IIPREDIKSI RUGI PROPAGASI RADIO BERGERAK

Tujuan Pembelajaran UmumSetelah mempelajari bab ini, mahasiswa diharapkan:

Memiliki pengetahuan tentang model prediksi redaman radio bergerak. Memiliki pengetahuan tentang redaman radio bergerak pada makro dan mikro sel.

Tujuan Pembelajaran KhususSetelah mempelajari babini, mahasiswa diharapkan:

Dapat membedakan model matematika redaman propagasi ruang hampa dan radio bergerak.

Dapat menggunakan model teoritis dalam mengkalkulasi daya link radio bergerak Dapat menggunakan model prediksi area to area dalam mengkalkulasi daya link

radio bergerak. Dapat menggunakan model prediksi point to point dalam mengkalkulasi daya link

radio bergerak. Dapat menggunakan model Okumura-Hata dalam mengkalkulasi link radio

bergerak. Dapat menggunakan model prediksi mikrosel dalam mengkalkulasi daya link radio

bergerak.

Ada dua model memprediksi redaman radio bergerak yaitu model teoritis dan model empiris.

2.1 Rugi Popagsi Ruang HampaPada ruang hampa, daya yang diterima pada antenna penerima adalah ;

, W 3.1

dimana : Pr = daya terima , W Pt = daya kirim , W d = jarak , m panjang gelomban, m

dan rugi propagasi adalah 3.2

dB 3.3

Perbedaan redaman antara jarak d2 yang lebih besar dari jarak d1 adalah : 20 log d2/d1 dB 3.4Dari 2.4 terlihat bahwa pada ruang hampa redaman propagasi adalah 20 dB/ decade atau 6 dB/ oktaf. Secara praktis, dalam menghitung daya terima pada satu jarak d dari ransmiter digunakan daya terima pada jarak acuan d0 sbb;

11

, 3.5

Contoh soal 3.1. Bila sebuah transmitter membangkitkan daya 50 W, a.tulis daya tersebut pada satuan dBm dan dBW. Bila transmitter dipasang antena dengan penguatan 1 pada frekuensi 900 MHz, b.hitung daya terima pada jarak 100 m dan 1 km , bila penguatan antenapenerima adalah 1.

2.2 Rugi Radio Bergerak2.2.1 Model teoritis

Diasumsikan ada gelombang langsung dan satu gelombang pantul seperti diperlihatkan gambar 2.1.

Gbr.2.1 Model teoritis Dengan satu gelombang langsung dan satu gelombang pantul, kuat medan yang diterima di antenna MS adalah : 3.5dimana : av = koefisien pantul perbedaan fasa antara gelombang langsung dan gelombang pantul.Perbedaan fasa ini dapat dinyatakan dengan :

3.6

dimana : , bilangan gelombang.

= perbedaan lintasan radio gelombang langsung dan pantul.

Daya terima adalah : 3.7

Subsitusi Es pada 2.7 dan koefisien pantul tanah hampir sama dengan -1 dan jauh lebih kecil dari satu radian, persamaan 2.7 dapat ditulis menjadi :

3.8

12

3.9

dimana : 3.10Untuk d>>(h1+h2) , persamaan 3.10 dapat didekati menjadi:

3.11

Subsitusi 2.9 ke 2.7 diperoleh daya terima pada antena MS adalah ;

3.12

Fakta yang sesuai dengan model teoritis ;1. Persamaan 2.26 menunjukkan bahwa redaman lintasan propagasi radio bergerak

adalah 40 dB/decade atau 12 dB/oktaf. Ini sesuai fakta di lapangan.2. Persamaan menunjukkan bahwa gain natena BS adalah 6 dB/ oktaf dan ini juga

sesuai denagn hasil pengukuran.Fakta yang tidak sesuai dengan model teoritis :

1. Frekuensi tidak mempengaruhi daya terima, sedangkan dari pengukuran diperoleh bahwa , dimana .

2. Persamaan menunjukkan bahwa gain untuk antenna MS adalah 6 dB/decade, tetapi dari pengukuran diperoleh hanya sekitar 3 dB/decade.

