te3223 sistem komunikasi sistem komunikasi 22 · mitigation of multipath fadingÆrake receiver ......

51
Modul #13 TE3223 TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 2 SPREAD SPECTRUM DAN CDMA DAN CDMA Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi Departemen Teknik Elektro - Sekolah Tinggi Teknologi Telkom Bandung – 2008

Upload: hoangbao

Post on 13-Mar-2019

230 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Modul #13

TE3223 TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22

SPREAD SPECTRUM DAN CDMADAN CDMA

Program Studi S1 Teknik TelekomunikasiDepartemen Teknik Elektro - Sekolah Tinggi Teknologi Telkomp gg g

Bandung – 2008

Page 2: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Introduction to spread spectrum (SS)

Historycally spread spectrum (SS) system has been used by military since over a half century ago for two main purpose:y g p p

To overcome strong intentional interference (jamming)To hide signal from the eavesdropper.

Most papers/text book prior to the end of 1980s emphasise this application of SS system. Only at the beginning of 1990s the subject of SS systems for commercial applications began to gain much attention.In fact, SS system for commercial applications can achieve efficiency improvements by incorporating a number of unique features madeimprovements by incorporating a number of unique features made possible by the benign noise-like characteristics of the SS signal waveform.

Universal frequency reuse increase spectrum efficiencyq y p yMitigation of multipath fading Rake receiverSoft hand-off in multiple cells improve cell boundary performance and prevents dropped calls

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 2

Page 3: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Introduction (cont’d)

Limitations of conventional FDMA and TDMA:Each channel is allocated a disjoint freq or time slot that is orthogonalEach channel is allocated a disjoint freq or time slot that is orthogonal (assuming perfect isolation).Channel capacity is limited by BW and time allotment, thermal AWGN, and propagation effect (shadowing and multipath fading)This permanent channel allocation is good for continuous transmission, in fact voice transmission is not continuous.Frequency reuse needs a very careful design because of potential cochannel interference.FDMA and TDMA suffer degradation due to multipath fading

Benefit of SS multiple access is that it can overcome most of the limitations of conventional systems.

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 3

Page 4: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Introduction (cont’d)

Purposes Military Commercialantijamming yes Yesantijamming yes YesMultiple access yes YesLow Prob. Of Intercept yes NoMessage privacy yes YesSelective calling yes Yesidentification yes Yesidentification yes YesNavigation yes YesMultipath protection yes YesLow power/flux density yes yes

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 4

Page 5: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Shannon’s Capacity Equation

Dimana: C= Kapasitas kanal transmisi (bps)Bω= Lebar pita frekuensi transmisi (Hz)S= Daya Sinyal (watt)N= Daya derau (watt)N Daya derau (watt)

Menyalurkan informasi yang jauh lebih besar (Kapasitas kanal transmisi besar) pada saluran ber-noise dapat ditempuh dengan 2 cara, yaitu:

1. Dengan cara konvensional, dimanaa Bω kecil dan S/N besar g , ω

2. Dengan cara penyebaran spektrum , dimana Bω besar dan S/N kecil

Pada sistem spektral tersebar sinyal informasi disebar pada pita f k i j h l bih b d i d it i f ifrekuensi yang jauh lebih besar daripada pita informasinya.Penyebaran ini dilakukan oleh suatu fungsi penebar yang bebas terhadap sinyal informasi berupa sinyal acak semu (pseudorandom)yang memiliki karakteristik spectral mirip derau (noise), disebut

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 5

y g p p ( )pseudorandom noise (PN Code).

Page 6: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Jenis-jenis Spread SpectrumA eraging S stem sin alAveraging System: sinyal di-spread pada keseluruhan band width sangat lebar sepanjang waktu.

⇒Direct Sequence⇒Direct Sequence-Spread Spectrum (DS-SS)

A id S t i lAvoidance System: sinyal modulasi narrow band di-hopped pada band widthatau waktu sangat lebar sehingga dapatsehingga dapat “menghindari” gangguan.

⇒Frequency Hopping-Spread Spectrum (FH-SS)⇒Time Hopping-Spread⇒Time Hopping Spread Spectrum (TH-SS)

Hybrid : ⇒ DS/FH, TH/DS, etc

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 6

etc.

