SISTEM KOMUNIKASI BERGERAK Propagasi - Large Scale Fading 1

Obyektif Pengajaran Memahami tujuan mempelajari karakteristik kanal propagasi Memahami kanal ideal AWGN dan kanal propagasi dalam realitas Memahami faktor utama yang mempengaruhi pemodelan kanal Memahami Fading skala luas (Large Scale Fading) Mengetahui berbagai metoda prediksi redaman propagasi populer

Agenda Model Path Loss - Model Propagasi Free Space (Ruang bebas) Ground Reflection Reflection & Diffraction Model-model Propagasi Outdoor Model Okumura-Hata Model COST231 Model Walfish Ikegami Model Lee Teknik Perkiraan Path Loss secara Praktis (Teknik statistik) Log Distance Path Loss Model Log-normal Shadowing

Pendahuluan Pada umumnya, sinyal yang diterima adalah jumlahan dari sinyal langsung dan sinyal terpantul dari berbagai obyek. Pada komunikasi bergerak, sumber pantulan disebabkan oleh : Permukaan tanah Bangunan-bangunan Obyek bergerak berupa kendaraan Gelombang pantul akan berubah magnitude dan fasanya, Antara sinyal langsung dan sinyal pantulan akan berbeda dalam hal : Amplitudo, tergantung dari magnitude koefisien refleksi Phasa, tergantung pada perubahan fasa refleksi & perbedaan jarak tempuh antara gelombang langsung dan gelombang pantul Kondisi terburuk terjadi: saat gelombang langsung dan gelombang pantul memiliki magnituda yang sama serta berbeda fasa 180 0 . Pada kondisi yang demikian, terjadi saling menghilangkan yang disebut complete cancellation

Kenapa penting untuk mengerti karakteristik-karakteristik dari kanal wireles ? menentukan desain sinyal yang paling baik mengembangkan teknologi-teknologi baru dalam pentransmisian dan penerimaan sinyal cakupan sinyal yang diinginkan dihitung secara akurat karena daya berlebih akan menghasilkan interferensi yang besar & level terendah yang diijinkan harus ditentukan untuk menjaga koneksi komunikasi dari sel ke sel.

Ideal Channel Meloloskan semua spektrum sinyal tanpa distorsi detection Ideal channel Transmitted bit AWGN Meloloskan semua spektrum sinyal tanpa distorsi Pelemahan dan error hanya disebabkan oleh AWGN (Additive White Gaussian Noise).

Kanal Real (Physical Channel) : detection Physical Channel Transmitted bit AWGN Kanal fisik selalu memiliki bandwidth yang terbatas Hanya komponen yang signifikan dari spektrum sinyal yang diloloskan melewati kanal terjadi Distorsi Bandwidth sinyal harus lebih kecil atau sama dengan bandwidth kanal agar relatif tidak terjadi distorsi

Propagasi Nirkabel Free Space Loss Diasumsikan terdapat satu sinyal langsung (line of sight path) mudah memprediksi dengan free space formula Reflection sangat Propagasi melewati object yang besar. Terdapat sinyal tak langsung datang ke receiver setelah mengalami pantulan terhadap object & berkontribusi terhadap besarnya delay. Diffraction Propagasi melewati object yang runcing, shg seolah-olah menghasilkan sumber sekunder, seperti puncak bukit dsb. Scattering Propagasi melewati object yang kecil dan/atau kasar yang menyebabkan banyak pantulan untuk arah-arah yang berbeda.

Rugi-rugi Saluran (Path Loss) Efek propagasi multipath pada kanal wireless bergerak Large scale fading Large scale path loss Small scale propagation Path loss skala luas Large attenuation dalam rata-rata Daya sinyal terima menurun berbanding terbalik dengan pangkat- terhadap jarak , dimana umumnya 2 < < 5 (untuk komunikasi bergerak). disebut Mean Pathloss Exponent Sebagai dasar untuk metoda prediksi pathloss Path loss skala kecil Flukstuasi sinyal yang cepat disekitar nilai rata-rata (large scale) - nya Doppler spread berhubungan dengan kecepatan fading (fading rate) Penyebaran waktu berhubungan dengan perbedaan delay waktu kedatangan masing-masing sinyal multipath.

