Makalah Seminar Kerja Praktek

TEKNOLOGI ANTENA MIMO PADA LONG TERM EVOLUTION (LTE) Oleh : Grifina Nuzulia (L2F007033)

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Abstrak Perkembangan komunikasi nirkabel (wireless) sudah sampai pada generasi ke-4. Salah satu teknologi

yang mengadopsi persyaratan-persyaratan untuk generasi ke-4 adalah LTE. LTE didefinisikan dalam standar

3GPP (Third Generation Partnership Project) release 8 dan juga merupakan evolusi teknologi 1xEV-DO

sebagai bagian dari roadmap standar 3GPP2. Teknologi ini diklaim dirancang untuk menyediakan efisiensi

spektrum yang lebih baik, peningkatan kapasitas radio, latency dan biaya operasional yang rendah bagi

operator serta layanan mobile broadband kualitas tinggi untuk para pengguna.

Untuk mendukung keunggulan-keunggulan sebagai persyaratan 4G, LTE menggunakan teknogi antena

multiple input multiple output sebagaimana yang telah ada pada teknologi wireless fidelity (Wi-Fi.).Namun pada

LTE, telah ada beberapa pengembangan diantaranya cylic delay diversity

I. PENDAHULUAN

Latar Belakang

Perkembangan komunikasi nirkabel

(wireless) sudah sampai pada generasi ke-4.

Salah satunya adalah pemanfaatan teknologi

Long Term Evolution (LTE) yang merupakan

pengembangan teknologi Universal Mobile

Telecommunication System (UMTS). LTE

didefinisikan dalam standar 3GPP (Third

Generation Partnetship Project) dengan

sebutan Evolved UMTS Terrestrial Radio

Access Network (E-UTRAN), dan juga

merupakan evolusi teknologi 1xEV-DO

sebagai bagian dari roadmap standar 3GPP2.

Teknologi ini diklaim dirancang untuk

menyediakan efisiensi spektrum yang lebih

baik, peningkatan kapasitas radio, latency dan

biaya operasional yang rendah bagi operator

serta layanan mobile broadband kualitas tinggi

untuk para pengguna.

Di Indonesia, seperti operator-operator

besar telekomunikasi di dunia yang sedang

dalam gencar-gencarnya melakukan

pengembangan dan implementasi LTE,

Telkom R&D Center (RisTi) sebagai unit

bisnis PT.Telekomunikasi Indonesia juga

sedang dalam riset untuk mengujicobakan

LTE. Komitmen akan pengembangan LTE ini

juga didasari oleh visi RisTi, "Menjadi sebuah

R&D Telekomunikasi yang memiliki reputasi

di Asia Pasifik tahun 2013".

Salah satu komponen LTE yang bisa

diunggulkan dengan teknologi sebelumnya

adalah mengenai efisiensi spektrumnya,

kecepatan data hingga kehandalan sistem

transmisi data karena LTE menggunakan

konsep antena dengan Multiple Input Multiple

Output (MIMO).

1.2 Tujuan

Tujuan dari Kerja Praktek di PT.

Telkom R&D Center (RisTi) Bandung

adalah :

1. Memenuhi salah satu persyaratan mata

kuliah di program studi Teknik Elektro

Undip

2. Mempelajari sistem telekomunikasi

Wireless terutama teknologi Long Term

Evolution sebagai sistem komunikasi

nirkabel generasi ke-4 yang mampu

memberikan layanan suara dan data

berbasis Internet Protocol (IP).

3. Mengetahui konsep penggunaan

teknologi Multiple Input Multiple Output

(MIMO) yang dapat memberikan

keuntungan yang signifikan dalam hal

pengefisienan spektrum

frekuensi,kecepatan data dan kehandalam

sistem pada LTE.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil

penulis dalam penyusunan laporan kerja

praktek ini adalah penulis hanya

membatasi pembahasan tentang teknologi

Long Term Evolution, teknologi MIMO

pada LTE release 8 maupun

perkembangan teknologi MIMO LTE

advanced.

II. DASAR TEORI

3GPP Long Term Evolution

merupakan nama yang diberikan untuk

standar yang dikembangkan oleh 3GPP

untuk mengatasi meningkatnya throughput

sebagai persyaratan pasar. LTE adalah

evolusi sistem 2G dan 3G yang ditetapkan

dengan tingkat kualitas yang hampir sama

dengan jaringan kabel sesungguhnya.

3GPP RAN kelompok kerja mulai

standardisasi LTE / EPC pada bulan

Desember 2004 dengan studi kelayakan

untuk UTRAN berkembang dan untuk

semua EPC berbasis IP. Ini dikenal

sebagai fase Item studi. Pada bulan

Desember 2007, seluruh spesifikasi

fungsional LTE selesai. Selain itu, EPC

spesifikasi fungsional mencapai tonggak

utama untuk interworking dengan 3GPP

dan jaringan CDMA. Pada tahun 2008

3GPP bekerja untuk menyelesaikan semua

protokol dan spesifikasi kinerja, akhirnya

tugas ini selesai pada bulan Desember

2008 maka berakhir pula LTE Release 8. Gambar 2.1 berikut ini adalah timeline

dari perkembangan teknologi LTE yang

berasal dari GSM di bawah project group

3GPP.

Gambar 2.1 Evolusi Teknologi Keluarga GSM

2.1 Jaringan Akses Radio

Akses radio jaringan LTE disebut E-

UTRAN dan salah satu fitur utama adalah

bahwa semua layanan, termasuk real-time,

akan didukung melalui berbagi paket saluran.

