Wireless Fundamentals & Performance

Nama : Deny Hermawan
Kelas : XII TKJ 1

WIRELESS FUNDAMENTALS & PERFORMANCE

Wireless Fundamentals & Performance

Training Outline Pada materi ini akan dijelaskan mengenai :

- Wireless Fundamentals

• Frequency & Signal

• Tx Power & RX Sensitivity

• Wireless Modulation

- Wireless Performance

• Data Rates

• SNR

• CCQ

• Frame vs HW-Frames

Channels 80211b

                                

Frequency 802.11a

- (12) 20 MHz wide channels

- (5) 40MHz wide turbo channels

Custom Frequencies

MikroTik RouterOS mensuport ISM Band and ‘custom’ frekuensi untuk Atheros cards:

    

Supported Frequency

- A/B/G Atheros kartu chipset ini biasanya mendukung frekuensi

•  2Ghz band: 2192-2539Mhz
•  5Ghz band: 4920-6100Mhz

- N Atheros kartu chipset ini biasanya mendukung frekuensi

•  2Ghz band: 2192-2539Mhz
•  5Ghz band: 4800-6075Mhz

Channels Width

• Mikrotik mamiliki kemampuan untuk memanipulasi lebar pita kanal yang berpengaruh pada performance link Wireless (Interference & Troughput).

• Supported Channel Width :

1.  5 MHz Channels
2.  10 MHz Channels
3.  20 MHz wide channels
4.  40MHz wide turbo channels

• Pemilihan Channel Width (Wireless Band) yang tepat juga dapat meningkatkan ketahanan terhadap interferensi atau juga bisa meningkatkan troughput.

5 MHz Channels

- Band :

   • 2GHz-5MHz

   • 5GHz-5MHz

   • 5 MHz channels

- Keuntungan :

   • Lebih fleksibel dan lebih tahan terhadap interferensi

- Kerugian :

   • Penurunan Troughput

   • Data-Rate / 4

10 MHz Channels

- Band :

  • 2GHz-10MHz

  • 5GHz-10MHz

  • 10 MHz channels

- Keuntungan :

  • Lebih fleksibel dan lebih tahan terhadap interferensi

- Kerugian :

  • Penurunan Troughput

  • Data-Rates / 2

20 MHz Channels

- Band :
   • 2.4GHz-b/g,5GHz

   • 20 MHz Wide channels

40 MHz Channels

- Band :

   • 2.4GHz-Tubo

   • 5GHz-Turbo

   • 40 MHz channels

- Keuntungan :

   • Bisa mendapatkan Troughput yang besar ~80-90 Mbps

- Kerugian :

   • Rentan Interferensi

TX Power & RX Sensitivity

      Wireless Card memiliki spesifikasi TX Power dan RX Sensitivity yang bervariasi sesuai dengan kualitas dari card itu sendiri.Tidak hanya pada kualitas, TX power dan RX sensitivity juga akan berubah sesuai dengan Band yang digunakan dan besar troughput yang melewati card tersebut.

 

      Semakin besar troughput yang digunakan maka secara otomatis Card wireless akan menyesuaikan. Biasanya TX power dan RX sensitivity akan secara bertahap diturunkan jika troughput yang melewati card tersebut semakin tinggi.

TX Power

 

     Mikrotik menampilkan secara detail power yang digunakan oleh card pada tiap Data-Rates atau troughput yang berbeda. TX power dapat diubah sesuai keinginan tetapi

memaksakan tx power tinggi pada rate tertentu bisa mengakibatkan kerusakan pada wireless card.

TX Power - MIMO

 

     Pada card Mikrotik berstandard N (MIMO) seperti seri card R52N, R2N TX power terbaca lebih detail. Karena adanya teknologi MIMO (Multiple IN Multiple Out) maka

ada dua rangkaian Power Oscilator pada Card Wireless yang menyebabkan total power pada card bertambah dua kali lipat. Kenaikan dua kali lipat power maka akan bertambah 3db.

Wireless Modulation

Digital signal: 1,0,1,1,0,1,0,0

 

Wireless Modulation

      Modulasi adalah sebuah teknik dimana sebuah gelombang pembawa digunakan untuk membawa informasi dari satu tempat ke tempat lain. Di Wireless LAN gelombang analog digunakan untuk membawa informasi digital. Elemen Gelombang baik itu amplitudo, fase, atau frekuensi, dimodifikasi sedemikian rupa sehingga informasi yang hadir pada gelombang dapat diuraikan di sisi penerima.