11 Fading didefinisikan sebagai fluktuasi daya di penerima Fading terjadi karena interferensi atau superposisi gelombang multipath yang memiliki amplitudo dan fasa yang berbeda-beda perilaku sinyal pada kanal multipath adalah acak, maka analisis fading menggunakan analisis probabilitas stokastik Large Scale Fading Terdistribusi log normal Fading Small Scale Fading Terdistribusi Rayleigh / Rician

Efek large scale fading Large Scale Fading disebabkan akibat keberadaan obyek-obyek pemantul & penghalang pada kanal propagasi serta pengaruh kontur bumi yang menghasilkan perubahan sinyal dalam hal : energi, fasa, delay waktu yang bersifat random. Large scale fading memberikan representasi rata-rata daya sinyal terima dalam suatu daerah yang luas. Large scale fading memberikan cara perhitungan untuk estimasi pathloss sebagai fungsi jarak. Kuat sinyal (dB) Jarak

MODEL PROPAGASI (Free Space Prop. Model) Isotropic antenna: power is distributed homogeneously over surface area of a sphere. Received power is power through effective antenna surface over total surface area of a sphere of radius d

Model Propagasi Free Space Kerapatan daya w pada jarak d dinyatakan sebesar : PT 4 d 2 w Daya terima dinyatakan: A PT 2 PR 4 d dimana A adalah `antenna aperture' atau Area/daerah efektif penerimaan

(Free Space Prop. Model), continued 2 The antenna gain GR is related to the aperture A according to G R 2 1 PR = PT GR d 2 4 4 Thus the received signal power is 2 PR = PT GT GR 4 d Received power decreases with distance,PR :: d-2 Received power decreases with frequency, PR :: f -2 Cellular radio planning: Path Loss in dB: Lfs = 32.44 + 20 log (f / 1 MHz) + 20 log (d / 1 km)

Bersambung…

1. Pendahuluan 4h1h2 R LP 32,45 20logf(MHz) 20logD(Km) 17 Komunikasi Gelombang Mikro dan Satelit…. Rumus Transmisi Friis, LP 32,45 20logf(MHz) 20logD(Km) Asumsi : hanya ada 1 gelombang langsung dari pengirim ke penerima Perencanaan link dibuat dengan menjaga agar daerah Fresnell I (R1) bebas dari penghalang dengan cara meninggikan menara pemancar dan penerima Jari-Jari Fresnell I 4h1h2 R 1 3/7/2010

1. Pendahuluan 18 Plain Earth Propagation Model…. (Egli’s Model) Sebagai teori dasar analisis lintasan gelombang dalam komunikasi bergerak Kata kunci : adanya lintasan jamak (multipath) : 1 gelombang langsung dan 1 gelombang pantul Analisis lintasan sinyal dalam komunikasi bergerak jauh berbeda dengan komunikasi LOS gelombang mikro karena sinyal mengalami difraksi, banyak terhalang, dan banyak mengalami pantulan. Empirical Model…. Berasal dari pengukuran dan penelitian intensif di suatu daerah Kurva redaman hasil penelitian diplot dan dibuat formulasinya Rumus redaman populer : Okumura-Hata, dan Walfish Ikegami Model redaman lintasan yang lain dikembangkan oleh : Lee, Egli, Carey, Longley-Rice, Ibrahim-Parson, dan masih banyak lagi... 3/7/2010

