SISTEM KOMUNIKASI BERGERAK Propagasi Large Scale Fading 1
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 & Diffraction Model-model Propagasi Outdoor – – Model Okumura-Hata Model COST 231 Model Walfish Ikegami Model Lee Teknik Perkiraan Path Loss secara Praktis (Teknik statistik) – – Log Distance Path Loss Model Log-normal Shadowing
Pendahuluan
Kenapa penting untuk mengerti karakteristik-karakteristik dari kanal wireles ? – menentukan desain sinyal yang paling baik – mengembangkan teknologi-teknologi baru dalam dan penerimaan sinyal pentransmisian – 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 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 sangat Reflection 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 pangkatterhadap 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 Large Scale Fading Terdistribusi log normal Fading Small Scale Fading Terdistribusi Rayleigh / Rician • 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
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 (d. B) 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 : w PT 4 d 2 Daya terima dinyatakan: PR A PT 2 4 d dimana A adalah `antenna aperture' atau Area/daerah efektif penerimaan
(Free Space Prop. Model), continued The antenna gain GR is related to the aperture A according to GR 4 2 P R = PT G R Thus the received signal power is 2 A 4 1 4 d 2 2 P R =PT GT G R 4 d Received power decreases with distance, PR : : d-2 Received power decreases with frequency, PR : : f -2 Cellular radio planning: Path Loss in d. B: Lfs = 32. 44 + 20 log (f / 1 MHz) + 20 log (d / 1 km)
Bersambung…
1. 17 Pendahuluan Komunikasi Gelombang Mikro dan Satelit…. • Rumus Transmisi Friis, LP 32, 45 20 logf(MHz) 20 log. D(Km) • Asumsi : hanya ada 1 gelombang langsung dari pengirim ke penerima • Perencanaan link dibuat dengan menjaga agar daerah Fresnell I (R 1) bebas dari penghalang dengan cara meninggikan menara pemancar dan penerima Jari-Jari Fresnell I R 1 3/7/2010 4 h 1 h 2
1. 18 Pendahuluan 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. 19 Pendahuluan Plain Earth Propagation Model Propagation Gelombang Langsung. . . Rumus Transmisi Friis • Lintasan gelombang langsung merupakan lintasan bebas pandang ( line of sight space propagation ) • Apabila, Pt Pr 3/7/2010 4 d . Po Rx d Pt = Daya Pancar GT = Penguatan Antena Pemancar ( Tx ) GR = Penguatan Antena Penerima ( Rx ) 2 Pr Tx Po = Pt. GT. GR maka, f Pr Po 4 d 2 Po Loss L 4 d 2
20 1. Pendahuluan (Ground Reflection) Waves travelling over land interact with the earth's surface. Norton: For propagation over a plane earth, E i = E 0 i 1+ Rc e j +(1 - Rc ) F( )ej + , where Rc E 0 i F(. ) is the reflection coefficient, is theoretical field strength for free space 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 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
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
23 1. Pendahuluan (Reflection & Diffraction ) , continued The diffraction parameter v is defined as v hm 2 1 + 1 dt dr , where hm is the height of the obstacle, and dt is distance transmitter obstacle dr is distance receiver - obstacle The diffraction loss Ld, expressed in d. B, is approximated by Modul 3 Large Scale Fading Ld 6 9 v 1. 27 v 2 0 v 2. 4 13 20 logv v 2. 4
1. 24 Pendahuluan Plain Earth Propagation Model Propagation Gelombang Pantul. . . a 1 2 a 1, 2 = Koefisien refleksi = Sudut pantul gelombang Koefisien refleksi tergantung pada polarisasi gelombang dan sudut pantulnya Polarisasi vertikal Polarisasi horisontal a. e h j h sin 1 2 c cos 1 1/2 j a v. e v c sin 1 2 cos c 1 c sin 1 2 c cos 1 1/2 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. 25 Pendahuluan Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul. . . • Daya terima, sebagai fungsi dari daya pancar dinyatakan oleh ekspresi berikut. . . Pt 2 1 Pr Po 4 d Pr . 1 a. e j Po 4. 1 cos 2 d 2 1 3/7/2010 a h 2 2 d j. sin 2 | 1 - cos Pr Pr h 1 - j. sin Po. 2(1 cos ) Po 1. 2. 2. sin 2 2 4 d 2 2 | = = = 1 cos 2 sin 2 (1 - cos )2 + sin 2 1 - 2 cos + cos 2 2 - 2 cos 2. (1 - cos ) 2 + sin 2
