2. Transmisi Wireless

download 2. Transmisi Wireless

of 59

description

p

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