perhitungan daya terima

Bab.5 Perhitungan Daya Terima Fakultas Teknik Elektro

BAB. 5.PERHITUNGAN DAYA TERIMA

Perhitungan power link budget di maksudkan untuk dapat menghitung atau

merencanakan kebutuhan daya system seluler sedemikian rupa (terutama dalam

perencanaan system teresterial), sehingga kualitas sinyal di penerima memenuhi

standard yg di inginkan. Untuk transmisi digital, kualitas sinyal di penerima sanat baik

dinyatakan dgn Energi to Noise Density Ratio (Eb/No) sebagai berikut :

Eb = PRX (5.0)

No No. Br

dimana :

PRX = Level daya sinyal penerima

No = Noise

Br = Bit Rate

Apabila dinyatakan dalam dB, maka persamaan menjadi :

Eb ( dB) = PRX (dB) – No (dB) – 10 Log Br ----------------------------- (5.1)

No

Dengan :

PRX (dB) = 10 Log PTX – LTOTAL – FM --------------------------------- (5.2)

Dimana :

LTOTAL = Redaman Total (dB).

PTX = Daya Pancar BTS (dB).

FM = Fading Margin (dB).

Dengan :

LTOTAL (dB) = LP– GTX – GRX + Lf + Lc + Ld ------------------------ (5.3)

Dimana :

Lf = Redaman Feeder (dB)

Lc = Redaman Combiner (dB)

Ld = Redaman Duplexer (dB)

Kemudian persamaan di distribusikan ke persamaan menjadi :

PRX (dB) = 10 Log PTX – LP– GTX – GRX + Lf + Lc + Ld - FM -----------------(5.4)

No (dB) = -204 + 10 Log F ------------------------------------------------------------(5.5)

Dimana :

F = Noise figure (dB), sehingga : Persamaan 5.0 menjadi

Eb = 10 Log PTX – LP– GTX – GRX + Lf + Lc + Ld - FM + 204 + 10 Log F – 10

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Agung Yoke B, ST PERENCANAAN SISTEM TERSENTERIAL 1


No Log Br ----------------------------------------------------------------------- (5.6)

Eb/No (dB) dpt di peroleh dari kurva hubungan BER (Bit Error Rate) dgn Eb/No.

Untuk suara, BER maksimum yg di ijinkan adalah 10-3, sedangkan untuk data yg Di

ijinkan adalah 10-5.

5.1. PERHITUNGAN LINK BUDGET.

COVERAGE:

Salah satu tujuan perencanaan jaringan komunikasi bergerak wireless adalah

memberikan layanan komunikasi pada cakupan (coverage) yang sudah ditentukan.

Cakupan yang ditentukan tergantung kepada kapasitas yang hendak dicapai, seperti

yang sudah kita bahas pada bagian sebelumnya.

Pembahasan topik coverage akan dimulai dari pertanyaan : Berapa daya pancar

yang diperlukan untuk menjangkau sisi terluar sel ? Jawaban dari pertanyaan ini

akan dijawab dalam perhitungan Link Budget.

Perhitungan link budget mengharuskan seorang engineer untuk mengetahui

berbagai redaman, loss, margin, serta gain-gain sepanjang lintasan daya untuk

komunikasi uplink dan downlink.

Secara prinsipil, daya yang ada di penerima harus selalu lebih besar atau sama

dengan level daya ambang yang telah dipersyaratkan. Dan menjadi tugas engineer

adalah merencanakan (1) berapa daya yang dipancarkan, (2) berapa margin yang

diperlukan untuk mengakomodasikan terjadinya fading dan interferensi, dan (3)

mengestimasi loss propagasi sejarak jari-jari sel.

