MOBILE RADIO PROPAGATION: SMALL-SCALE FADING AND MULTIPATH Sigit Kusmaryanto

http://sigitkus.lecture.ub.ac.id

Small-scale fading, atau simply fading, digunakan untuk menggambarkan fluktuasi yang

cepat dari amplitudo sinyal radio selama periode waktu yang singkat atau jarak perjalanan,

sehingga efek path loss skala besar dapat diabaikan. fading disebabkan oleh interferensi antara

dua atau lebih versi dari sinyal yang sampai pada penerima pada waktu yang sedikit berbeda.

Gelombang ini, disebut gelombang mutipath, menggabungkan di antena penerima untuk

memberikan sinyal hasil yang dapat bervariasi dalam amplitudo dan fase, tergantung pada

pendistribusian intensitas dan waktu relatif propagasi dari gelombang dan bandwidth dari

sinyal yang ditransmisikan.

4.1 Small scale multipath propagation

Multipath di saluran radio menciptakan efek fading skala kecil. Ketiga efek yang paling

penting adalah:

• perubahan yang cepat dalam kekuatan sinyal melalui jarak perjalanan kecil atau interval

waktu

• modulasi frekuensi acak karena berbagai pergeseran Doppler pada berbagai sinyal multipath

• Waktu dispersi (gema) yang disebabkan oleh multipath propagasi penundaan.

Di daerah perkotaan, fading terjadi karena ketinggian dari antena ponsel berada jauh di

bawah ketinggian struktur di sekitarnya, sehingga tidak ada single line of sigh path ke base

station. Bahkan ketika line-of-sight ada, multi-path masih terjadi karena refleksi dari tanah dan

struktur sekitarnya. Gelombang radio yang masuk datang dari arah yang berbeda dengan

berbagai penundaan Propagation. Sinyal yang diterima oleh mobile pada setiap titik dalam

ruang dapat muncul dari sejumlah besar gelombang pesawat yang telah terdistribusi secara

acak oleh amplitudo, fase, dan sudut kedatangan. Komponen-komponen multipath

menggabungkan secara vector pada antena penerima, dan dapat menyebabkan sinyal yang

diterima oleh mobile menjadi terdistorsi atau memudar. Bahkan ketika penerima mobile

seimbang, sinyal yang diterima dapat memudar karena pergerakan benda-benda di sekitarnya

di saluran radio.

Jika objek dalam saluran radiodalam keadaan statis , dan gerak dianggap hanya karena

dari ponsel , maka fading adalah murni fenomena spasial. Variasi spasial sinyal yang dihasilkan

dianggap sebagai variasi sementara oleh penerima ketika bergerak melalui medan multipath .

Karena konstruktif dan efek destruktif gelombang multipath bersifat menjumlahkan pada

berbagai titik dalam ruang, penerima bergerak dengan kecepatan tinggi dapat melewati

beberapa memudar dalam waktu sebentar. Dalam kasus yang lebih serius, penerima dapat

berhenti di lokasi tertentu di mana sinyal yang diterima dalam keadaan deep fading. Meskipun

kendaraan yang lewat atau orang-orang berjalan di sekitar ponsel, sering mengganggu pola

medan sehingga mengurangi kemungkinan sinyal yang diterima tersisa di posisi nol untuk

jangka waktu yang panjang . Space diversity antena dapat mencegah nulls deep fading, seperti

yang ditunjukkan dalam Bab 6. Gambar 3.1 menunjukkan variasi yang cepat khas ' di tingkat

sinyal yang diterima karena small-scale fading sebagai penerima dipindahkan beberapa meter.

Karena gerak relatif antara ponsel dan base station, setiap gelombang multipath mengalami

pergeseran jelas dalam frekuensi. Pergeseran frekuensi sinyal yang diterima karena gerakan ini

disebut pergeseran Doppler, dan berbanding lurus dengan kecepatan dan arah gerak dari

mobile sehubungan dengan arah kedatangan gelombang multipath yang diterima

4.1.1 Factors Influencing Small-Scale Fading

• Multipath propagation

Kehadiran pencerminan objek dan penyebaran dalam saluran menciptakan lingkungan

yang terus berubah dan menghilangkan energi sinyal dalam bentuk amplitudo, fase, dan

waktu. Efek ini menghasilkan beberapa versi dari sinyal yang tiba di antena penerima,

sehubungan dengan satu sama lain dalam waktu dan orientasi spasial. Tahap acak dan

amplitudo dari komponen multipath yang berbeda menyebabkan fluktuasi kekuatan

sinyal, sehingga mendorong terjadinya small-scale fading, distorsi sinyal, atau keduanya.

Multipath propagasi sering memperpanjang waktu yang diperlukan untuk bagian

baseband dari sinyal untuk mencapai penerima yang dapat menyebabkan mencoreng

sinyal karena gangguan intersymbol.

• Speed of the mobile

Gerak relatif antara base station dan hasil modulasi frekuensi acak karena pergeseran

Doppler yang berbeda pada masing-masing komponen multipath. Pergeseran Doppler

akan positif atau negatif tergantung pada apakah penerima mobile bergerak menuju

atau menjauh dari base station.

• Speed of surrounding objects

Jika objek dalam saluran radio bergerak, mereka menginduksi waktu yang bervariasi

.Doppler shift pada komponen multipath. Jika benda-benda di sekitarnya bergerak

dengan kecepatan lebih besar dari ponsel, maka efek ini mendominasi small-scaled

fading. Jika tidak, gerak benda di sekitarnya dapat diabaikan, dan hanya kecepatan

ponsel yang dipertimbangkan

• The transmission bandwidth of the signal

Jika ditransmisikan sinyal bandwidth radio lebih besar daripada "bandwidth" dari

saluran multipath , sinyal yang diterima akan terdistorsi , tetapi kekuatan sinyal yang

diterima tidak akan memudar banyak di daerah tersebut . Seperti yang akan ditampilkan

, bandwidth saluran dapat diukur oleh bandwidth koherensi yang terkait dengan

struktur multipath spesifik saluran . Bandwidth koherensi adalah ukuran dari perbedaan

frekuensi maksimum sinyal yang masih sangat berkorelasi dengan amplitudo . Jika sinyal

yang ditransmisikan memiliki bandwidth yang sempit dibandingkan dengan saluran ,

amplitudo sinyal akan berubah dengan cepat , tetapi sinyal tidak akan terdistorsi dalam

waktu.

