2. Transmisi Wireless
-
Upload
david-liem -
Category
Documents
-
view
26 -
download
0
description
Transcript of 2. Transmisi Wireless
-
Mobile Computing
Transmisi Wireless
Mobile Computing
-
Pendahuluan Komunikasi tanpa kabel yang mentransmisikan gelombangelektromagnetik tanpa menggunakan konduktor secara fisikseperti kabel atau serat fisik.
Sinyal dikirimkan secara broadcast melalui udara (atau air, dalam beberapa kasus). dalam beberapa kasus).
Contoh sederhana adalah gelombang radio sepertimicrowave, infrared, wireless mobile dan sebagainya
-
Karakter Transmisi Wireless
Transmisi dan penangkapan diperoleh melalui sebuah alat yg disebut ANTENA
Untuk transmisi, antena menyebarkan energi elektromagnetik ke dalam media (biasanya udara), sedangkan untuk penerimaan sinyal, antena menangkapgelombang elektromagnetik dari media
Ada dua jenis konfigurasi untuk transmisi wireless, yakni searah dan segala arah
Untuk konfigurasi searah, antena pentransmisi dan penerima harus disejajarkan Untuk konfigurasi searah, antena pentransmisi dan penerima harus disejajarkandg hati-hati. Makin tinggi frekuensi sinyal, maka semakin mungkinmemfokuskannya ke dalam sinar searah.
Untuk konfigurasi segala arah, sinyal yg ditransmisikan menyebar luas ke segalapenjuru dan diterima oleh banyak antena
-
Keunggulan Wireless Wireless lebih nyaman untuk penggunaan piranti mobile
User menggunakan banyak koneksi di berbagai tempat
Admin jaringan lebih mudah mengantur jaringan (tidak perlupasang kabel, melubangi tembok, dll)
Sederhananya kita bisa menggunakan laptop untuk koneksi Sederhananya kita bisa menggunakan laptop untuk koneksiinternet di kampus, hotel,
rumah makan dengan cukup menyalakan fasilitas wireless.
-
Cara Kerja WiFi Wireless adapter mengubah data menjadi signal radio danmengirimkannya dengan menggunakan antena
Wireless router menerima signal dan mengubahnya menjadi
kode dan mengirimkan informasinya.
Router menerima informasi, mengubahnya Router menerima informasi, mengubahnya
menjadi signal radio dan mengirimkannya ke adapter
-
Topik Lanjut Frequencies Signals antennas signal propagation Spread spectrum Spread spectrum Multiplexing modulation Cellular systems
-
Frequencies
-
Frequencies for communication VLF = Very Low Frequency UHF = Ultra High Frequency
LF = Low Frequency SHF = Super High Frequency
MF = Medium Frequency EHF = Extra High Frequency
HF = High Frequency UV = Ultraviolet Light
VHF = Very High Frequency
Frequency and wave length / Frekuensi dan Panjang Gelombang
= c/f wave length , speed of light c 3x108m/s, frequency f wave length , speed of light c 3x108m/s, frequency f
1 Mm300 Hz
10 km30 kHz
100 m3 MHz
1 m300 MHz
10 mm30 GHz
100 m3 THz
1 m300 THz
visible lightVLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF infrared UV
optical transmissioncoax cabletwisted pair
-
Frekuensi Transmisi Wireless 2GHz sampai 40GHz
Frekuensi utk gelombang mikro
Menghasilkan sinar searah yg sgt tinggi
Untuk transmisi titik ke titik
Untuk komunikasi Satelit
30MHz sampai 1GHz Sesuai untuk transmisi ke segala arah
Untuk Pemancar radio
3 x 1011 sampai 2 x 1014
Untuk Inframerah, Infra merah sangat berguna untuk aplikasi point-to-point dan multipoint dalam area terbatas, seperti sebuah ruangan
-
Frequencies for mobile communicationFrequencies for mobile communicationFrequencies for mobile communicationFrequencies for mobile communication VHF-/UHF-ranges for mobile radio
simple, small antenna for cars reliable connections (Koneksi Handal) Sinyal-sinyal ini biasanya dikirimkan secara arah garis. Digunakan padaterrestrial, satellite dan komunikasi dengan radar.