Perhitungan yang semakin akurat akan semakin baik disebabkan karena

perhitungan link budget berkaitan dengan kelas-kelas daya dari perangkat sistem

yang kita rencanakan

Perhitungan link budget merupakan perhitungan level daya yang dilakukan untuk

memastikan bahwa level daya penerimaan lebih besar atau sama dengan level daya

threshold (RSL ≥ Rth). Tujuannya untuk menjaga keseimbangan gain dan loss guna

mencapai SNR yang diinginkan di receiver. Parameter-parameter yang

mempengaruhi kondisi propagasi suatu kanal wireless adalah sebagai berikut :



a. Lingkungan propagasi

Kondisi lingkungan sangat mempengaruhi gelombang radio. Gelombang

radio dapat diredam, dipantulkan, atau dipengaruhi oleh noise dan

interferensi. Tingkat peredaman tergantung frekuensi, dimana semakin tinggi

frekuensi redaman juga semakin besar. Parameter yang mempengaruhi

kondisi propagasi yaitu rugi-rugi propagasi, fading, delay spread, noise, dan

interferensi.

b. Rugi-rugi propagasi

Dalam lingkungan radio, konfigurasi alam yang tidak beraturan, bangunan,

dan perubahan cuaca membuat perhitungan rugi-rugi propagasi sulit.

Kombinasi statistik dan teori elektromagnetik membantu meramalkan rugi-

rugi propagasi dengan lebih teliti.

c. Fading

Fading adalah fluktuasi amplituda sinyal. Fading margin adalah level daya

yang harus dicadangkan yang besarnya merupakan selisih antara daya rata-

rata yang sampai di penerima dan level sensitivitas penerimaNilai fading

margin biasanya sama dengan peluang level fading yang terjadi., yang

nilainya tergantung pada kondisi lingkungan dan sistem yang digunakan. Nilai

fading margin minimum agar sistem bekerja dengan baik sebesar 15 dBm.

d. Noise

Noise dihasilkan dari proses alami seperti petir, noise thermal pada sistem

penerima, dll. Disisi lain sinyal transmisi yang mengganggu dan tidak

diinginkan dikelompokkan sebagai interferensi.

Propagasi NLOS

Perhitungan loss propagasinya dapat dilihat pada rumus dibawah:

Lpropagasi = Ldo + 10 n log 10 (d/d0) + ∆Lf + ∆Lh + s (dB)

Dimana :

Ldo = free path loss di d0



d0 = 100 m (jarak referensi)

n = path loss exponent

d = jarak base station dan subscriber station (m)

∆Lf = faktor koreksi frekuensi

∆Lh = faktor koreksi tinggi antenna penerima

S = shadow fading komponen

Dimana :h = tinggi antena penerima 2 m ≤ h ≤ 8 m

dimana : hb =tinggi base station 10 m ≤ hb ≤ 80 m a,b,c = konstanta yang

menunjukkan kategori terrain .(d. untuk s nilainya 8,2 s/d 10,6 dB tergantung pada

tipe terrain).

Propagasi LOS

Redaman ruang bebas atau free space loss merupakan penurunan daya gelombang

radio selama merambat di ruang bebas. Redaman ini dipengaruhi oleh besar

frekuensi dan jarak antara titik pengirim dan penerima.

Besarnya redaman ruang bebas adalah :

Lp= FSL = 32,45 + 20 log f (MHz) + 20 log d (km)

dimana :

f = frekuensi operasi (MHz)



d = jarak antara pengirim dan penerima (km)

Perhitungan EIRP (Effective Isotropic Radiated Power)

EIRP merupakan besaran yang menyatakan kekuatan daya pancar suatu antena di

bumi, dapat dihitung dengan rumus :

EIRP = Ptx + Gtx – Ltx

dimana :

PTX = daya pancar (dBm)

GTX = penguatan antena pemancar (dB)

LTX = rugi-rugi pada pemancar (dB)

Perhitungan RSL (Receive Signal Level).

RSL (Receive Signal Level) adalah level sinyal yang diterima di penerima dan

nilainya harus lebih besar dari sensitivitas perangkat penerima (RSL ≥ Rth).