4.1.2 Doppler Shift

Pertimbangkan bergerak seluler dengan kecepatan konstan v, sepanjang ruas jalan

memiliki panjang d antara titik X dan Y, sementara itu menerima sinyal dari remote Sumber S,

seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4.1. Perbedaan panjang jalan bepergian dengan

gelombang dari sumber S ke ponsel pada titik-titik X dan Y adalah Δl = d cos θ = v Δt cos θ.

Dimana Δt adalah waktu yang diperlukan untuk ponsel untuk melakukan perjalanan dari X ke Y,

dan θ diasumsikan sama pada titik-titik X dan Y karena sumber dianggap sangat jauh.

Perubahan fasa pada sinyal yang diterima karena perbedaan jalan panjang karena itu adalah :

Persamaan (4.2) berhubungan pergeseran Doppler dengan kecepatan mobile dan sudut

spasial antara arah gerak dari mobile dan arah kedatangan gelombang. Hal ini dapat dilihat dari

persamaan (4.2) bahwa jika mobile bergerak menuju arah datangnya gelombang, pergeseran

Doppler adalah positif (yaitu, frekuensi yang diterima jelas meningkat), dan jika ponsel bergerak

menjauh dari arah kedatangan gelombang, pergeseran Doppler adalah negatif Seperti

ditunjukkan dalam bagian 4.7.1, multipath komponen dari sinyal CW yang datang dari arah

yang berbeda berkontribusi Doppler untuk penyebaran sinyal yang diterima, sehingga

meningkatkan bandwidth sinyal.

4.2 Impulse Response Model of a Multipath Channel

Variasi kecil dari sinyal radio selular dapat langsung berhubungan dengan respon impuls

saluran radio mobile. Respon impuls adalah karakterisasi saluran wideband dan berisi semua

informasi yang diperlukan untuk mensimulasikan atau menganalisis semua jenis radio transmisi

melalui saluran tersebut. Ini berasal dari kenyataan bahwa saluran radio bergerak dapat

dimodelkan sebagai filter linier dengan waktu yang bervariasi respon impulse, dimana variasi

waktu adalah karena gerak receiver di ruang angkasa. Penyaringan sifat saluran tersebut

disebabkan oleh penjumlahan amplitudo dan keterlambatan dari beberapa gelombang tiba di

setiap waktu . Respon impuls adalah karakterisasi yang berguna untuk saluran, karena dapat

digunakan untuk memprediksi dan membandingkan kinerja banyak sistem komunikasi mobile

yang berbeda dan bandwidth transmisi untuk kondisi saluran mobile tertentu

untuk menunjukkan bahwa saluran radio bergerak dapat dimodelkan sebagai filter linier

dengan waktu yang bervariasi respon impulse, pertimbangkan kasus di mana variasi waktu

adalah ketat karena gerak penerima di ruang angkasa. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 4.2

Dalam Gambar 4.2, penerima bergerak di sepanjang trek di beberapa kecepatan konstan

v Untuk posisi d tetap, saluran antara pemancar dan penerima dapat dimodelkan sebagai waktu

sistem invarian linier. Namun, karena berbeda gelombang multipath yang memiliki

keterlambatan propagasi yang bervariasi lebih dari lokasi spasial yang berbeda dari penerima,

respon impuls waktu linear invarian saluran harus menjadi fungsi dari posisi penerima. Artinya,

saluran respon impuls dapat dinyatakan sebagai h (d, t). dengan x (t) mewakili sinyal yang

ditransmisikan, maka sinyal yang diterima y (d, t) pada posisi d dapat dinyatakan sebagai

convolution x (t) dengan h (d, t)

Karena penerima bergerak sepanjang tanah dengan kecepatan konstan v, posisi penerima

dapat dengan dinyatakan sebagai

d= vt

subtitusikan (4.5) dengan (4.4), maka didapat

Karena v adalah konstan, y (vt, t) hanya fungsi dari t. Oleh karena itu, persamaan (4.6)

dapat dinyatakan sebagai

Dari persamaan (4.7) jelas bahwa saluran radio mobile dapat dimodelkan sebagai

saluran linear bervariasi waktu, di mana perubahan channel berhubungan dengan waktu dan

jarak. Karena v dapat diasumsikan konstan selama waktu yang singkat (atau jarak) Interval, kita

misalkan x (t) mewakili ditransmisikan bandpass gelombang, y (t) yang menerima gelombang,

dan h (t, v) respon impuls dari waktu yang bervariasi saluran radio multipath. Respon impuls h

(t, ԏ) sepenuhnya mencirikan channel dan merupakan fungsi dari kedua t dan ԏ. Variabel t

mewakili waktu variasi karena gerakan, sedangkan ԏ merupakan kanal multipath delay untuk

nilai tetap t. Satu mungkin berpikir t sebagai penyesuaian vernier waktu. Itu menerima sinyal y

(t) dapat dinyatakan sebagai konvolusi dari sinyal ditransmisikan x (t) dengan respon impuls

kanal (lihat Gambar 4.3a).