Pendekatan ini akan mencapai peningkatan

efisiensi spektrum yang akan berubah menjadi

lebih tinggi kapasitas sistemnya, sehubungan

dengan UMTS dan HSPA saat ini. Yang

penting, konsekuensi dari menggunakan akses

paket untuk semua layanan adalah integrasi

yang lebih baik antara semua layanan

multimedia dan antara nirkabel dan layanan

tetap. Filosofi utama di balik LTE adalah

meminimalkan jumlah node. Oleh karena itu

para pengembang memilih untuk single-node

arsitektur. Stasiun base yang baru lebih rumit

daripada Node B inWCDMA / akses radio

HSPA jaringan, dan karenanya disebut eNB

(Enhanced Node B). Para eNBs memiliki

semua fungsi yang diperlukan untuk LTE

jaringan akses radio termasuk fungsi yang

berhubungan dengan radio pengelolaan sumber

daya.

Teknologi yang terpenting termasuk

jaringan radio akses yang terbaru adalah

Orthogonal Frequency Divison Multiplexing

(OFDM), OFDMA, Dan Single Carrier

Frequency Division Multiple Acess (SC-

FDMA),alokasi penggunaan sumber daya

dinamis multidimensional (waktu ,frekuensi)

dan adaptasi link, transmisi multiple input

multiple output, turbo coding release 6 dan

hybrid automatic reQuest (ARQ) dengan soft

combining.

2.1.1 Orthogonal Frequency Divison

Multiplexing (OFDM), OFDMA, Dan Single

Carrier Frequency Division Multiple Acess

(SC-FDMA)

OFDM adalah teknik transmisi dengan

menggunakan multiple carrier dalam jumlah

banyak dan saling orthogonal. Dengan

pemilihan carrier secara orthogonal tersebut

maka tak ada carrier yang akan saling

berinterferensi. Ilustrasi OFDM ada pada

gambar 2.1

Gambar 2.2 Orthogonal Frequency

Division Multiplexing

Pada downlink menggunakan

teknologi akses jamak OFDMA. dasarnya

OFDMA sama dengan OFDM, hanya saja

beberapa sub-carrier dikelompokkan

menjadi sebuah sub-channel.Sehingga

untuk banyak sub-carrier akan diperoleh

beberapa sub-channel.

Gambar 2.3 OFDMA

Pada uplink, menggunakan Single

Carrier Frequency Division Multiple

Access (SC-FDMA). SC-FDMA juga

dikenal dengan DFT-penyebaran modulasi

OFDM. Pada dasarnya, sistem OFDMA

dan SC-FDMA sama, tetapi perbedaannya

adalah sistem SC-FDMA menggunakan

tambahan operasi FFT di pemancarnya dan

operasi IFFT di penerimanya. Selain itu,

adanya modifikasi untuk mengurangi rasio

puncak daya rata-rata , yang kemudian

menurunkan penggunaan daya pada

terminal pemakai.

2.1.2 Alokasi Sumber daya dinamis

multi dimensional dan adaptasi link Pada LTE, kedua skema transmisi

uplink maupun downlink dapat ditetapkan

lebih sederhana , pita frekuensi yang tidak

overlapping untuk pemakai yang berbeda,

menawarkan frequency division multiple

access (FDMA). Penetapan dapat diatur secara

dinamis pada waktu dan disebut penjadwalan.

Sesuai dengan itu, sumber daya LTE

dapat diwakilkan pada time-frequency grid.

Elemen terkecil pada grid disebut resource

element dan terdiri dari 1 subcarrier pada

simbol OFDM. Akan tetapi, unit alokasi

sumber daya LTE terkecil adalah resource

block yang terdiri dari 12 sub carrier selama 1

slot.

Adaptasi link lebih dekat jika

dihubungkan dengan penjadwalan dan

bagaimana mengatur parameter transmisi radio

link untuk menangani variasi kualitas kanal

radio. Ini dicapai pada LTE melalui adaptif

pengkodean kanal dan adaptif modulasi.

Secara khusus, pada LTE ada modulasi QPSK,

16QAM,dan 64 QAM., dimana laju

pengkodean dapat mengambil dari nilai 0,07

sampai 0,93.

2.1.3 MIMO

Salah satu hal terpenting adalah

pencapaian laju data yang tinggi untuk

LTE adalah dengan transmisi antena

jamak. Pada downlink, bisa didukung 1,2

atau 4 antena pemancar pada eNB dan

satu,dua atau empat pada antena peneriam

di UE. Antena jamak dapat digunakan

untuk cara yang berbeda yaitu untuk

mendapatkan tambahan keragaman

transmit/terima atau untuk mendapatkan

spatial multiplexing yang meningkatkan

laju data dengan membuat beberapa kanal

paralel jika kondisi mengijinkan. Meskipun

begitu, pada LTE uplink walaupun satu,

dua atau empat antena penerima diijinkan

pada eNB, hanya satu antena pemancar

yang diijinkan pada UE. Oleh karena itu,

antena jamak biasanya digunakan hanya

untuk mendapatkan keragaman

penerimaan.

2.1.4 Turbo Coding

Agar dapat mengoreksi bit yang eror,

diperkenalkan dengan variasi kanal dan derau,

pengkodean kanal digunakan. Pada kasus LTE

downlink shared channel (DL-SCH) , turbo

encoder dengan laju 1/3 digunakan, diikuti

dengan pencocokan laju untuk mengadaptasi

laju pengkodean kepada level yang

diinginkan. Pada tiap subframe 1ms,satu atau

dua (dengan banyak katasandi di MIMO)

katasandi dapat dikodekan dan ditansmisikan.

2.1.5 Hybrid ARQ dengan soft combining

Merupakan teknik pentransmisian

kembali data yang eror. Pada skema ARQ ,

penerima menggunakan kode pendeteksian

eror untuk mengecek jika paket yang

diterima memiliki eror atau tidak.

