Teknik Transmisi Seluler · Wireless Propagation Radio ... (multipath), sehingga sinyal yang ......

Suci Aulia,ST.,MT

Yuyun Siti Rohmah, ST.,MT

Dadan Nur Ramadan,S.Pd,MT

Tri Nopiani Damayanti,ST.,MT

Klasifikasi dan parameter sinyal pada Seluler

Teknik Transmisi Seluler

Wireless Propagation Radio

• Free Space Loss

Diasumsikan terdapat satu sinyal langsung (line of sight path) sangat mudah memprediksi

dengan free space formula

• Reflection

Terdapat sinyal tak langsung datang ke receiver setelah mengalami pantulan terhadap objek.

Mungkin terdapat banyak pantulan yang berkontribusi terhadap besarnya delay.

• Diffraction

Propagasi melewati objek yang cukup besar 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.

Mekanisme Model Propagasi

The Multipath Environment

• Sinyal yang diterima oleh user merupakan penggabungan dari beberapa model

propagasi (multipath), sehingga sinyal yang dibangkitkan merupakan penjumlahan

dari sinyal yang mengalami redaman, pergeseran phasa dan time delayed dari sinyal

yang ditransmisikan.

• Karena sinyal yang diterima berasal dari kanal multipath, maka terjadi fluktuasi daya

pada sinyal terima atau disebut dengan FADING

Definisi Fading • FADING : Fenomena fluktuasi daya sinyal terima akibat adanya proses propagasi dari gelombang radio • Fading terjadi karena interferensi atau superposisi gelombang mutipath yang memiliki amplitudo dan fasa yang

berbeda-beda.

• Pengaruh Fading terhadap level sinyal terima adalah dapat meguatkan ataupun melemahkan tergantung phasa dari sinyal resultan masing-masing path.

Jenis Fading

FADING

Large Scale Fading

Terdistribusi Log normal

Small Scale Fading

Terdistribusi Reyleigh/rician

B. Large Scale Fading / Shadowing

Kuat sinyal (dB)

Jarak

Large Scale Fading disebabkan

karena akibat keberadaan obyek-

obyek pemantul serta penghalang

pada kanal propagasi serta

pengaruh kontur bumi,

menghasilkan perubahan sinyal

dalam hal energi, fasa, serta delay

waktu yang bersifat random.

Definisi : local mean ( time averaged ) dari variasi sinyal

Sesuai namanya, large scale fading memberikan representasi rata-rata daya sinyal terima dalam suatu daerah yang luas.

Statistik dari large scale fading memberikan cara perhitungan untuk estimasi pathloss sebagai fungsi jarak.

2m

2

2

)mm(

m

e2

1)m(p

Dengan, m = normal random variabel kuat sinyal (dBm)

= rata-rata (mean) kuat sinyal (dBm)

m = standar deviasi

m

Probability Distribution Function (PDF) dari suatu variabel random yang terdistribusi lognormal dinyatakan sbb :


Pada gambar di samping, diberikan pemetaan

kuat sinyal berdasarkan hasil pengukuran di

suatu kota besar. Sehingga tampak bahwa

kerapatan bangunan mempengaruhi kuat sinyal.

Dari gambar di samping , tampak bahwa kuat

sinyal di berbagai bagian kota berbeda-beda. Hal

tersebut disebabkan karena superposisi

gelombang di berbagai tempat tadi bisa saling

menjumlah maupun saling mengurangi.

Pada gambar di samping, warna yang berbeda menunjukkan distribusi large scale fading

pada masing-masing lokasi yang terkait dengan kontur bumi dan kerapatan bangunan. Jika

MS bergerak, maka penerimaan akan bervariasi dengan cepat dan sangat terpengaruh

dengan pergerakan MS tersebut, yang distribusi variasi-nya merupakan karakteristik dari

small scale fading.