Jika saluran multipath diasumsikan saluran bandpass terbatas, yang wajar maka h (t, ԏ) dapat

dijelaskan oleh kompleks baseband respon impuls hb (t, ԏ) dengan input dan output menjadi

representasi amplop kompleks sinyal yang ditransmisikan dan diterima, masing-masing (lihat

Gambar 43b). Artinya,

Karena sinyal yang diterima di saluran multipath terdiri dari rangkaian yang dilemahkan,

kali delay, fase bergeser replika dari sinyal yang ditransmisikan, respon impulse baseband

saluran multipath dapat dinyatakan sebagai

Gambar 4.4 menggambarkan contoh snapshot berbeda hb (t, ԏ), dimana t bervariasi ke

halaman, dan penundaan sampah waktu dikuantisasi untuk bandwidth Δԏ.

Jika respon impuls kanal diasumsikan waktu invariant, atau setidaknya luas stasioner

selama waktu yang skala kecil atau interval jarak, maka respon impuls kanal dapat

disederhanakan sebagai

Ketika mengukur atau memprediksi hb (ԏ), pulsa p menyelidik (t) yang menggambarkan

fungsi delta digunakan pada pemancar. Yaitu

4.2.1 Relationship Between Bandwidth and Received Power

Dalam sistem komunikasi nirkabel yang sebenarnya, respon impuls jalur multi-channel

diukur di lapangan menggunakan teknik saluran terdengar . Kami sekarang mempertimbangkan

dua saluran terdengar di kasus-kasus ekstrim sebagai sarana menunjukkan bagaimana

memudarnya skala kecil berperilaku cukup berbeda untuk dua sinyal dengan bandwidth yang

berbeda dalam saluran multipath identik. Berdasarkan pulsa sinyal, RF ditransmisikan dalam

bentuk

dimana p (t) adalah baseband berulang kereta pulsa dengan lebar pulsa yang sangat

sempit Tb, dan periode pengulangan TREP yang jauh lebih besar dari maksimum kelebihan

penundaan ԏmax dalam saluran. sekarang menjadi

dan biarkan p (t) menjadi nol di tempat lain untuk semua penundaan selisih lebih. Low

pass kanal output r (t) akan dekat mendekati respon impuls hb (t) dan diberikan oleh

Untuk menentukan daya yang diterima pada suatu waktu untuk, power lr (t0)l 2

diukur. Jumlah power lr (t0)l 2 disebut sesaat multipath daya profil keterlambatan saluran, dan

sama dengan energi yang diterima selama durasi waktu penundaan multipath dibagi dengan

ԏmax . Artinya, dengan menggunakan persamaan (4.16)

Sekarang, bukan pulsa, pertimbangkan sinyal CW yang ditransmisikan ke saluran yang

sama persis, dan membiarkan amplop kompleks diberikan oleh c (t) = 2. Kemudian, amplop

kompleks sesaat dari sinyal yang diterima diberikan oleh fasor jumlah

karena r (t) adalah jumlah fasor dari multipath individu komponen, fase sesaat dari

komponen multipath menyebabkan fluktuasi besar yang menggambarkan memudar skala kecil

untuk sinyal CW. rata-rata daya yang diterima di daerah setempat kemudian diberikan oleh

Dengan demikian terlihat bahwa menerima lokal ensemble kekuatan rata-rata

wideband dan sinyal narrowband yang setara. Ketika sinyal yang ditransmisikan memiliki

bandwidth yang jauh lebih besar daripada bandwidth saluran, maka multipath struktur

sepenuhnya diselesaikan oleh sinyal yang diterima setiap saat, dan daya yang diterima

bervariasi sangat kecil karena multipath amplitudo individu melakukan tidak berubah dengan

cepat di wilayah setempat.

Namun, jika sinyal yang ditransmisikan memiliki bandwidth yang sangat sempit

(misalnya, sinyal baseband memiliki durasi lebih besar dari kelebihan penundaan saluran), maka

multipath tidak diselesaikan dengan sinyal yang diterima, dan fluktuasi sinyal besar (memudar)

terjadi ada penerima karena pergeseran fasa dari banyak komponen multipath yang belum

terselesaikan Gambar 4.5 mengilustrasikan aktual pengukuran saluran radio ruangan dibuat

bersamaan dengan menyelidik pulsa wideband memiliki TBB = ion, dan CW pemancar.

Frekuensi pembawa adalah 4 GHz. Hal ini dapat dilihat bahwa sinyal CW mengalami memudar

cepat, sedangkan wideband pengukuran berubah sedikit lebih yang 5λ. pengukuran lintasan.

Namun, rata-rata lokal menerima kekuatan dari kedua sinyal diukur menjadi hampir identik

[Haw9l].

4.3 Small-Scale Multipath Measurements

Karena pentingnya struktur multipath dalam menentukan efek fading skala kecil,

sejumlah saluran wideband teknik terdengar telah dikembangkan. Teknik-teknik ini dapat

diklasifikasikan sebagai pulsa langsung mea-surements, spread spectrum geser pengukuran

correlator, dan menyapu pengukuran frekuensi.

4.3.1 Direct RF Pulse System

Sebuah saluran sederhana terdengar pendekatan sistem pulsa RE langsung (lihat

Gambar 4.6). Teknik ini memungkinkan para insinyur untuk menentukan cepat keterlambatan

listrik profil setiap saluran, seperti yang ditunjukkan oleh Rappaport dan Seidel [R.ap89],

[Rap9O]

Jika osiloskop diatur pada rata-rata modus, maka sistem ini dapat memberikan daya rata-rata

profil penundaan lokal. Lain Aspek yang menarik dari sistem ini adalah kurangnya kompleksitas,

karena off-the-shelf peralatan dapat digunakan

Masalah utama dengan sistem ini adalah bahwa hal itu terganggu dan kebisingan,

karena filter passband lebar diperlukan untuk resolusi waktu multi-path. Juga, sistem pulsa

bergantung pada kemampuan untuk memicu osiloskop pada sinyal tiba pertama. Jika sinyal

yang tiba pertama diblokir atau memudar, memudar parah terjadi, dan mungkin sistem

mungkin tidak memicu den-gan benar. Kerugian lain adalah bahwa fase komponen multipath

individu tidak diterima, karena penggunaan detektor amplop. Namun, penggunaan detektor

koheren memungkinkan pengukuran fase multipath menggunakan teknologi-nique.