SHF and higher for directed radio links, satellite communication small antenna small antenna large bandwidth available
Wireless LANs use frequencies in UHF to SHF range some systems planned up to EHF limitations due to absorption by water and oxygen molecules (resonance frequencies) weather dependent fading, signal loss caused by heavy rainfall etc.
-
Frequencies and regulations
ITU-R holds auctions for new frequencies, manages frequency bands worldwide (WRC, World Radio Conferences)
Examples Europe USA Japan
Cellular phones GSM 880-915, 925-960, 1710-1785, 1805-1880
UMTS 1920-1980,
AMPS, TDMA, CDMA, GSM 824-849, 869-894
TDMA, CDMA, GSM,
PDC, FOMA 810-888, 893-958
PDC 1429-1453, 1477-1501UMTS 1920-1980,
2110-2170TDMA, CDMA, GSM, UMTS 1850-1910, 1930-1990
1477-1501
FOMA 1920-1980, 2110-2170
Cordless phones
CT1+ 885-887, 930-932
CT2 864-868
DECT 1880-1900
PACS 1850-1910, 1930-1990
PACS-UB 1910-1930
PHS 1895-1918
JCT 245-380
Wireless LANs 802.11b/g 2412-2472
802.11b/g 2412-2462
802.11b 2412-2484
802.11g 2412-2472
Other RF systems
27, 128, 418, 433, 868
315, 915 426, 868
-
Signal
-
Signals I physical representation of data
function of time and location
signal parameters: parameters representing the value of data
classification continuous time/discrete time continuous values/discrete valuescontinuous values/discrete values analog signal = continuous time and continuous values digital signal = discrete time and discrete values
signal parameters of periodic signals: period T, frequency f=1/T, amplitude A, phase shift sine wave as special periodic signal for a carrier:
s(t) = At sin(2 pi ft t + t)
-
Fourier representation of periodic
signals
)2cos()2sin(21)(
11nftbnftactg
n
n
n
n pipi
=
=
++=
1 1
0 0t t
ideal periodic signal real composition(based on harmonics)
-
Signals II Different representations of signals
amplitude (amplitude domain) frequency spectrum (frequency domain)
phase state diagram (amplitude M and phase in polar coordinates)
A [V]
I= M cos
Q = M sin A [V]
t[s]
Composed signals transferred into frequency domain using Fourier transformation
Digital signals need infinite frequencies for perfect transmission modulation with a carrier frequency for transmission (analog signal!)
f [Hz]
I= M cos
-
Antenna
-
Antenna1. Antenna menkonversi energi listrik gelombang ke gelombangRF. Dalam kasus antenna pentramisi, atau gelombang RF keenergi elektik dalam kasus antenna penerima.
2. Dimensi fisik antenna seperti panjangnya berhubunganlangsung dengan frekuensi dimana antennanya dapatlangsung dengan frekuensi dimana antennanya dapatmenghambat gelombang atau menerima gelomang terhambat.
-
Antenna Konduktor elektrik digunakan utk meradiasikan energielektromagnetik atau mengumpulkan energi elektromagnetik
Transmisi Meradiasikan energi elektromagnetik ke lingkungan sekeliling
Penerimaan Penerimaan Energi elektromagnetik diterima antena
Antena yg sama biasa digunakan utk kedua sisi
-
Antenna: isotropic radiator
Isotropic antenna adalah (secara teoritis) titik dalam ruang
Radiasi ke semua arah secara merata
Memberikan pola radiasi spherical
Matahari adalah contoh yang bagus dari radiator isotropic
zy
x
z
y x idealisotropicradiator
-
Antenna Omni : directional (Dipole) Sederhana dalam design, merupakan peralatan standar pada kebanyakan access point.
