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
E. Area to Area Prediction Model
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
E. Area to Area Prediction Model
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,
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
dan,
CM = 0 dB untuk kota menengah dan kota suburban
3 dB untuk pusat kota metropolitan
E. Area to Area Prediction Model
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
E. Area to Area Prediction Model
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
E. Area to Area Prediction Model
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
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
F. Prediksi Redaman Point to Point
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 :
F. Prediksi Redaman Point to Point
Menghitung hp
12
1221
dd
dhdht
hp = tp – t
Double Edge Knife Diffraction
F. Prediksi Redaman Point to Point
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
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
G. Prediksi Redaman Mikrosel
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.
G. Prediksi Redaman Mikrosel
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
G. Prediksi Redaman Mikrosel
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
Top Related