4.3.2 Spread Spectrum Sliding Correlator Channel Sounding

Diagram blok dasar dari spread spectrum sistem saluran terdengar adalah ditunjukkan

pada Gambar 4.7. Keuntungan dari sistem spread spectrum adalah bahwa, sementara sinyal

menyelidik mungkin wideband, adalah mungkin untuk mendeteksi sinyal yang ditransmisikan

menggunakan penerima narrowband didahului oleh wideband mixer, sehingga meningkatkan

jangkauan dinamis dari sistem dibandingkan dengan sistem pulsa RF langsung.

Dalam spread spectrum saluran sounder, sinyal pembawa "menyebar" atas bandwidth yang

besar dengan mencampurnya dengan pseudo-noise (PN) urutan biner memiliki durasi Tc chip

dan chip Tc rate sama dengan 1/ Tc Hz. Spektrum daya amplop yang ditransmisikan sinyal

spread spectrum diberikan oleh [Dix84].

Sinyal spread spectrum ini kemudian diterima, disaring, dan despread menggunakan PN

generator urutan identik dengan yang digunakan pada pemancar. Meskipun dua urutan PN

adalah identik, jam Chip pemancar dijalankan pada sedikit tingkat yang lebih cepat daripada

chip jam penerima. Pencampuran urutan chip dalam mode ini menerapkan correlator geser.

Dengan cara ini, filter narrowband yang mengikuti correlator dapat menolak hampir semua

dari kekuatan sinyal yang masuk. Ini adalah bagaimana processing gain diwujudkan dalam

spread penerima spektrum dan bagaimana dapat menolak gangguan passband, tidak seperti

langsung RF pulsa sistem terdengar.

Ketika sinyal yang masuk berkorelasi dengan urutan penerima, sinyal runtuh kembali ke

bandwidth asli (yaitu, "despread"), amplop terdeteksi, dan ditampilkan pada sebuah osiloskop.

Sejak multipaths masuk yang berbeda akan mengalami keterlambatan waktu yang berbeda,

mereka maksimal akan berkorelasi dengan penerima PN urutan pada waktu yang berbeda.

Energi ini jalur individu akan melewati melalui correlator tergantung pada waktu penundaan.

Oleh karena itu, setelah amplop deteksi, respon impuls kanal convolved dengan bentuk pulsa

dari sebuah chip dosa-gle ditampilkan pada osiloskop.

Resolusi waktu (Δԏ) dari komponen multipath menggunakan penyebaran sistem spektrum

korelasi geser

Dengan kata lain, sistem dapat menyelesaikan dua komponen multipath selama karena

mereka sama dengan dr lebih besar dari Tc detik terpisah. Pada kenyataannya, multipath

komponen dengan waktu interarrival lebih kecil dari Tc, dapat diatasi sejak NNS lebar pulsa

lebih kecil dari lebar mutlak korelasi segitiga pulsa, dan di urutan Tc

Proses korelasi geser memberikan pengukuran waktu yang setara yang diperbarui setiap kali

dua urutan yang maksimal berkorelasi. Waktu antara korelasi maksimal (Tc) dapat dihitung dari

persamaan (4.30)

Pengukuran waktu yang setara mengacu pada waktu relatif multipath komponen seperti

yang ditampilkan pada osiloskop. Skala waktu diamati pada osiloskop menggunakan correlator

geser berhubungan dengan propagasi yang sebenarnya skala waktu.

Efek ini disebabkan oleh tingkat relatif informasi mentransfer di geser correlator.

Sebagai contoh, persamaan (4.30) adalah waktu yang diamati diukur osiloskop dan bukan

waktu propagasi sebenarnya. Efek ini, yang dikenal sebagai dilatasi waktu, terjadi dalam sistem

correlator geser karena penundaan propagasi benar-benar memperluas dalam waktu oleh

correlator geser.

Ada beberapa keuntungan untuk spread spectrum sistem saluran terdengar. Salah satu

karakteristik modulasi spread spectrum kunci adalah kemampuan untuk menolak passband

kebisingan, sehingga meningkatkan jangkauan cakupan untuk pemancar yang diberikan

kekuasaan. Pemancar dan penerima PN sinkronisasi urutan dihilangkan oleh correlator geser.

Sensitivitas dapat disesuaikan dengan mengubah faktor geser dan bandwidth penyaring pasca-

correlator. Juga, kekuatan pemancar yang dibutuhkan dapat jauh lebih rendah dibandingkan

sistem pulsa langsung karena melekat "pengolahan gain" sistem spread spectrum.

Kelemahan dari sistem spread spectrum, dibandingkan dengan langsung sistem pulsa, adalah

bahwa pengukuran tidak dilakukan secara real time, tetapi mereka dikompilasi sebagai kode PN

geser melewati satu sama lain. Tergantung pada parameter sistem dan tujuan pengukuran,

waktu yang dibutuhkan untuk membuat pengukuran profil penundaan listrik mungkin

berlebihan. Kelemahan lain dari sistem yang dijelaskan di sini adalah bahwa detektor

noncoherent digunakan, sehingga fase komponen multipath individu tidak dapat diukur.

Bahkan jika deteksi koheren digunakan, waktu sapuan sinyal spread spectrum menginduksi

menunda sedemikian rupa sehingga fase individual komponen multipath dengan penundaan

waktu yang berbeda akan diukur pada waktu secara substansial berbeda, di mana saluran

mungkin berubah.