Pemancar diinformasikan dengan NACK

atau ACK secara berurutan. Pada kasus

NACK, paket dikirim ulang.

Kombinasi forward error

correction (FEC) dan ARQ dikenal

dengan hybrid ARQ. Kebanyakan skema

hybrid ARQ dibangun di sekitar kode CRC

untuk pendeteksian eror dan turbocode

untuk pengkoreksian eror, yang biasanya

ada pada kasus LTE.

Pada hybrid ARQ dengan soft

combining, paket yang diterima salah

disimpan pada buffer dan kemudian

dikombinasikan dengan pengiriman ulang

untuk mendapatkan single packet yang

lebih memiliki kehandalan daripada unsur

pokoknya. Pada LTE, full incremental

redundancy diterapkan, yang dimaksudkan

untuk pengiriman ulang paket-paket yang

khusus tidak sama dengan transmisi yang

pertama tetapi membawa informasi yang

melengkapi.

2.2 Konsep Antena Jamak (Multiple

Antenna)

Penggunaan antena jamak pada

pemancar dan penerima digunakan sebagai

teknik kunci yang secara nyata dapat

memperbaiki laju data tidak dengan adanya

tambahan bandwidth atau daya pancar.

Teknologi ini juga disebut juga komunikasi

multiple input multiple output (MIMO).

Secara teoritis kapasitas akan

meningkat sesuai jumlah antena pemancar dan

penerima, kapasitas kanal wireless sesuai

dengan rumus di bawah ini :

C= HzbpsSNR

/2ln (2.1)

Keterangan : C = Kapasitas (bps)

SNR = Signal to noise ratio

2.2.1 Kanal MIMO

Pada kanal MIMO sebagai contoh

gambar 4.2 ini,dengan K antena pemancar

dan M antena penerima. Dimana ada KxM

jalur dan tiap jalur memiliki respon kanal

yang dinotasikan sebagai hij, yang mana

diantara penerima ke-i dan pemancar ke-j.

Kanal MIMO ditunjukkan seperti

di bawah ini :

MKMM

K

K

hhh

hhh

hhh

H

...

............

...

...

21

22221

11211

dan berdasarkan kanal H, maka sinyal yang

ditransmisikan adalah

x = [x1,x2,...,xK]T (2.2)

Sinyal yang diterima pada antena penerima

sesuai yMx1 = HMxKxKx1+nMx1,dimana n adalah

vektor derau yang terdiri dari elemen gausian

kompleks dengan rata-rata nol dan variance

σn2. Pemisahan antena yang tepat (tipikalnya

setengah panjang gelombang carier (λ/2)

membuat elemen H independen, rata-rata nol,

variabel acak pada gausian kompleks (rayleigh

fading). Akan tetapi, terkadang H bervariasi

terhadap frekuensi dan waktu pada banyak

jalur dan berturut-turut berdasar efek dopler.

Gambar 2.4 Kanal MIMO

2.2.2 Decoding

Teknik-teknikdecoding diantaranya

adalah :

1. Maximum-likelihood (ML) decoder,

merupakan decoder yang paling optimal untuk

mencari ^

x dengan meminimalkan jarak

menjadi : ^^

minarg xHyx (2.3)

Sebagai catatan, untuk mencari masukkan yang

benar adalah menghitungnya secara kompleks,

itu membutuhkan pencarian mK masukkan,

dimana m adalah modulasi (contohnya m=16

untuk 16 QAM) dan K adalah jumlah antena

pemancar. ML decoder digunakan ketika

informasi sisi kanal tidak diketahui pada

pemancar. Jika informasi diketahui, gain dari

informasi kanal adalah minimal.

2. Zero-forcing (ZF) decoder adalah

linier decoder dengan memperoleh

kembali x yang ditransmisikan dengan

mengalikan sinyal yang diterima

dengan G = H-1

,yaitu :

nHxGHx 1^^

(2.4)

Sebagai catatan, bahwa interferensi dari antena

lain dihapus, tetapi adanya inverse H

mendorong bertambahnya derau sebagai sub

kanal yang buruk yang mempunyai nilai eigen

yang lebih rendah yang dibalikkan. Ini

memudahkan penguatan derau.

3. Minimum -mean-square-error

(MMSE)decoder akan menyeimbangkan

perbaikan terhadap derau dan interferensi dari

antena lain dengan meminimalkan distorsi G

dengan rumus :

)(minarg2

xGyEGG (2.5)

Dimana G adalah HH HI

SNRHH 1)

1(

(2.6)

Pencegahan terhadap nilai eigen yang paling

buruk, dibalik jika SNR rendah dan

dikumpulkan ke ZL jika SNR tinggi.

2.2.3 MIMO Beamforming

Beamforming merupakan teknik

pemrosesan sinyal yang digunakan pada

susunan sensor yang berhubungan dengan arah

penerimaan dan transmisi sinyal.

Sinyal yang sama x ditransmisikan

melewati semua antena dengan gain yang

berbeda vi, dimana v =1. Pada sisi penerima ,

tiap cabang dikalikan dengan ui*(u=1) seperti

yang terlihat pada gambar 4.3 sebagai

keluarannya adalah sebagai berikut :

y = uH Hvx +u

H n (2.7)

Pemilihan optimal dari u dan v pada

pemancar dan penerima memaksimalkan SNR.

Akibatnya, SNR maksimum dibatasi oleh : 22

),min(

1HH

MKMIMO

(2.8)

Dari SVD, sinyal berpusat pada nilai eigen

yang tinggi yaitu H. Oleh sebab itu, SNR yang

diterima sama dengan σ2τ dan kapasitas

menjadi C = log2(1+σ2max τ).