Page 7: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Tradisional Communication System VsSpread Spectrum Systems

Sistem Komunikasi t di i l i i ktradisional mengirimkan urutan data dengan bandwidth yang sempit

Sistem Spread Spectrum mengirimkan urutan data dengan bandwidth yang lebar

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 7

Page 8: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Spread-Despread Principle in DS-SS

Proses Spread-Despread padadomain waktuJika format data NRZ unipolarDengangerbangXOR

Lewat kanal transmisitransmisi

A B A⊕B0 0 00 0 00 1 11 0 1

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 81 1 0

Page 9: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Spread-Despread Principle in DS-SSProses Spread-Despread pada domain waktu jika format dataProses Spread Despread pada domain waktu, jika format data

NRZ bipolar ⇒ proses dengan operasi pengali

user’s spreading sequence user’s spreading sequence

User 11 1 1 -1 -1 1 -1 -1

-1 -1 -1 1 1 -1 1 1

1 1 1 -1 -1 1 -1 -1

–11 1 1 1 1 1 1 1

User 1

–1 -1 -1 -1 1 1 -1 1 1

transmitted

1

recovered

-1 -1 -1 1 1 -1 1 1channel

The spreading sequence (code) is used at both the transmitter and receiver.

symbol symbol

p g q ( )The code must have good correlation property (low crosscorrelation, orthogonal, regenerative, easy to synchronize).There are many types of code (m-sequence, Gold, Walsh-Hadamard, etc)

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 9

Page 10: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Spread-Despread Principle in DS-SSProses Spread-Despread pada domain frekuensi

Spreadingc(t)

De-spreadingUser 1

User 1

Proses Spread Despread pada domain frekuensi

b(t)transmitted

c(t)

recoveredCommunicationChannels ed

symbol symbolSpread symbol User 2

Jamming(User lain bukan CDMA)

The desired user despread the received signalSpread and despread with the matched code results in detectionSpread and despread with the wrong code results in interference

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 10

Spread and despread with the wrong code results in interferenceDespread only at the receiver results in supressed interference

Page 11: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Characteristics of Spread Spectrum Bandwidth of the transmitted signal W is much greater than theBandwidth of the transmitted signal W is much greater than the original message bandwidth (or the signaling rate R)Transmission bandwidth is independent of the message. Applied code is known both to the transmitter and receivercode is known both to the transmitter and receiver

Narrow band signal (data)

Wideband signal(transmitted SS signal)

Interference and noise immunity of SS system is larger, the larger the processing gainMultiple SS systems can co-exist in the same band (=CDMA).

/ /c b cL W R T T= =

Increased user independence (decreased interference) for (1) higher processing gain and higher (2) code orthogonalitySpreading sequence can be very long -> enables low transmitted PSD-> low probability of interception (especially in military communications)

Page 12: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Kelebihan DS-SS (1)

K t k k j i (N b d i t f )•Kemampuan untuk menekan jamming (Narrowband interferer)

Pada sistem DS-SS sinyal informasi menduduki bandwidth yang besardibandingkan bandwidth aslinya. lihat gbr kiri & tengahSelama transmisi sangat mungkin bercampur dengan jamming(Narrowband interferer) lihat gbr tengahSetelah melewati de-Spreader, sinyal informasi akan terkumpul kembali,

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 12

sedangkan jamming akan tersebar lihat gbr kanan

Page 13: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Kelebihan DS-SS (2)

•Tahan wideband interferer•Tahan wideband interferer

Pada sistem DS-SS sinyal informasi menduduki bandwidth yang besardibandingkan bandwidth aslinya. lihat gbr kiri & tengahSelama transmisi sangat mungkin bercampur dengan wideband interferer.

lihat gbr tengahSetelah melewati de-Spreader, sinyal informasi akan terkumpul kembali,

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 13

sedangkan wideband interferer akan tersebar/masih lebar lihat gbr kanan

Page 14: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Kelebihan DS-SS (3)•Kemampuan untuk Multiple Acces (CDMA)e a pua u tu u t p e cces (C )

P d i t DS SS i l i f i d d ki b d idth t kPada sistem DS-SS sinyal informasi menduduki bandwidth yang sama untukbanyak user (sejumlah N user). lihat gbr kiriTiap User dibedakan oleh kode yang berbeda. (⇒CDMA: Code DivisionM lti l A ) lih t b ki iMultiple Acces). lihat gbr kiriJika hanya ingin mendeteksi user ke-1 saja, maka setelah melewati de-Spreader, sinyal informasi user ke-1 akan terkumpul kembali, sedangkan userke 2 sampai ke N akan tersebar dan akan menjadi interferer ⇒ ang sering

