teknik transmisi seluler dtg3g3 · pada tiap kasus tersebut, energi merambat dalam bentuk gelombang...

Tri Nopiani Damayanti,ST.,MT

Dadan Nur Ramadan,S.Pd,MT

Yuyun Siti Rohmah, ST.,MT

Suci Aulia,ST.,MT

PREDIKSI REDAMAN PROPAGASI

(PATH LOSS MODEL)

Teknik Transmisi Seluler

(DTG3G3)

A. Pendahuluan Mode gelombang ketika merambat di udara adalah mode TEM

(Transverse Electromagnetic) yang berarti arah vektor medan listrik

tegak lurus dengan arah vektor medan magnet, dan keduanya tegak

lurus terhadap arah perambatan gelombang .

Dalam materi ini akan dipelajari lebih

jauh fenomena perambatan perambatan

gelombang elektromagnetik di udara

dengan titik berat adalah redaman

propagasi yang merupakan selisih rata-

rata antara daya kirim dan daya terima.

A. Pendahuluan

HF UHF VHF SHF

30 MHz 300 MHz 3000 MHz

Spektrum Frekuensi... Pada tiap kasus tersebut,

energi merambat dalam

bentuk gelombang

elektromagnetik.

Panjang gelombang dari

gelombang-gelombang di

atas adalah berbeda serta

akan memiliki sifat-sifat

fisis yang berbeda dalam

perilakunya terhadap

frekuensi.

Penggunaan dari gelombang

akhirnya juga akan berbeda

(untuk sistem komunikasi

yang berbeda)

Sinyal gelombang radio, cahaya, gelombang radio,

sinar X maupun sinar gamma adalah contoh-

contoh dari gelombang elektromagnetik.

Pemodelan Kanal Propagasi

Pemodelan kanal propagasi tergantung kepada : ‘Benda-benda’ diantara pengirim dan penerima

Obstacle / penghalang, bentuk obstacle (runcing/landai), ion-ion, partikel-partikel,dll

Frekuensi gelombang EM dan bandwidth informasi yang dikirimkan

Frekuensi dan bandwidth informasi mempengaruhi ‘perlakuan’ kanal propagasi terhadap

sinyal yang dikirimkan

Gerakan pengirim dan/atau penerima

Pengaruh Efek Doppler terhadap penerimaan

KARAKTERISTIK KANAL PROPAGASI akan meliputi 2 hal, yaitu :

• Redaman propagasi : Selisih (rata-rata) antara daya pancar dan daya terima

• Fading : Fluktuasi daya di penerima

Contoh Model...

Lokasi 1 : Sinyal langsung mendominasi penerimaan, sinyal langsung (free space) cukup besar dibandingkan sinyal pantulan tanah. Contoh : pada mikrosellular

Lokasi 2 : Sinyal terima dimodelkan sebagai jumlah sinyal langsung dan sinyal pantul, karena sinyal pantulan cukup signifikan besarnya. Contoh : Pada sistem selular (Plane Earth Propagation Model)

Lokasi 3 : Plane Earth Propagation Model dikoreksi karena adanya difraksi pepohonan

Lokasi 4 : Path loss diestimasi dengan model difraksi sederhana

Lokasi 5 : Path loss cukup sulit diprediksi karena adanya multiple diffraction

C. Theoretical Prediction Model

Free Space Propagation Model Pada free space propagation model, diasumsikan menggunakan antena hypothetical berupa antena isotropis yang menjadi sumber titik, dengan satu buah gelombang langsung. Daya dari sumber isotropis akan terbagi merata pada permukaan bola. Sedemikian power flux density (PFD) pada kulit bola dinyatakan :

24 D

PPFD T

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

2T

2

2

TERR

D4

P

4D4

PAPFDP

2

R

T D4

P

PFSL

D. Theoretical Prediction Model Plane Earth Propagation Model

2

2h

1h

2d

oP2

2d2

h1

h.oPrP

2

2h

1h

2dpL

Lp = 120 + 40 log d(km) – 20 log h1 – 20 log h2

Ground Reflection (2-rays) Model

dlog404dpL

1 a 2

d

h2 h1

Pt

Pr

E. Area to Area Prediction Model

Area to area prediction model umumnya adalah model prediksi empirik yang mendasarkan rumusannya dari hasil pengukuran.

Hasil yang didapatkan umumnya akan diklasifikasikan kepada kategori-kategori wilayah yang memiliki slope redaman yang berbeda-beda.