2.2.4 MIMO Spatial Multiplexing

Spatial multiplexing, mengijinkan

untuk penggunaan yang lebih efisien dari SNR

yang tinggi dan laju data tinggi melalui

antarmuka radio karena dengan spatial

multiplexing transmisi data akan dilakukan

pada banyak aliran.

Untuk mengerti prinsip dasar

bagaimana kanal paralel dapat dibuat pada

kasus banyak antena pemancar dan antena

penerima, contoh konfigurasi antena 2x2 ,

dimana ada 2 antena pemancar dan 2 antena

penerima seperti pada gambar 2.5. Selanjutnya,

diasumsikan sinyal yang ditransmisikan adalah

hanya subyek untuk non-frequency-selective

fading dan derau putih.

Gambar 2.5 Konfigurasi antenna 2x2

Berdasarkan gambar 2.5 sinyal yang

diterima dapat diekspresikan sebagai berikut :

nsH

n

n

s

s

hh

hh

r

rr ..

2

1

2

1

2,21,2

2,11,1

2

1

(2.9)

dimana H adalah matriks kanal 2x2. Ekspresi

pada 2.9 dimaksudkan dengan antena jamak

dengan sinyal-sinyal yang berbeda yang

ditransmisikan dari antena yang berbeda.

Anggap tidak ada derau dan matriks

kanal H dapat dibalikkan, vektor s , dan

kemudian kedua sinyal s1 dan s2, dapat secara

sempurna dikembalikan kembali di penerima,

dengan tidak mempunyai sisa interferensi

diantara sinyal, dengan mengalikan vektor r

yang diterima dengan matriks W=H-1

.

Gambar 2.6 Penerimaan linier/ demodulasi dari

sinyal spatial multiplexing

Sehingga pada penerima diketahui persamaan

sebagai berikut :

_1

^

^

.2

1.

2

1 nHs

srW

s

s (2.10)

Persamaan 2.10 diilustrasikan pada gambar

2.6.

III. ISI

3.1 Taksonomi Algoritma Pemrosesan

Antena Cerdas LTE release 8

Pada standar LTE release 8

mendukung satu,dua atau empat base station

antenna pemancar dan dua atau empat antena

penerima pada user equipment (UE), yang

didesain sebagai : 1x2, 2x2, 4x4, dimana angka

pertama menunjukkan jumlah antenna per

sektor di pemancar dan angka kedua adalah

jumlah antenna pada penerima.

Berikut merupakan taksonomi

konfigurasi antenna yang didukung pada LTE

release 8 (seperti yang dideskripsikan pada

3GPP Technical Specification 36.300)

Gambar 3.1 Taksonomi algoritma pemrosesan

antenna cerdas pada standar LTE release 8

Selain single antena atau kasus susunan

bemforming seperti yang ada pada gambar 5.1

, LTE release 8 juga mendukung konfigurasi

antena MIMO. Ini termasuk protokol single-

user (SU-MIMO) yang menggunakan salah

satu dari kedua mode yaitu mode open loop

atau closed loop maupun transmit diversity dan

juga MU-MIMO. Pada mode MIMO closed

loop, terminal menghasilkan umpan balik

kanal ke eNodeB dengan informasi kualitas

kanal (CQI), rank indication (RI) dan Pre-

coder Matrix Indication (PMI), yang mana

mendukung laju data yang tinggi, ini menjadi

skema umum yang digunakan pada

penempatan awal. Akan tetapi, skema ini

menghasilkan performansi terbaik hanya ketika

informasi kanal akurat dan ketika terjadi pada

lingkungan yang kaya akan multipath.

Sehingga ,MIMO closed loop cocok digunakan

pada lingkungan mobilitas seperti pada

terminal yang tetap (fixed) atau digunakan

pada kecepatan pejalan kaki.

Pada kasus laju kendaraan tinggi, open

loop MIMO bisa digunakan, tetapi karena

channel state information (CSI) tidak tepat

pada waktunya, maka PMI tidak diandalkan

sehingga tidak digunakan. Sebagai catatan

pada jaringan TDD , kanal saling timbal balik

dan kemudian kanal DL dapat lebih akurat

diketahui berdasarkan transmisi uplink dari

terminal (kanal multipath pada link selanjutnya

sama dengan links sebaliknya , dengan jalur

keduanya menggunakan blok frekuensi yang

sama), maka MIMO lebih berpotensi untuk

memperbaiki jaringan TDD daripada kondisi

di jaringan FDD.

3.2 3.2 Pemrosesan Antena MIMO

Sebelum Melalui Kanal Transport [4] Gambaran dari antena jamak yang

berhubungan dengan pemrosesan termasuk

bagian pada UE diberikan pada 5.3. Semua

pemrosesan level bit (contoh sampai dan

termasuk modul scramble) untuk ke-n

transport block pada subframe khusus,

dinotasikan dengan codeword n. Hanya sampai

dua blok transport dapat ditransmisikan secara

bersamaan, sehingga ketika sampai Q=4 layer

dapat ditransmisikan untuk kasus rank-4 maka

perlu untuk memetakan codewords (transport

blocks) untuk layer yang tepat. Menggunakan

beberapa blok-blok transport daripada banyak

layer melayani untuk penyimpanan signalling

overhead sebagai HARQ dihubungkan dengan

pensinyalan akan cukup mahal. Bentuk layer-

layer dari runtutan vektor simbol Qx1 adalah : T

Qnnnn ssss ,2,1, ... (3.1)

yang mana masukkan untuk precoder dapat

dimodelkan dalam bentuk linear dispersion

encoder. Dari pandangan yang standar,

precoder hanya ada jika PDSCH (Physical

Downlink Shared Channel) dikonfigurasi

untuk menggunakan sinyal referensi sel

khusus, yang mana kemudian ditambahkan

sesudah precoding dan kemudian tidak

menjalani banyak precoding. Jika PDSCH

dikonfigurasi untuk menggunakan sinyal

referensi UE khusus, yang mana juga

menjalani operasi precoder yang sama sebagai

resource elements untuk data, kemudian

operasi precoder yang nyata untuk standar dan

oleh karena itu semata-mata untuk kasus

implementasi pada eNB.