Pancaran dipole secara bersamaan pada semua arah mengelilingi porosnya, tapi tidak memancar bersama dengan panjang kabelnya, layaknya poladonat
Efektif dimana jangkauan besar dibutuhkan disekitar titik pusat. Sebagaicontohnya, menempatkan antenna omni-directional di tengan-tengah sebuahcontohnya, menempatkan antenna omni-directional di tengan-tengah sebuahruangan terbuka dan besar akan melengkapi lingkupan yang bagus
Antenna omni-directional umumnya digunakan untuk design point-to-multipoint dengan bentuk bintang
-
Antenna Dipole
side view (xy-plane)
x
y
side view (yz-plane)
z
y
top view (xz-plane)
x
z
simpledipole
/4 /2
-
Antennas: directed and sectorized
Often used for microwave connections or base stations for mobile phones (e.g., radio coverage of a valley)
side view (xy-plane)
x
y
side view (yz-plane)
z
y
top view (xz-plane)
x
z
directedantenna
side view (xy-plane) side view (yz-plane) top view (xz-plane)
top view, 3 sector
x
z
top view, 6 sector
x
z
sectorizedantenna
-
Antennas: diversity
Grouping of 2 or more antennas multi-element antenna arrays
Antenna diversity switched diversity, selection diversity
receiver chooses antenna with largest output diversity combining diversity combining
combine output power to produce gain cophasing needed to avoid cancellation
+
/4/2/4
ground plane
/2/2
+
/2
-
Signal propagation
-
Signal propagation ranges
Transmission range communication possible low error rate
Detection range detection of the signal possible
sender
possible no communication possible
Interference range signal may not be detected
signal adds to the background noise
distance
transmission
detection
interference
-
Signal propagation Propagation in free space always like light (straight line)
fading (frequency dependent)
shadowing
Refleksi : terjadi ketika pemancar gelombang elektromagnetik mengenai object yang memiliki dimensi yangsangat besar ketika dibandingkan dengan lamanya gelombang dari pemancar gelombang. Refleksi terjadi padapermukaan bumi, bangunan ,tembok, dan panghalang yang lain. Jika permukaan lembut, refleksi sinyalmungkin tertinggal utuh, pendapat itu adalah
beberapa loss karena penyerapan dan penyerapan sinyal
Refraksi : Pembiasan digambarkan sebagai pembelokan gelombang radio yang
melewati medium yang memiliki kepadatan yang berbeda. Seperti gelombang RF
yang melewati medium yang lebih padat gelombang akan akan cenderung
melewati arah yang lain, seperti diilustrasikan pada Gambar
Scattering : Penyebaran terjadi ketika medium dimana gelombang merambat mengandung object yangkecil dibandingkan dengan panjang sinyal gelombang, dan jumlah object perunit volume sangat besar.Gelombang tersebar dihasilkan dari perrmukaan kasar, benda kecil,atau oleh ketidak normalan path sinyal
Difraksi : terjadi ketika garis edar radio antara pengirim dan penerima
dihambat oleh permukaan yang tajam atau dengan kata lain kasar. Pada frekuensi
reflection scattering diffractionshadowing refraction
-
Real world example
-
Multipath propagation Signal can take many different paths between sender and receiver due to reflection, scattering, diffraction
LOS pulsesmultipathpulses
Time dispersion: signal is dispersed over time interference with neighbor symbols, Inter Symbol Interference (ISI)
The signal reaches a receiver directly and phase shifted distorted signal depending on the phases of the different parts
signal at sendersignal at receiver
-
Spread spectrum
-
Pengertian Spread spectrum adalah sebuah teknologi komunikasi yang memberikan karakter kepada lebar bandwidth dan low peak power. Spread spectrum komunikasi digunakan berbagaimacam modulasi teknologi dalam wireless Lan danmemiliki banyak keuntungan, membatasi komunikasimemiliki banyak keuntungan, membatasi komunikasinarrow band
Ketika membahas spread spectrum yang pertama kita harustetapkan pada suatu referensi adalah dengan membahaskonsep pengiriman narrow band
-
Mengirimkan Narrow Bandz Suatu pengiriman narrow band adalah teknologi komunikasiyang hanya cukup digunakan dari frekwensi spectrum untukmembawa data sinyal, dan tidak lebih.