4.3.3 Frequency Domain Channel Sounding

Karena hubungan ganda antara domain waktu dan frekuensi teknik domain, adalah

mungkin untuk mengukur respon impuls saluran dalam domain frekuensi. Gambar 4.8

menunjukkan domain frekuensi saluran sounder yang digunakan untuk mengukur respon

impuls saluran. Sebuah network analyzer vektor mengendalikan disintesis frekuensi penyapu,

dan set tes S-parameter yang digunakan untuk memantau respon frekuensi saluran. Penyapu

memindai frekuensi tertentu band (berpusat pada operator) dengan melangkah melalui

frekuensi diskrit. Itu jumlah dan jarak dari langkah-langkah frekuensi berdampak resolusi waktu

pengukuran respon impuls. Untuk setiap langkah frekuensi, uji S-parameter set

mentransmisikan tingkat sinyal diketahui pada port 1 dan memonitor sinyal yang diterima

tingkat di pelabuhan 2.

Untuk waktu yang bervariasi saluran, frekuensi respon kanal dapat berubah dengan

cepat, memberikan dorongan yang keliru Pengukuran respon. Untuk mengurangi efek ini,

menyapu kali cepat diperlukan untuk menjaga jumlah menyapu frekuensi respon pengukuran

selang sesingkat mungkin. Waktu menyapu lebih cepat dapat dicapai dengan mengurangi

jumlah langkah frekuensi, tapi ini pengorbanan resolusi waktu dan kelebihan berbagai

keterlambatan dalam domain waktu

4.4 Parameters of Mobile Multipath Channels

Banyak parameter kanal multipath berasal dari penundaan daya pro-berkas, yang

diberikan oleh persamaan (4.18). Profil penundaan listrik diukur dengan menggunakan teknik-

teknik yang dibahas dalam Bagian 4.4 dan umumnya diwakili sebagai plot relatif menerima

kuasa sebagai fungsi kelebihan penundaan sehubungan dengan waktu tunda tetap referensi.

Profil keterlambatan listrik ditemukan oleh rata-rata seketika kekuasaan menunda pengukuran

profil di wilayah setempat untuk menentukan rata-rata skala kecil daya profil penundaan.

Tergantung pada resolusi waktu menyelidik pulsa dan jenis saluran multipath dipelajari, peneliti

sering memilih untuk sampel pada pemisahan spasial seperempat dari panjang gelombang dan

lebih receiver gerakan tidak lebih besar dari 6 m di saluran terbuka dan tidak lebih besar dari 2

di dalam saluran indoor di kisaran 450 MHz - 6 GHz.

4.4.1 Time Dispersion Parameters

Dalam rangka untuk membandingkan saluran multipath yang berbeda dan untuk

mengembangkan beberapa pedoman desain gen-eral untuk sistem nirkabel, parameter yang

terlalu mengukur saluran multipath digunakan. Rata-rata kelebihan delay, delay rms menyebar,

dan delay kelebihan spread (X dB) adalah parameter kanal multipath yang dapat menghalangi-

ditambang dari kekuatan profil penundaan. Sifat dispersif waktu pita lebar saluran multipath

yang paling sering diukur oleh kelebihan keterlambatan rata-rata mereka (ԏ dan delay spread

rms (σr). Rata-rata kelebihan penundaan adalah saat pertama daya dela)? profil dan

didefinisikan sebagai

Penting untuk dicatat bahwa rms delay spread dan kelebihan mean delay adalah

didefinisikan dari satu kekuatan profil penundaan yang merupakan rata-rata sementara atau

spasial pengukuran respon impuls berturut-turut dikumpulkan dan rata-rata lebih daerah

setempat. biasanya, banyak pengukuran dilakukan di banyak daerah setempat untuk

menentukan berbagai statistik dari parameter kanal multipath untuk sistem komunikasi mobile

di wilayah skala besar.

Kelebihan delay maksimum (X dB) dari profil keterlambatan listrik didefinisikan sebagai

penundaan waktu selama multipath energi jatuh ke X dB di bawah maksimum

Dengan kata lain, kelebihan delay maksimum didefinisikan sebagai ԏx-ԏo, di mana ԏo

adalah sinyal yang tiba pertama dan ԏx adalah keterlambatan maksimum di mana sebuah

multipath komponen dalam X dB dari sinyal multipath terkuat tiba (yang tidak belum tentu tiba

di ԏ0). Gambar 4.10 mengilustrasikan perhitungan kelebihan keterlambatan max-Imum untuk

komponen multipath dalam 10 dB maksimal.

Itu kelebihan delay maksimum (X dB) mendefinisikan batas temporal multipath yang di

atas ambang tertentu. Nilai ԏx kadang-kadang disebut kelebihan menunda penyebaran

kekuatan profil keterlambatan, tetapi dalam semua kasus harus ditentukan dengan ambang

batas yang berhubungan lantai kebisingan multipath maksimal menerima komponen multipath.

Perlu dicatat bahwa daya penundaan proffle dan respon frekuensi magnitude (respon spektral)

dari saluran radio bergerak terkait melalui Transformasi Fourier. Oleh karena itu mungkin

untuk mendapatkan setara deskripsi saluran dalam domain frekuensi menggunakan respon

frekuensi karakteristik. Analog dengan parameter delay spread dalam domain waktu,

bandwidth yang koherensi digunakan untuk mengkarakterisasi saluran dalam frekuensi domain.

The rms delay spread dan bandwidth koherensi berbanding terbalik satu sama lain, meskipun

hubungan mereka dengan tepat adalah fungsi yang tepat Struktur multipath.

