Analisis Kinerja dan Kapasitas Sistem Komunikasi MIMO pada Frekuensi 60 GHz di Lingkungan dalam Gedung HIKMAH MILADIYAH 2210 100 046
Pembimbing: 1. Dr. Ir. Suwadi, MT. 2. Devy Kuswidiastuti, ST., MSc.
Latar Belakang Lingkungan indoor terdapat berbagai penghalang:
Atap
Dinding
Lantai
Menyebabkan timbulnya multipath fading
Furniture
Fading
(pembiasan, pantulan, difraksi, redaman, dll)
SISO SIMO
Memperlemah sinyal (sinyal asli dan sinyal pantul saling menghilangkan)
MIMO Memanfaatkan sinyal pantulan sebagai penguat sinyal utama
Koneksi wireless lebih cepat
Jarak jangkauan semakin jauh
Usulan Metode
Masalah Lingkungan indoor
Diatasi
dengan
MIMO Frekuensi 60 GHz
Rumusan Permasalahan 1. Bagaimana pemodelan kanal MIMO pada frekuensi 60 GHz di lingkungan dalam gedung? 2. Bagaimana analisis kinerja dan kapasitas sistem komunikasi MIMO pada frekuensi 60 GHz di dalam gedung?
Batasan Masalah 1. Simulasi menggunakan program MATLAB. 2. Model kanal yang digunakan adalah Triple Saleh Valenzuela. 3. Jumlah antena MIMO pemancar dan penerima yaitu 2x2 dan 4x4 dengan frekuensi 60 GHz. 4. Pemancar dan penerima terletak pada satu ruangan dalam gedung.
Tujuan 1. 2.
Memodelkan kanal MIMO pada frekuensi 60 GHz di lingkungan dalam gedung. Menganalisis kinerja dan kapasitas sistem komunikasi MIMO pada frekuensi 60 GHz di dalam gedung.
Metode
Teori Dasar & Metode
Frekuensi 60 GHz
Kanada → aplikasi bebas lisensi Amerika → aplikasi broadband wireless Jepang → untuk komunikasi jarak pendek dengan layanan high speed multimedia yang terletak di kamar-kamar/ruang kantor
Diagram Alir Simulasi
Modulasi • BPSK 1 bit diwakili oleh 1 simbol Bit 0 1
Inphase -1 1
Quadrature 0 0
s1
s2
Konstelasi bit BPSK
• QPSK 2 bit diwakili oleh 1 simbol Bit 00 01 10 11
Inphase -1 -1 1 1
Quadrature -j j -j j
s1 s3
s2 s4
Konstelasi bit QPSK
MIMO 2x2
4x4
Persamaan vektor input output dari sistem MIMO secara umum seperti berikut. r(t) = h(t) * s(t) + n(t)
Alamouti 2 x 2 s 0 s1 -s * s * 1 0
Tarokh 4 x 4 s1 -s 2 -s 3 -s 4 G 4,½ = s * 1* -s 2 -s * *3 -s 4
s2
s3
s1 s4
-s 4 s1
s*
s*
-s 3 2 s* 1 s* 4 -s * 3
s2
3 -s * 4 s* 1 s* 2
s3 -s 2 s1 s* 4 * s 3 -s * 2 s* 1 s4
Kanal Triple Saleh Valenzuela (TSV) Kanal TSV yang dipakai adalah LOS desktop (meeting room) Kanal TSV = Two-path model + Saleh-Valenzuela model
h(t) = βδ(t)+ αl,m δ(t - Tl - τ l,m )δ(φ -Ψ l - ψl,m ) l=0 m=0
dipengaruhi oleh time-of-arrival (TOA) & angle-of-arrival (AOA)
Distribusi Poisson
Distribusi Laplace
Kanal TSV juga dipengaruhi oleh cluster & ray
Layout ruang LOS desktop
Parameter LOS desktop
BER BER =
n
Jumlah bit error Jumlah bit yang dibangkitkan
N
Kapasitas r
Es
i=1
M T N0
C = log 2 1 +
r Es/N0 MT λ
λi
merupakan jumlah terkecil dari antenna pemancar/penerima merupakan nilai Signal to Noise Power merupakan jumlah antenna pemancar merupakan nilai eigen menunjukkan power gain kanal
Kinerja MIMO Kanal TSV
Pengukuran Kinerja : • Bit yang dibangkitkan berjumlah 106 • Analisis dilakukan pada Eb/No 0 hingga 40 dB
