FADING
Latar Belakang
Sinyal yang ditransmisikan akan mengalami perubahan ketika melalui jalur propagasi menuju penerima. Efek dari perubahan ini biasa disebut fading. Dalam udara bebas, sinyal mengikuti satu jalur dan sampai pada penerima dengan sedikit penurunan.
Untuk kasus sinyal yang menemui hambatan dalam jalur propagasi, sinyal dicerminkan, terdifraksi, dan tersebar dari benda-benda yang ada dalam jalur. Setiap jalur dapat memiliki jumlah atenuasi, delay, dan tipe fading yang berbeda. Kombinasi dari jalur yang berbeda ini disebut multipath fading atau multipath propagasi. Simulasi sejumlah jalur dengan konfigurasi fading yang berbeda menjadi sangat penting untuk menguji kinerja receiver.
Pada sisi penerima, sinyal dapat mengalami interferensi konstruktif atau destruktif, hal ini menyebabkan fluktuasi acak secara cepat dalam amplitude penerima ketika receiver atau transmitter bergerak. Berdasarkan efek Doppler, keadaan ini juga menyebabkan sinyal menjadi tersebar dalam domain frekuensi.
Definisi
Fading merupakan perubahan fase, polarisasi dan atau level dari suatu sinyal tertentu atau dapat dikatakan terjadi akibat fluktuasi level daya sinyal yang diterima oleh receiver. Fading sendiri berkaitan dengan mekanisme propagasi yang melibatkan refraksi, refleksi, difraksi, hamburan dan redaman dari gelombang radio.
Jenis-jenis Fading
fading digunakan untuk medeskripsikan level sinyal pada penerima setelah memasuki obstacle (beberapa panjang gelombang terdifraksi) dekat penerima.
Large scale fading merupakan hasil pelemahan sinyal berdasarkan propagasinya melalui jarak yang jauh dan difraksi di sekitar objek-objek besar pada jalur propagasi. Dalam large scal fading terdapat relative path loss (hilang karena jarak) dan log normal shadowing (terhalangnya sinyal karena objek yang besar). Fenomena ini terjadi pada mobile yang bergerak melalui jarak dari urutan ukuran sel dan biasanya frekuensi yang ada independen.
Probability Distribution Function (PDF) dari distribusi log normal variable acak direpresentasikan dengan
m = kuat sinyal variable acak normal (dbM)
´
m = rata-rata kuat sinyal (dbM)
Small scale fading terjadi karena interferensi konstruktif dan destruktif dari multipath sinyal antara pemancar dan penerima. Hal ini terjadi pada skala spasial dari tatanan panjang carrier, frekuensinya dependen
Efek fading berdasarkan multipath time delay spread Flat Fading
Jika kanal radio memiliki penguat konstan dan respon fasa linear dalam suatu bandwidth lebih baik daripada bandwidth dari sinyal transmisi, maka sinyal yang diterima akan mengalami flat fading. Karakteristik khusus dari sinyal yang ditransmisikan akan dipertahankan di receiver.
Flat fading dikenal juga sebagai kanal variasi amplitudo yang kadang disebut sebagai kanal narrowband, bandwidth dari sinyal yang digunakan. Ciri kanal flat fading menyebabkan deep fades sehingga membutuhkan wireleess lebih dari 20 atau 30 dB dari daya pemancar untuk mencapai laju bit error yang rendah selama waktu dari deep fades yang dibandingkan dengan sistem operasi bukan kanal fading.
Efek dari flat fading yaitu mengurangi SNR dengan menggunakan teknik variasi mitigasi, sementara itu efek dari frekuency selective fading yaitu distorsi ISI (membutuhkan equalizer pada receiver), pemotongan pulsa dan BER yang tidak tereduksi.