4.4.2 Coherence Bandwidth

Sementara penundaan penyebaran adalah fenomena alam yang disebabkan oleh

tercermin dan jalur propagasi tersebar di saluran radio, bandwidth koherensi, Bc adalah relasi

didefinisikan berasal dari rms delay spread. Bandwidth yang Koherensi adalah ukuran statistik

dari berbagai frekuensi di mana saluran bisa dianggap "flat" (yaitu, saluran yang melewati

semua komponen spektral dengan keuntungan kira-kira sama dan fase linier); Dengan kata lain,

koherensi bandwidth adalah rentang frekuensi di mana dua komponen frekuensi memiliki

potensi kuat untuk korelasi amplitudo. Dua sinusoid dengan frekuensi memisahkan-tion lebih

besar dari Bc dipengaruhi cukup berbeda oleh saluran. Jika bandwidth koherensi didefinisikan

sebagai bandwidth di mana korelasi frekuensi Fungsi di atas 0,9, maka bandwidth koherensi

adalah sekitar

Jika definisi santai sehingga fungsi korelasi frekuensi di atas 0,5. maka bandwidth koherensi

adalah sekitar

Penting untuk dicatat bahwa hubungan yang tepat antara koherensi bandwidth dan

delay NNS spread tidak ada, dan persamaan (4,38) dan (4,39) adalah "bola taman

memperkirakan". Secara umum, teknik analisis spektral dan simulasi diperlukan untuk

menentukan dampak yang tepat waktu bervariasi multipath memiliki pada sinyal yang

ditransmisikan tertentu. Untuk alasan ini, model kanal multipath akurat harus digunakan dalam

desain modem khusus untuk aplikasi nirkabel.

4.4.3 Doppler Spread and Coherence Time

Delay spread dan bandwidth koherensi adalah parameter yang menggambarkan Waktu

sebar sifat saluran di daerah setempat. Namun, mereka tidak menawarkan informasi tentang

berbagai sifat waktu dari saluran yang disebabkan oleh gerakan relatif antara stasiun bergerak

dan basis, atau dengan gerakan benda-benda di saluran. Doppler spread dan waktu koherensi

adalah parameter yang menggambarkan waktu yang berbeda-beda sifat saluran di wilayah

skala kecil Doppler spread BD adalah ukuran memperluas spektrum disebabkan oleh

laju perubahan dari saluran radio mobile dan didefinisikan sebagai kisaran fre-quencies dimana

spektrum Doppler yang diterima pada dasarnya adalah nol.

Ketika nada sinusoidal murni frekuensi fc ditransmisikan, sinyal yang diterima spektrum,

disebut spektrum Doppler, akan memiliki komponen dalam kisaran fc-fd ke fc + fd mana fd

adalah pergeseran Doppler. Jumlah memperluas spektrum tergantung pada fd yang merupakan

fungsi dari kecepatan relatif mobile, dan sudut 9 antara arah gerak dari mobile dan arah

kedatangan gelombang tersebar. Jika bandwidth sinyal baseband jauh lebih besar dari BD, efek

Doppler spread dapat diabaikan pada penerima.

Koherensi waktu T, adalah waktu domain ganda Doppler spread dan digunakan untuk

pengkarakterisasi berbagai sifat waktu dispersiveness frekuensi channel dalam domain waktu.

Doppler spread dan waktu koherensi adalah berbanding terbalik dengan satu sama lain.

Artinya,

Koherensi tine sebenarnya ukuran statistik dari durasi waktu selama yang respon impuls

kanal pada dasarnya invarian, dan mengkuantifikasi kesamaan respon kanal pada waktu yang

berbeda. Dengan kata lain, koherensi Waktu adalah durasi waktu di mana dua sinyal yang

diterima memiliki potensi kuat untuk korelasi amplitudo. Jika bandwidth timbal balik dari sinyal

baseband lebih besar dari waktu koherensi saluran, maka saluran akan berubah selama

transmisi pesan baseband, sehingga menyebabkan distorsi pada penerima. Jika waktu

koherensi didefinisikan sebagai waktu yang lebih dari waktu fungsi korelasi di atas 0,5, maka

waktu koherensi adalah sekitar

Dimana fm adalah pergeseran Doppler maksimum yang diberikan oleh fm = v / λ. Dalam

prakteknya, (4.40.a) menunjukkan durasi waktu selama sinyal Rayleigh fading dapat

berfluktuasi liar, dan (4.40.b) terlalu membatasi. Aturan populer praktis untuk modem

komunikasi digital adalah untuk menentukan waktu koherensi sebagai mean geometrik

persamaan (4.40.a) dan (4.40.b). Artinya,

Definisi waktu koherensi menyiratkan bahwa dua sinyal tiba dengan waktu pemisahan

lebih besar dari Tc dipengaruhi secara berbeda oleh saluran. Misalnya, untuk kendaraan

bepergian 60 mph menggunakan pembawa 900 MHz, seorang konservatif nilai Tc dapat

ditampilkan menjadi 2,22 ms dari (4.40.b). Jika transmisi digital Sistem yang digunakan, maka

selama simbol rate lebih besar dari I / Tc = 454 bps, saluran tidak akan menyebabkan distorsi

karena gerak (bagaimanapun distorsi bisa Hasil dari multipath waktu delay spread, tergantung

pada impuls saluran respon). Menggunakan rumus praktis (4.40.c), Tc = 6.77 ms dan simbol

Tingkat harus melebihi 150 bit / s untuk menghindari distorsi karena dispersi frekuensi.

4.5 Types of Small-Scale Fading

Bagian 4.3 menunjukkan bahwa jenis memudar dialami oleh sinyal menyebarkan

melalui saluran radio bergerak tergantung pada sifat dari sinyal yang ditransmisikan

sehubungan dengan karakteristik saluran. tergantung pada hubungan antara parameter sinyal

(seperti bandwidth, periode simbol, dll) dan parameter saluran (seperti keterlambatan rms

menyebar dan Doppler spread), sinyal yang ditransmisikan berbeda akan menjalani berbagai

jenis memudar. Waktu dis-persion dan mekanisme dispersi frekuensi saluran radio bergerak

menyebabkan empat efek yang berbeda mungkin, yang diwujudkan tergantung pada sifat sinyal

yang dikirimkan, saluran, dan kecepatan. Sementara multipath delay penyebaran mengarah ke

waktu dispersi dan frekuensi selektif fading, Doppler menyebar menyebabkan dispersi

frekuensi dan waktu memudar selektif. Kedua propagasi mekanisme yang independen satu

sama lain. Gambar 4.11 menunjukkan sebuah pohon dari empat berbagai jenis memudar.