Precoder berdasarkan blok dan output blok

adalah

11 ... LnLnLnLn xxxx (3.2)

dari precoded vektor NTx1 untuk setiap simbol

vektor sn. Parameter NT berhubungan dengan

jumlah port antena jika PDSCH dikonfigurasi

menggunakan sinyal referensi sel khusus. Jika

bentuk transmisi menggunakan sinyal referensi

khusus UE dikonfigurasi kemudian NT sebagai

standar yang jelas dan seluruhnya sampai

implementasi eNB. Tetapi secara khusus, itu

berhubungan dengan jumlah antena pemancar

diasumsikan pada implementasi baseband.

Vektor xk didistribusikan melalui grid

dari resource elements termasuk penetapan

resource block untuk PDSCH. Anggap k

menotasikan indeks dari resource element.

Hubungan yang diterima NRx1 vektor yk pada

sisi penerima sesudah operasi DFT dapat

dimodelkan sebagai berikut :

kkkk exHy (3.3)

dimana Hk adalah matriks NRxNT yang

mewakilkan kanal MIMO dan ek adalah vektor

NRx1 yang mewakilkan derau dan interferensi.

Dengan mempertimbangkan resource elements

termasuk untuk blok khusus Xn keluaran dari

precoder dan membuat asumsi yang beralasan

bahwa kanal tetap melalui blok (blok ukuran L

adalah kecil dan penggunaan resource element

baik ditempatkan pada grid resource element ),

blok-blok selanjutnya berdasar data model

didapat :

nnnL

LnLnLnLLnLnLnLnL

LnLnLnLn

EXH

eeexxxH

yyyY

1111

11

......

...

(3.4)

dengan notasi telah jelas dikenalkan. Rank

transmisi didefinisi sebagai rata-rata jumlah

dari simbol nilai kompleks tiap resource

element. Kemudian, sejak simbol Q

ditransmisikan melalui L resource elements,

rank transmisi r didapat oleh r = Q/L.

Gambar 3.2 Gambaran dari antenna jamak

dihubungkan dengan pemrosesan sinyal pada LTE

untuk transport channel pada PDSCH

3.3 Antena Jamak LTE pada Downlink

Tujuh bentuk transmisi antena

jamak yang telah ditetapkan untuk LTE

dalam optimisasi performansi downlink di

bawah variasi kondisi radio :

1. Single antena port ; port0-SIMO

Bentuk pertama, menggunakan hanya

satu pemancar, dan sejak UE harus punya

sedikitnya dua penerima, ini adalah konfigurasi

SIMO, atau yang lebih dikenal dengan

keragaman penerima (receive diversity). Mode

ini menetapkan kemampuan dasar penerima

untuk dimana persyaratan performansi akan

ditetapkan. Secara khusus diimplementasikan

menggunakan maximum ratio combining dari

kanal yang diterima untuk memperbaiki SNR

pada kondisi yang buruk. Keragaman Rx

menghasilkan gain kecil pada kondisi yang

baik.

2.Transmit diversity - MISO

Bentuk downlink yang kedua adalah

keragaman Tx, ini identik dengan konsep

untuk open loop, keragaman Tx diperkenalkan

pada UMTS release 99. Lebih kompleks

lagi,teknik keragaman Tx closed loop dari

UMTS belum diadopsi pada LTE, dimana

sebagai penggantinya MIMO yang lebih

handal , yang bukan bagian dari release 99.

LTE mendukung dua atau empat antena untuk

keragaman Tx. Seperti contoh yang terlihat

pada gambar 3.2 adalah dua contoh Tx yang

mana satu aliran dari data diberikan ke layer

yang berbeda dan dikodekan menggunakan

space frequency block coding (SFBC). Sejak

bentuk dari keragaman Tx tidak mempunyai

gain laju data, codeword CW0 dan CW1

adalah sama. SFBC mencapai kehandalan

melalui keragaman frekuensi dengan

menggunakan sub carrier yang beda untuk

mengulang data pada tiap antena.

3.Open-loop spatial multiplexing-

MIMO,no precoding

Bentuk ketiga downlink adalah

open loop MIMO spatial multiplexing,

yang mana didukung untuk konfigurasi dua

atau empat antena. Menganggap dua kanal

UE penerima, skema mengijinkan untuk

2x2 atau 4x2 MIMO. Paling banyak

konfigurasi adalah 2x2 atau 4x2 SU-

MIMO. Pada kasus ini, data payload akan

dibagi menjadi dua aliran codeword CW0

dan CW1 dan diproses berdasarkan

langkah-langkah pada gambar 3.4.

Pendisainan open loop menggantikan

kenyataan bahwa tidak ada precoding pada

stream, yang digantikan secara langsung

dipetakan untuk tiap antena. Akan tetapi,

UE-preferred rank dan channel quality

indication (CQI) digunakan untuk

beradaptasi dengan kanal, ini adalah

bentuk dari umpan balik closed- loop.