1. Pendahuluan 4 d L 19 Pr .Po 4 d Plain Earth Propagation Model Propagation Gelombang Langsung... Rumus Transmisi Friis Lintasan gelombang langsung merupakan lintasan bebas pandang ( line of sight space propagation ) Apabila, f Pt Pr Rx Tx Po = Pt . GT . GR d Pt = Daya Pancar GT = Penguatan Antena Pemancar ( Tx ) GR = Penguatan Antena Penerima ( Rx ) maka, Po 4 d 2 2 Po Loss 2 Pr 4 d Pr .Po L 4 d 3/7/2010

1. Pendahuluan (Ground Reflection) 20 1. Pendahuluan (Ground Reflection) Waves travelling over land interact with the earth's surface. Norton: For propagation over a plane earth, )ej Ei = E0i 1+ Rc ej +(1- Rc ) F( + , where Rc is the reflection coefficient, E0i is the theoretical field strength for free space F(.) is the (complex) surface wave attenuation is the phase difference between direct and ground-reflected wave Modul 3 Large Scale Fading

1. (Ground Reflection) , continued 21 1. (Ground Reflection) , continued Bullington: Three Components of Received Electric Field : direct line-of-sight wave + wave reflected from the earth's surface + a surface wave. Space wave: the (phasor) sum of the direct wave, and the ground-reflected wave Modul 3 Large Scale Fading

1. Pendahuluan (Reflection & Diffraction) 22 1. Pendahuluan (Reflection & Diffraction) Reflection coefficient Amplitude and phase depend on: Frequency Properties of surface ( ) Horizontal, vertical polarization Angle of incidence (thus, antenna height) Modul 3 Large Scale Fading

1. Pendahuluan (Reflection & Diffraction ) , continued 23 2 1 + 1 dt dr The diffraction parameter v is defined as v hm , where hm is the height of the obstacle, and dt is distance transmitter - obstacle dr is distance receiver - obstacle 6 9v 1.27v2 13 20logv 0 v 2.4 v 2.4 The diffraction loss Ld, expressed in dB, is approximated by L d Modul 3 Large Scale Fading

1. Pendahuluan 24 Plain Earth Propagation Model Propagation Gelombang Pantul... a 1, = Koefisien refleksi = Sudut pantul gelombang 1 a 2 2 Koefisien refleksi tergantung pada polarisasi gelombang dan sudut pantulnya Polarisasi vertikal Polarisasi horisontal 1/2 1/2 j a .e sin cos2 csin cos2 1 c h 1 1 j 1 c av.e v h 1/2 1/2 sin cos2 1 1 c c 1 Tinggi relatif antara MS dan BTS sangat kecil ( << ) dan jarak relatif antara jarak BTS & MS max dengan tinggi MS sangat kecil ( << ) , maka koefisien pantul ( a ) -1 3/7/2010

1. Pendahuluan Pr Po 25 Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul... Daya terima, sebagai fungsi dari daya pancar Pt dinyatakan oleh ekspresi berikut... 2 Pr 2 . 1 a.e j h1 1 Pr Po h2 4 d a 1 2 d Po 4 d 2 2 Pr . 1 cos j.sin 2 2 | 1 - cos - j.sin | = 2 2 1 cos sin Pr Po = (1 - cos )2 + sin 2 2 .2(1 cos ) Po 1 .2.2.sin2 = 1 - 2cos + cos = 2 - 2cos + sin 2 2 4 d 2 4 d 2 = 2 . (1 - cos ) 3/7/2010

1. Pendahuluan 2 = . d 26 Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul... Po 4 d 2 4 d 2 Pr .2(1 cos ) Po 1 .2.2.sin2 Pr Po 4 .sin2 2 2 4 d 2 Apabila terdapat 2 macam gelombang dengan perbedaan jarak tempuh d, maka perbedaan fasa antara kedua gelombang tersebut adalah : 2 T = . d d 1 h1-h2 R h Sedangkan perbedaan jarak tempuh d dicari dari analisis geometris di samping 1 h 1 2 2 O 2h 2 h1+h2 d d = d - d M 2 1 = TOR - TR = TOM - TR I 3/7/2010