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 14

ke-2 sampai ke-N akan tersebar dan akan menjadi interferer ⇒ yang seringdisebut MAI (Multiple Acces Interference) lihat gbr kanan

Page 15: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Kelebihan DS-SS (4)•Jaminan keamanan komunikasi yang tinggiJa a ea a a o u as ya g t gg

Pada sistem DS-SS sinyal informasi menduduki bandwidth yang sama untukbanyak user (sejumlah N user, tiap User dibedakan oleh kode yang berbeda.Jika ingin mendeteksi user ke-1 saja, maka harus digunakan kode penebaryang sama persis seperti di pengirim untuk proses de-Spreader/deteksiKode yang lain tidak akan mampu mendeteksi / melakukan de-Spreadery g p p

Pengirim Penerima

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 15

Page 16: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Direct Sequence Spread Spectrum

Ch t i ti f DS SSCharacteristics of DS-SSSpreading sequence (Code) is generated to distinguish between different users.Spreading sequence is used to spread (at the transmitter) and to despread (at the receiver) the user’s data symboldata symbol.Depending on the spreading code used, and the channel conditions (multipath) multiple access interference (MAI) is the limiting factor that determine the capacity(MAI) is the limiting factor that determine the capacityThe user can be detected when ratio of signal-to-interference (SIR) is sufficient.

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 16

Page 17: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Direct Sequence Spread Spectrum(cont’d)

ck,m( I)

Example in QPSKb k

(I)(t )

,

H ( f )

Wave carrier

)(ˆ nbk+

b k(Q)(t )

Wave shaping Filters π /2

carrier

H ( f )

)(txk

(a) Modulator

b k (t ) H ( f )

ck,m(Q )

carrier

IH ( f )

Wave shaping ck,m

( I)∑ decision

y k,m y k(t )

)(ˆ nbk

H(f)

+Q

π /2shaping Filters

(Q )

∑m

decision

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 17(b) Demodulator

ck,m(Q )

Page 18: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Direct Sequence Spread Spectrum(cont’d)

•The transmitted signal can be expressed as

•Pk= transmit power,bk= data symbol, ck=spreading sequence

)(2)( tscbPtx kkkkk =

sk= chip waveform, all of which are for the kth user.

•The wireless channel can be modeled as•The wireless channel can be modeled as

lklklk

L

lk

jetth ,

,,

1

0)()(

θτδβ −= ∑

L = the number of multipath, β = channel gain, δ=impulse, θ =channel phase, τ = time delay of multipath channel

l 0=

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 18

Page 19: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Direct Sequence Spread Spectrum(cont’d)

• Due to propagation delay, the signal has a delay of τk,l.

Th f th i d i l i ( h h(t) i th h l)• Therefore the received signal is (when h(t) is the channel)

)(*)()(1

kk

K

kthtxtr = ∑

=

.)(2 ,,,

1

01

1

lkjlkklkkkk

L

l

K

k

k

etscbP θτβ −= ∑∑−

==

=

• At the receiver the copy of spreading sequence waveform sk(t) is generated and synchronized, that is : s(t - τk,l), where τk,l is time delay of the lth path for the kth userdelay of the lth path for the kth user

∑−

=

≤≤−=1

0

*,

* 0),()(M

mccmkk MTtmTtsctc

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 19

=0m

Page 20: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Direct Sequence Spread Spectrum (cont’d)

•Decision variable after despreading

*11 ML

∑∑∑−−

•First term is the desired signal (despreading)

)(2)( ,*

,0

,0

tnrcbPMty mjmkmkj

lkl

kkk ++= ∑∑∑=≠=

β

•First term is the desired signal (despreading).

•Second term is multiple access interference from other useruser.

