Halaman ini menjelaskan dasar-dasar pelemahan sinyal (fading) dan jenis-jenis pelemahan sinyal dalam komunikasi nirkabel. Jenis-jenis pelemahan sinyal dibagi menjadi pelemahan sinyal skala besar dan pelemahan sinyal skala kecil (penyebaran penundaan multipath dan penyebaran Doppler).
Peredaman datar dan peredaman seleksi frekuensi adalah bagian dari peredaman multipath, sedangkan peredaman cepat dan peredaman lambat adalah bagian dari peredaman penyebaran Doppler. Jenis peredaman ini diimplementasikan sesuai dengan distribusi atau model Rayleigh, Rician, Nakagami, dan Weibull.
Perkenalan:
Seperti yang kita ketahui, sistem komunikasi nirkabel terdiri dari pemancar dan penerima. Jalur dari pemancar ke penerima tidak mulus dan sinyal yang ditransmisikan dapat mengalami berbagai jenis pelemahan termasuk kehilangan jalur, pelemahan multipath, dll. Pelemahan sinyal melalui jalur tersebut bergantung pada berbagai faktor. Faktor-faktor tersebut adalah waktu, frekuensi radio, dan jalur atau posisi pemancar/penerima. Saluran antara pemancar dan penerima dapat berubah-ubah seiring waktu atau tetap, tergantung pada apakah pemancar/penerima tetap atau bergerak relatif terhadap satu sama lain.
Apa itu memudar?
Variasi daya sinyal yang diterima seiring waktu akibat perubahan media atau jalur transmisi dikenal sebagai fading. Fading bergantung pada berbagai faktor seperti yang disebutkan di atas. Dalam skenario tetap, fading bergantung pada kondisi atmosfer seperti curah hujan, petir, dll. Dalam skenario bergerak, fading bergantung pada hambatan di sepanjang jalur yang bervariasi seiring waktu. Hambatan-hambatan ini menciptakan efek transmisi yang kompleks pada sinyal yang ditransmisikan.
Gambar 1 menggambarkan grafik amplitudo versus jarak untuk jenis pelemahan lambat dan pelemahan cepat yang akan kita bahas nanti.
Jenis pudar
Dengan mempertimbangkan berbagai gangguan terkait saluran dan posisi pemancar/penerima, berikut adalah jenis-jenis pelemahan sinyal (fading) dalam sistem komunikasi nirkabel.
➤Peredaman Skala Besar: Ini mencakup efek kehilangan jalur dan bayangan.
➤Peredaman Skala Kecil: Ini terbagi menjadi dua kategori utama yaitu penyebaran penundaan multipath dan penyebaran Doppler. Penyebaran penundaan multipath selanjutnya dibagi menjadi peredaman datar dan peredaman selektif frekuensi. Penyebaran Doppler dibagi menjadi peredaman cepat dan peredaman lambat.
➤Model peredaman: Jenis peredaman di atas diimplementasikan dalam berbagai model atau distribusi yang meliputi Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, dll.
Seperti yang kita ketahui, pelemahan sinyal terjadi karena pantulan dari tanah dan bangunan di sekitarnya, serta sinyal yang tersebar dari pepohonan, orang, dan menara yang ada di area yang luas. Ada dua jenis pelemahan sinyal, yaitu pelemahan skala besar dan pelemahan skala kecil.
1.) Pudar dalam Skala Besar
Redaman skala besar terjadi ketika ada penghalang di antara pemancar dan penerima. Jenis interferensi ini menyebabkan pengurangan kekuatan sinyal yang signifikan. Hal ini karena gelombang elektromagnetik terhalang atau terblokir oleh penghalang tersebut. Ini terkait dengan fluktuasi sinyal yang besar pada jarak tertentu.
1.a) Rugi jalur
Kerugian jalur ruang bebas dapat dinyatakan sebagai berikut.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Di mana,
Pt = Daya pancar
Pr = Daya terima
λ = panjang gelombang
d = jarak antara antena pemancar dan penerima
c = kecepatan cahaya yaitu 3 x 108
Dari persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa sinyal yang ditransmisikan mengalami pelemahan seiring jarak karena sinyal tersebut tersebar di area yang semakin luas dari ujung pengirim ke ujung penerima.