Metoda Pengukuran dengan Regresi

• Pilih beberapa lokasi

berjarak d1 dan lakukan

pengukuran path loss

• Ulangi untuk d2 and d3 , dst

• Plot nilai mean pathloss

sebagai fungsi jarak

• See next page

Cell site (Tx)

d1 d2

d3


Pengukuran Pathloss

• 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%

2 wavelength

• Hasil pengukuran sinyal dapat dilihat sebagai berikut :


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


Distance d [km]

Pa

th lo

ss

[dB

] urban

suburban

open

x

x x

x x

x x x

x x

x x

x x

x x

o o

o

o o o

o o

o o

o o

o o

o

o o

# #

# #

# #

#

3 4 6

79

85

75

Aplikasi dalam prediksi cakupan

• Contoh misalkan untuk jarak d2 = 4 km

(lihat halaman sebelumnya untuk daerah

urban)

• Misal path loss pada 4 km adalah 79 dB.

• Pathloss ini didesain untuk suatu nilai

rata-rata dengan tingkat keyakinan 50 %

• Dengan STDev untuk urban adalah 7 dB,

Maka, untuk mendapatkan tingkat

keyakinan (confidence level) 84 %

(1) membutuhkan margin 7 dB , dan

untuk tingkat keyakinan 97.7 % (2)

membutuhkan margin 14 dB

Cell site (Tx)

d1 d2 d3

Akan dijelaskan lebih lanjut

bagian prediksi cakupan !!


Contoh :

Hasil pengukuran

pathloss pada kota-kota

di Jerman.

Dari data disamping

didapatkan : mean

pathloss eksponen = 2,7

dan = 11,8


Small Scale Fading • Small scale fading atau sering disebut juga sebagai multipath fading,

dihasilkan oleh dua macam mekanisme, yaitu :

a) Time Spreading Sinyal sebagai akibat dari multipath dan

b) Time varying channel disebabkan oleh pergerakan

• Faktor fisik yang mempengaruhi small scale fading adalah :

Adanya objek pemantul

dan scatterer akan

menyebabkan hilangnya

energi sinyal pada

amplituda, fasa, dan waktu.

Ini akan menyebabkan Rx

menerima banyak versi dari

sinyal yang dikirimkan.

Propagasi

Multipath

Kecepatan

Pengguna

Pergerakan relatif antara base

station dan pengguna akan

menghasilkan frekuensi

modulasi yang acak karena

perbedaan Doppler shift pada

tiap komponen multipath.

Doppler Shift akan bernilai (+)

atau (-) tergantung apakah

pengguna bergerak mendekat

atau menjauh dari base

station.

Kecepatan Objek

di Sekitarnya

Jika objek pada kanal radio

bergerak , maka akan

terjadi perubahan Doppler

Shift terhadap waktu pada

setiap sinyal multipath.

Efek pergerakan tersebut

akan menjadi dominan

ketika objek bergerak lebih

cepat dibandingkan

pengguna dan sebaliknya.

Lebar Bandwidth

Jika Bw sinyal yang

ditransmisikan > Bw

kanal multipath maka

akan mengalami

frequency selective

fading.

Small Scale Fading( Delay Spread)

• Time spreading sinyal menyebabkan sinyal datang dengan delay yang berbeda-beda atau disebut

dengan delay spread.

• Delay spread biasanya digambarkan dengan delay profile, dimana sinyal utama dan sinyal delay

digambarkan dengan beberapa sinyal pulsa dengan delay dan daya yang berbeda-beda.

• Efek yang ditimbulkan Delay spread adalah Flat Fading dan Frequency Selective Fading

Small Scale Fading( Delay Spread)

• Flat Fading: the channel has a constant response for bandwidth

greater than the transmitted signal bandwidth

• Frequency Selective Fading

TS

CS

T

BB

S(f)

R(f)

TS

CS

T

BB

S(f)

R(f)

C(f)

C(f)

Rule of thumb: frequency selective if

ST T1.0 Needs channel equalization

Small Scale Fading(Doppler Spread)

• Doppler Spread adalah ukuran perluasan spektral (Spektral Broadening) karena adanya

perubahan kanal terhadap waktu akibat dari pergeseran frekuensi karena adanya pergerakan

pengguna / objek disekitarnya. Pergeseran frekuensi dapat dihitung dengan persamaan sebagai

berikut :

Dimana, 𝑓 = frekuensi carrier

𝑣 = 𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑔𝑢𝑛𝑎

θ = sudut kedatangan sinyal relatif terhadap

arah kecepatan pengguna.

• Nilai maksimum perluasan spektral adalah

dua kali besar pergeseran frekuensi maksimum (𝑓𝑚)

• Efek yang ditimbulkan Doppler Spread adalah :

Fast Fading dan Slow Fading

• Fast fading – Respon impuls kanal berubah dengan cepat dalam satu durasi simbol.