Secara umum klasifikasi area adalah sebagai berikut :1. Daerah terbuka ( Open Land )

Daerah belum berkembang atau hanya sebagian kecil daridaerah sudah berkembang, populasi penduduk masih sedikit

2. Daerah terbuka industri ( Industrialized Open Land )Daerah sudah berkembang , daerah pertanian skala besar,dengan industri yang terbatas

3. Daerah pedesaan ( Suburban Area )Gabungan antara daerah pemukiman penduduk dengansejumlah kecil industri

4. Kota kecil sampai menengah ( Small to Medium City )Populasi pemukiman pendduk cukup rapat , jumlah bangunanjuga cukup banyak dengan ketinggian menengah, industriberkembang

5. Kota besar ( Larged Sized City )Daerah pemukiman sangat rapat, daerah perkantoran dengangedung-gedung tinggi pencakar langit, industri sangatberkembang

E. Area to Area Prediction Model Lee’s Prediction Model

ro = 1mil

= 1,6 km

r Pro

Pr o

n

oo

ror

f

f

r

rPP

...

P Pr

rn

f

fr ro

o o

o

. log . log10 10

Dalam persamaan linear,

Dalam persamaan logaritmik (dB),

Pr = Daya terima pada jarak r dari transmitter.

Pro = Daya terima pada jarak ro = 1 mil dari

transmitter.

g = Slope / kemiringan Path Loss

n = Faktor koreksi, digunakan apabila ada

perbedaan frekuensi antara kondisi saat

eksperimen dengan kondisi sebenarnya.

ao = Faktor koreksi, digunakan apabila ada

perbedaan keadaan antara kondisi saat

eksperimen dengan kondisi sebenarnya.

Kondisi saat eksperimen dilakukan,

1. Operating Frequency = 900 MHz.

2. RBS antenna = 30.48 m

3. MS antenna = 3 m

4. RF Tx Power = 10 watt

5. RBS antenna Gain = 6 dB over

dipole l/2.

6. MS antenna Gain = 0 dB over

dipole l/2.

E. Area to Area Prediction Model Lee’s Prediction Model

Pro and didapat dari data hasil percobaan

in free space,

Pro = 10-4.5 mWatts

g = 2

in urban area (Philadelphia),

Pro = 10-7 mWatts

g = 3.68

in an open area,

Pro = 10-4.9 mWatts

g = 4.35

in urban area (Tokyo),

Pro = 10-8.4 mWatts

g = 3.05

in sub urban area,

Pro = 10-6.17 mWatts

g = 3.84

o = faktor koreksi

o = 1 . 2 . 3 . 4 . 5

2

1(m) 48.30

(m) riil station base antena tinggi

v

(m) 3

(m) riilunit mobile antenna tinggi2

(watts) 10

(watts) riil pemancar daya3

4

2dipole antena tdh riil station base antena gain4

1

2 dipole antena thd. riilunit mobile antena gain54


Lee’s Prediction Model

n diperoleh dari percobaan / empiris

Harga n diperoleh dari hasil percobaan yang

dilakukan oleh Okumura dan Young

Berdasarkan eksperimen oleh Okumura

n=30 dB/dec untuk Urban Area.

Berdasarkan eksperimen oleh Young

n=20 dB/dec untuk Sub.Urban Area

atau Open Area

n hanya berlaku untuk frekuensi operasi

30 sd. 2,000 MHz

Correction factor to determine v in a2

v = 2,

for new mobile-unit antenna heigh > 10 m

v = 1,

for new mobile-unit antenna heigh < 3 m

E. Area to Area Prediction Model Lee’s Pathloss Formula Untuk Berbagai Jenis Kondisi Lingkungan

ro = 1mil

= 1,6 km r1 Pro

Pr

r2

area 1 area 2

r

r1 r2 r

area 1 area 2

1

2

1.6 km

o

n

o1o

1ror .

f

f.

r

r.

r

r.PP

21

o = 1 . 2 . 3 . 4 . 5

o

n

o1N1

2

o

1ror .

f

f.

r

r. ... .

r

r.