Gambar 3.4 2x2 MIMO no precoding

4. Closed-loop spatial multiplexing-MIMO,

precoding

Bentuk keempat adalah closed-loop

MIMO, yang mempersyaratkan precoding

dari aliran data. Berdasar precoding yang

digunakan , tiap code word diwakilkan

pada daya yang berbeda dan phase pada

antenna. Untuk kasus FDD, pemancar

harus mempunyai pengetahuan tentang

kanal, yang mana dihasilkan oleh UE pada

uplink control channel. Pengetahuan terdiri

dari CQI, precoding matrix indicator

(PMI), dan rank indication (RI). Umpan

balik PMI menggunakan pendekatan

codebook untuk menghasilkan indeks ke

penentuan awal sekumpulan matriks

precoding. Sejak kanal secara kontinue

berubah, sub-band CQI dan informasi PMI

dapat dihasilkan untuk banyak titik

(multipoint) melewati bandwidth kanal,

pada rentang waktu yang biasa, sampai

beberapa ratus kali detik. UE dapat

memperkirakan yang terbaik dari kondisi

kanal dan kemudian sinyal dengan

pengkodean terbaik dapat dipakai untuk

mendapatkan performansi keluar pada

kanal.

5. Multi - user MIMO-MIMO,separate UE

Bentuk transmisi kelima adalah MU-

MIMO. Ini kasus khusus pada mode tiga

dimana codewords ditujukan untuk UE yang

berbeda. Closed-loop MU-MIMO tidak

diterapkan pada kasus ini .

6.Closed-loop Rank=1 precoding-

MISO,beamsteering

Bentuk transmisi downlink keenam adalah

bentuk dari beamsteering, yang dideskripsikan

disini sebagai closed-loop rank=1 precoding

dan mode fall-back ketika mode 4 melaporkan

rank=1. Konvensional phased-array

beamsteering, yang mana dapat diaplikasikan

tidak bergantung pada standar radio,

mengenalkan phase dan amplitudo offset untuk

keseluruhan dari sinyal yang diumpankan tiap

antena transmisi. Maksudnya adalah fokus

pada daya sinyal di arah khusus. Teknik yang

sama adalah menerapkan fase dan amplitudo

offsets dapat digunakan pada antena penerima

untuk membuat penerima lebih sensitif

terhadap sinyal yang datang dari arah khusus.

Pada LTE, amplitudo dan fase dari individual

RBs dapat diatur, membuat beamsteering jauh

lebih fleksibel. Sebagai tambahan untuk

metode beamsteering konvensional dengan

mode transmisi keenam, beamsteering dapat

diimplementasikan dengan mengambil

keuntungan dari precoding closed-loop sama

dengan digunakan pada MIMO. Sejak rank=1,

hanya satu codeword yang digunakan untuk

beamsteering, dan tujuan dari fungsi precoding

adalah untuk menghubungkan sinyal dari

pemancar terhadap penerima dalam hal ini

pengguna. Beamsteering tidak meningkatkan

laju data tetapi memiliki efek yang sama untuk

meningkatkan kehandalan sinyal. Keefektifan

beamsteering meningkat dengan jumlah antena

pemancar, yang mengijinkan untuk membuat

sudut berkas sempit. Gain dimungkinkan

dengan hanya dua antena biasanya dianggap

tidak berguna, maka dengan pilihan empat

antena , beamsteering lebih dipertimbangkan.

7. Single antena port;port 5-

MISO,beamsteering(UE-specific RS)

Bentuk ketujuh dan transmisi final

adalah bentuk lain dari beamsteering. Ini sama

dengan mode 6 kecuali ada tambahan antena

(port 5) digunakan untuk membentuk sudut

berkas untuk UE yang juga membawa sinyal

referensi yang dibuat beam khusus UE.

Teknik lain yang mana dapat

diterapkan pada downlink adalah cylic

delay diversity (CDD). Teknik ini

mengenalkan tundaan antara sinyal antena

jamak untuk membuat multipath pada

sinyal yang diterima. Ini kemudian

mengurangi akibat dari penghilangan

sinyal yang tidak diinginkan yang dapat

terjadi jika sinyal yang sama

ditransmisikan dari antena jamak dan kanal

relatif flat. Normalnya, multi-path

dianggap tidak diinginkan , tetapi dengan

membuat multi-path buatan jika tidak pada

kanal flat, penjadwal UE eNB dapat

memilih untuk mentransmisikan resource

block (RBs) yang mempunyai kondisi

propagasi yang diunggulkan.

3.4 Antena Jamak LTE pada Uplink

Tiga tipe teknik antena jamak yang

ditetapkan untuk uplink ,yaitu :

1. Receive diversity pada eNB

Receive diversity pada eNB

merupakan bagian dari transmit diversity dan

ini terjadi pada eNB yang akan menigkatkan

kehandalan dalam penerima.

2. SU-MIMO (1 pengguna)

SU-MIMO dalam lingkup LTE tetapi

tidak ditetapkan pada 3GPP Release 8. Untuk

mengimplementasi SU-MIMO,UE akan

membutuhkan dua pemancar. Ini tantangan

penting pada biaya, ukuran dan konsumsi

baterai, dan untuk alasan ini SU-MIMO

sekarang ini tidak menjadi prioritas untuk

pengembangan. Juga, kenaikan laju data pada

uplink SU-MIMO, tidak sepenting saat

downlink disebabkan distribusi trafik yang

tidak simetris. Lebih jauh lagi, jika sistem

ditempatkan menjadi uplink performansi

dibatasi, bisa jadi tidak berguna untuk

meningkatkan daya tranmisi dari UE untuk

mencukupi SNR yang dibutuhkan pada

penerima eNB.

