Teknologi 4G LTE: MIMO

Showing posts with label MIMO. Show all posts

Monday, April 25, 2016

LTE Peak Data Rate Calculation

Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas mengenai perhitungan LTE peak data rate. Perhitungan tersebut untuk mengetahui kecepatan data tertinggi yang dihasilkan oleh eNodeB. Diperlukan asumsi-asumsi ideal untuk mendapatkan hasil maksimal, seperti jumlah user yang mengakses network LTE diasumsikan hanya 1 user atau single user dengan mendapatkan kondisi RF yang ideal, sehingga dimungkinkan eNodeB menggunakan modulasi tertinggi yaitu 64QAM, kemudian memanfaatkan teknologi MIMO 4x4. Sekali lagi, ini merupakan perhitungan yang bersifat teori, sebagai pendekatan untuk memperkirakan kapasitas maksimal suatu eNodeB. Mungkin kita masih ingat pada materi Pengantar Teknologi 4G LTE dimana dijelaskan tentang evolusi Cellular Network yang memungkinkan meningkatkan data rate. Berikut peak data rate yang dijanjikan oleh LTE dibandingkan dengan teknologi sebelumnya (2G & 3G):

Gambar 1. Peak Data Rate 2G, 3G, dan 4G

Dari gambar diatas terlihat bahwa LTE menjanjikan peak data rate sebesar 300 Mbps lebih, yang diperoleh dari LTE yang menggunakan beberapa parameter sebagai berikut:

Bandwidth 20 MHz,
Modulasi 64QAM
Antena MIMO 4x4
Handset minimal Cat 5

Bandwidth 20 Mhz memiliki Resource Block (RB) sebesar 100 RB, seperti pada tabel berikut:

Tabel 1. Bandwidth vs Resource Block (RB)

Seperti pernah dibahas dalam artikel terdahulu tentang Resource Block , bahwa bagian terkecil suatu Resource Block (RB) adalah Resource Element (RE). Dalam satu RB terdapat 84 RE pada periode 0,5 ms. Berarti dalam periode TTI (Time Transmission Interval) = 1 ms terdapat 168 RE atau 168 symbol OFDM, atau 168 bit/ms.

Maka, Peak Data Rate untuk 20 MHz adalah:
Peak Data Rate = Jumlah symbol OFDM (bit)/ms x jumlah RB (20 MHz) x MIMO (4x4) x 64QAM x Code Rate x efektivitas RB (75%) setelah dikurangi overhead signalling (25%).

Peak Data rate = 168 bit/ms x 100 x 4 x 6 x 1 x 0.75 x 1000 ms/s = 302400000 bit/s = 302,4 Mbps

Secara teori, Peak Data Rate yang diperoleh sebesar 302,4 Mbps, namun kondisi terkini jarang sekali menggunakan 20 MHz, karena implementasi yang dimungkinkan terutama untuk outdoor coverage adalah 10 Mhz. Sebagian site indoor menggunakan bandwidth 15 MHz. Begitu juga dengan antena MIMO, yang terimplementasi saat ini adalah MIMO 2 x 2 saja.

Berikut perhitungan Peak Data Rate dengan BW sebesar 20 MHz, dan MIMO antenna 2 x 2 :

Peak Data rate = 168 bit/ms x 100 x 2 x 6 x 1 x 0.75 x 1000 ms/s = 151200000 bit/s = 151,2 Mbps

Berikut perhitungan Peak Data Rate dengan BW sebesar 15 MHz, dan MIMO antenna 2 x 2 :

Peak Data rate = 168 bit/ms x 75 x 2 x 6 x 1 x 0.75 x 1000 ms/s = 113400000 bit/s = 113,24 Mbps

Berikut perhitungan Peak Data Rate dengan BW sebesar 10 MHz, dan MIMO antenna 2 x 2 :

Peak Data rate = 168 bit/ms x 50 x 2 x 6 x 1 x 0.75 x 1000 ms/s = 75600000 bit/s = 75,6 Mbps

Berikut perhitungan Peak Data Rate dengan BW sebesar 5 MHz, dan MIMO antenna 2 x 2 :

Peak Data rate = 168 bit/ms x 15 x 2 x 6 x 1 x 0.75 x 1000 ms/s = 37800000 bit/s = 37,8 Mbps

Berikut perhitungan Peak Data Rate dengan BW sebesar 3 MHz, dan MIMO antenna 2 x 2 :

Peak Data rate = 168 bit/ms x 25 x 2 x 6 x 1 x 0.75 x 1000 ms/s = 37800000 bit/s = 22,68 Mbps

Berikut perhitungan Peak Data Rate dengan BW sebesar 1,4 MHz, dan MIMO antenna 2 x 2 :

Peak Data rate = 168 bit/ms x 25 x 2 x 6 x 1 x 0.75 x 1000 ms/s = 37800000 bit/s = 9,07 Mbps

