Citra's Blog: Types of Small Scale Fading

Nama : Citra Puspitasari

Nim : 0610 3033 0942

Kelas : 5.ETA

BAB I

PENDAHULUAN

Pada sistem komunikasi nirkabel banyak sekali gangguan-gangguan yang dapat memperburuk kinerja sistem. Salah satunya yaitu multipath fading. Multipath fading umumnya terjadi karena pantulan-pantulan yang disebabkan oleh benda-benda disekitar jalur transmisi. Pantulan-pantulan ini akan menyebabkan perbedaan panjang lintasan sinyal sehingga sinyal yang diterima merupakan penjumlahan dari sinyal-sinyal tersebut. Hal ini tentu saja memperburuk kinerja sistem telekomunikasi. Berbagai macam penelitian telah dilakukan oleh para ahli untuk mengatasi fading.

Fading merupakan gejala yang dirasakan oleh penerima akibat adanya fluktuasi level daya sinyal yang diterima oleh receiver. Fading merupakan karakteristik utama dalam propagasi radio bergerak. Fading dapat didefenisikan sebagai perubahan fase, polarisasi dan atau level dari suatu sinyal terhadap waktu. Defenisi dasar dari fading yang paling umum adalah yang berkaitan dengan mekanisme propagasi yang melibatkan refraksi, refleksi, difraksi, hamburan dan redaman dari gelombang radio. Pada sistem komunikasi bergerak terdapat dua macam fading yaitu short term fading dan long term fading.

Short term fading sebagian besar disebabkan oleh pantulan multipath suatu gelombang transmisi oleh penghambur lokal seperti rumah-rumah, gedung-gedung dan bangunan lain atau oleh halangan lain seperti hutan (pepohonan) yang mengelilingi suatu unit bergerak tetapi tidak oleh gunung atau bukit yang terletak diantara lokasi pemancar dan penerima.

Dilihat dari penyebab fading ini dapat dibagi menjadi dua kategori yaitu :

1. Multipath, terjadi karena terdapat objek antara pengirim dan penerima sehingga gelombang yang sampai ke penerima berasal dari beberapa lintasan (multipath). Akibat adanya fenomena ini menyebabkan efek :
- Fading, yaitu fluktuasi sinyal di penerima.
- Delay spread, yaitu distribuai time delay dari masing-masing path yang dapat menyebabkan ISI (Inter Symbol Interference).

2. Shadowing, terjadi karena adanya efek terhalangnya sinyal sampai ke penerima akibat oleh gedung bertingkat, tembok, dan lain-lain. Fluktuasi sinyal akibat shadowing ini adalah bersifat lambat (Slow Fading). Pendekatan yang dapat dilakukan untuk menganalisis efek shadowing ini adalah dengan menggunakan distribusi log normal.

BAB II

PEMBAHASAN

Fading secara defenitif adalah penurunan dan fluktuasi daya di penerima. Fading menyebabkan suatu kondisi dimana sinyal yang diteri terlalu jelek untuk dilakukan pemrosesan sinyal selanjutnya, yaitu demodulasi. Masalah akibat fading adalah penurunan sinyal dan fluktuasi sinyal itu sendiri.

Fading dapat dikategorikan menjadi dua jenis, yaitu large scale fading dan small scale fading. Large scale fading erat kaitannya dengan prediksi pathloss. Sedangkan small scale fading disebabkan karena keadaan kanal propagasi yang bersifat dispersive, dan sifat keberubahannya terhadap waktu karena pergerakan user.

2.1 Types of Small Scale Fading

Small scale fading umumnya akan diatasi dari subsistem standar yang bersangkutan. Artinya, suatu standar komunikasi bergerak umumnya sudah dilengkapi dengan berbagai subsistem komunikasi untuk mengantisipasi keadaan propagasi dimana sistem tersebut diimplementasikan (fixed atau mobile, makrosel atau mikrosel, dsb).

Gambar 2.1 Small Scale Fading (Multipath Fading)

Small scale fading atau biasa disebut dengan fading disebabkan oleh interferensi antara dua atau lebih sinyal terkirim yang sampai di Rx selisih waktu yang tidak begitu jauh yang disebut dengan gelombang multipath, bergabung di antena Rx sehingga menghasilkan sinyal resultan, dimana amplitudo dan fasanya berubah-ubah. Sinyal yang diterima oleh penerima merupakan jumlah superposisi dari keseluruhan sinyal yang dipantulkan akibat banyak lintasan (multipath). Hal ini menyebabkan kuat sinyal yang diterima oleh penerima akan bervariasi dengan cepat. Dan terjadi fenomena sinyal fading cepat (short term fading).