r

r.PP

N21

Persamaan umum,

OKUMURA MODEL

L50(d)(dB) = LF(d)+ Amu(f,d) – G(hte) – G(hre) – GAREA

L50 : 50th percentile (i.e., median) of path loss LF(d) : free space propagation pathloss. Amu(f,d) : median attenuation relative to free space G(hte) : base station antenna heigh gain factor G(hre) : mobile antenna height gain factor GAREA : gain due to type of environment G(hte) = 20log(hte/200) 1000m > hte > 30m G(hre) = 10log(hre/3) hre <= 3m G(hre) = 20log(hre/3) 10m > hre > 3m hte : transmitter antenna height Hre : receiver antenna height

Cellular radio planning: Path Loss in dB:

Lfs (db) = 32.44 + 20 log f (MHz) + 20 log d (km)

HATA MODEL

Daerah urban

Model Hata pada daerah urban berlaku rumus sbb :

L50(u) = C1+ C2 log ( f ) - 13,82 log (hb) – a (hm) + { 44,9 – 6,55log (hb) } log (d)

Dimana : f = frekuensi (MHz)

hb = tinggi antena BTS (m)

hm = tinggi antena MS (m)

d = jarak antara BTS – MS (km)

C1 = 69,55 untuk 400 f 1500

= 46,3 untuk 1500 < f 2000

C2 = 26,16 untuk 400 f 1500

= 33,9 untuk 1500 < f 2000

a(hm) = {1,1log (f) - 0,7} hm – {1,56 log(f) – 0,8 }

HATA MODEL

Daerah dense urban

Model Hata pada daerah densa urban berlaku rumus sbb :

L50(du) = C1+C2 log ( f )-13,82 log (hb) – a (hm)+{ 44,9 – 6,55log (hb) } log (d)+Cm

Dimana : f = frekuensi (MHz)

hb = tinggi antena BTS (m)

hm = tinggi antena MS (m)

d = jarak antara BTS – MS (km)

C1 = 69,55 untuk 400 f 1500

= 46,3 untuk 1500 < f 2000

C2 = 26,16 untuk 400 f 1500

= 33,9 untuk 1500 < f 2000

Cm = 3 dB

a(hm) = 3,2{ log(11,75hm) } 2 – 4,97

HATA MODEL

Daerah suburban

Model Hata pada daerah suburban berlaku rumus sbb :

L50(su) = L50(u) – 2{log(f/28)}2 – 5,4

Daerah rural terbuka

L50(rt) = L50(u) – 4,78{log(f)}2 + 18,33log(f) – 40,94

E. Area to Area Prediction Model Okumura-Hata Prediction Model

Kelebihan : mudah digunakan ( langsung dimasukkan pada rumus jadi ) Kekurangan : tidak ada parameter eksak yang tegas antara daerah kota,

daerah suburban, maupun daerah terbuka

Daerah kota

Lu = 69,55+26,16log fC –13,83log hT – a(hR)+[44,9 – 6,55 log hT ] log d

D150 fC 1500 MHz

30 hT 200 m

1 d 20 km

a(hR) adalah faktor koreksi antenna mobile yang nilainya adalah sebagai berikut :

• Untuk kota kecil dan menengah,

a(hR) = (1,1 log fC – 0,7 )hR – (1,56 log fC – 0,8 ) dB

dimana, 1 hR 10 m

• Untuk kota besar,

a(hR) = 8,29 (log 1,54hR )2 – 1,1 dB fC 300 MHz

a(hR) = 3,2 (log 11,75hR )2 – 4,97 dB fC > 300 MHz

E. Area to Area Prediction Model Okumura-Hata Prediction Model

Daerah Suburban

4,5

28

flog2LL

2C

usu

Daerah Open Area

94,40flog33,18)f(log78,4LL c2

cuo


COST-231 ( PCS Extension Hata Model)

Merupakan formula pengembangan rumus Okumura Hata untuk frekuensi PCS ( 2GHz)

MTRTcu C)logd6,55logh(44,9)a(hlogh13,82-)(logf33,946,3L

dimana , 1500 fC 2000 MHz

30 hT 200 m

1 d 20 km

a(hR) adalah faktor koreksi antena mobile yang nilainya sebagai berikut :

• Untuk kota kecil dan menengah,

a(hR) = (1,1 log fC – 0,7 )hR – (1,56 log fC – 0,8 ) dB

dimana, 1 hR 10 m

• Untuk kota besar,



dan,

CM = 0 dB untuk kota menengah dan kota suburban

3 dB untuk pusat kota metropolitan


COST231 Walfish Ikegami Model

Cost231 Walfish Ikegami Model digunakan untuk estimasi pathloss untuk lingkungan urban untuk range frekuensi seluler 800 hingga 2000 MHz.