Sensitivitas perangkat penerima merupakan kepekaan suatu perangkat pada sisi

penerima yang dijadikan ukuran threshold. Nilai RSL dapat dihitung dengan

persamaan berikut :

RSL = EIRP – Lpropagasi + GRX – LRX

dimana :

EIRP = Effective Isotropic Radiated Power (dBm)

Lpropagasi = rugi-rugi gelombang saat berpropagasi (dB)

GRX = penguatan antena penerima (dB)

LRX = rugi-rugi saluran penerima (dB)

5.1.1 ASUMSI DASAR

Dalam melakukan prediksi daerah cakupan sel terdapat beberapa hal-hal

penting yang perlu di perhatikan. Parameter-parameter tersebut adalah :



1. Penentuan tipe wilayah yang akan di prediksi.

2. Pemilihan frekuensi.

3. Karakteristik radiasi antena.

4. Daya antena.

5. Rugi-rugi daya antena.

6. Daya mobile station (MS).

7. Rugi-rugi daya MS.

Perhitungan link budget membutuhkan beberapa data teknis yg di gunakan dlm

jaringan untuk mengetahui nilai redaman maksimum yg di perbolehkan dan radius

maksimum sel yg bisa di cakup.

Salah satu perhitungan yg digunakan adalah Okumura-Hatta. Sebagai dasar

perhitungan.

5.1.1.1. PATH LOSS DAERAH URBAN. Path loss untuk daerah Okumura – hatta untuk daerah Urban :

LHU = C1 + C2 log(f) – 13,82 log(hb) – a(hm) + 44.9 – 6,55 log (hb) log d

Metode faktor koreksi tinggi antena MS :

a(hm) = 1.1 log (f) -07 - hm - 1.56 log (f)-0,8

dimana :

f = frekuensi (Mhz)

hb = tinggi antena Base Station (m)

hm = Tinggi antena Mobile Station (m)

d = jarak antara MS dan BS (Km)

C1 = 69,55 untuk 400 f 1500 (Mhz)

= 46,30 untuk 1500 f 2000 (Mhz)

C2 = 26,16 untuk 400 f 1500 (Mhz)

= 33,90 untuk 1500 f 2000 (Mhz)

RADIUS SEL ( R(KM) )Radius sel maksimum yang bisa di cover oleh BTS dimodelkan dengan persamaan :

RKM= ...............

Dalam perencanaan RF pada sistem komunikasi bergerak memiliki 3 pertimbangan

utama, yaitu : coverage, Kapasitas, dan kualitas. Coverage berhubungan kuat



dengan kuat sinyal RF yang dipancarkan, kapasitas berhubungan dengan

kemampuan sistem (jumlah kanal) untuk menangani jumlah user dan kualitas

bergantung pada reproduksi sinyal analog dan digital.

Catatan:

1. Untuk meningkatkan kualitas harus mengorbankan kapasitas dan coverage.

2. untuk meningkatkan kapasitas harus mengorbankan kualitas dan coverage.

3. untuk meningkatkan daerah coverage harus mengorbankan kapasitas dan

kualitas.

8.4. 2 Link Budget CDMA

Dalam CDMA secara mendasar terdapat 3 level/phase perencanaan mulai dari

inisialisasi sampai dengan implementasi jaringan.

Level I : level Budgetting

Menggunakan RF link Budget Secara kasar untuk mendapatkan jumlah sel

dan besar daerah cakupan dengan menghubungkan kondisi Urban,

suburban, distribusi propogasi seluler.

Level II : desain sistem yang dibutuhkan sesuai dengan kondisi propogasi

detail lapangan

Level ini mempergunakan parameter perangkat yang digunakan secara lebih

spesifik dan menggunkan survey lapangna, untuk mendapatkan parameter

demografis secara detail.

Untuk mendapatakan setting daya dan lokasi sesungguhnya, perlu dianalisis

perhitungan forward link. Analisis ini mengandung parameter : kecepatan

pergerakan user, voice activity, dan lain-lain.

Level III : Level Pengujian

Pada level ini dilakukan perbandingan antara perencanaan teori dan

perencanaan survey lapangan. Bila diperlukan, maka diadakan penyesuaian

perancangan.