Berikut adalah gambar karakteristik kanal flat fading
Frequency Selective Fading
Frekuency selective fading disebabkan dispersi waktu dari symbol yang ditransmisikan dalam kanal. Sehingga kanal menginduksi intersymbol interference (ISI). Dilihat dalam domain frekuensi, komponen frekuensi tertentu pada spektrum sinyal yang diterima memiliki penguat lebih dari yang lain.
Kanal frequency selective fading lebih sulit untuk dimodelkan daripada kanal flat fading karenasetiap sinyal multipath harus dimodelkan dan kanal harus diasumsikan sebagai linear filter. Hal ini sebagai alasan bahwa pengukuran wideband multipath dibuat dan model-modelnya dikembangkan dari hasil pengukuran-pengukuran tersebut.
Ketika menganalisis system komunikasi mobile, secara statistic model respon impuls seperti model two-ray Rayleigh fading (yang mempertimbangkan respon impuls menjadi dua fungsi delta yang fading secara independen dan memiliki time delay yang cukup untuk menginduksi frequency selective fading pada sinyal yang diterapkan) atau yang dihasilkan computer atau pengukuran respon impul yang secara umum digunakan untuk menganalisis frequency selective small-scale fading.
Dalam frequency selective fading, spectrum S(f) dari sinyal yang ditransmisikan memiliki bandwidth yang lebih besar daripada bandwidth coherence (Bc) dari kanal. Dilihat dalam domain frekuensi, kanal menjadi frekuency selective ketika gain berbeda untuk komponen frekuensi berbeda. Frekuency selective fading disebabkan oleh multipath delay yang mendekati atau melebihi symbol period dari symbol yang ditransmisikan. Kanal frequency selective fading juga dikenal sebagai kanal wideband karena bandwidth dari sinyal s(t) lebih lebar daripada bandwidth dari kanal respon impuls.
Seperti variasi waktu, variasi kanal dalam gain dan fasa di seluruh spectrum s(t) menghasilkan distorsi variasi waktu pada sinyal yang diterima r(t).
Berikut adalah time spreading: bandwidth coherence pada flat fading dan frequency selective fading
Akibat adanya multipath Multipath Fading
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.
Delay Spread
dikirimkan oleh pemancar akan diterima oleh penerima bukan lagi sebuah impuls melainkan sebuah pulsa dengan lebar penyebaran yang disebut delay spread. Delay spread ini dapat menimbulkan interferensi antar simbol, karena setiap simbol akan saling bertumbukan dengan simbol sebelum dan sesudahnya. Level interferensi antar simbol ini ditentukan oleh kecepatan transmisi bit. Jadi kecepatan transmisi bit atau simbol pada sistem komunikasi bergerak digital dibatasi oleh delay spread.
Intersymbol Interference
Pada suatu media waktu dispersif, laju transmisi Rb pada transmisi digital dibatasi oleh fenomena delay spread. Delay spread menyebabkan terjadinya intersymbol interference (ISI) pada transmisi data. Guna menghindari ISI, maka laju transmisi (Rb) sebaiknya tidak melebihi kebalikan dari harga delay spread (), jika unit tidak bergerak : Rb = 1/L . Namun apabila unit dalam keadaan bergerak, harga Rb : Rb = 1 / 2pL
Doppler Shift
Doppler Shift merupakan perubahan frekuensi atau pergeseran frekuensi radio yang disebabkan oleh gerakan MS. Pergeseran frekuensi ini tergantung pada kecepatan dan arah gerak MS yang akan menyebabkan modulasi frekuensi acak pada sinyal radio bergerak. Pergeseran Doppler dipengaruhi propagasi lintasan jamak yang dapat memberikan pergeseran positif atau negatif pada saat yang sama untuk lintasan yang berbeda. Pada saat MS bergerak relatif terhadap BS, MS merasakan bergesernya frekuensi terima dari frekuensi pemancar. Doppler Shift dapat menyebabkan menurunnya kualitas suara.
http://www.ni.com/white-paper/14916/en/
http://wireless.agilent.com/wireless/helpfiles/n5106a/about_fading.htm
