Multi Input Multi

Output[Makalah Teknik Switching dan Rekayasa

Trafik]

Disusun Oleh :

Cindhi Dwi Novita (130803029X)

Telkom 4A

Politeknik Negeri Jakarta

Teknik Telekomunikasi

2010

MIMO

(Multi Input Multi Output)

Pengertian MIMO

Salah satu alasan dari perkembangan broadband (pita lebar ) adalah perkembangan

kebutuhanakan informasi yang tidak terbatas. Ilmu pengetahuan dan Next Generation

Network (NGN) merupakan hal yang potensial dalam dalam mengubah industri telekomunikasi

dan informatika TIK) . Perkembangan ini juga terkait dengan kebutuhan akan bandwidth yang

besar dalam menjalankan suatu aplikasi tertentu. Kebutuhan akan akses broadband terutama

internet selama ini masih banyak dipenuhi melalui fiber optic. Penggunaan fiber optic

mempunyai kelemahan antara lain biaya penggelaran yang mahal serta mobilitas yang hampir

tidak memungkinkan. Kelemahan ini memunculkan adanya suatu teknologi yang mampu

mempunyai kemampuan dalam transfer rate yang besar dan juga mempunyai kemampuan

mobilitas yang tinggi. Hal ini melandasi adanya mobile broadband.

Perkembangan teknologi 3G memungkinkan ekspansi dalam hal mobile bandwidth

dankapasitas. Selain itu sekarang mulai muncul teknologi baru yaitu WiMAX yang disebut-

sebut sebagai teknologi 4G. Perkembangan ini sangat ditentukan oleh perkembangan dalam

teknologi teleomunikasi antara lain adalah perkembangan MIMO (Multiple Input, Multiple

Output) dan OFDM (Orthogonal Divison Multiplexing).

a. OFDM (Orthogonal Divison Multiplexing)

OFDM merupakan teknologi yang terbukti dapat digunakan untuk mengatasi

permasalahan mengenai berbagai macam propagasi (multipath), termasuk kondisi

NLOS antara BS (base Station) dan SS (subsriceber Station). OFDM juga dapat

mengatasi permasalahan delay spread dan Intersymbol Interference (ISI). Sinyal OFDM

dibentuk oleh beberapa sinyal sempit yang dipancarkan secara paralel untuk setiap

informasi yang dikirim. Gambar memperlihatkan perbandingan sinyal OFDM dengan

Single carrier yang melewatkan informasi secara serial. Sub-channellization diterapkan

pada sinyal uplink dari SS atau CPE (Customer Premises Equipment) dan bersifat

optional.

b. MIMO (Multiple Input, Multiple Output)

Secara sederhana multiple-input and multiple-output (MIMO) adalah penggunaan

multipe antena baik di pemancar (transmitter) dan juga di penerima (receiver) untuk

meningkatkan performance teleomunikasi. MIMO sendiri merupakan salah satu

bentuk dari Smart Antenna. MIMO adalah teknologi yang rencananya akan

dipergunakan oleh standar wireless baru 802.11n. Standar ini sendiri baru diluncurkan

kira-kira awal tahun 2007. Saat ini beberapa perusahaan sudah banyak yang menjual

teknologi ini secara terpisah dari sistem yang ada. MIMO. Teknologi ini kali pertama

diperkenalkan oleh seorang ahli dari Bell Laboratories pada tahun 1984. Dengan

teknologi MIMO, sebuah receiver atau transmitter menggunakan lebih dari satu

antena. Tujuannya adalah untuk menjadikan sinyal pantulan sebagai penguat sinyal

utama sehingga tidak saling menggagalkan.

Penggunaan MIMO dalam jaringan 4G

Belum lagi tuntas implementasi sistem nirkabel generasi ketiga alias 3G, termasuk di

Indonesia, orang sudah mulai memikirkan generasi berikutnya, yaitu generasi keempat (4G).

Sistem 4G yang sedang diteliti oleh para pakar di seluruh dunia ini dijanjikan dapat

mengirimkan data sampai lebih dari 20 Mbps.