•Third term is AWGN

Th d i d i l bt i i i M•The desired signal obtain processing gain M

• SIR can be expressed as 22

2,

, )()()()(

)(ljj

lkklk ttP

ttMPt

σββ

γ+

=∑

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 20

, )()( nljjkj

ttP σβ +∑≠

Page 21: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Prosesing Gain pada DS-SS

Didefinisikan sebagai perbandingan Bandwidth sinyal Spread Spectrum terhadap Bandwith data

C

D

D

C

D

SS

TT

RR

WWPGM ====

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 21

Page 22: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Pembangkitan Kode (Spreading Sequence)

Untuk membentuk sistem CDMA, digunakan kode penebar yang berbeda untuk setiap kanal.Sifat kode-kode penebar yang digunakan :

•Memiliki panjang kode (perioda pengulangan) yang sama•Bersifat ortogonal/semiorthogonal satu sama lainnya.

Sifat pertama (perioda kode):f p (p )

Misalkan kode PN = 111110010110001ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode = L = 15. Semua kode yang lain juga harus memiliki panjang kode 15kode yang lain juga harus memiliki panjang kode = 15.

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 22

Page 23: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Sifat Ortogonal Kode (Spreading Sequence)

Sifat kedua (ortogonalitas) :Sifat kedua (ortogonalitas) : Misalkan kita miliki dua buah kode penebar dengan panjang sama (untuk memenuhi syarta pertama).

C t h d k d d j L 8Contoh : dua kode dengan panjang L = 8 Kode pertama = {bi } = 1 1 0 1 0 0 1 0Kode kedua = { b2 } = 0 1 1 0 0 1 0 1

Urutan { bi } dapat diasosiasikan dengan urutan { aj } , dimana :{ aj } = 1 1 -1 1 -1 -1 1 -1

Urutan { b2 } dapat diasosiasikan dengan urutan { a2 } , dimana :{ 2 } p g { 2 } ,{ a2 } = -1 1 1 -1 -1 1 -1 1

Apabila kedua kode penebar diatas bersifat ortogonal satu sama lain, maka : L CLT

∑=

=j 1

0 a a j2j1 0 =∫ dttata0

21 )()(atau

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 23

Page 24: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Sifat Ortogonal Kode (Sinyal Penebar)

Kode pseudo noise (PN) paling banyak digunakan dengan sifat semiorthogonal akibat crosscorrelasi antara dua kode yang berbeda tidak sama dengan nol mudah dibangkitkang g

Sifat ortogonal dapat diselidiki dari sinyal penebar yang mewakili tiap kode.

Contoh :

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 24

Page 25: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Autokorelasi dan Power Spectral Density PN-Code

1N + Sc( f )

21

N2

1

N

N + Sc( f )

0 Rc

f-Rc 2Rc-2Rc

NRc

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 25

N

Page 26: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Cara Pembangkitan Kode PN

Kode yang dihasilkan oleh sebuah susunan shift register dengan feedback bergantung pada :

•Jumlah register (elemen flip-flop) yang digunakan•Konfigurasi dari sambungan feedback (jumlah adder modulo-dua)•Kondisi awal (state awal) dari register-register.

Dengan memasukkan kondisi awal pada tiap register, kemudian memasukkan pulsa clock (synchronous clock) pada semua register,memasukkan pulsa clock (synchronous clock) pada semua register, keluaran sistem shift register ini dapat diketahui dengan mengurutkan sinyal keluaran tiap blok.

Untuk keperluan analisis sistem shift register dengan feedbak dapatUntuk keperluan analisis , sistem shift register dengan feedbak dapat diasosiasikan dengan sebuah polinom “generator” g(D).

Pada contoh diatas : g(D) = 1 + D + D3

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 26

Page 27: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Cara pembangkitan kode PN

Rangkaian yang umum digunakan untuk membangkitkan kode PN adalah susunan shift register dengan feedback.

Contoh : g(D) = 1 + D + D3

Flip-flop XORUrutan keluaran dengan

D D Diitial state 111:

2

1Clock pulse

111Initial contents

Stage 3Stage 2Stage 1

6

5

4

3

2

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 27

7New period

6

Page 28: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Feedback Shift Register dan Polinom

Contoh lain:

0 0 0 1

Polinom generator dari sistem diatas : g(D) = 1 + D + D3 + D4

St t l d i i t d t di t k d liState awal dari register dapat dinyatakan dengan polinom :

a(D) = 1 + 0.D + 0.D2 + 0.D3 = 1

Untuk menentukan keluaran dari sistem bisa juga denganUntuk menentukan keluaran dari sistem, bisa juga dengan menyelesaikan hasil bagi dari : 1 / (1 + D + D3 + D4)

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 28

Page 29: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Feedback Shift Register dan Polinom