4.5.1 Fading Effects Due to Multipath lime Delay Spread

Waktu dispersi karena multipath menyebabkan sinyal yang ditransmisikan untuk

menjalani datar atau frekuensi selektif fading.

4.5.1.1Flat fading

Jika saluran radio mobile memiliki gain konstan dan respon fase linier selama bandwidth

yang lebih besar daripada bandwidth dari sinyal yang ditransmisikan, maka sinyal yang diterima

akan menjalani flat fading. Jenis memudar secara historis jenis yang paling umum dari

memudar dijelaskan dalam literatur teknis. di flat memudar, struktur multipath saluran

sedemikian rupa bahwa karakteristik spektral dari sinyal yang ditransmisikan yang diawetkan

pada penerima. Namun kekuatan perubahan sinyal yang diterima dengan waktu, karena

fluktuasi gain dari saluran yang disebabkan oleh multipath. Karakteristik dari kanal flat fading

diilustrasikan pada Gambar 4.12

Hal ini dapat dilihat dari Gambar 4.12 bahwa jika perubahan saluran keuntungan dari

waktu ke waktu, perubahan amplitudo terjadi pada sinyal yang diterima. Seiring waktu,

menerima signal r (t) bervariasi dalam keuntungan, tetapi spektrum transmisi yang diawetkan.

Dalam kanal flat fading, bandwidth timbal balik dari sinyal yang ditransmisikan jauh lebih besar

dari keterlambatan multipath waktu penyebaran saluran, dan hb (t, ԏ) dapat didekati sebagai

tidak memiliki kelebihan delay (yaitu, fungsi delta tunggal dengan ԏ = 0). Saluran memudar

datar juga dikenal sebagai saluran uarying amplitudo dan kadang-kadang disebut sebagai

saluran narrowband, karena bandwidth dari diterapkan sinyal sempit dibandingkan dengan

bandwidth saluran flat fading. Khas datar kanal fading menyebabkan memudar dalam, sehingga

mungkin memerlukan 20 atau 30 dB lebih pemancar kekuatan untuk mencapai tingkat

kesalahan bit rendah selama masa memudar jika dibandingkan dengan sistem operasi melalui

saluran nonfading. Pembagian keuntungan sesaat saluran flat fading penting untuk merancang

link radio, dan distribusi amplitudo yang paling umum adalah distribusi Rayleigh. Itu Rayleigh

datar model kanal fading mengasumsikan bahwa saluran menginduksi amplitudo yang

bervariasi dalam waktu sesuai dengan distribusi Rayleigh. Untuk meringkas, sinyal mengalami

flat fading jika :

Dimana Ts adalah bandwidth timbal balik (misalnya, periode simbol) dan Bs adalah

bandwidth, masing-masing, dari modulasi ditransmisikan, dan σr dan Bc adalah rms waktu

delay dan bandwidth koherensi, masing-masing, saluran.

4.5.1.2 Frequency Selective Fading

Jika saluran memiliki gain konstan dan respon fase linier atas bandwith yang lebih kecil

dari bandwidth sinyal yang ditransmisikan, maka channel menciptakan frekuensi selective

fading pada sinyal yang diterima. Di bawah seperti kondisi respon impuls saluran memiliki

multipath delay spread yang greafer dari bandwidth timbal balik dari pesan gelombang

ditransmisikan. Ketika ini terjadi, sinyal yang diterima meliputi beberapa versi dari gelombang

yang ditransmisikan yang dilemahkan (pudar) dan tertunda dalam waktu, dan karenanya sinyal

yang diterima terdistorsi. Frekuensi selektif fading adalah karena dispersi tine dari simbol-

simbol ditransmisikan dalam saluran. Jadi saluran menginduksi intersymbol interference (ISI).

Dilihat dalam domain frekuensi, komponen frekuensi tertentu dalam spektrum sinyal yang

diterima memiliki keuntungan lebih besar daripada yang lain

Frekuensi saluran selektif fading jauh lebih sulit untuk model daripada saluran flat fading karena

setiap sinyal multipath harus dimodelkan dan saluran harus dianggap sebagai filter linier. Ini

adalah alasan inilah wideband pengukuran multipath dibuat, dan model yang dikembangkan

dari langkah-surements. Ketika menganalisis sistem komunikasi mobile, model respon impulse

statistik seperti 2-ray Rayleigh fading Model (yang menganggap respon impuls yang akan terdiri

dari dua fungsi delta yang independen memudar dan memiliki waktu tunda yang cukup di

antara mereka untuk menginduksi frekuensi selektif fading pada sinyal diterapkan), atau

komputer yang dihasilkan atau diukur respon impuls, umumnya digunakan untuk menganalisis

frekuensi memudar skala kecil selektif. Gambar 4.13 menggambarkan karakteristik frekuensi

selektif fading.

Frekuensi saluran memudar selektif juga dikenal sebagai wideband saluran karena

bandwidth dari sinyal s (t) lebih lebar dari bandwidth respon impuls kanal. Seperti waktu

bervariasi, saluran bervariasi gain dan fase seluruh spektrum s (t), sehingga waktu yang

berbeda-beda distorsi pada sinyal yang diterima r (t). Untuk meringkas, sinyal mengalami

frekuensi selective fading jika :

Aturan umum praktis adalah bahwa saluran frekuensi selektif jika TS < 10σr meskipun hal ini

tergantung pada jenis tertentu modulasi yang digunakan. Bab 5 menyajikan hasil simulasi yang

menggambarkan dampak keterlambatan waktu tersebar di bit error rate (BER)

4.5.2 Fading Effects Due to Doppler Spread

4.5.2.1 Fast Fading

Tergantung pada seberapa cepat ditransmisikan baseband sinyal perubahan sebagai

dibandingkan dengan laju perubahan saluran, saluran dapat diklasifikasikan baik sebagai cepat

memudar atau lambat fading. Dalam saluran memudar cepat, saluran respon impulse

perubahan cepat dalam durasi simbol. Artinya, waktu koherensi saluran lebih kecil dari periode

simbol yang ditransmisikan sinyal. Hal ini menyebabkan frekuensi dispersi (juga disebut waktu

selektif fading) karena Doppler spreading, yang mengarah ke sinyal distorsi. Dilihat dari

frekuensi domain, distorsi sinyal karena cepat memudar meningkat dengan meningkatnya

Doppler menyebar relatif terhadap bandwidth dari sinyal yang ditransmisikan. Oleh karena itu,

sinyal yang mengalami cepat memudar jika :

Perlu dicatat bahwa ketika saluran ditentukan sebagai cepat atau lambat memudar

channel, itu tidak menentukan apakah saluran memudar datar atau frekuensi selektif di alam.