Berdasarkan perhitungan diatas bahwa, faktor Bandwidth menjadi sangat menentukan karena terkait jumlah Resource Block. Berikut resume Peak Data Rate dengan berbagai faktor BW:

Tabel 2. Peak data rate

Demikian, silahkan di click artikel terkait dibawah ini

Pengantar Teknologi 4G LTE
Radio Interface LTE
Arsitektur LTE
OFDMA dan SC-FDMA
MIMO-Multiple Input Multiple Output
Physical Layer
MODULASI
Resource Block
LTE RF Measurement
Coverage Planning
Opsi Spektrum Untuk LTE
Kapabilitas User Equipment (UE)
Mobility LTE - Idle Mode
Mobility LTE - Dedicated Mode
Pengukuran Performansi LTE
Pengukuran Performansi LTE - Bagian 2
Pengukuran Performansi LTE - Bagian 3
Deployment Optimization Process
LTE Capacity Monitoring
LTE Capacity Monitoring - Bagian 2
Opini Tentang Teknologi 4G LTE
Perspektif Kemerdekaan pada Teknologi ICT
Physical Layer Part-2
4G LTE REVOLUSI DIGITAL
LTE Quality of Service
Reference Signal

Friday, December 25, 2015

Reference Signal

LTE air interface memanfaatkan variasi reference signal untuk memfasilitasi coherent demodulation, channel estimation, channel quality measurement, dan timing synchronization. Pada dasarnya, ada tiga tipe reference signal (RS):

Cell Specific Reference Signal (non-MBFSN)
MBFSN (MBMS over Single Frequency Network)
UE Specific Reference Signal

Cell Specific Reference Signal

Cell spesific reference signal diatur oleh dimensi waktu dan frekuensi. Jarak pada domain waktu antara reference signal menjadi faktor penting untuk channel estimation. Pada LTE terdapat 2 reference signal setiap slot. Jarak pada frekuensi domain juga menjadi faktor penting, karena hal ini berkaitan dengan coherent bandwidth dan delay spread pada channel. Pada LTE, reference signal berjarak 6 sub-carrier.

Konfigurasi 1 Port Antena

Berikut ilustrasi lokasi referense signal untuk penggunaan 1 port antena atau single TX antenna, yang biasanya diimplementasikan untuk SISO (Single Input Single Output) pada sistem indoor building solution atau DAS (Design Antenna System) Indoor.

Gambar 1. Reference Signal 1 Port Antena

Pada kotak arah horizontal menunjukan domain waktu yaitu slot 0 dan slot 1 masing-masing 7 symbol OFDM. Sedangkan kotak arah vertikal menunjukan domain frekuensi yaitu 12 sub-carrier.

Posisi reference signal tergantung pada nilai Phycical Cell Identity (PCI) atau PCI offset. Selain itu tergantung juga pada parameter PCI modulo-nya. Sebagai contoh, diilustrasikan pada gambar berikut, dimana ada dua cell menggunakan PCI modulo 6, dengan PCI = 0 dan PCI = 8.

Gambar 2. Reference Signal PCI offset

Terlihat bahwa ketika PCI = 0 dan PCI Mod 6, posisi reference signal titik awalnya dari sub-carrier 0. Sedangkan ketika PCI = 8 dan PCI Mod 6, posisi reference signal titik awalnya dari sub-carrier 2. Untuk reference signal yang lain mengikuti sesuai ketentuan aturan jarak domain waktu dan frekuensi.

Konfigurasi 2 Port Antena

LTE didesain untuk beroperasi dengan multiple transmit antenna untuk MIMO (Multiple Input Multiple Output), atau transmit diversity. Konsep reference signal digunakan untuk menentukan perbedaan pola untuk multiple antenna port. Gambar berikut mengilustrasikan konsep lokasi referense signal pada dua antena atau dua TX antenna.

Gambar 3. Reference Signal 2 Port Antena

Terlihat bahwa, antara reference signal port 0 dengan port 1 tidak pernah sama penempatannya dalam satu waktu, hal ini dimaksudkan agar tidak terjadi interference. Hal ini yang dimungkinkan diimplentasikan pada konsep MIMO karena bisa mengalirkan data stream yang berbeda antara port 0 dan port 1 sehingga data yang dihantarkan menjadi dua kali lipat dalam satu waktu yang sama. MIMO biasanya digunakan pada site outdoor atau macro cell. Keuntungan menggunakan antena dua port ini seperti disinggung sebelumnya, akan meningkatkan kecepatan data dua kalinya dibandingkan dengan sistem SISO atau single antena.

Berikut contoh implementasi reference signal dengan 2 port antena (MIMO), dimana untuk site makro menggunakan PCI Mod 3.

Gambar 4. Implementasi Reference Signal VS PCI Mod

Gambar diatas menunjukan implementasi dengan dua port antena. Port-0 pada gambar ditunjukkan pada sebelah kiri, dan port-1 ada disebelah kanan.

