TEKNOLOGI WIMAX UNTUK LINGKUNGAN NON LINE OF SIGHT (Arni Litha)
TEKNOLOGI WIMAX UNTUK LINGKUNGAN NON LINE OF SIGHT
Arni Litha
Dosen Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Ujung Pandang
Abstrak
Walaupun banyak teknologi saat ini tersedia untuk fixed broadband wireless tetapi hanya tersedia untuk cakupan line of sight (LOS), teknologi dengan latar belakang WiMAX telah dioptimalisasikan pada pelayanan lebih berupa non line of sight (NLOS). Teknologi WiMAX memberikan jangkauan cakupan hingga 50 kilometer pada kondisi LOS dan khusus cell radio sampai 5 miles/8 km pada kondisi NLOS.
Kata Kunci: Non Line of Sight, WiMAX, Sinyal Multipath
Sistem komunikasi wireless pada kanal radio digambarkan berupa LOS atau NLOS. Pada kondisi LOS, sinyal merambat melalui lintasan langsung dan tanpa halangan dari pemancar ke penerima.
Persyaratan dalam link LOS adalah bahwa daerah Fresnel pertama harus bebas dari hambatan (lihat gambar 1) jika kriteria ini tidak dipenuhi ada redaman yang cukup signifikan dalam signal strength. Daerah Fresnel sangat dipengaruhi oleh frekuensi kerja dan jarak antara lokasi pemancar dan penerima.
Dalam kondisi NLOS, sinyal yang sampai pada penerima telah melalui pemantulan (reflection), pemencaran (scattering), dan pembiasan (diffraction).
Sinyal yang tiba pada penerima terdiri dari komponen lintasan langsung, lintasan pantulan jamak, daya hamburan, dan lintasan propagasi difraksi. Sinyal- sinyal tersebut masing-masing memiliki perbedaan delay spread, redaman, polarisasi, dan kestabilan relatif untuk lintasan langsung.
Fenomena multipath dapat juga menyebabkan perubahan polarisasi dari sinyal. Jadi penggunaan polarisasi dengan cara frequency re-use (penggunaan ulang frekuensi), sebagaimana normalnya dilakukan pada lingkungan LOS dapat menjadi problematika pada aplikasi NLOS.
Bagaimana sistem radio memanfaatkan
keuntungan sinyal-sinyal multipath ini adalah merupakan kunci untuk memberikan layanan pada kondisi NLOS. Produk yang hanya meningkatkan daya untuk menembus penghalang (kadang-kadang disebut “near line of sight”) bukanlah teknologi NLOS karena pendekatan ini masih mempercayakan kekuatan lintasan langsung tanpa menggunakan energi yang ada pada sinyal-sinyal tidak langsung. Baik untuk kondisi LOS maupun NLOS diatur oleh karakteristik propagasi dari lingkungannya, path loss, dan radio link budget.
Terdapat beberapa keuntungan dalam
pengembangan penggunaan NLOS.Sebagai contoh,
pemenuhan perencanaan yang sangat terbatas dan
pembatasan tinggi antena biasanya tidak
membolehkan antena itu pada posisi LOS. Untuk
sistem seluler dalam skala besar, dimana penggunaan
ulang frekuensi (frequency re-use) digunakan, antenna
lebih rendah menguntungkan untuk mengurangi co
channel interference antara cell yang berdekatan. Ini
sering memaksa base station untuk beroperasi pada
kondisi NLOS. Sistem LOS tidak dapat mengurangi
ketinggian antena karena akan mempengaruhi lintasan
langsung yang diperlukan untuk CPE dengan base
station.
TEKNOLOGI WIMAX UNTUK LINGKUNGAN NON LINE OF SIGHT (Arni Litha)
Gambar 2. Propagasi NLOS
Teknologi NLOS juga dapat mengurangi biaya instalasi dengan membuat instalasi CPE yang lebih realistis dan memudahkan pengalokasian CPE pada lokasi pegunungan yang dianggap menyulitkan.
Teknologi NLOS juga mengurangi kebutuhan survei daerah sebelum instalasi dan memperbaiki akurasi peralatan perencanaan NLOS.
Gambar 3. Lokasi CPE NLOS
Teknologi NLOS dapat meningkatkan features pada WiMAX dengan membuatnya lebih mungkin untuk penggunaan customer premise equipment (CPE) dalam gedung. Hal ini mempunyai dua tantangan utama, yang pertama mengatasi kehilangan penetrasi gedung yang tinggi dan yang kedua, jarak cakupan yang layak dengan daya pancar yang rendah dan gain antena yang biasanya berhubungan dengan CPE indoor. WiMAX membuat hal ini mungkin, dan cakupan NLOS dapat ditingkatkan dengan meningkatan beberapa kemampuan WiMAX.