d 1 2 d 1. Pendahuluan 2.h h d 2 27 4.h h d 1 2 d d 2 1 Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul... T d 1 h1-h2 R d 2 = (h + h )2 + d2 h1 2 d1 1 2 = (h1 - h2)2 + d2 h 1 2 2 O 2h 2 d 2 - d 2 = (h + h )2 + d2 - [ (h - h )2 + d2 ] 2 1 h +h d 1 2 1 2 1 2 = (h1 + h2)2 - (h1 - h2)2 M = h 2 + h 2 + 2h h - (h 2 + h 2 - 2h h ) 1 2 1 2 1 2 1 2 = 4h1h2 I karena, maka, d 2 - d 2 = (d + d ) . (d - d ) 2 1 2 1 4h1h2 2 1 = (d2 + d1) . d Sehingga dapat diturunkan …. 4.h h d 1 2 d d 2 1 h2 << h1 << d dan d << maka d2 d1 2.h h d 1 2 d 3/7/2010

1. Pendahuluan h h 2 Po. 1 2 4 4 .h h 1 h h 2. 1 2 Po . 1 2 d2 d2 d2 28 Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul... Jadi, beda fasa antara gelombang langsung dan pantul 4 .h h = . d 1 2 d 2.h h d 1 2 d Kembali pada persamaan sebelumnya, ekspresi daya terima sebagai superposisi 2 gelombang langsung dan gelombang pantul, dinyatakan sbb : Po 4 . Pr 2 4 d 2 Pr Po 4 .sin2 2 4 d 2 untuk << sin 2 2 4 .h h 1 2 d h h 2 2 4 d 2 P Po. 1 2 o 4 4 .h h 1 h h Pr 2. 1 2 Po . 1 2 d2 2 Pr Po 2. d d2 d d2 h h 1 2 3/7/2010

Lp d2 1. Pendahuluan h h 2 Po. 1 2 d2 d2 2 h h 1 2 4 p 29 Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul... h h 2 P Po. 1 2 o Pr Plane Earth Propagation Model yang mengasumsikan terdapat 1 gelombang langsung dan 1 gelombang pantul sangat umum digunakan sebagai model dalam analisis teoritis Dalam rumus redaman propagasi di samping, tampak bahwa redaman propagasi berbanding lurus dengan jarak Tx-Rx pangkat empat, d2 2 d2 h h 1 2 Jadi, loss propagasi dengan model bahwa terdapat 1 gelombang pantul dan 1 gelombang pantul, dapat didefinisikan sbb : 2 4 Lp d2 h h p 1 2 3/7/2010

1. Pendahuluan 4 p p 30 Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul... Lihat kembali ekspresi di samping ! Konstanta pangkat empat (4) kemudian disebut sebagai eksponen redaman propagasi ( mean pathloss eksponen ) atau konstanta slope redaman dan umumnya dilambangkan dengan variabel 4 p Nilai dalam komunikasi bergerak umumnya berkisar antara 2 - 5 tergantung dari kondisi daerah ( urban, suburban, rural ). Ekspresi tersebut kemudian dapat dituliskan kembali dengan bentuk yang lebih umum : p 3/7/2010

31 Modul 3 Large Scale Fading

32 Modul 3 Large Scale Fading

33 Modul 3 Large Scale Fading

34 Modul 3 Large Scale Fading

35 Seharusnya 1.1 bukan 11 Seharusnya 11.75 bukan 1175 Modul 3 Large Scale Fading

36 Modul 3 Large Scale Fading

37 Modul 3 Large Scale Fading

38 Modul 3 Large Scale Fading

39 Modul 3 Large Scale Fading

LLee L0 log d F0 F F F F F F 40 L0 dan didapat dari table Gb F 4 Environment L0 [dB] Free Space 91.3 20 Open (Rural) 43.5 Suburban 104.0 38 Urban: Tokyo 128.0 30 Philadelpia 112.8 36.8 Newark 106.3 43.1 1 2 3 4 5 di mana h 2 hb dalam m F b 30.5 PT 10 Gb 1 F PT dalam W 2 Gb = gain antena BS dalam skalar F 3 4 hm dalam m fc=frekuensi carrier dlm MHz f0=frekuensi referensi dlm 900 MHz n = 2 - 3 h 2 F 4 m 3 n f F5 c f 0 Modul 3 Large Scale Fading