Karena rendahnya antena MS dan adanya struktur bangunan yang mengelilingi MS, menyebabkan fluktuasi yang cepat pada penjumlahan sinyal-sinyal multipath menurut distribusi statistik yang disebut distribusi Rayleigh yang dikenal dengan Rayleigh fading. Fading yang terjadi secara lambat akibat pengaruh efek bayangan dari berbagai halangan disebut fading lambat (shadowing). Fading ini mengakibatkan fluktuasi level daya yang diterima selama MS bergerak. Karakteristik pertama dari medium multipath adalah penyebaran waktu atas sinyal yang ditransmisikan melalui kanal. Karakteristik kedua adalah akibat variasi waktu dalam stuktur medium. Sebagai hasil dari variasi waktu ini, sifat multipath berubah terhadap waktu, sebab jika sinyal pulsa ditransmisikan lagi, maka terjadi perubahan pada deretan sinyal terima. Variasi waktu muncul tidak dapat diprediksi terhadap pengguna kanal, sehingga kanal multipath berubah terhadap waktu.

— Time Varying : Fluktuasi amplitudo disebabkan superposisi konstruktif dan destruktif dari sinyal yang diterima

— Time spreading : Perbedaan waktu kedatangan sinyal akibat perbedaan lintasan.

Gambar 2.2 Time Spreading

Propagasi sinyal dari pengirim menuju ke penerima dalam lingkungan wireless, akan mengalami berbagai gangguan seperti : pantulan, redaman, difraksi, hamburan dan lain-lain. Sehingga penerima akan menerima sinyal hasil penjumlahan dari berbagai lintasan akibat mengalami kondisi diatas. Sinyal tersebut akan mengalami variasi amplitudo dan fasa yang acak sepanjang periode waktu yang cukup singkat. Sinyal yang diterima penerima adalah sinyal yang telah mengalami distorsi akibat efek kanal atau biasa disebut small scale fading. Pengaruh penting akibat adanya small scale fading adalah :
a. Perubahan level daya terima yang cepat sepanjang interval waktu yang cukup singkat.
b. Terjadi pelebaran spektral akibat adanya dopller shift yang bervariasi pada tiap sinyal multipath.
c. Terjadi dispersi waktu (echoes) akibat adanya propagasi multipath delays.

2.2 Faktor-faktor Small Scale Fading

2.2.1 Propagasi Multipath

Adanya objek-objek pemantul pada kanal mengakibatkan disipasi energi sinyal. Disipasi energi sinyal itu dapat berupa disipasi amplitudo, fasa, dan waktu. Hal ini mengakibatkan sinyal yang diterima di penerima menjadi dua jenis, yaitu langsung (direct) dan tunda (delay), dengan variasi amplitudo dan fasa yang acak pada tiap komponen multipath. Hal ini akan mengakibatkan intersymbol interference (ISI).

2.2.2 Kecepatan Penerima (Mobile)

Pergerakan relatif antara pemancar dan penerima menghasilkan efek doppler shift, yaitu pergeseran frekuensi modulasi yang acak pada tiap komponen multipath. Hal ini mengakibatkan pelebaran spektral sinyal.

2.2.3 Kecepatan Objek-Objek Lingkungan Kanal

Jika objek-objek pada kanal dalam keadaan bergerak, maka akan mengakibatkan time varying doppler shift.

2.2.4 Bandwidth Transmisi Sinyal

Jika bandwidth sinyal yang dikirimkan lebih besar dari bandwidth kanal, maka sinyal yang diterima akan mengalami distorsi. Hal ini berhubungan dengan bandwidth koheren dari kanal. Berikut ini adalah beberapa parameter penting dalam menganalisis karakteristik kanal mobile multipath, yaitu :

1. Doppler Shift

Doppler shift disebabkan oleh pergerakan relatif antara pemancar dan penerima dan akibat dari pergerakan objek-objek pada kanal. Hal ini mengakibatkan adanya pelebaran spektral sinyal yang diterima oleh penerima. Proses ini ditunjukkan oleh gambar di bawah ini :

Gambar 2.3 Efek Doppler

Pada kenyataannya sinyal datang dari berbagai jalur pantulan dengan jarak dan sudut datang yang berbeda, dan secara umum masingmasing pergeseran doppler dari sinyal yang diterima berbeda satu sama lain, sehingga efek dari sinyal yang diterima tampak sebagai pelebaran doppler atau pelebaran spektral dari frekuensi sinyal kirim daripada pergeseran. Pergeseran doppler dari setiap gelombang adalah :

Dimana :

= kecepatan bergerak.

= panjang gelombang dari frekuensi carrier.