Narrow band merupakan high peak power. Power yang lebihdiperlukan untuk mengirimkan suatu transmisi ketika penggunaanrange frekwensi lebih kecil
Mudah Mengalami gangguan Mudah Mengalami gangguan
-
Teknologi Spread Spectrum Mengijinkan kita untuk mengambil dengan jumlah informasi yang sama dengan sebelumnya yang akan dikirimkan dengan menggunakansinyal pengangkut narrow band dan menyebarnya ke luar denganfrekwensi jarak yang lebih besar. Contoh, kita boleh menggunakan 1 MHz pada 10 Watt dengan narrow band, tetapi 20 MHz pada 100 mW dengan spread spectrum
Secara relative luas, peak power dari sinyal merupakan quite low Secara relative luas, peak power dari sinyal merupakan quite low Dengan penggunaan spectrum frekwensi yang lebih luas, kitamengurangi kemungkinan data yang akan rusak
Gangguan yang sedikit akan mempengaruhi komunikasi pada spread spectrum dibandingkan pada komunikasi narrow band.
terbagi atas FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum) dan DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).
-
Penggunaan Spread Spectrum
Sekarang ini spread spectrum telah banyak digunakandalam berbagai macam media komunikasi seperti :
telepon cordless,
global positioning systems (GPS).global positioning systems (GPS).
Digital cellular telephony (CDMA).
Personal Communications system (PCS), dan
Sekarang wireless local area networks (wireless Lan)
-
Frequency Hopping Spread Spectrum Frequency Hopping Spread Spectrum Frequency Hopping Spread Spectrum Frequency Hopping Spread Spectrum
(FHSS)(FHSS)(FHSS)(FHSS)
Teknik yang menggunakan kecepatan frekwensi spread spectrum yang lebih dari 83 MHz.
Kecepatan frekwensi mengacu pada kemampuan radio untuk merubah frekwensi transmisi di dalam RF band frekwensi yang dapat di pakai.frekwensi yang dapat di pakai.
-
Prinsip kerja FHSSFHSSFHSSFHSS Dalam sistem frekwensi hopping, merubah frekwensi, atauhop, menurut urutan pseudorandom.
Pseudorandom adalah daftar beberapa frekwensi yang akan hop pada interval waktu yang ditetapkan sebelum mengulanginya.
Pemancar menggunkan urutan hop untuk memilih frekwensi Pemancar menggunkan urutan hop untuk memilih frekwensitransmisinya. Pengangkut akan tinggal pada frekwensi tertentuuntuk waktu yang ditetapkan (dikenal sebagai dwell time), dankemudian menggunakan sejumlah waktu kecil untuk hop kepadafrekwensi yang berikutnya (hop time).
-
FHSS (Frequency Hopping Spread
Spectrum) II
user data
slowhopping(3 bits/hop)
0 1
tb
0 1 1 tf
f2
f3td
(3 bits/hop)
fasthopping(3 hops/bit)
f1
tf
f1
f2
f3
t
td
tb: bit period td: dwell time
-
FHSS Transmit Diagram dan Receiver Diagram
modulatoruser data
hoppingsequence
modulator
narrowbandsignal
spreadtransmitsignal
transmitter
frequencysynthesizer
receivedsignal
receiver
demodulatordata
hoppingsequence
demodulator
frequencysynthesizer
narrowbandsignal
-
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)
Tipe spread spektrum yang paling banyak digunakan olehaplikasi yang sangat popular, mudah penggunaan danmemiliki rate data yang tinggi
Pengiriman dan penerimaan data berada pada range frekuensi 22 MHzfrekuensi 22 MHz
Chanel yang lebih lebar akan membuat peralatan dapatmengirim informasi lebih tinggi daripada system FHSS
-
Prinsip kerja DSSSDSSSDSSSDSSS menggabungkan sebuah data sinyal pada station pengiriman dengan kecepatan bit sequence yang tinggidimana direferensikan sebagai chipping code ataupenguatan prosesor.