Wallfisch/Ikegami model terdiri dari 3 komponen :

• Free Space Loss (Lf)

• Roof to street diffraction and scatter loss (LRTS)

• Multiscreen loss (Lms)

LC = Lf + LRTS + Lms

Lf ; untuk LRTS + Lms < 0

• Lf = 32.4 + 20 log10 R + 20 log10 fc dimana R (km); fc (MHz)

• LRTS = -16.9 + 10 log10 W + 20 log10 fc + 20 log10 hm + L

di mana L = -10 + 0.354 ; 0 < < 35

2.5 + 0.075( - 35) ; 35 < < 55

4.0 – 0.114( - 55) ; 55 < < 90


COST231 Walfish Ikegami Model

• Lms = Lbsh + ka + kd log10 R + kf log10 fc - 9 log10 b

dimana Lbsh = -18 + log10 (1 + hm ) ; hb < hr

; hb > hr

ka =

54 ; hb > hr

54 + 0.8hb ; d > 500 m hb < hr

54 + 0.8 hb . R ; 55 < < 90

Catatan : Lsh dan ka meningkatkan path loss untuk hb yang lebih rendah.

kd = 18 ; hb > hr

18 – 15 (hb/hr ) ; hb < hr

kf =

4 + 0.7 (fc/925 - 1

4 + 1.5 (fc/925 - 1)

; Untuk kota ukuran sedang dan suburban dengan kerapatan pohon cukup moderat

; Pusat kota metropolitan


Diagram Parameter

F. Prediksi Redaman Point to Point

• Setelah dilakukan prediksi redaman area to area, yang dimaksudkan sebagai prediksi kasar kondisi redaman lintasan, baru kemudian dilakukan prediksi redaman point to point yang bertujuan untuk meningkatkan akurasinya.

• Model prediksi area to area akan memberikan akurasi prediksi dengan standar deviasi 8 dB. Artinya : data aktual pathloss akan bervariasi 8 dB dari nilai yang diprediksikan oleh hasil perhitungan. Dengan perhitungan point to point akurasi yang dapat diharapkan adalah memiliki standar deviasi + 3 dB.

• Pada prediksi point to point, diperlukan gambar penampang kontur wilayah pelayanan yang bisa diperoleh dari peta kontur bumi. Ditarik garis lurus lintasan antara dua titik pada peta. Selanjutnya perbedaan ketinggian bisa dilihat dari garis-garis kontur yang ada dalam peta.

• Kasus yang umum terjadi adalah timbulnya Loss difraksi pada daerah yang berbukit-bukit. Loss difraksi tersebut ditambahkan pada redaman kontur datar / flat pada model prediksi area to area, yang sudah dibahas dalam materi sebelumnya


Redaman difraksi akibat penghalang tajam dapat dicari dengan terlebih dahulu menghitung parameter v, sebagai berikut :

21

112

rrhv

p

r1 = jarak dari penghalang ke base station

r2 = jarak dari penghalang ke mobile station

hp = tinggi penghalang knife edge

= panjang gelombang

L = 0 dB 1 < v

L = 20 log ( 0,5 + 0,62 v ) 0 < v < 1

0,95v0,5.e20logL -1 < v < 0

20,38)(0,1v-0,1184-0,420logL -2,4 < v < -1

v

0,225-20logL

v < -2,4Kemudian, baru dihitung Redaman Difraksi dengan rumus di samping ini :


Menghitung hp

12

1221

dd

dhdht

hp = tp – t

Double Edge Knife Diffraction


Contoh :

Berdasarkan parameter-

parameter yang diberikan

pada gambar berikut,

hitunglah kelebihan

redaman akibat double

knife diffraction pada

frekuensi 850 MHz dengan

metoda yang sudah

diberikan !

F. Prediksi Redaman Point to Point Jawab :

2,56r

1

r

12hv

21

p1

λ

Penghalang pertama, Penghalang kedua,

Selanjutnya dengan melihat grafik

Fresnel -Kirchoff ...