= sudut yang dibentuk atara arah propagasi sinyal datang terhadap arah pergerakan antena.

Frekuensi Doppler maksimum diberikan saat sinyal datang dari arah yang berlawanan terhadap pergerakan antena user, yaitu :

2. Delay Spread Dan Coherence Bandwidth

a. Delay spread (σc)

Sinyal multipath akan sampai di penerima dengan waktu tiba yang berbeda beda tergantung jarak lintasan yang ditempuh. Sebuah impuls yang dikirimkan oleh pemancar akan diterima oleh penerima bukan lagi sebuah impuls melainkan sebuah pulsa dengan lebar penyebaran yang disebut delay spread. Delay spread merupakan suatu interval ukuran delay masing masing lintasan yang dilewati sinyal dengan nilai penguatan atau peredaman tertentu. Delay spread ini dapat menimbulkan interferensi antar simbol, karena setiap simbol saling bertumbukan dengan simbol sebelum dan sesudahnya. Level interferensi antar simbol ini ditentukan oleh kecepatan transmisi bit.

b. Coherence Bandwidth (Bc)

Merupakan parameter ukur statistik kanal dalam suatu range frekuensi yang dapat dianggap “flat” yaitu semua komponen spektrum dalam range frekuensi tersebut mendapat gain dan fasa linier. Coherence bandwidth dapat mendefinisikan sifat fading sebagai frequency selective fading atau flat fading. Jika ditransmisikan sinyal dengan bandwidth lebih kecil dari coherence bandwidth, maka sinyal tersebut akan terkena flat fading, dan jika ditransmisikan sinyal dengan bandwidth lebih besar dari coherence bandwidth, maka sinyal tersebut akan terkena frequency selective fading.

Sebagai pendekatan, coherence bandwidth (Bc) dapat dihitung dengan persamaan :

Dengan kata lain, berdasarkan delay spread kanal mengalami:
a. Flat Fading, jika : - BW sinyal < Bc.
- Delay spread < periode simbol.
b. Frequency selective fading, jika : - BW sinyal > Bc.
- Delay spread > periode symbol.

3. Doppler Spread dan Coherence Time

a. Doppler Spread (BD)

Merupakan ukuran pelebaran spektral yang disebabkan oleh pergerakan kanal dan didefinisikan sebagai interval frekuensi pada spektrum Doppler yang nilainya tidak nol.

b. Coherence Time (Tc)

Merupakan ilustrasi efek Doppler pada domain waktu dan digunakan untuk mengkarakterisasi variasi waktu dari tingkat dispersi frekuensi ke kanal dalam domain waktu. Coherence time dapat digunakan untuk mengkarakterisasi sifat kanal berdasarkan variasi waktu, yaitu slow fading atau fast fading. Jika ditransmisikan sinyal dengan durasi simbol lebih kecil dari Tc, maka sinyal tersebut akan mengalami slow fading, dan sebaliknya jika ditransmisikan sinyal dengan durasi simbol lebih besar dari Tc, maka sinyal tersebut akan mengalami fast fading. Sebagai pendekatan, coherence time (Tc) dapat dihitung dengan persamaan Tc :

Atau dapat juga dinyatakan dalam bentuk yang lebih populer yaitu rumus :

Dengan kata lain, berdasarkan Doppler spread kanal mengalami :
a. Fast fading, jika : - Tc < periode simbol.
- Variasi kanal lebih cepat dari variasi sinyal baseband
b. Slow fading, jika : - Tc > periode simbol.

- Variasi kanal lebih lambat dari variasi sinyal baseband

Pada kondisi tertentu, kanal tidak bisa diklasifikasikan sebagai sebuah kanal AWGN tetapi sebuah kanal multipath fading. Multipath fading adalah fenomena yang biasa dalam lingkungan komunikasi wireless, khususnya di daerah perkotaan. Sinyal yang ditransmisikan melalui sebuah kanal radio, akan dipantulkan dan dihamburkan oleh gedung-gedung, pepohonan atau benda lainnya. Sinyal juga kemungkinan mempunyai lintasan propagasi yang berbeda ketika tiba di penerima. Setiap lintasan memberikan fasa, redaman amplituda, delay, dan Doppler shift yang berbeda terhadap sinyal. Selama lingkungan transmisi selalu berubah, maka fasa, redaman, delay, dan Doppler shift dari sinyal merupakan peubah acak.

Di bagian penerima, ketika sejumlah sinyal yang diterima digabungkan, pada titik yang sama sinyal-sinyal tersebut dapat saling menjumlahkan (konstruktif) ataupun saling mengurangkan (destruktif). Sehingga hasil yang diperoleh di penerima akan berbeda dari sinyal yang ditransmisikan. Untuk kasus seperti ini, kanal adalah kanal multipath fading. Respon impuls dari kanal multipath umumnya ditunjukkan oleh delay spread.