Lingkup istilah 4G tidak hanya memayungi versi nirkabel dari LAN seperti yang

dibakukan oleh IEEE dalam standar 802.11 di mana pelanggan berkomunikasi dari notebook

atau desktop-nya sambil duduk diam, namun juga meliputi generasi penerus dari sistem

komunikasi bergerak 3G. Di sini tampak bahwa fitur yang ditekankan pada sistem 4G adalah

pencapaian kapasitas yang tinggi dengan tetap menjaga mobilitas bagi pelanggannya.

MIMO bukanlah standar baru di area jaringan nirkabel. Tetapi dengan menggunakan

MIMO, koneksi wireless akan lebih cepat dan jarak jangkauan juga akan semakin jauh. MIMO

datang lebih cepat dari yang diperkirakan. Saat ini sudah ada empat perusahaan networking

yang sudah memproduksi router dengan teknologi MIMO. Dengan harga yang tentunya sangat

tinggi, router-router ini menjanjikan koneksi wireless yang jauh lebih baik ketimbang hanya

mengandalkan standar yang sudah ada.

Sebagai contoh, misalkan pemancar memiliki M antena, masing-masing mengirimkan

sinyal yang berbeda-beda, sedangkan penerima menggunakan N antena. Semua sinyal dari M

antena pemancar akan sampai pada setiap antena penerima dalam keadaan tercampur baur.

Efek ini secara matematis dinyatakan dalam respons kanal yang berbentuk matriks berukuran

NM.

Namun, dengan bantuan lintasan propagasi radio yang jamak akibat adanya berbagai

obyek penghambur gelombang di sekeliling antena, perangkat penerima dapat didesain untuk

mampu memilah-milah sinyal yang berbeda-beda tersebut.

Malah sistem MIMO mampu memanfaatkan keberadaan lintasan jamak ini untuk

menciptakan sejumlah kanal ekivalen yang seolah-olah terpisah satu sama lain. Ini bisa

dipandang sebagai suatu mukjizat tersendiri karena pada kondisi normal keberadaan lintasan

jamak justru bersifat merugikan sebab menimbulkan fading. Aplikasi MIMO pun kemudian

dapat diarahkan untuk mencapai dua tujuan yang berbeda yang diwujudkan dalam dua teknik:

multipleks spasial dan pengkodean ruang-waktu.

Multipleks spasial

Aplikasi pertama diperoleh jika sistem pemancar dan penerima dioperasikan dalam

mode yang disebut multipleks spasial (spatial multiplexing) dengan tujuan untuk mencapai

kapasitas kanal yang besar. Pada multipleks spasial, aliran data berlaju tinggi dipecah-pecah

menjadi sejumlah aliran paralel sesuai dengan jumlah antena pemancar, masing-masing

dengan laju yang lebih rendah dari aliran aslinya.

Sebelum masuk ke antena, aliran-aliran data ini dilewatkan pada matriks khusus yang

berfungsi menggabung-gabungkan sinyal dari semua aliran dengan kombinasi tertentu untuk

dipancarkan melalui setiap antenna suatu proses multipleks yang berlangsung pada dimensi

spasial karena setiap kombinasi data paralel ditujukan ke salah satu antena pemancar.

Jika diasumsikan terdapat saluran umpan balik informasi dari penerima ke pemancar,

penerima dapat melakukan estimasi respons kanal (dengan training sequence misalnya) dan

mengumpanbalikkan informasi ini kepada pemancar. Pemancar kemudian dapat mengetahui

bagaimana seharusnya dia menata matriks multipleks agar dapat dicapai kapasitas kanal yang

setinggi-tingginya.

Konfigurasi sistem kemudian menjadi ekivalen dengan sistem pemancar-penerima

yang terhubung melalui sejumlah saluran paralel sebanyak M atau N, tergantung mana yang

lebih kecil. Sebagai contoh, misalkan M bernilai lebih kecil dari N, maka sistem ini seolah-olah

memiliki M saluran yang terpisah satu sama lain untuk membawa M aliran data yang berbeda,

masing-masing dengan laju rata-rata 1/M dari laju aliran data aslinya, padahal seluruh sistem

multi-antena ini bekerja pada frekuensi yang sama.