Sebuah prosesor yang tinggi akan menambah resistansi Sebuah prosesor yang tinggi akan menambah resistansisinyal untuk saling berinteferensi
Proses dari direct sequence dimulai dengan sebuah carierdimodulasikan dengan kode sequence
-
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) IDSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) IDSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) IDSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) I
XOR of the signal with pseudo-random number (chipping sequence) many chips per bit (e.g., 128) result in higher bandwidth of the signal
Keuntungan Mengurangi frekuensi yang hilang in cellular networks
user data
0 1 XOR
tb
in cellular networks base stations can use the same frequency range
several base stations can detect and recover the signal
Kerugian Perlu adanya kontrol power
chipping sequence
resultingsignal
0 1 1 0 1 0 1 01 0 0 1 11
0 1 1 0 0 1 0 11 0 1 0 01
=
tc
tb: bit periodtc: chip period
-
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) II
Xuser data
chippingsequence
modulator
radiocarrier
spreadspectrumsignal
transmitsignal
transmitter
demodulator
receivedsignal
radiocarrier
X
chippingsequence
lowpassfilteredsignal
receiver
integrator
products
decisiondata
sampledsums
correlator
-
Multiplexing
-
Multiplexing
Multiplexing in 4 dimensions
space (si)
time (t)
frequency (f)
code (c)s1 f
t
c
k2 k3 k4 k5 k6k1
t
c
channels ki
Goal: multiple use of a shared medium
Important: perlu adanya pengawasan!
s2
s3
s1 f
f
f
t
c
-
Frequency multiplex
Separasi seluruh spektrum ke dalam bidang frekwensi yang lebih kecil
Satu channel mendapatkan suatu band spektrum tertentuuntuk keseluruhan waktu
Keuntungan Tidak perlu koordinasi dinamis
k2 k3 k4 k5 k6k1 Tidak perlu koordinasi dinamis Bekerja juga untuk signal analog
Kerugian SisaTraffic bandwith yangdibagikan tidaksama rata
Tidak fleksiel
f
t
c
-
k2 k3 k4 k5 k6k1
Time multiplex
Suatu channel mendapatkan keseluruhan spektrum untuksejumlah waktu tertentu
Keuntungan hanya ada satu pengangkut dalam medium pada setiap waktu
Pengambilan tinggi bahkan
f
t
c
k2 k3 k4 k5 k6k1Untuk banyak user
Kerugian Perlu sinkronisasi
Yang tepat
-
Time and frequency multiplex Combination of both methods
Suatu Channel mendapat suatu bidang frekwensi tertentu untuk sejumlahwaktu tertentu.