Contoh soal 3.2. Ulangi soal 3.1.b menggunakan model teoritis.

2.2.2 Model empirisAda banyak model empiris yang tersedia, tetapi hanya tiga yang akan

diperkenalkan di sini yaitu : Model Lee (area-to-area prediction, point-to-point prediction) dan model Okumura – Hata.2.2.2.1 Area-to-area prediction

Area-to-area prediction digunakan untuk memprediksi redaman pada area yang rata. Model ini mempunyai dua parameter yaitu daya terima pada jarak 1 mil, Pro dan kemiringan redaman lintasan , .

Dengan model ini daya terima dinyatakan dengan :

dBm 3.13

dimana : Pro = daya terima pada jarak 1 mil atau 1 km. ro = jarak 1 mil atau 1 km. factor koreksi

Pengukuran dilakukan pada kondisis berikut. Frekuensi fo = 900 MHz

13

Tinggi antenna BS = 30,48 m (100 ft) Daya kirim (output transmitter) BS = 10 watt Penguatan antenna BS = 6 dBi Tinggi antenna MS = m (10 ft) Penguatan antenna MS = 0 dBi

Pada kondisi berbeda diperlukan factor koreksi yaitu :

, h1 = tinggi antenna BS (m)

, h2 = tinggi antenna MS (m)

, Pt = daya antenna transissi BS (w)

, g1 = penguatan antenna bS

penguatan antenna MSFaktor koreksi Rumus umum model area-to-area prediction dibeberapa kota Amerika

, dBm (suburban) 3.14

, dBm (.Philadelphia) 3.15

, dBm (Newark) 3.16

, dB 3.17 dimana : Pt = daya kirim (output transmitter) (watt) Pr = daya terima (watt) h1 = tinggi antenna BS (feet) h2 = tinggi antenna MS (feet) g1 = gain antenna BS (dB) g2 = gain antenna MS (dB) d = jarak antara BS dan MS (km) f = frekeuensi sinyal (MHZ)

Gambar 2.2 memperlihatkan rugi lintasan propagasi berdasarkan model prediksi area to area. Contoh soal 3.3. Dengan menggunakan data pengukuran di Philadelphia, hitung daya terima pada jarak 35 km pada kondisi sbb; BS : Tinggi antenna 300 feet, gain antenna 0 dBi, daya kirim 15 W, frekuensi 900 MHz. MS : Tinggi antenna 6 feet, gain 0 dBi.2.2.2.2 Point-to-point prediction

Point-to-point prediction digunakan pada daerah yang tidak rata. Model dapat memprediksi lebih akurat dibandingkan area-to-area prediction. Daya terima pada antenna MS menurut model (tanpa penghalang) ini adalah;

14

dBm 2.18

dimana he = tinggi antenna efektif BS

Gbr.2.2 Rugi lintasan propagasi di beberapa area berbeda

15

1h

eh

Tinggi antenna efektif dapat ditentukan melalui tipe link. Ada dua tipe link pada model ini yaitu tipe A dan tipe B seperti diperlihatkan gambar 2.3. Pada link tipe A, bidang dimana MS berada lebih tinggi dari bidang dimana BS berada sedangkan link tipe B adalah sebaliknya. Pertama ditentukan 2 titik pantul seperti pada gambar 2.3. Titik pantul pantul ditentukan dengan cara mencerminkan antenna BS dan MS ke bawah tanah. Kemudian hubungkan cerminan antenna MS ke antenna BS dengan garis lurus. Perpotongan garis ini dengan tanah adalah 1 titik pantul. Selanjutnya hubungkan antenna MS ke cerminan antenna BS. Titik perpotongan garis ini dengan tanah adalah titik pantul yang kedua. Dari titik pantul yang paling dekat dengan MS, tarik garis singgung dengan bidang dimana MS berada. Tarik garis untuk memperpanjang antenna BS ke bawah tanah. Jarak antara titik perpotongan kedua garis ini dengan permukaan tanah dimana BS berada adalah tinggi antenna efektif seperti diperlihatkan gambar 2.4.