Pada perencannaan sistem transmisi radio digital, perhitungan power link budget

atau path analysis mengambil peranan penting agar hasil rancangan dapat

mencapai hasil yang optimum dan efisien baik dari segala kehandalan teknis

maupun biaya. Perhitungan link buget merupakan perhitungan loss dan gain



pada sebuah sistem dengan parameter yang sesuai dengan sistem tersebut.

Parameter-parameter tersebut antara lain frekuensi operasi, daya pancar,

receiver sensitivity, receiver noise figure, dan losses. Salah satu hasil yang

diperoleh dari perhitungan link budget adalah maximum allowed path Loss

(MAPL) yang sangat menetukan coverage area. Radius sel dapat ditentukan

untuk tiga morfogologi daerah yang berbeda yaitu urban, suburban, dan rural

dengan menggunakan berbagai macam model propagasi anmtara lain okumura-

hata, COST-231-Hata dan Walfisch Ikegami. Didalam perhitungan power link

budget kita juga dapat mengetahui level daya terima (receive Signal Level) yang

diterima olehn penerima, Hal ini akan menentukan availability dari sistem yang

kita rancang dan besarnya harus sesuai dengan kualitas yang kita inginkan. Jika

pada perencanaan awal, kualitas yang diinginkan belum tercapai, maka

rekonfigurasi dapat dilakukan sampai tercapai suatu sistem yang efisien dan

efisien.

Dasar pemahaman link budget :

Gambar 8.7 Diagran Level Link Budget

Dari gambar 8.7 diatas :

PT : Threshold + FM + LFR – GR+ LP - GT + Lft ......................................8.26

Dengan :

PT = Daya Pancar BTS

Daya Threshold = Level tertentu, tergantung dari service yang diberikan


PT

Lft GTGR Gfr

PR

EIRP

Fading Margin

ThresholdC/N BER

Effective Noise Spectral Density

Noise Spectral Density

Noise Figure

Daya Terima Naik Turun akibat fading

Loss Propogasi (Lp)

DIAGRAM LEVEL :

Gap Daya Pancar dan terima


dan QOS yang dicapai

FM = Fading Margin, diberikan jika diperlukan (pada

siskomsat tidak perlu FM)

Lfr = Rx fulter loss (dB)

GR = Gain antena MS

LP = redaman propagasi (dB)

GT = Gain antena BTS (dB)

Lft = Tx Filter loss (dB)

Parameter-parameter RF CDMA link Budget

Terdapat dua tuuan utama dalam perencanaan RF CDMA maupun RF lainnya,

yaitu :

1. Mendapatkan nilai gain dan los sistem secara detail dan menyeluruh

dengantepat dari linatsa RF.

2. Mendapatkan nilai loss yang diijinkan dalam jaringan.

Untuk mec\ncapai tujuan diatas, designer perlu mengetahui parameter-parameter

dan komponen link budget. Parameter-parameter tersebut dibagi menjadi empat

kategori antara lain :

1. Parameter yang berhubungan dengan propagasi.

a. Bulding loss

b. Vehicle loss

c. Body loss

d. Ambient loss

e. RF leader loss

f. Antenna Gain.

Parameter-parameter ini tergantung pada frekuensi yg di gunakan. Untuk CDMA yg

beroperasi di Indonesia digunakan frekuensi opearasi 800 MHz dan 1900 MHz.



a). Building Loss

Adalah berkurangnya level kuat sinyal akibat strukyur bangunan yg dilewati

propogasi utk mencapai user yg berada di dalam gedung. (8-20 db tergantung

lingkungan rural ~ Dense Urban)

b). Vehicle Loss

Adalah turunnya level daya terima yg diakibatkan oleh pergerakan user dlm

lingkungan sel yg di cukup, berkisar 5 -12 db tetapi dalam plan (5-8 db).

c). Body Loss

Adalah turunnya level daya terima yg diakibatkan oleh redaman tubuh user

berdasarkan fungsi jarak tubuh user dgn MS.

d). Ambient Loss

Adalah turunnya level daya terima yg bersifat stabil pd waktu yg lama yg

disebabkan oleh kondisi lingkungan sekitarnya.

e). RF Feeder Loss

Adalah loss hilangnya daya akibat redaman pada saluran transmisi (feedline) yg

di gunakan. Feeder Loss biasanya di berikan oleh vendor feedline dgn satuan

dB/meter.