- Tiga jenis utama dari modulasi digital adalah:

   • Amplitude Shift Keying (ASK)

   • Phase Shift Keying (PSK)

   • Frequency Shift Keying (FSK)

Amplitude Modulation

      Amplitude Shift Keying (ASK) – adalah modulasi yang melakukan modifikasi terhadap amplitudo dari sebuah gelombang.

 Amplitude modulation

• Bit stream = 10110100, bit rate = 1 bps, f = 4 Hz, a0 = 1, a1 = 4

 

DPSK Modulation

      Phase Shift Keying (PSK) - merupakan skema modulasi digital yang mengirimkan data dengan mengubah atau memodifikasi fase sinyal gelombang pembawa.

Differential phase-shift keying

• Example: Bit stream = 10110100, bit rate = 1 bps, a = 1, f = 2 Hz

 

Modulation DSS,DPSK

• Direct-sequence spread spectrum

• Bit 1 frequency is reduce

 

Chipping sequence, +1;-1; +1; +1;-1; +1; +1; +1;-1;-1;-1

 

Modulation QPSK

      QPSK menggunakan empat titik pada diagram konstelasi sekitar lingkaran. QPSK Dengan empat tahap dapat mengkodekan dua bit per simbol, yang ditunjukkan pada diagram dengan pengkodean tertentu untuk meminimalkan tingkat kesalahan bit (BER). Analisis matematika menunjukkan bahwa QPSK dapat digunakan baik untuk menggandakan data rate dibandingkan dengan sistem BPSK, tetapi tetap menjaga bandwidth yang sama dari sinyal.

 

Frequency Modulation

      Frequency Shift Keying (FSK) - adalah skema di mana informasi digital dikirimkan melalui perubahan frekuensi diskret gelombang pembawa. FSK termudah adalah FSK biner (BFSK). BFSK harafiah berarti menggunakan sepasang frekuensi diskrit untuk mengirimkan biner (0s dan 1s).

Frequency modulation

• Bit stream = 10110100, bit rate = 1 bps, a = 1, f0 = 3 Hz, f1 = 4 Hz

 

QAM Modulation

      QAM mengirimkan data dengan mengubah beberapa aspek dari sinyal pembawa dan menyesuaikan sinyal data digital. QAM menggunakan amplitudo dari dua gelombang dan akan mengalami perubahan atau modifikasi untuk mewakili sinyal data digital. Modulasi amplitudo dua signal pembawa akan di-ekuivalen dan dapat dilihat sebagai amplitudo modulasi dan fase modulasi pembawa tunggal.

Quadrature amplitude modulation

• Bit stream = 10110100, bit rate = 1 bps, symbol rate = 0.5 symbols

per second,a = 1, f = 1 Hz

 

Data Rate

       Pada komunikasi Wireless Lan terdapat parameter “Data Rate” yang melambangkan kemampuan atau kapasitas transfer data dari komunikasi wireless tersebut.Setiap satuan Data Rate menggunakan modulasi wireles yang berbeda, yaitu menggunakan teknik modulasi yang sudah disebutkan sebelumnya. Semakin besar Data Rate maka semakin kompleks

modulasi yang digunakan.

• 802.11b _ 1, 2, 5.5, 11 Mbps

• 802.11a/g _ 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps

• 802.11n _ Up to 100 ~ 200 Mbps

Data Rate - DSSS,DPSK

16-QAM 54, 48, 36, 24 Mb/s

QPSK 18, 12 Mb/s

BPSK 9, 6 Mb/s

DSSS 11, 5.5, 2, 1 Mb/s

Data Rate untuk standard wireless 802.11b masih menggunakan modulasi standard DSSS,DPSK (Digital PSK). Bandwith maksimal yang bisa didapatkan adalah 11Mbps

 Data Rate - BPSK

16-QAM 54, 48, 36, 24 Mb/s 

QPSK 18, 12 Mb/s

BPSK 9, 6 Mb/s

DSSS 11, 5.5, 2, 1 Mb/s

Data Rate untuk standard wireless 802.11a/g menggunakangabungan modulasi yang berbeda. Untuk data rate 6 dan 9 Mbps menggunakan modulasi BPSK.