Kesimpulannya jelas, telah terjadi penghematan penggunaan bandwidth sebesar 1/M

kali, atau dengan kata lain, terjadi peningkatan kapasitas kanal sebesar M kali. Bayangkan

kondisi ekstremnya, dengan sedikitnya 10 antena pada masing-masing sisi pemancar dan

penerima, aliran data sebesar 1 Mbps dapat dikirimkan ke penerima dengan bandwidth sekitar

100 kHz saja apabila digunakan modulasi dengan efisiensi 1 bps/Hz.

Atau dari sudut pandang yang berlawanan, lebar spektrum 100 kHz yang sebelumnya

hanya mampu membawa sinyal 100 kbps, sekarang mampu mengangkut data berlaju 1 Mbps

dengan menggunakan minimal 10 antena pada setiap sisi.

Kesimpulan yang sangat menggiurkan ini diupayakan terealisasi oleh para ahli dengan

susah payah. Tantangan utama adalah penyediaan saluran umpan balik dengan estimasi

respons kanal yang cepat dan akurat. Implementasi yang lebih realistis, yaitu pada kondisi di

mana tidak ada saluran umpan balik dari penerima ke pemancar, adalah dengan menyalurkan

aliran-aliran data berlaju rendah secara apa adanya ke antena pemancar yang bersesuaian.

Sistem pengkodean ruang-waktu (space-time coding atau STC)

Jenis aplikasi MIMO yang kedua adalah sistem pengkodean ruang-waktu (space-time

coding atau STC). Tujuannya adalah mendapatkan kualitas sinyal setinggi mungkin dengan

memanfaatkan teknik diversity pada pemancar dan penerima (Tentang teknik diversity, dapat

meningkatkan kinerja sistem komunikasi radio dengan teknologi multi-antena).

True MIMO

Apakah benar router MIMO ini dapat meningkatkan daya jangkau dan kecepatan

transfer jaringan nirkabel dari standar yang sudah ada? Seperti apa kerja MIMO dan berapa

besar biaya yang harus ditanggung pemakainya? Pernahkah Anda mengalami di mana radio

atau ponsel Anda tidak mendapatkan sinyal? Padahal lokasi tempat Anda berada adalah di

pusat kota atau dekat dengan pemancar. Hal ini pasti disebabkan oleh adanya gangguan yang

dikenal dengan sebutan Multipath.

Multipath dapat timbul pada saat sebuah sinyal terpantulkan oleh penghalang. Pada

saat sinyal terpantulkan, maka akan terbentuk sinyal-sinyal pantulan. Pada saat sinyal utama

mencapai receiver, maka sinyal pantulan akan juga berusaha mencapai receiver. Ketika

keduanya berada pada posisi yang sama, maka keduanya saling meniadakan. Karena hal inilah

Anda sering mengalami hilang sinyal pada tempat yang tidak berjauhan dengan terminal radio

atau menara sinyal ponsel Anda. Tidak hanya sinyal radio dan ponsel saja yang mengalami hal

seperti ini, pada jaringan komputer nirkabel kendala ini juga sering terjadi. Hal ini sering

membuat kerja jaringan tidak maksimal. Kendala ini berlaku bagi semua standar jaringan

nirkabel, mulai dari 802.11a/b dan g. Namun nantinya, hal ini dapat segera diatasi dengan

teknologi ini.

Gambar 1.1. Sinyal LoS

Teknologi True MIMO hadir sebagai pengembangan dari teknologi wireless biasa yang

menggunakan prinsip Single Input Single Output (SISO). Teknologi wireless konvensional yang

biasa digunakan hanya menggunakan satu input dan satu output (dengan satu antena).

Teknologi True MIMO menggunakan minimal dua antena (pada umumnya digunakan tiga).