Hal ini diakibatkan karena :

1) coherence time < periode simbol sinyal yang ditransmisikan, atau

2) Bw Doppler Spread > Bw Sinyal.

Jenis fading ini mengakibatkan berkurangnya daya sinyal, distorsi sinyal dan masalah

sinkronisasi dapat diatasi dengan error control dan interleaving.

• Slow fading – Kecepatan perubahan respon impuls kanal lebih lambat daripada

durasi simbol yang ditransmisikan. Hal ini diakibatkan karena :

1) coherence time > periode simbol sinyal yang ditransmisikan, atau

2) Bw Doppler Spread < Bw Sinyal.

Jenis fading ini mengakibatkan berkurangnya daya sinyal dapat diatasi dengan

teknik diversitas, error control dan power control.

Small scale fading: classification

CS

DS

TT

BB

CS

DS

TT

BB

Tipe Small Scale Fading

Small Scale Fading(model statistik)

Pada lingkungan NLOS, distribusi Rayleigh sering

digunakan untuk menggambarkan statistik variasi sinyal

pada kanal flat fading atau pada masing-masing path pada

lingkungan multipath. Kecepatan variasi sinyal bergantung

pada doppler spread.

Ketika ada satu sinyal dominan (LOS), maka distribusi

variasi sinyal dapat terdistribusi Rician.

Fading Rayleigh Fading Rician

Pada komunikasi seluler dengan kanal multipath, model statistik yang

sering digunakan adalah ;

DISTRIBUSI RAYLEIGH memiliki probability density function (pdf), sbb:

0r0

r02

rexp

r

rp 2

2

2

Probability Density p(r)

Amplitude (r)

Threshold

Dimana,

= nilai rms dari sinyal terima, sebelum deteksi envelope

2 menyatakan daya rata-rata waktu, sebelum deteksi envelope

Kemudian, probabilitas envelope sinyal tidak melebihi suatu nilai R yang

ditentukan, dapat diturunkan sbb:

R

0

2

2

r2

Rexp1drrpRrP)R(P Ini adalah CDF

(Cumulative Distribution Function) !


Nilai mean rmean dari distribusi Rayleigh diberikan oleh :

σ1.2533

0

mean2

drrprrEr

Sedangkan variansi dari distribusi Rayleigh, r2 , menyatakan daya ac envelope

sinyal ,

2σ0.4292

22

2

2

0

22222

drrprrErEr

Nilai median dapat diselesaikan,

σ1.177 medianr

0

medianrdrrp2

1


Bagaimana DISTRIBUSI RICIAN ?

TX RX

line of sight

reflections

N

1k

k0k0r tf2cosatf2cosCte

Model persamaan sinyal :

Distribusi Rician terjadi kalau ada komponen sinyal yang dominan Pada model di atas, komponen sinyal yang dominan adalah komponen sinyal LOS (line of sight)

Dimana, C = amplitudo komponen sinyal LOS ak , k = amplitudo dan fasa sinyal multipath ke-k


Distribusi RICIAN diberikan oleh persamaan berikut:

0r0

r,0ACr

I.2

Crexp

r

rp 202

22

2

I0(•) adalah fungsi Bessel termodifikasi bentuk pertama orde nol

Distribusi Rician sering dideskripsikan dalam Parameter K ( K factor ), dimana:

2

2

2

CK

atau , dalam dB

2

2

2

Clog10dBK


• K = 4 ... 1000 (6 to 30 dB) Untuk

sistem micro-cellular

• K tak berhingga (K), artinya :

Komponen LOS dominan

sangat kuat dibanding komponen

lainnya

PDF Rician berbentuk

menuju PDF Gaussian dengan

kecil

• Severe Fading (K = 0): Fading terjadi

dengan hebat dan sangat galak

Itulah Rayleigh Fading

NILAI-NILAI K


Small Scale Fading – Parameter kanal multipath – parameter dispersi waktu

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 · Wireless Propagation Radio ... (multipath), sehingga sinyal yang ......

Documents

Transcript of Teknik Transmisi Seluler · Wireless Propagation Radio ... (multipath), sehingga sinyal yang ......