2 6 71 + D + D2 + D6 + D7

1+D+D3+D4 11 + D + D3 + D4

D D3 D4D + D3 + D4

D + D2 + D4 + D5

D2 + D3 + D5

D2 + D3 + D5 + D6

D6

D6 + D7 + D9 + D10

D7 + D9 + D10

D7+D8 + D10 + D11D7+D8 + D10 + D11

D8 +D9 + D11

D8 + D9 + D11+D12

D12

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 29

Page 30: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Kode MLS

•Berdasarkan konfigurasi tertentu, satu sistem dengan r buah register akan dapat menghasilkan satu urutan sepanjang L = 2r - 1 . Urutan p g p j gkeluaran ini disebut sebagai Maximum Length Sequence (MLS).

•Konfigurasi lainnya akan menghasilkan beberapa urutan bukan MLSdengan panjang lebih kecil dari 2r 1 Urutan yang dikeluarkan akandengan panjang lebih kecil dari 2 - 1. Urutan yang dikeluarkan akan bergantung pada state awal yang diberikan pada register-register.

•Dengan memilih konfigurasi sistem yang sesuai, akan diperoleh urutan-urutan dengan panjang yang sama shift register akan menjalani salah satu dari beberapa siklus, bergantung dari state awal yang diberikan.

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 30

Page 31: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Contoh Pembangkitan Kode Non-MLS

C h (K d GOLD)Contoh : (Kode GOLD)

Polinom generator : 1 + D3 + D5 + D6 + D8 + D11 + D12

Shift Register akan mengeluarkan 65 siklus sama panjang denganShift Register akan mengeluarkan 65 siklus sama panjang dengan masing-masing siklus memiliki panjang kode L = 63.

Gambarkan blok diagram dari Polinom di atas dalam bentuk Linear feedback Shift Register sebagai latihan.

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 31

Page 32: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Contoh Pembangkitan Kode Gold

3 3 2Dua buah LFSR: f1(x) = x3 + x + 1, dan f2(x) = x3 + x2 + 1 utk menghasilkan Kode GoldGambarkan LFSR utk masing-masing f1 dan f2 serta utk kondisi register awal pada f = 0 0 0 dan pada f = 1 1 1 tentukan semua kemungkinan Kode Gold ygpada f1 = 0 0 0 dan pada f2 = 1 1 1 tentukan semua kemungkinan Kode Gold yg dihasilkan

f1(x)

JumlahModulo-2

Kode GoldClock

f2(x)

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 32

Page 33: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Sifat Orthogonal Kode (Sinyal penebar)

Kode orthogonal bisa dibangkitkan, misalnya kode Walsh-Hadamard

Apabila pasangan kode { ai } dan { a2 } ortogonal , CLT

maka : 0 )()(0

21 =∫C

dttata

Hadamard-Walshkodean Pembangkit Lat: Bangkitkan kode Walsh

HHHH

H

H

1000

0g

112

1

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎤⎢⎣

⎡=

=Lat: Bangkitkan kode Walsh-Hadamard jika H1 = 1

HHH

HH

10100000

10

22

11

⎥⎥⎥⎤

⎢⎢⎢⎡

=⎥⎤

⎢⎡

=

⎥⎦

⎢⎣

⎥⎦

⎢⎣

HHH

......0110110022

4

⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

=⎥⎦

⎢⎣

=

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 33MatrixH 128128128 ×=

Page 34: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Frequency Hopping SSCl ifi d i A id S tClassified in Avoidance System2 techniques : Slow Hop & Fast HopVery Complex Frequency SynthesizerVery Complex Frequency SynthesizerNon-coherent Modulation : M-ary FSK

⇒ Fast Frequency Hopping (Rc > Rb)q y pp g ( )

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 34

Page 35: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Frequency Hopping Tranceiver

M-ary MSK x BPF)(tb )(tsm )(tst

Tx-er :{ }Mi

tPts iTm

21; ]cos[2)(

= ωy

Modulator x BPF

Frequency1

IF

)cos(2 tP IFT ω

)( )(m

)(tcH

)(t { }Mi ,...,2,1; ∈

{ }

)cos()(2)(n

nncH tnTtptc ϕω +−= ∑∞

−∞=FrequencySynthesizer PRG2

R

IFOSC { }

uncertain ; ,...,,; 21

n

Ln

ϕωωωω ∈

M-ary MSK Image)(ˆ tb )(ˆ tsm

)(tsr

IF

Rx-er :

yDemod. x Image

Rejection

FrequencyPRG1

2IF

)cos(2 θω +tP IFT

)( )(tsm

)(ˆ tcH

BPF

Acquisition

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 35

q ySynthesizerPRG 2

ROSC & Tracking

Page 36: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Ilustrasi CDMA Frequency Hopping, modulasi 4FSK MLS[13] :( Rc < Rb )( c b )