Semakin banyak antena yang digunakan tentunya akan semakin baik.

Gambar 1.2. Perbedaan SISO, SIMO, MISO, dan MIMO

Prinsip kerja True MIMO sebenarnya memanfaatkan “kelemahan” dari mekanisme

perambatan gelombang. Dalam sebuah ruangan yang memiliki banyak benda, sebuah

gelombang yang membentur benda tentunya akan dipantulkan menjadi beberapa gelombang.

Keunikan dari teknologi True MIMO adalah ia akan memanfaatkan multipath fading ini dengan

menggunakan algoritma khusus yang diimplementasikan dalam chip Digital Signal Processor

(DSP)-nya. Agak rumit jika membahas secara detail algoritma yang digunakan, namun secara

umum, teknologi True MIMO ini sangat bergantung dengan terjadinya efek pantulan ini. Sisi

positifnya adalah efek pantulan ini sangat sering ditemukan pada aplikasi wireless dalam

gedung atau perkantoran. Kondisi demikian tentu akan membuat kinerja dari perangkat True

MIMO menjadi lebih maksimal.

Wireless client akan mengirimkan data dengan kecepatan maksimal 108 Mbps.

Encoder akan memecah data stream menjadi beberapa stream dengan kecepatan yang lebih

rendah (misal: Sebuah stream 108 Mbps dipecah menjadi dua stream 54 Mbps). Transmitter

akan mengirim kedua data stream tersebut dengan menggunakan antena yang berbeda, tetapi

masih dalam satu channel. Sinyal yang dikirim tentunya akan menemui hambatan dan

dipantulkan sehingga membentuk multiple paths. Teknologi MIMO akan mengubah “paths” ini

menjadi virtual channel yang akan membawa data stream. Dua atau lebih antena akan

mengumpulkan sinyal-sinyal tersebut. Algoritma khusus akan menggabungkan sinyal-sinyal

tersebut untuk membentuk sebuah stream yang lengkap (108 Mbps).

Perangkat yang telah mengadopsi teknologi True MIMO pada dasarnya menggunakan

chipset AGN100 (sebagai Baseband/MAC processor) dan chipset AGN 100RF (sebagai

transceiver) dari Airgo Networks. Airgo Networks juga telah mempatenkan teknologi multi

antena yang digunakan pada perangkat True MIMO. Saat ini, teknologi True MIMO bisa

diimplementasikan pada jaringan 802.11a/b/g (2,4 dan 5 GHz) dengan kecepatan maksimal

sampai 108 Mbps.

Kelebihan MIMO

Seperti yang telah dibahas pada pembahasan di atas, kelebihan menggunakan MIMO

adalah :

a) Membuat sinyal pantulan (multi path) sebagai penguat sinyal utama sehingga tidak

saling menggagalkan.

b) Mempercepat koneksi wireless dan memperjauh jarak jangkauan.

c) Menghemat penggunaan bandwidth dan peningkatan kapasitas kanal.

Kelemahan MIMO

Selain memiliki banyak kelebihan, MIMO juga memilki kelemahan, yaitu adanya waktu

interval yang menyebabkan adanya sedikit delay pada antena akan mengirimkan sinyal,

meskipun pengiriman sinyalnya sendiri lebih cepat. Waktu interval ini terjadi karena

adanya proses di mana system harus membagi sinyal mengikuti jumlah antenna yang

dimiliki oleh perangkat MIMO yang jumlahnya lebih dari satu.

Daftar Pustaka

http://syah69.blogspot.com/2008/12/mimo.html

http://myquran.com/forum/archive/index.php/t-1908.html

http://www.sysneta.com/teknologi-antenna-mimo

http://www.sysneta.com/wp-content/uploads/2009/06/mimo-teknologi-sinyal-los.jpg

http://www.chip.co.id/tips-and-technologies/

http://teknologibroadband.blogspot.com/

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/97/Prinzip_MIMO.png/280px-

Prinzip_MIMO.png