Semua penghalang diluar 0,6 1st Fresnel clearance zone
Lokasi Base Station WiMAX
Lokasi CPE WiMAX
Gambar 1. LOS Fresnel zone
1. Solusi Teknologi NLOS
Teknologi WiMAX, memberikan solusi atau dapat mengurangi permasalahan yang dihasilkan oleh kondisi NLOS dengan menggunakan:
· Teknologi OFDM
· Sub-channelization
· Antena directional
· Diversitas pancar dan terima
· Modulasi adaptif
· Teknik Error correction
· Power control
1.1 Teknologi OFDM
Teknologi orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) memberikan operator-operator dengan cara efisiensi untuk mengatasi tantangan pada propagasi NLOS. Bentuk gelombang OFDM WiMAX memberikan keuntungan dengan dapat beroperasi dengan delay spread yang lebih besar pada lingkungan NLOS. Berdasarkan simbol waktu OFDM dan penggunaan cyclic prefix, gelombang OFDM menghilangkan masalah inter-symbol interference (ISI) dan kompleksitas dari ekualisasi adaptif. Karena gelombang OFDM disusun oleh multiple narrowband orthogonal carriers, selective fading ditempatkan pada subset carrier yang relatif mudah untuk diekualisasi. Sebuah contoh berikut sebagai perbandingan antara sinyal OFDM dan sinyal single carrier, dimana sebuah informasi dikirim secara paralel oleh OFDM dan secara series oleh single carrier.
Dengan kemampuan untuk mengatasi delay spread, multipath, dan ISI dalam arti efisiensi membolekan data rate throughput lebih tinggi.
Dengan contoh ini lebih mudah untuk mengekualisasi sinyal carrier OFDM individual daripada untuk mengekualisasi sinyal single carrier.
Gambar 4. Single carrier dan OFDM
Gambar 5. Single carrier dan sinyal yang diterima OFDM
1.2 Sub Channelization
Sub kanalisasi pada sisi uplink merupakan
salah satu pilihan pada WiMAX. Tanpa sub kanalisasi,
pembatasan regulasi dan kebutuhan biaya yang efektif
untuk CPE, biasanya menyebabkan link budget menjadi
asimetrik, hal ini menyebabkan range sistem untuk
uplink terbatas. Sub kanalisasi memungkinkan link
budget menjadi seimbang sama halnya untuk gain
sistem baik pada uplink maupun downlink. Sub
channeling berfokus pada daya pancar dalam carrier
OFDM yang paling sedikit; hal ini meningkatkan gain
sistem yang dapat digunakan untuk memperluas
jangkauan pada sistem, untuk mengatasi kehilangan
(losses) penetrasi gedung, ataupun mengurangi
konsumsi daya CPE. Penggunaan sub channeling
TEKNOLOGI WIMAX UNTUK LINGKUNGAN NON LINE OF SIGHT (Arni Litha)
dikembangkan lebih lanjut oleh orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) untuk memungkinkan penggunaan yang lebih fleksibel dari sumber-sumber yang dapat mendukung operasi nomadic atau mobile.
Gambar 6. Efek dari sub-channelization
1.3 Antena Directional
Antena directional dapat meningkatkan fade margin dengan cara menambahkan lebih banyak gain.
Antena directional dapat meningkatkan kemampuan link sebagaimana yang terlihat pada perbandingan faktor-K antara antena directional dan omni- directional. Delay spread berkurang dengan antena directional pada base station dan CPE. Pola penerimaan antena menekan beberapa sinyal multipath yang datang pada sidelobe dan backlobe. Keefektifan metode ini telah terbukti dan didemonstrasikan dalam pengembangan yang telah sukses, yang mana layanan beroperasi pada fading NLOS yang signifikan.
Adaptive antenna system (AAS) adalah bagian dari standar 802.16. AAS mempunyai sifat beamforming yang dapat mengatur fokus antena untuk semua arah dan arah tertentu. Hal ini berarti bahwa pada saat transmisi, sinyal dapat dibatasi untuk pengarahan yang diperlukan penerima; seperti lampu
sorot. Sebaliknya saat penerimaan, AAS dapat dibuat hanya untuk fokus pada arahan dari dimana sinyal yang diinginkan berasal. AAS juga mempunyai beberapa sifat pada penekanan co-channel interference dari lokasi lain. AAS dapat menjadi pertimbangan untuk pengembangan lebih lanjut sehingga memungkinkan terjadinya penngkatan spektrum re-use dan kapasitas jaringan WiMAX.
1.4 Diversitas pada Transmitter dan Receiver Skema diversitas dapat dijadikan sebagai keuntungan dari sinyal multipath dan pantulan yang terjadi pada kondisi NLOS. Diversitas adalah salah satu feature tambahan pada WiMAX. Algoritma diversitas telah ditawarkan oleh WiMAX, baik pada sisi pemancar maupun penerima untuk meningkatkan kemampuan sistem. Pilihan diversitas pancar WiMAX mentransmisikan pemilihan diversitas menggunakan space time coding untuk menyediakan transmisi yang bebas; hal ini dapat mengurangi persyaratan fade margin dan memberantas interferensi. Untuk diversitas penerima, variasi teknik kombinasi yang bervariasi masih tersedia untuk meningkatkan kemampuan pada sistem. Misalnya, maximum ratio combining (MRC) mengambil keuntungan dari dua rangkaian penerima yang terpisah untuk membantu mangatasi fading dan mengurangi path loss.