Parameter yg berhubungan dgn spesifikasi CDMA.

1. Interferensi Noise rise antar-user

2. Eb/No

3. Processing Gain

Utk menyederhanakan masalah Eb/No di buat konstant walaupun biasanya

Eb/No akan berubah-ubah dgn kondisi propogasi yg ada.

4. Parameter yg berhubungan dgn spesifikasi produk RF (Tx atau Rx)

5. Parameter yg berhubungan dgn Reliability perangkat : Shadow Fading

Margin.



Link Budget pada CDMA dibagi menjadi dua bagian yaitu :

1. Link Reverse (Dari MS to BS).

2. Link Forward (Dari BS to MS).

8.4.2.1. Reverse Link Budget.

Sebelum dilakukan perhitungan path loss harus di lakukan dulu besarnya MAPL

(Maksimum Allowble Path Loss) atau path loss maksimum yg diizinkan. Parameter

ini dihitung dgn menggunakan persamaan berikut :

Lmax = ERP – Sensitivitas + GBTS – L cable – FM + GSHO - Lpenetration

Dengan :

ERP = PMS + GMS - Lbody

Sensitivitas = Eb/No + No + Im + Information Rate + NFBTS

Dimana :

Lmax = Loss maksimum yg di ijinkan

ERP = ERP MS

Sensitivitas = Sensitivitas BTS

GBTS = Gain BTS

Pms = Daya Pancar MS

FM = Fading Margin

GSHO = Gain Soft Handover

Lpenetration = Loss Penetrasi

GMS = Gain MS

Lbody = Loss Body



Eb/No = Kualitas Kanal Trafik

No = Receiver Noise Density

Im = Receiver Interface Margin

NFBTS = Noise Figure BTS

Sedangkan utk mengetahui loss yg terjadi pada site hasil perencanaan dpt

digunakan berbagai macam model propogasi sesuai dgn daerah frekuensi kerjanya,

antara lain model COST 231, Model Okumura Hatta, atau utk daerah dgn obstacle

atau penghalang yg cukup berpengaruh spt daerah perbukitan yg memerlukan

perhitungan redaman tambahan yg bisa dilakukan dgn menggunakan model Lee.

8.4.2.2. Forward Link Budget.

Forward link budget di lakukan untuk mempengaruhi kualitas link forward, dimana

Link forward yg bagus memiliki nilai margin daya kanal overhead positif.

Margin Overhead :

Mch = (Ec / It)rec – (Ec / It)sp

Nilai (Ec / It) yang terjadi :

ERP kanal ch (ch:pilot,sync,traffic atau paging)

Pr,ch = Pch + Gm – Lcable –Lbody – Lpent – FM +GSHO – Lp + Gb

Untuk kanal sync,paging,dan trafik (Ec/It) ganti dengan (Eb/It) dimana :

Mch = Margin daya kanal overhead

(Ec / It)rec = Nilai (Ec/It) yg terjadi

(Ec / It)sp = Nilai (Ec/It) yg di harapkan

Pr,ch = ERP kanal ch (ch:pilot,syns,traffic,atau paging



Rch = Data rate kanal overhead

No = Noise pd penerima di MS

Pr,tot = ERP sinyal total

f = factor intercell interference

BW = Bandwidth CDMA200 1x = 1,2288MHz

Gm = Gain antenna MS

LCABLE = Cable Loss

Lbody = Body loss

Lpent = Loss penetrasi

FM = Fading Margin

GSHO = Gain Soft Handoff

Lp = Path loss maksimum yg terjadi

Gb = Gain antenna BTS

Terpenuhi atau tidaknya syarat kualitas perencanaan di tentukan oleh margin daya

kanal. Jika margin tersebut bernilai positif maka link memenuhi syarat. Nilai kualitas

minimal yg disyaratkan :

(EC/It)pilot = -13 dB

(Eb/It)sync = 7 dB

(Eb/It)paging = 7 dB

(Eb/It)traffic/user = 7 dB

Selain (Eb/It) dan (Ec/It) terdapat pula parameter kualitas lainnya, yaitu (C/I) yaitu

perbandingan daya sinyal pembawa terhadap interferensi.