 

Data Rate - QPSK

16-QAM 54, 48, 36, 24 Mb/s 

QPSK 18, 12 Mb/s 

BPSK 9, 6 Mb/s 

DSSS 11, 5.5, 2, 1 Mb/s 

Data Rate untuk standard wireless 802.11a/g menggunakan gabungan modulasi yang berbeda. Untuk data rate 12 dan 18 Mbps menggunakan modulasi QPSK.

Data Rate - QAM

16-QAM 54, 48, 36, 24 Mb/s 

QPSK 18, 12 Mb/s

BPSK 9, 6 Mb/s 

DSSS 11, 5.5, 2, 1 Mb/s

Data Rate untuk standard wireless 802.11a/g menggunakangabungan modulasi yang berbeda. Untuk data rate 24 hingga 54 Mbps menggunakan modulasi QAM.

Data Rate

Wireless N

Dengan menggunakan modulasi 64QAM (64 Bit

QAM) Wireless N bisa digunakan untuk mendapatkan transfer rate hingga 300Mbps teoritical atau 200Mbps real troughput.

Wireless Performance

      Performance dari wireless link sangat bergantung dari kualitas signal yang didapatkan dari link wireless tersebut. Banyak sekali faktor yang mempengaruhi :

• Interferensi

• Freznel Zone

• Visual LOS

• dll

      Parameter Data rate pada Wireless Lan tidak melambangkan secara harafiah dan pasti seberapa besar troughput dari wireless link tersebut. Karena data rate akan berubah secara dinamis sesuai dengan kondisi signal dan situasi di sekitar perangkat. Lebih mudahnya Data Rate adalah kemampuan maksimal troughput untuk komunikasi data half-duplex atau komunikasi satu arah. Untuk komunikasi dua arah atau Full-Duplex biasanya adalah setengah dari Data Rate (simetric Full Duplex).

802.11a/g - 20Mhz

   

802.11a/g - 20Mhz

      Performance maksimal dari wireless standard 802.11a/b/g yang menggunakan lebar kanal 20Mhz :

• 20 ~ 50 Mbps

- Menggunakan modulasi :

• 802.11b : DSSS-DPSK

• 5.5Mbps Half Duplex dan 11Mbps Full Duplex

• 802.11a/g : BPSK, QPSK dan 16QAM

• 20Mbps Half Duplex dan 40Mbps Full Duplex

- Disupport oleh sebagian besar wireless card.

802.11n – 20 Mhz Single Chain

  

802.11n – 20 Mhz Single Chain

      Performance maksimal dari wireless standard 802.11n Single Chain yang menggunakan lebar kanal 20Mhz :

• 25 ~ 50 Mbps Half Duplex

- Menggunakan modulasi :

• 802.11n 20Mhz Single Chain : BPSK, QPSK

• 25Mbps Full Duplex dan 50Mbps Half Duplex

- Disupport hanya pada card berstandard 802.11N.

- Lebih stabil dibandingkan dengan standar 802.11a/g

802.11n – 40 Mhz Single Chain

  

802.11n – 40 Mhz Single Chain

      Performance maksimal dari wireless standard 802.11n Single Chain yang menggunakan lebar kanal 40Mhz :

• 50 ~ 100 Mbps

- Menggunakan modulasi :

• 802.11n 40Mhz Single Chain : 16QAM

• 50Mbps Full Duplex dan 100Mbps Half Duplex

- Disupport hanya pada card berstandard 802.11N.

802.11n – 40 Mhz Dual Chain

  

802.11n – 40 Mhz Dual Chain

     Performance maksimal dari wireless standard 802.11n Dual Chain yang menggunakan lebar kanal 40Mhz :

• 100 ~ 200 Mbps

- Menggunakan modulasi :

• 802.11n : 64QAM

• 200Mbps Half Duplex dan 100Mbps Full Duplex

SNR – Signal to Noise Ratio

      Sebuah wireless link yang menggunakan frekuensi tertentu akan menerima apa pun yang ditransmisikan, ditambah lagi kebisingan (gangguan) di sekitar perangkat. Jika kekuatan transmisi secara signifikan lebih kuat dari kebisingan, maka perangkat dapat efektif mengabaikan kebisingan. Jika sinyal yang diterima sebanding dengan kebisingan lingkungan sekitar, maka perangkat wireless tidak akan mampu membedakan sinyal dari perangkat lawan dengan kebisingan. Hal ini akan menyebabkan komunikasi wireless dan Data tidak berjalan dengan baik. SNR adalah rasio perbandingan antara signal yang diterima dengan gangguan sekitar.