1. 26 Pendahuluan Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul. . . Po Pr. 2(1 cos ) Po 1. 2. 2. sin 2 Pr Po 4. sin 2 2 4 d Apabila terdapat 2 macam gelombang dengan perbedaan jarak tempuh d, maka perbedaan fasa antara kedua gelombang tersebut adalah : T =. d d h 1 -h 2 h 1 R 1 d 1 h 1+h 2 d 2 O h 2 2 h M I 3/7/2010 2 2 Sedangkan perbedaan jarak tempuh d dicari dari analisis geometris di samping d = d 2 - d 1 = TOR - TR = TOM - TR
1. 27 Pendahuluan Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul. . . T d d 22 d 1 2 d 2 = (h 1 + h 2)2 + d 2 = (h 1 - h 2)2 + d 2 2 - h 1 -h 2 h 1 R 1 d 1 2 2 h O 2 h d 2 = (h + h )2 + d 2 - [ (h - h )2 + d 2 ] h +h d 1 2 1 2 2 = (h 1 + h 2) - (h 1 - h 2) M 2 = h 12 + h 22 + 2 h 1 h 2 - (h 12 + h 22 - 2 h h 1 2) = 4 h 1 h 2 I karena, d 2 2 - d 12 = (d 2 + d 1 ). (d 2 - d 1) maka, Sehingga dapat diturunkan …. 4. h h d d 1 d 2 2 1 3/7/2010 h 2 << h 1 << d dan d 4 h 1 h 2 << maka d 2 d 1 = (d 2 + d 1). d 2. h h 1 2 d d
28 1. Pendahuluan Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul. . . Jadi, beda fasa antara =. d gelombang langsung dan pantul 4. h 1 h 2 d 2. h h 12 d d Kembali pada persamaan sebelumnya, ekspresi daya terima sebagai superposisi 2 gelombang langsung dan gelombang pantul, dinyatakan sbb : Pr Po 4 4 d 2 hh 2 Pr Po. 1 2 d 2 3/7/2010 . sin 2 Pr Po 2 Po d 2 hh 12 2 untuk << sin 2 2 4. 4. h 1 h 2 Pr Po 2 2. d 4 d 4 4 d 2 . 2 4. h 1 h 2 d 2 hh 1 Po. 12 d 2
29 1. Pendahuluan Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul. . . hh 2 Po Pr Po. 1 2 Plane Earth Propagation Model 2 d 2 yang mengasumsikan terdapat 1 d 2 gelombang langsung dan 1 hh gelombang pantul sangat umum 12 Jadi, loss propagasi dengan model bahwa terdapat 1 gelombang pantul dan 1 gelombang pantul, dapat didefinisikan sbb : Lp 3/7/2010 d 2 hh 1 2 digunakan sebagai model dalam analisis teoritis Dalam rumus redaman propagasi di samping, tampak bahwa redaman propagasi berbanding lurus dengan jarak Tx-Rx pangkat empat, 2 4 p
1. 30 Pendahuluan Plain Earth Propagation Model Superposisi Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul. . . 4 p 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 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
40 LLee L 0 dan di mana F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 hb 30. 5 PT 10 2 hb dalam m PT dalam W F 3 Gb 4 F 4 hm 3 F 5 log d didapat dari table F 0 fc f 0 L 0 Environment Free Space Open (Rural) Suburban Urban: Tokyo Philadelpia Newark Gb = gain antena BS dalam skalar n 2 hm dalam m fc=frekuensi carrier dlm MHz f 0=frekuensi referensi dlm 900 MHz n=2 -3 Modul 3 Large Scale Fading F 0 L 0 [d. B] 91. 3 104. 0 20 43. 5 38 128. 0 112. 8 106. 3 30 36. 8 43. 1
41 Log Distance Path Loss Model L [d. B]=L (d 0)+10 log (d/d 0) dari table 3. 2 (Rappa, pp 104) Environment Free Space Urban Shadowed Urban in building LOS in building Obstructed in factories Obstructed Modul 3 Large Scale Fading Pathloss Exponent 2 2. 7 - 3. 5 3. 0 - 5. 0 1. 6 - 1. 8 4. 0 - 6. 0 2. 0 - 3. 0
42 L [d. B]=L (d 0)+10 log (d/d 0) + X Shadowing effect + 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
51 Pengukuran Pathloss • 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
52 Metoda Pengukuran dgn Regresi • Pilih beberapa lokasi berjarak d 1 dan lakukan pengukuran path loss d 1 • Ulangi unttuk d 2 and d 3 , dst • Plot nilai mean pathloss sebagai fungsi jarak Modul 3 Large Scale Fading d 2 d 3 Cell site ( Tx)
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
54 Mendapatkan Mean dan Standar Deviasi 85 79 75 x x x Path loss [ d. B] • 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 d. B/decade and Std dev. = 7 d. B Modul 3 Large Scale Fading x xo x x ox o o suburban o o o o x x x o o urbxan x x o # # # open # # 3 4 6 Distance d [km]
This document was created with Win 2 PDF available at http: //www. daneprairie. com. The unregistered version of Win 2 PDF is for evaluation or non-commercial use only.
- Slides: 54