Cepat memudar hanya berkaitan dengan laju perubahan saluran karena gerak. dalam kasus

saluran memudar datar, kita dapat mendekati impuls respon menjadi hanya fungsi delta (tidak

ada waktu tunda). Oleh karena itu, sebuah flat fading, cepat fading adalah saluran di mana

amplitudo fungsi delta bervariasi lebih cepat dari laju perubahan sinyal baseband

ditransmisikan. Dalam kasus frekuensi selektif, saluran cepat memudar, amplitudo, fase, dan

waktu keterlambatan salah satu dari komponen multipath bervariasi lebih cepat daripada

tingkat mengubah dari sinyal yang ditransmisikan. Dalam prakteknya, cepat memudar hanya

terjadi untuk yang sangat rendah kecepatan data.

4.5.2.2 Slow Fading

Dalam saluran memudar lambat, saluran impuls perubahan respon pada tingkat jauh

lebih lambat daripada baseband ditransmisikan sinyal s (t). Dalam hal ini, saluran dapat

diasumsikan statis selama satu atau beberapa interval bandwidth yang timbal balik. Dalam

domain frekuensi, ini berarti bahwa penyebaran Doppler saluran adalah jauh lebih sedikit

daripada bandwidth dari sinyal baseband. Oleh karena itu, sinyal mengalami memudar lambat

jika:

Harus jelas bahwa kecepatan mobile (atau kecepatan benda di channel) dan sinyal

baseband menentukan apakah sinyal mengalami cepat memudar atau lambat memudar.

Hubungan antara berbagai parameter multipath dan jenis iseng-ing dialami oleh sinyal

dirangkum dalam Gambar 4.14. selama beberapa tahun, beberapa penulis telah bingung tetang

rumus cepat dan lambat memudar dengan istilah skala besar dan skala kecil memudar. Perlu

ditekankan bahwa cepat dan memperlambat memudar berurusan dengan hubungan antara laju

perubahan dalam saluran dan sinyal yang dikirimkan, dan tidak dengan jalur propagasi model

rugi.

REFERENSI

[1] Andi, H. 2005. Modul Teknik Telekomunikasi. Teknik Eektro UNISMA, Bekasi. [2] Carlson, B.A. 2002. Communication Systems. McGraw Hill, New York. [3] Demuth, H. and Mark Beale. 1994. Neural Network Toolbox for use with Matlab.The

Math Work Inc., USA [4] Dixon, R.C. 1994. Spread Spectrum Systems with Comercial Applications. John Wiley &

Sons, New York. [5] Eberspächer, J. and Vögel, Hans-Jörg. 1999. GSM Switching, Services and Protocols. Jhon

Wiley & Sons Ltd. , New York [6] Gao, X.M., Xio Zhi Gao, Jarno MA Tanskanen, and Seppo J. Ovaska. 1997. Power Prediction

in Mobile Communication Systems Using an Optimal Neural Network Structure. IEEE Trans. On Neural Network, Vol.8.

[7] Gao, X.M., JMA Tanskanen, and S.J. Ovaska. 1996. Comparition of Linier and Neural Network-based Power Predictin Schemes for Mobile DS/CDMA. IEEE, Trans. On Neural Network, Vol.5.

[8] Lee, W.C.1995. Mobile Cellular Telecommunications Analog and Digital System. McGraw-Hill, Inc., Singapore

[9] Lee, W.C. 1986. Mobile Design Fundamentals. Howard W/ Somas & Co., Singapore [10] Limin Fu. 1986. Neural Network in Computer Intelligence. Mc Graw-Hill, Inc., Singapore [11] Macario, R.C.V. 1997. Cellular Radio Principles and Design. MACMILLAN PRESS

LTD. Second Edition, London. [12] Proakis, J.G. 1995. Digital Communications, third edition. McGraw-Hill, New York [13] Peterson, R.L., Rodger E. Ziemer, and David E. Borth. 1995. Introduction to spread-

spectrum communications. Prentice Hall International, USA [14] Prasad, R. 1996. CDMA for Wireless Personal Communication. Artech House Publisher,

Boston. [15] Tonguz, O.K. and M.M. Wang. 1994. Celluler CDMA network impired by Rayleigh fading:

System performance with power control. IEEE Trans. Veh. Technol, vol.43, pp.515-527. [16] Rapaport, T.S. 1986. Wireless Communication. Principle Practice, Upper Sadle Rive. [17] Rumelhart. 1986. Parallel Distributed Processing: Exploration in the Microstructure of

Cognition. IEEE, [18] Rao, V.B. 1999. Neural Networks and Fuzzy Logic. Henry Holt and Company, Inc. [19] Shanmugan, K.S., Arthur M. Breipohl. 1998. Random Signal Detection Estimation and

Data Analysis. John Wiley & Sons., New York. [20] Tanskanen, J.M.A. 1995. Prediction of Received Signal Power for Mobile Celluler

Systems. in Proc. The IRC Workshop, Finland. [21] Viterbi, A.J. 1995. CDMA of Spread Spectrum Communication. McGraw Hill, New York.