 

SNR - Test

      Serangkaian tes dilakukan untuk menentukan dampak dari nilai SNR pada performance wireless dan juga berpengaruh pada kestabilan link terhadap beban link.

• > 40dB SNR = Excellent signal (5 bars), Cepat terkoneksi, troughput maksimal dan stabil.

• 25dB to 40dB SNR = Very good signal (3 - 4 bars), Terkoneksi baik, troughput maksimal.

• 15dB to 25dB SNR = Low signal (2 bars), Terkoneksi baik, troughput tidak maksimal.

• 10dB - 15dB SNR = very low signal (1 bar), koneksi tidak terlalu stabil, troughput rendah.

• 5dB to 10dB SNR = no signal, koneksi sangat tidak stabil, troughput sangat rendah.

SNR – Test

  

SNR - Test Results

      Berdasarkan pengujian ini disarankan menggunakan sekitar 20dB sebagai SNR minimum untuk link wireless yang stabil. Dengan 20dB SNR menjamin hubungan konstan dengan kinerja yang cukup baik dan sudah bisa menggunakan QAM modulation. Pastikan untuk menggunakan Wireless Card dan antenna yang sama di kedua sisi jika memungkinkan. Perubahan yang terjadi di kondisi sekitar, seperti penambahan gangguan seperti dinding dan gerakan benda besar, akan mempengaruhi SNR juga. Merupakan ide yang baik dan tepat untuk memeriksa kembali SNR dari waktu ke waktu, bahkan setelah jaringan sudah beroperasional.

CCQ – Client Connection Quality

      Client Connection Quality (CCQ) adalah nilai dalam persen yang menunjukkan efektifitas bandwidth yang digunakan terhadap bandwidth maksimum yang tersedia secara teoritis. CCQ adalah nilai rata-rata perbandingan Tmin / Treal, yang bisa dihitung untuk setiap frame data yang dikirimkan, dimana Tmin adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengirim frame yang diberikan pada tingkat tertinggi tanpa pengiriman ulangSedangkan Treal adalah waktu yang diperlukan untuk mentransmisikan frame di kondisi nyata.

CCQ – Test

  

CCQ Performance

      CCQ berbanding lurus dengan real troughput yang bisa didapatkan pada sebuah link wireless. Semakin bagus CCQ maka semakin tinggi troughput yang didapatkan. Tetapi Signal strength yang bagus tidak menjamin mendapatkan troughput yang tinggi. Hal ini disebabkan di wireless memiliki 2 type signal strength yaitu :

• TX Signal Strength – signal dari perangkat yang diterima di perangkat lawan.

• RX Signal Strength – signal perangkat lawan yang diterima di perangkat tersebut.

Jika kedua type signal strength tidak sama (rata-rata seimbang) maka komunikasi wireless tidak akan berjalan dengan baik.

CCQ – Registration Table

CCQ yang tinggi akan Mendapatkan Troughput Yang maksimal.

                  

CCQ Performance

     Untuk mendapatkan CCQ yang bagus ada beberapa kondisi yang harus dipenuhi.

• Signal Strength yang bagus.

• SNR yang besar.

• Freznel Zone terpenuhi secara ideal.

• Bebas Interferensi.

      Ada beberapa metode dan fungsi di mikrotik yang bisa digunakan untuk memperbaiki CCQ :

• Menggunakan protocol Nstreme dan Nstreme2 (RouterOS versi 5).

• Mengoptimalkan pengguaan parameter ACK-Timeout untuk link jarak jauh.

Frames vs HWFrames

• Wireless Retransmission adalah kondisi dimana wireless card mengirimkan frame data tetapi tidak menerima acknowledgment (ACK) frame balasan,

Card akan mengirimkan ulang sampai mendapatkan balasan.

• Jika nilai parameter HW-Frames lebih besar dibandingkan dengan nilai Frames berarti wireless card melakukan banyak pengiriman ulang.

• Tidak berlaku jika protocol nstreme diaktifkan.

Frames vs HWFrames

Perbandingan nilai Frames dan HW-Frames secara tidak langsung menunjukkan performance dari link tersebut.