Intensitas aktual dari multipath untuk kanal tertentu perlu untuk diestimasi untuk memperoleh karakteristik kanal tersebut. Untuk sebuah impuls yang dikirimkan, selisih waktu antara komponen pertama dan yang terakhir diterima disebut delay maksimum Tm. Melalui Tm, daya akan turun melampaui batas yang ditetapkan (threshold level) dan bisa diabaikan tanpa menyebabkan error yang signifikan. Jika nilai Tm lebih besar dari interval waktu simbol sinyal Ts, akan mengakibatkan distorsi ISI dan kanal dikatakan frequency selective fading. Sebaliknya jika Tm < Ts, maka semua komponen multipath yang diterima sesuai dengan interval waktu simbol.

Untuk kasus ini tidak ada kanal yang menyebabkan distorsi ISI dan kanal dikatakan frequency non-selective fading atau flat fading. Fenomena multipath juga bisa dinyatakan dalam domain frekuensi. Parameter lain yang berguna dari kanal multipath fading adalah bandwidth koheren Bc. Jika komponen frekuensi dengan bandwidth ini menerima delay dan redaman yang kira-kira sama, maka kanal dikatakan frequency non-selective. Jika setiap komponen frekuensi dalam bandwidth koheren mengalami redaman dan pergeseran fasa yang berbeda, maka kanal adalah frequency selective.

Gambar 2.4 Bandwith

Pada gambar terlihat bandwidth koheren lebih lebar dibandingkan bandwidth sinyal, sehingga semua komponen frekuensi sinyal mengalami pengaruh kanal yang sama.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

fading adalah penyimpangan atenuasi yang mengalami sinyal carrier-termodulasi telekomunikasi terhadap media propagasi tertentu. Memudar dapat bervariasi dengan waktu, posisi geografis dan / atau frekuensi radio, dan sering dimodelkan sebagai suatu proses acak. Sebuah kanal fading adalah saluran komunikasi yang pengalaman memudar. Dalam sistem nirkabel, baik memudar mungkin karena propagasi multipath, disebut sebagai induced multipath fading, atau karena membayangi dari hambatan yang mempengaruhi propagasi gelombang, kadang-kadang disebut sebagai bayangan memudar.

Small scale fading atau biasa disebut dengan fading disebabkan oleh interferensi antara dua atau lebih sinyal terkirim yang sampai di Rx selisih waktu yang tidak begitu jauh yang disebut dengan gelombang multipath, bergabung di antena Rx sehingga menghasilkan sinyal resultan, dimana amplitudo dan fasanya berubah-ubah. Sinyal yang diterima oleh penerima merupakan jumlah superposisi dari keseluruhan sinyal yang dipantulkan akibat banyak lintasan (multipath). Hal ini menyebabkan kuat sinyal yang diterima oleh penerima akan bervariasi dengan cepat. Dan terjadi fenomena sinyal fading cepat (short term fading).

Pengaruh penting akibat adanya small scale fading adalah :
- Perubahan level daya terima yang cepat sepanjang interval waktu yang cukup singkat.
- Terjadi pelebaran spektral akibat adanya dopller shift yang bervariasi pada sinyal multipath.
- Terjadi dispersi waktu (echoes) akibat adanya propagasi multipath delays.

3.2 Saran

Seperti yang telah dijelaskan, untuk mengatasi small scale fading umumnya akan diatasi secara small scale sistem, artinya suatu standar sistem komunikasi umumnya sudah dilengkapi dengan subsistem-subsistem (hardware fading dengan subsistem-subsistem dan software) yang mengantisipasi keadaan kanal propagasi dimana sistem tersebut akan dipasang. Suatu standar komunikasi wireless biasanya ditunjukkan untuk mengantisipasi keadaan kanal propagasi yang spesifik, misalnya :

a. Fixed or mobile communication (packet length design, power control).

b. Indoor (very low mobility).

c. Microcell (low mobility, low delay spread).

d. Microcell (high mobility, high delay spread).

DAFTAR PUSTAKA

Wireless Communications : Theodore s. Rappaport; Pearsons

digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-12764-Chapter1.pdf

http://digilib.ittelkom.ac.id/

http://andibp123.blogdetik.com/2011/01/21/gelombang-radio-elektronika/

http://www.scribd.com/doc/26923472/Modul-6-TE4103-FadingMitigation

http://mfadrah.wordpress.com/

http://www.elektronidonesi.com/elektro/telkom12.html