C/I = (Eb/It)traffic/user – PG

(Eb/It) = Nilai (Eb/It)kanal trafik/user

PG = Processing gain.

Penyeimbang Forward Link dan Reverse Link :

Link forward dgn daya besar dpt menyebabkan terjadinya interferensi pada sel

lainnya. Sebaliknya, link reverse yg berdaya besar akan menyebabkan kapasitas sel

berkurang. Untuk mengatasinya, di buat suatu system penyeimbangan antara link

forward dan reverse.

Parameter utama pd link reverse adalah pada parameter cell loading dan utk link

forward adalah kualitas Ec/It. Parameter penyeimbang kedua link adalah factor

penyeimbang Bf dgn persamaan berikut :

Dimana :

Bf = Faktor balancing

(SIR)min = Perbandingan Daya

(Ec/It)min = Nilai (Ec/It) yg di harapkan

No = Rapat Noise Receiver

NFb = Noise Figure BTS

NFm = Noise Figure MS

BW = Bandwidth

Pb = Daya Pancar BTS



Pm = Daya Pancar MS

p = Percentase daya kanal pilot

= Ioc/Io

= cell loading factor

Dengan adanya factor penyeimbang kita dapat menentukan link mana yang

merupakan link utama . Aturan pembatasannya adalah :

BF < - = link pembatas adalah link forwad

BF - = kedua link seimbang

BF > = link pembatas adalah link reverse

8.4. 3 Link Budget GSM

Power link budget dalam system GSM (Komunikasi seluler) menyangkut power

balance antara MS dan BTS. Di mana masing-masing power system (power control

BTS dan MS) menjaga agar kebutuhan daya untuk berlangsungnya hubungan tetap

baik.

PRX = PTX – Ltot

Ltot = Lp - GTX – GRX + Lf + Lc + Ld

Dimana :

PTX = Daya pancar BTS (dBm)

GTX = Gain antenna BTS (dB)

GRX = Gain antenna penerima (dB)

Lf = Redaman feeder (dB)

Lc = Redaman combiner (dB)

Ld = Redaman duplexer (dB)



Lp = -2.75 + 20log R + 20 log fc

Dimana :

Lp = redaman propogasi (dB)

R = jarak pemancar dan penerima (m)

Fc = frekuensi kerja (Mhz)

Contoh penerapan :

Process sell planning dapat menggambarkan semua kegiatan yg kita gunakan dlm

proses perencanaan komunikasi radio dan bagaimana kita mengkonfirgurasikannya

sehingga sesuai dgn kondisi yg ada di lapangan sell planning di mulai dari

menganalisa trafik dan daerah cakupan yg di inginkan dgn cara terlebih dahulu

mengetahui kondisi geografisnya serta jumlah yg dibutuhkan utk mengcover

pelanggan.

Data yg di butuhkan : Biaya , kapasitas, daerah cakupan, grade of service frekuensi,

speech quality index (sqi),system growth capability.

Kebutuhan traffic menggambarkan bagaiman kita mendesain sistem yg kita rancang

dan bagaimana kita mengkonfigurasikan sehingga sesuai dgn kondisi geografis dari

daerah tersebut. Hal-hal yg perlu di perhatikan dlm hal perkiraan kondisi geografis

adalah : jumlah penduduk, pelanggan, level keuntungan, land usage data, pengguna

telephone dan price telp.

Aplikasi 1.

1. Perhitungan dilakukan untuk uplink dan downlink

2. Gain-gain dijumlahkan, loss-loss dikurangkan



Aplikasi 2.

Area yang berbeda membutuhkan persyaratan daya yang berbeda, Pathloss total

diambil nilai yang terkecil (kondisi uplink, karena lebih terbatas dayanya ), kemudian

dimasukkan ke dalam rumus empirik pathoss yang dipakai.


perhitungan daya terima

Documents