Gbr.2.3 Link pada poin to point prediction

Gbr.2.4 Menetukan titik pantul dan tinggi antenna efektif Gambar 2.5 memperlihatkan empat kemungkinan posisi MS relative terhadap posisi BS. Dari gambar 2.5, dapat dihitung tingi antena efektif sbb.Link tipe A :

2.19

Link tipe B :

16

2.20Bila ada penghalang antara BS dan MS seperti diperlihatkan gambar 2.6, akan

tambahan ada redaman difraksi dan daya terima adalah;

2.21

Menghitung diffraction loss adalah sebagai berikut.

2.22

Harga h positif untuk gambar 2.6a dan negatif untuk gambar 2.6b.

Gbr.2.5 Posisi MS relatif terhada BS

2.2.2.3 Model HataModel ini dapat membedakan struktur buatan manusia dan menghasilkan satu

koleksi data yang lengkap. Data diukur di Tokyo dan data dari area perkotaan Tokyo

17

digunakan sebagai prediktor dasar untuk kota lainnya. Pengukuran menggunakan tinggi antenna BS 200m (656 ft) dan tinggi antenna MS 3m (10 ft). Bila perancangan dilakukan dengan menggunakan tinggi antenna yang berbeda maka diperlukan faktor koreksi. Faktor koreksi pada daerah pinggiran perkotaan di Jepang berbeda dengan di Amerika Serikat. Mungkin ini disebabkan oleh rumah-rumah di perkotaan di Jepang lebih rapat dibandingkan dengan di Amerika, demikian juga strukturnya. Data yang didapat dari model Hata dapat dikonversi ke kemiringan redaman lintasan propagasi . Setiap kota di Jepang berbeda kemiringan redaman propagasinya. Di Tokyo, kemiringannya adalah 30 dB/decade dan daya terima pada jarak 1 mil adalah 21,5 dB lebih rendah dibandingkan di pinggiran perkotaan Amerika.

Dengan model Hata, redaman lintasan propagasi dinyatakan dengan persaman : 2.23dimana ; f = 150 – 1500 Mhz d = 1 – 20 km a(h2) = factor koreksi untuk h2, untuk h2 = 1,5 m a = 0 dB.Faktor koreksi untk kota kecil sampai menengah. dB 2.24dimana ; h2 = 1 – 10 m f = 150 – 1500 MHz.Fakor koreksi di kota besar : dB , untuk f < 200 MHz. dB, untuk f > 400 MHz. 2.25

18

bGbr.2.6 Antara BS dan MS ada penghalang.

Gbr.2.7 Menentukan diffraction loss

2.2.3 MikroselModel yang yang sudah dibicarakan sebelumnya digunakan untuk memprediksi

redaman propagasi radio bergerak pada makrosel, jari-jari 2 – 40 Km. Bila ukuran sel kecil, kurang dari 1 km, orientasi jalan dan blok bangunan membuat penerimaan signal berbeda dibandingkan pada sel yang jari-jarinya lebih dari 1 km. Di atas jarak 1 Km, oientasi jalan dan strukur bangunan tidak memberikan pengaruh yang berbeda pada redaman propagasi. Pada jarak ini, redaman propagsi 40 dB/decade adalh karena situasi dimana gelombang langsung dan gelomabng pantul hamper sama kekuatannya. Bila sel kecil, signal yang sampai ada MS diblok oleh bangunan – bangunan, dan ini melemahkan kekuatan signal dan dianggap sebagai redaman lintasan.

19

Gabar 2.8 memperlihatkan propagasi pada mikrosel. Pada mikrosel , daya terima pada antenna MS adalah; 2.26dimana : Plos = daya terima pada kondisi line of sight = redaman atau blockade bangunan

Gbr.2.8 Mekanisme propagasi pada mikrosel

Daya line of sight :

,

,

, 2.27

dan redaman (blokade) bangunan adalah: ,

,

,

20

,

, 2.28Gambar 2.9 memperlihatkan redaman ruang hampa dan blockade bangunan sampai

pada jarak 2 km.

Gbr.2.8 Redaman bangunan pada mikrosel

21

22