Analisis Antena Mimo 2x2 Menggunakan Modulasi BPSK dan QPSK
0
10
2x2 BPSK 2x2 QPSK -1
10
Konfigurasi Antena
10-4
10-5
10-6
2x2 BPSK
24 dB
27 dB
30 dB
34 dB
2x2 QPSK
27 dB
30 dB
33 dB
36 dB
-2
10
Bit Error Rate
BER
10-3
-3
10
Selisih 3 dB -4
10
-5
10
-6
10
-7
10
0
5
10
15
20 Eb/No, dB
25
30
35
40
Analisis Antena Mimo 4x4 Menggunakan Modulasi BPSK dan QPSK 0
10
4x4 BPSK 4x4 QPSK -1
10
Konfigurasi Antena
-2
Bit Error Rate
10
BER 10-3
10-4
10-5
10-6
4x4 BPSK
13 dB
16 dB
17.5 dB
18.5dB
4x4 QPSK
13.5 dB
16.5 dB
18 dB
20 dB
-3
10
Selisih 0.5 dB -4
10
-5
10
-6
10
-7
10
0
5
10
15 Eb/No, dB
20
25
Perbandingan Antena Mimo 2x2 dan 4x4 (modulasi BPSK) 0
10
2x2 BPSK 4x4 BPSK -1
10
BER Konfigurasi Antena -2
Bit Error Rate
10
10-3
10-4
10-5
10-6
2x2 BPSK
24 dB
27 dB
30 dB
34 dB
4x4 BPSK
13 dB
16 dB
17.5 dB
18.5 dB
-3
10
Selisih 12.5 dB
-4
10
-5
10
-6
10
-7
10
0
5
10
15 20 Eb/No, dB
25
30
35
Perbandingan Antena Mimo 2x2 dan 4x4 (modulasi QPSK) 0
10
2x2 QPSK 4x4 QPSK -1
10
BER Konfigurasi Antena -2
Bit Error Rate
10
10-3
10-4
10-5
10-6
2x2 QPSK
27 dB
30 dB
33 dB
36 dB
4x4 QPSK
13.5 dB
16.5 dB
18 dB
20 dB
-3
10
Selisih 15 dB
-4
10
-5
10
-6
10
-7
10
0
5
10
15
20 Eb/No, dB
25
30
35
40
Perbandingan Antena Mimo 2x2 dan 4x4 0
10
2x2 BPSK 2x2 QPSK 4x4 BPSK 4x4 QPSK
-1
10
-2
Bit Error Rate
10
-3
10
-4
10
-5
10
-6
10
-7
10
0
5
10
15
20 Eb/No, dB
25
30
35
40
Kapasitas MIMO
5 SISO MIMO 2x2 MIMO 4x4
4.5 4
Kapasitas (bps/Hz)
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
0
2
4
Jenis Antena
SISO MIMO 2x2 MIMO 4x4
6
0 0.01049 0.03508 0.12318
8
10 12 Eb/No (dB)
14
16
Eb/No (dB) 5 10 15 20 0.03292 0.10162 0.29957 0.79059 0.10885 0.32555 0.89045 2.08146 0.36822 1.00836 2.38404 4.79912
18
20
Kesimpulan 1. MIMO 4x4 BPSK memiliki kinerja yang terbaik dibandingkan dengan metode lainnya sehingga direkomendasikan untuk sistem komunikasi MIMO pada frekuensi 60 GHz. Pada BER 10-5, MIMO 4x4 BPSK memiliki selisih 0.5 dB dengan MIMO 4x4 QPSK, selisih 12.5 dB dengan MIMO 2x2 BPSK, dan selisih 15.5 dB dengan MIMO 2x2 QPSK. 2. Jenis modulasi mempengaruhi kinerja suatu antena. Dalam hal ini, modulasi BPSK memiliki kinerja yang lebih baik daripada modulasi QPSK. Pada BER 10-5, MIMO 2x2 modulasi BPSK memiliki selisih 3 dB dari MIMO 2x2 QPSK sedangkan untuk MIMO 4x4 BPSK memiliki selisih 0.5 dB dari MIMO 4x4 QPSK.
3. Kapasitas yang tersedia pada MIMO 4x4 lebih besar daripada MIMO 2x2. MIMO 2x2 memiliki data rate 2.1 Gbps sedangkan MIMO 4x4 memiliki data rate 7.4 Gbps.
Saran 1.
Untuk sisi penerima dapat digunakan equalizer seperti Zero Forcing (ZF), Maximum Likelihood (ML), dan Minimum Mean Square Error (MMSE) untuk meningkatkan kinerja sistem agar lebih optimal dengan mengurangi ISI.
2.
Untuk meminimalisir error yang terjadi dapat digunakan error control coding yang dapat mendeteksi kesalahan dan mengkoreksinya.
3.
Pada saat pengiriman simbol dapat digunakan pilot sehingga kesalahan dalam proses deteksi simbol dapat diperkecil.
TERIMA KASIH