3. MU-MIMO (banyak pengguna)

MU-MIMO tidak meningkatkan laju

data pengguna, MU-MIMO hanya

menawarkan gain kapasitas sel atau lebih baik

daripada yang dihasilkan SU-MIMO. Pada

contoh 3.5 dua aliran data berasal dari UE

yang berbeda. Dua pemancar terpisah lebih

jauh daripada kasus single user, dan tidak ada

koneksi fisik yang berarti tidak ada

kesempatan untuk mengoptimasikan

pengkodean untuk mode kanal eigen dengan

mencampur dua aliran data. Akan tetapi

tambahan pemisahan spatial meningkatkan

peluang eNB untuk mengambil sepasang UE

yang jalurnya tidak berkorelasi. Untuk

memaksimalkan potensial kapasitas gain, yang

berlawanan dengan kasus SU-MIMO precoded

yang mana kedekatan antena dapat menjadi

masalah, khususnya pada frekuensi kurang dari

1GHz. MU-MIMO mempunyai keuntungan

tambahan yang lebih penting , UE tidak

mempersyaratkan biaya dan saluran daya dua

pemancar,sedangkan sel masih mendapat

keuntungan dari kapasitas yang meningkat.

Untuk mendapatkan lebih banyak gain dari

MU-MIMO, UE harus baik selaras pada waktu

dan daya seperti yang diterima pada eNB.

Gambar 3.5 Multi user MIMO pada uplink

3.5 Teknologi MIMO pada LTE advanced

(release 9 dan 10) [4]

1. Enhanced Downlink Beamforming

(Dual layer)

Skema MIMO pada rel-8

menggunakan 4 bit umpan balik codebook

(untuk empat antena pemancar) dimana

codebook-nya merupakan pengganti dari SU-

MIMO codebook. Ada hanya satu layer dari

sinyal referensi khusus UE dan UE tidak dapat

menekan cross-talk yang disebabkan MU-

MIMO. Performansi MU-MIMO pada release

8 masih lebih rendah daripada SU-MIMO

release 8 atau UE khusus reference symbol

berdasarkan BF.

Pada LTE rel-9, dua aliran dari sinyal referensi

(RS) khusus UE ditunjukkan gambar 3.6

untuk transmisi MU-MIMO memiliki bentuk

transmisi baru. Dua aliran dari sinyal referensi

khusus UE adalah CDMed, mempunyai

overhead yang sama seperti release8 satu aliran

sinyal referensi khusus UE, dan mengijinkan

untuk penekanan cross-talk. Pensinyalan

kontrol downlink tidak mengindikasikan

kehadiran UE yang ikut dijadwalkan.

Gambar 3.6 Struktur sinyal referensi khusus UE

tiap resource block (RB)

2. Uplink Single User MIMO

Untuk single user uplink MIMO

spatial multiplexing sampai memiliki empat

layer dapat menjadi pertimbangan. DFT-spread

OFDM (DFT-S-OFDM) sudah disetujui sejak

3GPP sebagai skema transmisi yang digunakan

pada PUSCH dalam ketiadaan dan kehadiran

spatial multiplexing. Pada kasus pengumpulan

carrier, dimana banyak komponen

dikumpulkan bersama untuk perluasan

bandwidth, dengan satu DFT tiap komponen

carrier. Pada alokasi resource, yaitu alokasi

resource frekuensi yang berdekatan dan

frekuensi yang tidak berdekatan didukung tiap

komponen carrier.

3. Perluasan Downlink Single - User

MIMO

Untuk memperbaiki efisiensi ruang

pada downlink, perluasan LTE downlink

spatial multiplexing sampai delapan layer

yang dipertimbangkan sebagai evolusi

LTE. Pada kasus dimana pengumpulan

carrier digunakan, spatial multiplexing

dengan delapan layer tiap komponen

carrier akan didukung. 4. MU-MIMO

Pada kasus dimana terdapat sejumlah

besar UE pada sel, efisiensi spectral sel lebih

jauh lagi meningkat melalui penggunaa MU-

MIMO. Dengan MU-MIMO, tidak seperti SU-

MIMO dimana satu pengguna menggunakan

radio resource, banyak pengguna berbagi radio

resource yang sama. Sebenarnya MU-MIMO

telah ada pada LTE release pertama. Akan

tetapi MU-MIMO untuk downlink lebih jauh

lagi diperbaiki. Sebagai contoh, ketiadaaan

interference signalling pada downlink

membuat lebih susah ditetapkan pada

performansi tinggi penekanan interferensi

penerima.

5.Coordinated multi-point transmission

/reception (CoMP)

5.1 Prinsip CoMP

Ketika UE berada pada daerah tepi sel,

ini mungkin dapat menerima sinyal dari

banyak situs sel dan transmisi UE bisa diterima

pada banyak situs sel. Jika kita

mengoordinasikan pensinyalan yang

ditransmisikan dari banyak situs sel, dapat

meningkatkan performansi DL secara

signifikan. Koordinasi dapat disederhanakan

pada teknik ini akan focus pada pencegahan

interferensi atau lebih kompleks pada kasus

dimana data yang sama ditransmisikan dari

banyak situs sel. Untuk UL, sejak sinyal dapat

diterima dengan banyak situs sel, jika

penjadwalan dari situs sel yang berbeda, sistem

dapat mengambil keuntungan dari banyak

penerimaan untuk secara signifikan

memperbaiki performansi link.

5.2 DL CoMP

Pada downlink CoMP,terdapat dua

pendekatan yang dipertimbangkan adalah

penjadwalan terkoordinasi dan/atau

beamforming, dan pemrosesan

bersama/transmisi. Pada kategori pertama,

transmisi untuk single UE adalah

ditransmisikan dari sel yang melayani

sebenarnya ada pada kasus transmisi non-

CoMP. Akan tetapi, penjadwalan, termasuk

kemampuan beberapa beam-forming, secara

dinamis dikoordinasikan antara sel supaya

mengontrol/mengurangi interferensi antara

transmisi yang berbeda. Pada prinsipnya,

pelayanan terbaik sekumpulan pengguna akan

dipilih supaya sudut berkas pemancar

dikonstruksi untuk mengurangi interferensi

untuk pengguna tetangga lainnya, sementara

meningkatkan kekuatan sinyal pengguna yang

dilayani.