1.b) Efek bayangan
• Fenomena ini diamati dalam komunikasi nirkabel. Shadowing adalah penyimpangan daya sinyal elektromagnetik yang diterima dari nilai rata-rata.
• Hal ini merupakan akibat dari adanya hambatan pada jalur antara pemancar dan penerima.
• Hal ini bergantung pada posisi geografis serta frekuensi radio gelombang EM (Elektromagnetik).
2. Pudar dalam Skala Kecil
Redaman skala kecil berkaitan dengan fluktuasi cepat kekuatan sinyal yang diterima dalam jarak yang sangat pendek dan periode waktu yang singkat.
Berdasarkanpenyebaran penundaan multipathTerdapat dua jenis pelemahan sinyal skala kecil, yaitu pelemahan sinyal datar dan pelemahan sinyal selektif frekuensi. Jenis-jenis pelemahan sinyal multipath ini bergantung pada lingkungan perambatan gelombang.
2.a) Pudar datar
Saluran nirkabel dikatakan memiliki pelemahan datar (flat fading) jika memiliki penguatan konstan dan respons fase linier pada bandwidth yang lebih besar daripada bandwidth sinyal yang ditransmisikan.
Pada jenis pelemahan ini, semua komponen frekuensi sinyal yang diterima berfluktuasi dalam proporsi yang sama secara bersamaan. Ini juga dikenal sebagai pelemahan non-selektif.
• Bandwidth Sinyal << Bandwidth Saluran
• Periode simbol >> Penyebaran penundaan
Efek pelemahan datar (flat fading) terlihat sebagai penurunan SNR. Saluran pelemahan datar ini dikenal sebagai saluran variasi amplitudo atau saluran pita sempit (narrowband).
2.b) Peredaman Selektif Frekuensi
Hal ini memengaruhi berbagai komponen spektral sinyal radio dengan amplitudo yang berbeda. Karena itulah disebut pelemahan selektif (selective fading).
• Bandwidth Sinyal > Bandwidth Saluran
• Periode simbol < Selisih penundaan
Berdasarkanpenyebaran dopplerTerdapat dua jenis pelemahan sinyal, yaitu pelemahan cepat dan pelemahan lambat. Jenis pelemahan sinyal Doppler ini bergantung pada kecepatan perangkat seluler, yaitu kecepatan penerima relatif terhadap pemancar.
2.c) Cepat pudar
Fenomena fast fading ditandai dengan fluktuasi sinyal yang cepat pada area kecil (yaitu bandwidth). Ketika sinyal datang dari semua arah di bidang datar, fast fading akan diamati untuk semua arah pergerakan.
Peredaman cepat terjadi ketika respons impuls saluran berubah sangat cepat dalam durasi simbol.
• Penyebaran Doppler yang tinggi
• Periode simbol > Waktu koherensi
• Variasi Sinyal < Variasi Saluran
Parameter ini menghasilkan dispersi frekuensi atau pelemahan selektif waktu karena penyebaran Doppler. Pelemahan cepat adalah hasil dari pantulan objek lokal dan gerakan objek relatif terhadap objek tersebut.
Pada kondisi fading cepat, sinyal yang diterima merupakan penjumlahan dari banyak sinyal yang dipantulkan dari berbagai permukaan. Sinyal ini merupakan penjumlahan atau selisih dari beberapa sinyal yang dapat bersifat konstruktif atau destruktif berdasarkan pergeseran fase relatif di antara sinyal-sinyal tersebut. Hubungan fase bergantung pada kecepatan gerak, frekuensi transmisi, dan panjang lintasan relatif.
Peredaman cepat mendistorsi bentuk pulsa pita dasar. Distorsi ini bersifat linier dan menciptakanISI(Interferensi Antar Simbol). Ekualisasi adaptif mengurangi ISI dengan menghilangkan distorsi linier yang disebabkan oleh saluran.
2.d) Pudar perlahan
Pudarnya cahaya secara perlahan disebabkan oleh bayangan bangunan, bukit, gunung, dan objek lain yang menutupi jalan.