Pada prinsipnya lokasi reference signal sektor-1 di posisi sub-carrier 0 (diperoleh dari PCI mod 3 =0), kemudian sektor-2 di posisi sub-carrier 1 (diperoleh dari PCI mod 3 =1), dan sektor-3 di posisi sub-carrier 2 (diperoleh dari PCI mod = 2)

MBFSN Reference Sgnal

Sistem LTE juga memiliki reference signal untuk MBFSN (Multicast Broadcast over Frequency Single Network), dimana multicast tersebut diperlukan untuk hal-hal tertentu. Jadi tidak mandatory, bisa digunakan, bisa juga tidak. Berikut ilustrasi lokasi MBFSN Reference Signal :

Gambar 5. MBFSN Reference Signal

artikel lain:

Pengantar Teknologi 4G LTE
Radio Interface LTE
Arsitektur LTE
OFDMA dan SC-FDMA
MIMO-Multiple Input Multiple Output
Physical Layer
MODULASI
Resource Block
LTE RF Measurement
Coverage Planning
Opsi Spektrum Untuk LTE
Kapabilitas User Equipment (UE)
Mobility LTE - Idle Mode
Mobility LTE - Dedicated Mode
Pengukuran Performansi LTE
Pengukuran Performansi LTE - Bagian 2
Pengukuran Performansi LTE - Bagian 3
Deployment Optimization Process
LTE Capacity Monitoring
LTE Capacity Monitoring - Bagian 2
Opini Tentang Teknologi 4G LTE
Perspektif Kemerdekaan pada Teknologi ICT
Physical Layer Part-2
4G LTE REVOLUSI DIGITAL
LTE Quality of Service
Happy New Year, Happy 4G LTE

Wednesday, May 13, 2015

MIMO-Multiple Input Multiple Output

Salah satu teknologi mendasar yang diperkenalkan bersamaan saat rilis LTE adalah Multiple Input Multiple Output (MIMO), sistem ini termasuk bagian dari spatial multiplexing serta sebagai pra-coding dan transmit diversity. Prinsip dasar spatial multiplexing adalah mengirim sinyal dari dua atau lebih antena yang berbeda dengan aliran data yang berbeda dan dengan pemrosesan sinyal, yang berarti di penerima terjadi proses memisahkan aliran data, sehingga mampu meningkatkan data dengan faktor 2 (konfigurasi 2-by-2 antena) atau faktor 4 (konfigurasi 4-by-4 antena). Dalam pra-coding sinyal ditransmisikan dari antena yang berbeda yang dititikberatkan untuk memaksimalkan sinyal yang diterima dibanding noise atau Signal to Noise Ratio (SNR). Transmit diversity mengandalkan mengirimkan sinyal yang sama dari multiple antenna dengan beberapa coding untuk mengeksploitasi peningkatan dari independent fading antara antena.

Penggunaan MIMO telah dimasukkan sebelumnya dalam spesifikasi WCDMA, namun operasinya sedikit berbeda dengan LTE karena WCDMA menggunakan operasi penyebaran spektrum sehingga tidak efektif. Secara alami OFDMA cocok untuk operasi MIMO. Kesuksesan operasi MIMO membutuhkan SNR yang cukup tinggi, oleh karena itu dengan sistem OFDMA itu bisa mendapatkan keuntungan yaitu SNR tinggi yang dapat dicapai. Prinsip dasar MIMO disajikan pada gambar berikut:

Gambar 1. Prinsip MIMO

Di mana aliran data yang berbeda diumpankan ke operasi pra-coding dan kemudian seterusnya sinyal dipetakan dan menghasilkan sinyal OFDMA.

Reference symbol memungkinkan untuk memisahkan antena yang berbeda, di mana reference symbol dan resource element dipetakan ke bergantian antara antena. Prinsip ini juga dapat diperluas untuk mencakup lebih dari dua antena. Berikut ilustrasinya:

Gambar 2. Reference symbol

Selain downlink, LTE juga mendukung penggunaan teknologi MIMO di uplink. Saat perangkat hanya menggunakan satu antena pemancar, tingkat data uplink perangkat tersebut tidak dapat ditingkatkan dengan MIMO. Tingkat data rate maksimum dapat ditingkatkan dua kali lipat, namun, dengan mengalokasikan dua perangkat dengan sinyal referensi orthogonal. Sehingga transmisi di base station diperlakukan seperti transmisi MIMO, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 3. Prinsip Uplink MIMO

Hal tersebut dinamakan 'virtual' atau 'multi-pengguna' MIMO yang didukung oleh LTE rilis 8 namun tidak mewakili perspektif perangkat karena hanya urutan sinyal referensi yang dimodifikasi. Dari sisi jaringan, penambahan processing diperlukan untuk memisahkan pengguna satu dengan yg lain. Bagi para vendor produsen smartphone, penggunaan 'klasik' dua antena pemancar MIMO tidak menarik karena berdampak pada peningkatan investasi perangkat, sehingga transmisi perangkat multi-antena kemudian dimasukan pada rilis 10 atau LTE-Advanced.