Tb Tc

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 36

Page 37: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 37

Page 38: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Multiple Access Model

)(2)( tscbPtx kkkkk =x1 h1(t) .)(2

)(*)()(

,,,

11

lkjlkklkkkk

LK

kk

K

k

etscbP

thtxtr

θτβ −=

=

∑∑

∑−

=

Σ……

Σ

x2

∑−

≤≤−=1

** 0),()(M

kk MTtmTtsctc

h2(t)

,,01

lkklkkkklk∑∑

==

T1

xKn(t)

∑=

≤≤0

, 0),()(m

ccmkk MTtmTtsctchk(t)

L j1 θ− ∫T

d)()('1

Rake Receiver with L finger

∫ k dttrtcT 0

)()('1lklklk

L

lk

jetth ,

,,

1

0)()(

θτδβ −= ∑

=

∫ − lk dttrtcT 0

)()(' τ

)(2)( *11

tnrcbPMnyML

++= ∑∑∑−−

β

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 38

)(2)( ,,0

,0

tnrcbPMny mjmkmkj

lkl

kkk ++= ∑∑∑=≠=

β

Page 39: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Multiple Access ModelPk transmitted power from the kth user SIR at the lth Rake fingerbk transmitted symbol of the kth useck spreading sequence of the kth user

22

2, )()(

)( lkklk

nnMPn

βγ =

∑sk (t) spreading waveformhk channel response of the kth userβ(t) channel amplitude responseθ channel phase response

22,

, )()()(

nljjkj

lk nnPn

σβγ

+∑≠

θ channel phase response

L number of resolvable path of channel SIR at the output (MRC)δ unit delta functionM b f di hi b lM number of spreading chips per symboln(t) AWGNT symbol periodK number of users

lk

L

lk n ,

1

0)( γγ ∑

=

=

K number of users

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 39

Page 40: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Multiple Access Model)()( = ∑ txtr

K

)(2)( tscbPtx kkkkk =x1

x2

).(2

)()(

1

1

τ−=

=

=

=

tscbP

txtr

kkkk

K

k

kk

Σ……

Σ

xKn(t)

∑−

=

≤≤−=1

0

*,

* 0),()(M

mccmkk MTtmTtsctc

∫T

k dttrtcT 0

)()('1

n(t)

)(2)( ,*

,

1

tnrcbPMny mjmk

M

kkk ++= ∑∑−

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 40

0mkj =≠

Page 41: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Output SINR of the model

)(nMP2)(

)()(nj

kj

kk nP

nMPnSINRσ+

=∑

Here M = processing gain

σ2n = AWGN variancen

Pk = received signal power of the kth userK = number of user

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 41

Page 42: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Number of active users with EQUAL powers

WPKRP

IEb

/])1([/

2 +=

σ

The number of users for this case is

WPKI n /])1([0 −+σ

The number of users for this case is -

}]11{[1 WK −+= }])/(

{[10 SNRIER

Kb

+=

If K = 1 (Eb/I0) = SNR = [σ2n / P]-1

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 42

Page 43: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Example 1S d t i d t t it i l h l ilit d t t bit1. Spread spectrum is used to transmit a single channel military data at a bit rate of R = 64 kbps. If a wide band spreading sequence is used in which the chips rate is 3.6864 Mcps and the BPSK receiver operates at Eb/I0 = 7 dB to achieve the minimum required bit error rate of 10-3 . Receiver thermal noise

t ib t t th SNR ft d di f 10 dB C l l t th ticontributes to the SNR after despreading of 10 dB. Calculate the anti jamming margin of this system.