• Penyebaran Doppler Rendah
• Periode simbol <
• Variasi Sinyal >> Variasi Saluran
Implementasi model peredaman atau distribusi peredaman
Implementasi model pelemahan sinyal atau distribusi pelemahan sinyal meliputi pelemahan Rayleigh, pelemahan Rician, pelemahan Nakagami, dan pelemahan Weibull. Distribusi atau model kanal ini dirancang untuk menggabungkan pelemahan sinyal pada sinyal data baseband sesuai dengan persyaratan profil pelemahan.
Rayleigh memudar
• Pada model Rayleigh, hanya komponen Non Line of Sight (NLOS) yang disimulasikan antara pemancar dan penerima. Diasumsikan bahwa tidak ada jalur LOS antara pemancar dan penerima.
• MATLAB menyediakan fungsi "rayleighchan" untuk mensimulasikan model kanal Rayleigh.
• Daya tersebut terdistribusi secara eksponensial.
• Fase terdistribusi secara seragam dan tidak bergantung pada amplitudo. Ini adalah jenis pelemahan (fading) yang paling banyak digunakan dalam komunikasi nirkabel.
Rician memudar
• Dalam model Rician, baik komponen Line of Sight (LOS) maupun non Line of Sight (NLOS) disimulasikan antara pemancar dan penerima.
• MATLAB menyediakan fungsi "ricianchan" untuk mensimulasikan model kanal Rician.
Nakagami memudar
Saluran pelemahan Nakagami adalah model statistik yang digunakan untuk menggambarkan saluran komunikasi nirkabel di mana sinyal yang diterima mengalami pelemahan multipath. Model ini mewakili lingkungan dengan pelemahan sedang hingga parah seperti daerah perkotaan atau pinggiran kota. Persamaan berikut dapat digunakan untuk mensimulasikan model saluran pelemahan Nakagami.
• Dalam kasus ini kita nyatakan h = r*ejΦdan sudut Φ terdistribusi secara merata pada [-π, π]
• Variabel r dan Φ diasumsikan saling independen.
• PDF Nakagami diungkapkan seperti di atas.
• Dalam PDF Nakagami, 2σ2= E{r2}, Γ(.) adalah fungsi Gamma dan k >= (1/2) adalah angka fading (derajat kebebasan yang terkait dengan jumlah variabel acak Gaussian yang ditambahkan).
• Awalnya dikembangkan secara empiris berdasarkan pengukuran.
• Daya penerimaan sesaat terdistribusi Gamma. • Dengan k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull memudar
Saluran ini merupakan model statistik lain yang digunakan untuk mendeskripsikan saluran komunikasi nirkabel. Saluran pelemahan Weibull umumnya digunakan untuk merepresentasikan lingkungan dengan berbagai jenis kondisi pelemahan, termasuk pelemahan lemah dan pelemahan parah.
Di mana,
2σ2= E{r2}
• Distribusi Weibull merupakan generalisasi lain dari distribusi Rayleigh.
• Ketika X dan Y adalah variabel Gaussian iid dengan mean nol, maka amplop R = (X2+ Y2)1/2terdistribusi Rayleigh. • Namun amplop didefinisikan R = (X2+ Y2)1/2, dan pdf (profil distribusi daya) yang terkait terdistribusi Weibull.
• Persamaan berikut dapat digunakan untuk mensimulasikan model pelemahan Weibull.
Pada halaman ini kita telah membahas berbagai topik tentang fading seperti apa itu fading channel, jenis-jenisnya, model fading, aplikasinya, fungsinya, dan sebagainya. Informasi yang diberikan pada halaman ini dapat digunakan untuk membandingkan dan memahami perbedaan antara fading skala kecil dan fading skala besar, perbedaan antara flat fading dan frequency selective fading, perbedaan antara fast fading dan slow fading, perbedaan antara Rayleigh fading dan Rician fading, dan sebagainya.
E-mail:info@rf-miso.com
Telepon: 0086-028-82695327
Situs web: www.rf-miso.com
Waktu posting: 14 Agustus 2023