Log Distance Path Loss Model 41 L [dB]=L (d0)+10 log (d/d0) dari table 3.2 (Rappa, pp 104) Environment Pathloss Exponent Free Space 2 Urban 2.7 - 3.5 Shadowed Urban 3.0 - 5.0 in building LOS 1.6 - 1.8 in building Obstructed 4.0 - 6.0 in factories Obstructed 2.0 - 3.0 Modul 3 Large Scale Fading

L [dB]=L (d0)+10 Shadowing effect 42 L [dB]=L (d0)+10 Shadowing effect log (d/d0) + X + fading margin + availability (Rappa, pp 104) Modul 3 Large Scale Fading

43 Modul 3 Large Scale Fading

44 Modul 3 Large Scale Fading

45 Modul 3 Large Scale Fading

46 Modul 3 Large Scale Fading

47 Modul 3 Large Scale Fading

48 Modul 3 Large Scale Fading

49 Modul 3 Large Scale Fading

50 Modul 3 Large Scale Fading

Pengukuran Pathloss 51 Hasil pengukuran sinyal dapat sebagai berikut : 2 wavelength Range jarak pengukuran optimal umumnya pada sekitar 2 karena jika jaraknya terlalu dekat mungkin tidak memberikan harga rata-rata (mean value), sedangkan jika range jarak pengukuran terlalu jauh mungkin akan keluar dari nilai large scale realnya ( nilai mungkin sudah berubah) Jumlah sample pengukuran adalah > 36 sample untuk mendapatkan interval tingkat keyakinan 90% Modul 3 Large Scale Fading

Metoda Pengukuran dgn Regresi 52 Metoda Pengukuran dgn Regresi Pilih beberapa lokasi berjarak d1 dan lakukan pengukuran path loss Ulangi unttuk d2 and d3 , dst Plot nilai mean pathloss sebagai fungsi jarak d1 d2 d3 Cell site ( Tx) Modul 3 Large Scale Fading

53 Pengukuran Path loss Hasil pengukuran sinyal dapat sebagai berikut : 2 wavelength Range jarak pengukuran optimal umumnya pada sekitar 2 karena jika jaraknya terlalu dekat mungkin tidak memberikan harga rata-rata (mean value), sedangkan jika range jarak pengukuran terlalu jauh mungkin akan keluar dari nilai large scale realnya ( nilai mungkin sudah berubah) Jumlah sample pengukuran adalah > 36 sample untuk mendapatkan interval tingkat keyakinan 90% 3/7/2010 53

Mendapatkan Mean dan Standar Deviasi 54 Mendapatkan Mean dan Standar Deviasi Pengukuran biasa dilakukan untuk beberapa tipe daerah: Urban, suburban, dan open area Catat bahwa pengukuran pada radius konstan dari BTS dapat menghasilkan pathloss yang berbeda Dengan regresi linear kita bisa mendapatkan trend mean pathloss dan standar deviasi disekitar nilai rata-rata Contoh untuk urban : path loss Slope = 33.2 dB/decade and Std dev. = 7 dB x x x urbxan x x 85 o o o o o o o Path loss [ dB] o o x o 79 x 75 x x o o osuburban x x o # # x x ox x o o # # # open # # 3 4 6 Distance d [km] Modul 3 Large Scale Fading

This document was created with Win2PDF available at http://www This document was created with Win2PDF available at http://www.daneprairie.com. The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.