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