Untuk pemrosesan bersama/transmisi,

transmisi untuk UE tunggal secara bersama-

sama ditransmisikan dari banyak titik

transmisi, pada prakteknya di dalan situs sel.

Transmisi banyak titik akan dikoordinasikan

sebagai pemancar tunggal dengan antena yang

secara geografis terpisah. Skema ini memiliki

potensi untuk performansi tinggi,

dibandingkan dengan koordinasi yang hanya

penjadwalan, tetapi datang dengan persyaratan

yang lebih kompleks pada komunikasi

backhaul.

(a)

(b)

Gambar 3.7 Ilustrasi CoMP pada downlink a)

pemrosesan bersama (joint transmission)

b) penjadwalan terkoordinasi (coordinated

scheduling)

5.3 UL CoMP

Penerimaan banyak titik pada uplink

terkoordinasi berdampak pada penerimaan dari

sinyal yang ditransmisikan pada titik yang

dipisah secara geografis. Keputusan

penjadwalan dapat dikoordinasikan diantara sel

untuk mengontrol interferensi. Ini perlu dicatat

pada contoh lain, unit yang bekerja sama dapat

dipisah menjadi unit eNB remote radio, relay

dsb. Selain itu, sejak UL CoMP sebagian besar

berdampak pada penjadwal dan penerima.

Konsekuensinya, evolusi dari LTE akan seperti

menetapkan hanya pensinyalan yang

dibutuhkan untuk memfasilitasi penerimaan

banyak titik (multi-point).

Gambar 3.8 Penerimaan banyak titik ( multipoint)

IV. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

1. Teknologi Long Term Evolution (LTE)

telah menerapkan sistem antena MIMO

yang mendukung tercapainya kecepatan

data ,kehandalan (robustness) dan efisiensi

spektrum .

2. Pada LTE release 8 dengan kanal

downlink mengadopsi teknologi MIMO ,

yaitu single-antenna port 0, transmit

diversity, Open-loop spatial multiplexing,

Closed-loop spatial multiplexing , Multi-

user MIMO, Closed-loop Rank = 1,

Single-antenna port 5 (UE-specific RS).

3. Pada LTE release 8 dengan kanal

uplink mengadopsi teknologi MIMO,yaitu

receive diversity pada eNB, SU-MIMO

untuk UE tunggal, MU-MIMO untuk

banyak UE.

4. Pada saat mobility UE rendah

maka menggunakan system closed-loop

MIMO sedangkan pada saat mobility UE

tinggi menggunakan system open-loop

MIMO.

5. Mode spatial multiplexing

digunakan pada kondisi High SNR

sedangkan transmit diversity digunakan

pada kondisi low SNR.

6. Pada LTE advanced (release 9 dan

10) menggunakan enhanced downlink

beamforming (dual layer), uplink single

user MIMO, multi user MIMO,

Coordinated multi-point

transmission/reception (CoMP).

4.2 Saran

1. Jika suatu saat penulis ingin mengetahui

lebih jauh tentang teknologi LTE agar

diberikan kesempatan untuk mendapat

bimbingan dari Telkom R&D Center.

2. Pengalokasian frekuensi untuk

Teknologi Long Term Evolution pada

Negara Indonesia sebaiknya segera

dilakukan mengingat pesatnya permintaan

akan teknologi yang lebih baik dari

teknologi sebelumnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Dahlman,Erik,dkk.2007.3G Evolution :

HSPA and LTE for mobile

Broadband.Academic press:England

[2] Ergen,Mustafa.2009.Mobile Broadband .

Springer : USA

[3] Jindal,N., “MIMO Broadcast Channels

with Finite-rate Feedback”, IEEE Trans.

Inform.Theory, vol.52, no. 11, pp. 5045-

5060, Nov 2006

[4] Monogioudis,Pantelis,and 3G Americas

Team.MIMO Transmission Schemes For

LTE And HSPA Networks.whitepaper 3G

Americas: USA

[5] R.W. Health Jr., T. Wu and A.C.K. Soong,

“Progressive Refinement for

HighResolution Limited Feedback

Beamforming”, EURASIP Journal on

Advances in Signal Processing, in press.

[6]Sacristan,David Martin,dkk.2009. On

theWay towards Fourth-

GenerationMobile:3GPP LTE and LTE-

Advanced. EURASIP Journal onWireless

Communications and Networking: 10-19

[7]Team Agilent.2009.Agilent 3GPP Long

Term Evolution:System Overview, Product

Development,andTest

Challenges.Agilent:USA

[8] Tarokh,V. , N. Seshadri and A. Calderbank

.Space–time Block Codes from

Orthogonal Design . IEEE Transactions

on Information Theory , Vol. 45 ,No. 5

, July 1999 , pp.1456 – 1467

[9]Wilkus, Stephen A. and Kevin

Linehan.2010. MIMO and Smart Antennas

for 3G And 4G Wireless System.White

Paper 3G Americas:USA

[10]http://cache.freescale.com/files/wireless_c

omm/doc/white_paper

[11]http://hgmyung.googlepages.com/3gppLT

E.pdf

Biodata Penulis

Grifina Nuzulia

(L2F007033) lahir di

Semarang, 27 April

1989. Mahasiswi

Teknik Elektro

Universitas Diponegoro

Konsentrasi Elektronika

Telekomunikasi.

Melaksanakan kerja

praktek di PT. Telkom R&D Center

Bandung.

Menyetujui,

Dosen Pembimbing

Ir.Ngatelan,MT