Example: GSM
Keuntungan better protection against tapping k2 k3 k4 k5 k6k1
f
tapping perlindungan lebih baikmelawan pencabangan
Perlindungan terhadapgangguan frekuensi
Tetapi:
diperlukan koordinasi
tepat t
c
k2 k3 k4 k5 k6k1
-
Code multiplex
Each channel has a unique code All channels use the same spectrum at the same time
Advantages bandwidth efficient no coordination and synchronization
k2 k3 k4 k5 k6k1
c
no coordination and synchronizationnecessary
good protection against interferenceand tapping
Disadvantages varying user data rates more complex signal regeneration
Implemented using spread spectrum technology
f
t
-
Modulation
-
Modulation Digital modulation
digital data is translated into an analog signal (baseband)
ASK, FSK, PSK - main focus in this chapter
differences in spectral efficiency, efisiensi power, ketahanan
Analog modulation shifts center frequency of baseband signal up to the radio carrier
Motivation Motivation
smaller antennas (e.g., /4) Frequency Division Multiplexing
medium characteristics
Basic schemes Amplitude Modulation (AM)
Frequency Modulation (FM)
Phase Modulation (PM)
-
Modulation and demodulation
digitalmodulation
digitaldata analog
modulation
radiocarrier
analogbasebandsignal
101101001 radio transmitter
synchronizationdecision
digitaldataanalog
demodulation
radiocarrier
analogbasebandsignal
101101001 radio receiver
-
Digital modulation
Modulation of digital signals known as Shift Keying
Amplitude Shift Keying (ASK): very simple Kebutuhan bandwith rendah Peka terhadap gangguan
Frequency Shift Keying (FSK):
1 0 1
t
1 0 1 Frequency Shift Keying (FSK):
needs larger bandwidth
Phase Shift Keying (PSK): more complex Kuat terhadap gangguan
t
1 0 1
t
-
Cellular systems
-
Cell structure
Implements space division multiplex
base station covers a certain transmission area (cell)
Mobile stations communicate only via the base station
Advantages of cell structures
higher capacity, higher number of users
less transmission power needed
more robust, decentralized more robust, decentralized
base station deals with interference, transmission area etc. locally
Problems
fixed network needed for the base stations
handover (changing from one cell to another) necessary
interference with other cells
Cell sizes from some 100 m in cities to, e.g., 35 km on the country side (GSM) -even less for higher frequencies
-
Konsep Detail Telepon Selular
Suatu area (kota misal), dibagi menjadi beberapa sub area (sel)
Setiap sel berukuran ratarata 26 km2
Ruang lingkup suatu sel berbentuk hexagon dan membentuk suatu hexagon grid besar.
Oleh karena ponsel dan base station menggunakan transmiter bertenaga rendah, frekuensi yang sama dapat digunakan ulang paertenaga rendah, frekuensi yang sama dapat digunakan ulang pada sel yang tidak berdekatan
Setiap sel memiliki sebuah base station yang terdiri dari towerdan bangunan kecil berisi perangkat radio
-
Terminology : sel,sektor dan cluster Sel
Coverage area dari sebuah BS
Sektor
Bagian area dari sebuah selyang dilayani oleh antena directionalantena directional
Cluster
-Kumpulan sel.
-Tidak adachannel yang punya frekuensi re-use dalam satu cluster
-
TerminologiTerminologiTerminologiTerminologi : Frequency Reuse: Frequency Reuse: Frequency Reuse: Frequency ReuseFrequency Re-use :
Frekuensi yang digunakan oleh sebuah sel dalam sebuah
cluster, dimana jenis frekuensi dari masing-masing sel di
dalam cluster tersebut berbeda.
Frekuensi yang sama akan dipakai sel lain pada cluster Frekuensi yang sama akan dipakai sel lain pada cluster
lain, dengan jarak terpisah dari sel yang menggunakan
frekuensi yang sama
Faktor Frequency reuse : 1/N
dimana N = Jumlah channel
dalam 1 sel
-
Frequency planning I Frequency reuse only with a certain distance between the base stations
Standard model using 7 frequencies:f4
f5
f1f3
f2
f6
f7
f3f2
f4f5
f1
Fixed frequency assignment: certain frequencies are assigned to a certain cell problem: different traffic load in different cells
Dynamic frequency assignment: base station chooses frequencies depending on the frequencies already used in neighbor cells
more capacity in cells with more traffic assignment can also be based on interference measurements
-
Frequency planning II
f1
f2
f3f2
f1
f1
f2
f3f2
f3
f1
f2f1
f3f3
f3f3
f3
f4
f5
f1f3
f2
f6
f7
f3f2
f4
f5
f1f3
f5f6
f7f2
f2
3 cell cluster
f1f1 f1f2f3
f2f3
f2f3
h1h2h3g1
g2g3
h1h2h3g1
g2g3
g1g2g3
7 cell cluster
3 cell clusterwith 3 sector antennas
-
Cell breathing
CDM systems: cell size depends on current load
Additional traffic appears as noise to other users
If the noise level is too high users drop out of cells