L1 = 21,1 dB

219,1''λ

21

p2r

1

r

12hv'

L2 = 14,7 dB

L total = L1 + L2 = 35,9 dB

G. Prediksi Redaman Mikrosel

Lee’s Microcell Prediction Model

Lee model untuk mikrosel memprediksi redaman propagasi berdasarkan dimensi

‘ketebalan’ bangunan total yang ditembus gelombang dari pengirim ke penerima. Hal

ini disebabkan karena dari hasil pengukuran , ternyata didapatkan keterkaitan yang

cukup erat antara dimensi total ketebalan bangunan dengan kuat sinyal yang

diterima. Pada sisi lain, ternyata ketinggian bangunan penghalang tidak cukup

penting dalam prediksi redaman mikrosel.

Dua kondisi yang dibandingkan Lee untuk menformulasikan prediksi redaman

mikrosel adalah :

Kondisi Line Of Sight

Jika gelombang tidak terhalang ketebalan bangunan sama sekali, daya

yang diterima pada jarak dA adalah PLOS

Kondisi Out Of Sight

Jika gelombang terhalang bangunan setebal B (feet), daya yang

diterima pada jarak dA adalah POS

G. Prediksi Redaman Mikrosel Langkah-langkah yang dilakukan Lee adalah :1. Menghitung ketebalan bangunan total yang dilalui gelombang.

Contoh :B = a + b + c , seperti yang tampak pada gambar di bawah

2. Mengukur / menghitung kuat sinyal ( PLOS ) pada kondisi Line OfSight

3. Mengukur kuat sinyal pada kondisi Out Of Sight ( POS )4. Local Mean dari kuat sinyal pada titik A adalah POS . Jarak dari

base station ke mobile station adalah dA , Ketebalan bangunanyang menghalangi sinyal adalah B = a + b + c

5. Didefinisikan redaman tambahan B akibat penghalang berupaketebalan bangunan ( blockage length )

B ( B = a+b+c ) = PLOS (d = dA) - POS

G. Prediksi Redaman Mikrosel Lee melakukan pengukuran di Irvine California untuk 2 macam kondisi di atas, yang hasilnya tampak pada grafik di bawah.

Kurva (a) menunjukkan PLOS yang terukur sebagai fungsi dari jarak base station ke titik A

Kurva (b) menunjukkan B yang terukur sebagai fungsi dari ketebalan bangunan ( building blockage ) yang di tembus gelombang


Selanjutnya dilihat juga pengaruh dari

tinggi antena base station terhadap

penerimaan sinyal. Didapatkan kenyataan

bahwa penambahan tinggi antena 2 kali

lipat akan memberikan gain penerimaan

sebesar 9 dB ( Gain = 9 dB/oct = 30 dB /

decade ), seperti gambar di samping.


Dari 2 grafik sebelumnya, dapat diformulasikan prediksi daya terima untuk mikrosel sebagai berikut :

PLOS = 20'

h30log

100'

d21,5logdB77P t

t 100’ < d < 200’

= 20'

h30log

200'

d14logdB83,5P t

t 200’ < d < 1000’

= 20'

h30log

1000'

d36,5logdB93,3P t

t 1000’ < d < 5000’

Catatan :

Untuk d > 5000 feet harus menggunakan metoda prediksi untuk makrosel


Sedangkan B , diformulasikan sebagai berikut :

B = 0 1’ < B

=

10'

B0,5log1 1’ < B < 25’

=

25'

B12,5log1,2 25’ < B < 600’

=

600'

B3log17,95 600’ < B < 3000’

= 20 dB 3000’ < B

Sehingga, daya terima dapat dituliskan sebagai berikut : BLOSr PP

11/17/2015

Referensi-Referensi

[1] Bogi W, Nachwan MA, “Lecture Notes : Transmisi Komunikasi Bergerak”, Edisi Pertama, Mobilecomm.Labs-STTTelkom, 1998

[2] Nachwan MA, “Lecture Notes : Transmisi Komunikasi Bergerak”, Edisi Kedua, Mobilecomm.Labs-STTTelkom, 2001-2002

[3] Rappaport, Theodore ,”Wireless Communication”,

[4] Parsons, David, “The Mobile Radio Propagation Channel”, Pentech Press Publishers-London, 1992

[5] Kurniawan, Adit,”Material Kuliah Pasca-Sarjana Sistem Komunikasi Seluler “, ITB , 2003

[6] Lee, William CY,” Mobile Communication Engineering”, McGraw-Hill, 1982

[7] Linnartz, Jean-Paul MG,” Wireless Communication CD” see on his web

THANK YOU FOR YOUR TIME

teknik transmisi seluler dtg3g3 · pada tiap kasus tersebut, energi merambat dalam bentuk gelombang...

Documents