital digabungkan untuk meningkatkan resistensi terhadap Uplink memudar a) Jika penerima base station menggunakan dua antena untuk space diversity penerimaan, dan ada empat data digital receiver tersedia untuk pelacakan hingga empat komponen multipath dari pelanggan sinyal b) Penerima pencari pada base station dapat membedakan diinginkan sinyal selular melalui PN unik panjang berebut kode mengimbangi c) Kode offset diperoleh sebelum suara atau transmisi data dimulai d) Tidak ada referensi yang koheren fase seperti sinyal pilot downlink ini e) Harus didemodulasi dan gabungan non-koheren 2. RAKE Receiver di WCDMA Politeknik Negeri Malang Sistem Telekomunikasi Digital Page 5
a) Saluran penundaan perkiraan atau Impulse Response (IR) Pengukuran untuk multipath komponen Hasil panen baik waktu dan informasi fase saluran Impulse Response Pengukuran (IRM) dilakukan dengan menggunakan (MF) jenis correlators Panjang filter cocok menentukan penyebaran delay total yang dapat diselesaikan (panjang dari jangka waktu 64 chip untuk RACH dan 32 kali chip jangka waktu DPCCH) Tambahkan rata-rata dan thresholding, dan estimator kanal selesai Membutuhkan banyak pengolahan -> konsumsi daya Ketepatan pengukuran IR adalah ¼ chip (65,1 ns) b) Rake Receiver finger alokasi berdasarkan channel delay estimasi Mendefinisikan posisi jari penundaan optimal untuk despreading yang memaksimalkan kinerja penerima (RX juga div dan SHO) Juga menghilangkan perubahan yang tidak perlu dalam posisi jari waktu antara alokasi berurutan Politeknik Negeri Malang Sistem Telekomunikasi Digital Page 6
Multipath komponen disimpan pada finger Rake Receiver yang sama selama mungkin untuk memaksimalkan kinerja estimasi kanal dan penggabungan maksimal-rasio Dalam prosedur alokasi jari juga bentuk impuls kanal respon diperhitungkan ketika mendefinisikan penundaan jari optimal posisi Tingkat Chip dari 3,84 MHz menawarkan sekitar 260 ns alokasi finger rake Resolusi -> baik multipath menggabungkan daripada IS-95 Alokasi Frekuensi dalam mode operasi normal adalah salah satu alokasi untuk kode channel di setiap (akurasi chip ¼) 25 ms Kode pelacakan dengan akurasi 1/8 chip lanjut digunakan dalam finger rake untuk melacak dan kompensasi keterlambatan penyimpangan kecil dalam komponen multipath waktu (UE gerakan, TX timing) c) Rake Receiver finger untuk melakukan descrambling dan despreading operasi Operasi despreading untuk DPDCH (Dedicated data Fisik Channel) dan DPCCH (Dedicated Control Channel Fisik) adalah dilakukan di finger rake untuk memulihkan penerima sinyal wideband informasi tingkat symbol Mengalikan sinyal masuk dengan konjugat kompleks berebut dan kode penyaluran dan mengumpulkan hasil atas simbol periode Dalam penerima base station 8 jari yang dialokasikan untuk setiap kode channel (yaitu 8 multipath komponen dapat despread untuk satu pengguna) Kode pelacakan yang digunakan untuk melacak dan mengkompensasi penyimpangan kecil di penundaan komponen multipath yaitu pelacakan Kode melakukan denda penyesuaian penundaan yang digunakan dalam despreading tersebut Pelacakan untuk setiap jari dengan akurasi 1/8 chip (32,5 ns) Keterlambatan update dengan kode pelacakan dilakukan sekali dalam setiap atau setiap kedua 10 ms radio bingkai d) Adaptive Saluran Estimasi Tujuannya adalah untuk memperkirakan karakteristik saluran waktu-varian Dalam WCDMA solusinya adalah pilot Simbol Aided + adaptif penyaringan Digunakan untuk menghapus distorsi yang disebabkan oleh saluran radio dan itu didasarkan pada simbol percontohan yang dikenal di DPCCH Filter menyesuaikan dengan spektrum daya Doppler (baik frekuensi dan bentuk spektrum) Perkiraan tersebut dilakukan untuk masing-masing jari secara terpisah Penggunaan filter adaptif memastikan kinerja yang baik di semua jenis propagasi kondisi Politeknik Negeri Malang Sistem Telekomunikasi Digital Page 7
Dalam kasus antena penerima beberapa kinerja saluran estimasi yang lebih meningkat dengan menggabungkan kekuatan spektrum tersedia informasi dari antena penerima yang berbeda Proses menggabungkan didasarkan pada rasio maksimal-menggabungkan, yang mengurangi efek noise aditif, yang selanjutnya dapat menurun channel decoding e) Maximal-Ratio Menggabungkan Apakah bentuk yang optimal keanekaragaman menggabungkan karena menghasilkan SNR maksimal dicapai Hal ini membutuhkan pengetahuan yang tepat dari SNRs serta fase keragaman sinyal Simbol output dari RAKE yang berbeda jari yang dikalikan dengan kompleks konjugat dari estimasi saluran dan hasil perkalian dijumlahkan bersama-sama ke dalam simbol "gabungan" QPSK di WCDMA membawa informasi dalam tahap MRC mengoreksi channel rotasi fasa dan bobot komponen dengan perkiraan amplitudo Politeknik Negeri Malang Sistem Telekomunikasi Digital Page 8
DAFTAR PUSTAKA http://iniblogbiebiedeby.blogspot.com/2013/01/the-rake-receiver_16.html http://en.wikipedia.org/wiki/rake_receiver http://riyantoro.wordpress.com/2007/06/24/pemodelan-rake-receiver/ http://www.comlab.hut.fi/opetus/333/2004_2005_slides/rake.pdf Politeknik Negeri Malang Sistem Telekomunikasi Digital Page 9