Spektral tersebar dipergunakan untuk transmisi satu kanal data militer padaSpektral tersebar dipergunakan untuk transmisi satu kanal data militer pada bit rate 64 kbps. Jika menggunakan deretan kode dengan laju chip pada 3,6864 Mcps dan penerima BPSK bekerja pada Eb/I0 = 7 dB untuk mencapai keperluan BER minimum 10-3. Penerima berkontribusi derau thermal stelah proses despreading sehingga SNR = 10 dB Hitung margin untuk antiproses despreading sehingga SNR 10 dB. Hitung margin untuk anti jamming.

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 43

Page 44: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Solution for example 11.

WPKRP

IE

n

b

/])1([/

20 −+

Only one user plus one jamming user with Pj

11)6.57(

/][/

22 PPP

RW

WPRP

IE b ===

][}1.0log{.10][6.17

1/][

0

220

P

dBIE

PP

dB

SNRPPPRWPI

bj

jjnjn

=+−

+++ ρσ

][5.11}1.0log{.10

][6.11][][6.17}1.0log{.100

dBP

Pj

dBdBIEdB

PP bj

=+

=−=+

][4691.110254.14

1254.14101.0 15.1

dBP

PjP

Pj

==

==+

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 44

Page 45: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Example 21. Let the information bit rate is R = 8.2 kbps and the spread bandwidth is W =

1.25 MHz. If the receiver contribute thermal noise so that the output SNR = 10 dB and the demodulator requires Eb/I0 = 7 dB to achieve a bit error rate BER = 10-3. How many user can be served by this system.BER 10 . How many user can be served by this system.

Bit rate informasi adalah R = 8.2 kbps dan lebar pita tersebar adalah W = 1.25 MHz. Jika penerima menimbulkan derau thermal sehingga SNR = 10 dB p ggdan demodulator membutuhkan Eb/I0 = 7 dB untuk mencapai BER = 10-3. Berapa jumlah user yang dapat dilayani oleh sistem ini.

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 45

Page 46: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Answer

11W }]1)/(

1{[10 SNRIER

WKb

−+=

Number of user is K = 16

1110251 6x 2.16}]101

)5(1{

102.81025.1[1 3 =−+=

xxK

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 46

Page 47: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Number of active users with UNEQUAL powers

The received power from the i-th transmitter may be represented asP

Here Po = received power at unit distance

αi

oi d

PP =

Here Po received power at unit distancedi = distance from the i-th transmitter to j-th transmitterα = propagation constant

The ratio of the power received from the i-th transmitter to that received from the j-th transmitter can be represented by

ij

ij p

ddP

α

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡=

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 47

jd ⎥⎦⎢⎣

Page 48: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

...(Continued)...

= ib PRWE )/()(

∑ ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

=

ijj

jn

i

PddI α

σ 20

)(

≠ ⎦⎣ij id

The equation can be solved if the distance term is obtained here

11j Wd ⎤⎡∑

α

The equation can be solved if the distance term is obtained, here,

])(

1/1[

0 ibij i

j

SNRIERW

dd

−≤⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∑

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 48

Page 49: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

… (Continued) Near-far effect...The distance term gives the near-far effect.

If d is less than d then fewer terms can be added until the sum If di is less than dj, then fewer terms can be added until the sum becomes equal to the right-hand side.

This results in smaller number of effective users

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 49

Page 50: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

… (Continued) Example...

Assume, all transmitters are at the same distance from the receiver except for user 1, that is

di =d1 where i is the user 1d1=0.5 dj.

3 5 ( ti l t)α=3.5 (propagation loss exponent)This gives us the number of users (for situation in example 2) as -

ii

b

dPRW

IE

5.3)/()(

⎞⎛=

jj

jn Pdd

PKI

1

20 )2( ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−+σ

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 50

Page 51: TE3223 SISTEM KOMUNIKASI SISTEM KOMUNIKASI 22 · Mitigation of multipath fadingÆRake receiver ... • Due to propagation delay, ... ini adalah sebuah kode PN dengan panjang kode

Observations

86.5}]1)(

1{1025.1[2 3

65.3

=−+⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

−=x

dd

K j }]10)5(

{102.8

[ 31

⎟⎠

⎜⎝ xd

The number of users has been reduced by a factor of 3 (only 5 users) simply by virtue of one of the transmitters being 2 times closer than all of the otherscloser than all of the others.The system would eventually fail as multiple access system since only one user could be supported and none of the others would be y ppable to be received with the desired output SNR, if

78.21jd

d ≤

Modul 13 - Siskom II - Spread Spectrum and CDMA 51