Diversitas telah terbukti sebagai cara yang efektif untuk mengatasi masalah propagasi NLOS.
1.5 Modulasi Adaptif
Modulasi adaptif membolehkan sistem WiMAX dapat diarahkan ke skema modulasi sinyal bergantung pada kondisi signal to noise ratio (SNR) dari radio link. Ketika radio link berada pada kualitas yang tinggi, skema modulasi tertinggi digunakan, yang dapat membuat kapasitas system bertambah.
Selama sinyal mengalami fading, sistem WiMAX
dapat bergeser ke skema modulasi yang lebih rendah
untuk mempertahankan kualitas koneksi dan stabilitas
BPSK SNR = 6 dB
QPSK SNR = 9 dB 16 QAM SNR = 16 64 QAM SNR = 22dB link. Keistimewaan ini membolehkan sistem WIMAX untuk mengatasi time-selective fading. Keistimewaan khas dari modulasi adaptif adalah bahwa ia dapat meningkatkan range skema modulasi secara berlebih untuk digunakan, sehingga sistem WIMAX dapat fleksibel pada kondisi fading yang sesunguhnya, yang berbeda kondisinya pada skema fixed yang diatur untuk kondisi kasus yang lebih buruk.
Gambar 7. Radius relatif terhadap modulasi adaptif dan matriks kecepatan data
1.6 Teknik Error Correction
Teknik error correction telah terbentuk dalam WiMAX untuk mengurangi persyaratan signal- to-noise (SNR) sistem. St r o n g Re e d S al o m o n FE C , c o nv o l u ti o n al e nc o di n g, dan al g ori tm a i n t e r le a v i n g ber s am a - sa m a d ig un a k a n un t u k m e n d et e k si d an m en g or ek s i e rror un t u k m e n g in g k at kan t h r o u gh p ut . T ekn i k -t ekn i k e rror c orrec tio n t er sebu t da p at m em ban t u u n t u k m emp er ol eh k em ba li fram e- fr am e ya n g er r or ya n g m un gkin t el ah h il an g ak i ba t ol eh f re q ue nc y sel ec tiv e f ad i ng a ta u bu rst e rror . Au t omat ic re pe at re q ue st ( A RQ ) d i g un a kan un t u k m em p e r bai k i er r or ya n g
t i da k da pa t di p er ba i ki ol eh FE C, m el al u i p en gir im an k em bal i in for ma si ya n g er r or . Ha l i n i seca r a sign i fi kan d a pa t m en in gkat k an kin er ja bit e rror ra t e ( BE R) u n t u k level am ban g ya n g sam a.
1.7 Power Control
Algoritma power control digunakan untuk meningkatkan kinerja secara menyeluruh dari sistem, hal ini dapat diimplementasikan pada base station dengan mengirimkan informasi power control ke tiap CPE untuk mengatur level daya pancar sehingga level yang diterima pada base station merupakan level yang ditetapkan sebelumnya. Dengan perubahan dinamik lingkungan fading, level kinerja yang telah ditetapkan menunjukkan bahwa CPE hanya mengirim daya cukup untuk memenuhi persyaratan yang diperlukan.
Sebaliknya, level transmit CPE berdasarkan pada kondisi kasus yang terjelek. Power control mengurangi konsumsi daya secara keseluruhan dari CPE dan potensil interferensi terhadap base station lokasi lain yang berdekatan. Untuk LOS daya pancar dari CPE kira-kira sebanding dengan jarak dari base station, untuk NLOS juga biasanya bergantung pada jarak ruangan dan penghalang.
2. Model Propagasi NLOS
Pada kondisi kanal NLOS; sinyal mungkin mengalami pelemahan-pelemahan scattering, difraksi, perubahan polarisasi, dan refleksi. Faktor-faktor ini mempengaruhi kuat sinyal yang diterima. Pelemahan- pelemahan ini secara normal tidak ada ketika pemancar dan penerima dalam kondisi LOS.
2.1 Model-model NLOS
Akhir-akhir ini, berbagai model variasi NLOS telah dikembangkan melalui penempatan karakteristik RF dan prediksi kuat sinyal RF yang diperbolehkan. Model-model tersebut, berdasarkan Modulasi
/Code Rate QPSK
1/2 QPSK
3/4 16 QAM
1/2 16 QAM
3/4 64 QAM
2/3 64 QAM
3/4 1,75 MHz 1,04 2,18 2,91 4,36 5,94 6,55
3,5 MHz 2,08 4,37 5,82 8,73 11,88 13,09
7,0 MHz 4,15 8,73 11,64 17,45 23,75 26,18
10,0 MHz 8,31 12,47 16,63 24,94 33,25 37,40
20,0 MHz 16,62 24,94 33,25 49,87 66,49 74,81
TEKNOLOGI WIMAX UNTUK LINGKUNGAN NON LINE OF SIGHT (Arni Litha)
