SMART ANTENNA ( SIMO, MISO dan MIMO )

  Smart Antenna

Defenisi suatu smart antena adalah suatu sistem antena komunikasi wireless digital yang difungsikan sebagai diversity dari Transmitter, Receiver, atau kedua – duanya. Di dalam komunikasi wireless, pada umumnya antena tunggal digunakan di pengirim, dan antena tunggal lain digunakan di tujuan. Hal ini disebut SISO (Single Input, Single Output). Ketika suatu gelombang elektromagnetik dihalangi sesuatu seperti bukit; jurang curam; bangunan; dan sebagainya, maka gelombang terserak, dan dengan begitu gelombang RF mengambil alur lain untuk sampai ke tujuan (Receiver). Terjadinya gelombang yang terhalang tadi menyebabkan permasalahan seperti cut-out (pengaruh karang). Penggunaan smart antena dapat mengurangi atau menghapuskan gangguan yang disebabkan oleh multipath fadding.

Kategori Smart Antena

Penggunaan antena dalam sistem smart antenna dibagi dalam tiga kategori utama, yakni ;

·     A.  SIMO (Single Input,Multiple Output)

Di dalam SIMO teknologi, satu antena digunakan di sumber (Rx), dan dua atau lebih antena digunakan di tujuan (Tx)

·      B.  MISO (Multiple Input,Single Output)

Di dalam MISO teknologi, dua atau lebih antena digunakan di sumber (Rx), dan satu antena digunakan di tujuan (Tx)

·       C.   MIMO (Multiple Input Multipel Output)

Di dalam teknologi MIMO, berbagai antena bekerja pada kedua sumber (Rx) dan tujuan (Tx). Belakangan ini MIMO telah diminati, sebab teknologi ini tidak hanya menghapuskan efek multipath propagasi yang kurang baik, tetapi dalam beberapa hal memiliki keunggulan. Gambar dibawah  ini menunjukkan ilustrasi sejarah perkembangan skema input-output antena pada komunikasi wireless.

Gambar 2.1. Sejarah perkembangan skema input output pada komunikasi wireless

2.2.            MIMO (Multiple Input Multiple Output) pada LTE

            Teknologi ini kali pertama diperkenalkan oleh seorang ahli dari Bell Laboratories pada tahun 1984.  MIMO sendiri merupakan salah satu bentuk dari Smart Antenna. MIMO bekerja di dalam sistem komunikasi wireless digital. Pada sistem komunikasi tersebut gelombang yang dihasilkan akan terpantul melalui berbagi jalur atau biasa disebut multipath. Sinyal pantulan dan sinyal yang berjalan lurus akan bersifat saling menggagalkan saat sampai di sisi penerima.

MIMO menggunakan sistem yang berbeda yakni dengan menggunakan antena lebih dari satu untuk penerima dan pengirimnya (diversity). Tidak seperti sistem antena konvensional yang sangat rentan dengan multipath, sistem MIMO justru sangat baik untuk  meningkatkan data rate dalam range yang lebih besar tanpa membutuhkan bandwidth atau daya yang lebih besar. Dengan adanya teknologi ini sistem kerja akan lebih baik dibandingkan dengan sistem teknologi SISO (Single Output Single Input). 

            Transmisi dengan teknik MIMO mendukung konfigurasi dua atau empat antena pengirim dan dua atau empat antena penerima. Konfigurasi MIMO yang mungkin pada arah downlink adalah MIMO 2x2, MIMO2x4, MIMO 4x2, dan MIMO 4x4. Akan tetapi UE dengan 4 antena penerima yang dibutuhkan untuk konfigurasi MIMO 4x4 hingga saat ini masih belum diimplementasikan. Gambar dibawah ini menunjukkan konsep MIMO.

Gambar 2.2 Konsep MIMO (Multiple Input Multiple Output) pada LTE

          Pada gambar di atas, dapat dijelaskan bahwa sistem MIMO memiliki antena pengirim dan penerima yang jumlahnya lebih dari satu. Proses penerimaan sinyal pada sistem MIMO yakni dengan menggunakan pengalian matriks kanal. Di dalam matriks kanal tersebut terdapat penjumlahan yakni penjumlahan dari sinyal yang dikirimkan dari banyak antena mulai dari antena ke-1 sampai antena ke-N. Secara umum, dengan matriks kanal H, sinyal yang diterima olehantena penerima dapat dirumuskan sebagai berikut:

x1 = h11s1 + h12s2 + ….+ h1NsN

x2 = h21s1 + h22s2 + ….+ h2NsN

xN = hN1s1 + hN2s2 + ….+ hNNsN

atau secara umum dapat digabungkan dalam persamaan, yaitu:

menghasilkan model sinyal sederhana sistem MIMO

dengan untuk semua Nt  sinyal digunakan matriks:

                matriks H merupakan matriks kanal MIMO yang dibentuk dari estimasi nilai h_ij pada kanal transmisi. Matriks ini akan berguna dalam mendapatkan kembali sinyal informasi pada sisi penerima. Sinyal informasi didapatkan dengan invers matriks H denga sinyal pada sisi penerima (x), seperti terlihat pada persamaan berikut 

               Pemodelan Kanal MIMO

            Pengaruh karakter statistik multidimensional dari kanal Fading MIMO (matriks H) memiliki peran yang sangat signifikan pada performa sistem. Oleh karena itu, perancangan model kanal MIMO, menjadi suatu hal yang penting. Pemodelan kanal MIMO berdasarkan keadaan lingkungan fisiknya, dibagi menjadi dua, yaitu model physical (Deterministic/geometric) dan model stochastic.

Model Deterministic, yaitu model fisik melibatkan parameter fisik kanal di keadaan sebenarnya dari semua komponen multipath, seperti DoA (Directions of Arrival) dan DoD (Directions of Departure). Pemodelan ini berlaku untuk lingkungan picocell / microcell.  Model ini dapat digunakan sebagai dasar untuk pemodelan secara stochastic. Model kedua, stochastic yang berarti berkarakteristik probabilitas atau acak, memberikan permodelan secara statistik dari properti-properti spasial kanal pada elemen-elemen antena . Model ini biasanya dipakai pada daerah pengukuran yang luas. Contoh dari model ini adalah model Metra MIMO pada 3GPP. Variasi jalur tempuh yang berbeda-beda antara TX dengan RX sebagai fungsi waktu, lokasi, dan frekuensi (multipath Fading) dapat direpresentasikan dengan distribusi statistik. Untuk fokus ke masalah Fading ini, model geometris dapat ditransfer ke dalam model stochastic.

Gambar 2.3. Pemodelan kanal MIMO

           

Pada gambar diatas  terlihat pemodelan kanal MIMO secara umum. Dari gambar, terlihat sistem MIMO dengan sejumlah T antena transmitter dan R antena receiver. Kanalnya direpresentasikan dengan matriks H yang memiliki R baris dan T kolom. Elemen-elemen matriksnya, ij h merupakan fungsi transfer dari antena transmitter ke j ke antena receiver ke i. Dari gambar terlihat, sinyal yang diterima antena receiver merupakan penjumlahan sinyal dari semua antena tranmsitter.