VALIDASI MODEL REDAMAN HUJAN PADA DAERAH TROPIS DENGAN EFEK MULTIPLE SCATTERING MENGGUNAKAN UKURAN TITIK HUJAN BERDISTRIBUSI EKSPONENSIAL DAN WEIBULL

Transkripsi

1 VALIDASI MODEL REDAMAN HUJAN PADA DAERAH TROPIS DENGAN EFEK MULTIPLE SCATTERING MENGGUNAKAN UKURAN TITIK HUJAN BERDISTRIBUSI EKSPONENSIAL DAN WEIBULL FIKIH FIDDIN A PEMBIMBING Prof.Ir.Gamantyo Hendrantoro, M.Eng., Ph.D. Eko Setijadi, ST. MT., Ph.D.

2 LATAR BELAKANG Penggunaan Teknologi Wireless Titik-titik Hujan Frekuensi Tinggi Turunnya Kualitas Telekomunikasi Absorption dan Scattering Redaman Hujan

3 RUMUSAN MASALAH Bagaimana model redaman hujan pada daerah tropis dengan mempertimbangkan efek multiple scattering? Berapa nilai koefisien redaman hujan spesifik dari perhitungan menggunakan analisis numerik dengan distribusi titik hujan Eksponensial dan Weibull? Model redaman hujan manakah yang sesuai antara perhitungan dengan efek multiple scattering dengan validasi?

4 BATASAN MASALAH Distribusi ukuran titik hujan yang digunakan adalah DSD Eksponensial dan Weibull. DSD Eksponensial meliputi: DSD Eksponensial Marshall-Palmer, Le Wei Li dan Lince. Sedangkan DSD Weibull yang digunakan adalah DSD Weibull Sekine dan Lince. Bentuk Titik hujan yang digunakan adalah Spherical. Pengaruh kecepatan jatuh dan sudut jatuh diabaikan. Validasi dilakukan dengan menggunakan redaman Sekine, redaman daerah tropis, dan redaman ITU-R P

5 TUJUAN Mendapatkan model redaman hujan menggunakan distribusi ukuran titik hujan eksponensial dan weibull Mendapatkan koefisien redaman hujan menggunakan distribusi ukuran titik hujan eksponensial dan weibull Memvalidasi model redaman hujan yang dibuat

6 METODOLOGI Model DSD Eksponensial Marshal- Palmer Model DSD Eksponensial Le Wei Li Model DSD Eksponensial Lince Model DSD Weibull Sekine Model DSD Weibull Lince Analisis Numerik redaman hujan Analisis Numerik redaman hujan Analisis Numerik redaman hujan Analisis Numerik redaman hujan Analisis Numerik redaman hujan Validasi model redaman hujan Pengukuran dan Perhitungan Redaman Hujan Sekine, Surabaya dan ITU-R Penarikan Kesimpulan

7 Mulai Input: f, R,T.Q Perhitungan permitivitas air PEMBANGKITAN TITIK HUJAN Perhitungan radius kolektif q=1 Perhitungan radius titik hujan q=q+1 q=q yes no Selesai

8 PERMITIVITAS AIR

9 GRAFIK PERMITIVITAS AIR

10 PENGALOKASIAN TITIK HUJAN Radius Kolektif Titik pusat dari titik hujan yang ke-q

11 Pengalokasian 16 Titik Hujan z (m) y (m) x (m)

12 Koefisien Marshall-Palmer DSD Eksponensial Le Wei Li No = No = Lince No = 2108 Radius Titik Hujan

13 DSD Weibull Koefisien Sekine Lince No = 1000 No = R R R R Radius Titik Hujan

14 Perbandingan model DSD dari kiri atas R=1, 32, 128 mm/jam

15 Pembangkitan Radius Titik Hujan

16 Mulai 1 Input: Q, ɛr, ɑf, ɑ q Perhitungan Koɑ q dan kɑ q PERHITUNGAN DAN Perhitungan Ko dan k q=1 n=1 Perhitungan Mie's coefficients PEMODELAN REDAMAN Perhitungan Truncation Number n=n+1 No HUJAN q=1+q n=nq Yes No q=q q=q+1 q=1 Yes q=q No Yes 1 2

17 2 q=1 Perhitungan kɑ q n=1 3 Perhitungan Extinction Cross Sections Perhitungan Redaman Hujan Spesifik n=n+1 n=nq Yes q=q+1 q=q No No Regresi Koefisien k dan α Selesai 3 Yes PERHITUNGAN DAN PEMODELAN REDAMAN HUJAN

18 Metode Analisis Numerik(1) ko dan k dimana: Truncation Number

19 Metode Analisis Numerik(2) Mie s Coefficient Extinction cross section Redaman Hujan

20 Selesai METODE VALIDASI Pengambilan nilai dari grafik Validasi Pembuatan Grafik Validasi Ulang Perbandingan Grafik Hasil Perhitungan dengan Grafik Validasi melalui RMSE Penarikan Kesimpulan (1) (2) Mulai Pembuatan Grafik Validasi dari koefisien redaman Perbandingan Grafik Hasil Perhitungan dengan Grafik Validasi melalui RMSE Penarikan Kesimpulan (3) Pembuatan Grafik Validasi dari koefisien redaman Perbandingan Grafik Hasil Perhitungan dengan Grafik Validasi melalui RMSE Penarikan Kesimpulan

21 Perbandingan dengan Model Redaman Sekine

22 Perbandingan dengan Grafik Validasi Redaman Surabaya Perhitungan pada Frekuensi 28 GHz

23 Perbandingan dengan Redaman ITU-R Perhitungan pada Frekuensi 28 GHz

24 Perbandingan dengan Redaman ITU-R Perhitungan pada Frekuensi 120 GHz

25 Perbandingan dengan Redaman ITU-R Perhitungan pada Frekuensi 500 GHz

26 TABEL NILAI RMSD Model DSD Redaman Sekine Redaman Hujan Tropis ITU 28 GHz H ITU 28 GHz V ITU 120 GHz H ITU 500 GHz H Eksponensial MP Eksponensial Le Wei Li Eksponensial Lince Weibull Sekine Weibull Lince

27 Koefisien Redaman Hujan Spesifik

28 Kesimpulan (1) Pada Curah hujan yang rendah, radius titik hujan yang berukuran besar jumlahnya lebih sedikit dari pada saat curah hujan tinggi. Demikian sebaliknya Rata-rata radius pada pembangkitan menggunakan distribusi eksponensial memiliki variasi rata-rata radius titik hujan terkecil dari pada pembangkitan titik hujan menggunakan distribusi Weibull. Rata-rata radius titik hujan pada daerah tropis lebih besar dari pada rata-rata radius titik hujan pada daerah nontropis.

29 Kesimpulan (2) Redaman hujan mulai berpengaruh pada frekuensi 10 GHz dan mengalami nilai tertinggi pada frekuensi sekitar 125 GHz. Nilai redaman hujan spesifik terbesar pada curah hujan rendah dan sedang yaitu pada model DSD Eksponensial Le Wei Li. Oleh karena distribusi titik hujan Eksponensial Le Wei Li diukur pada daerah tropis, maka dapat disimpulkan bahwa pada daerah tropis menunjukkan nilai redaman hujan terbesar. Pada curah hujan tinggi, nilai redaman hujan terbesar yaitu pada DSD Weibull Sekine Model redaman dari model DSD Eksponensial Le Wei Li mendekati model redaman Sekine dengan nilai RMSE sebesar

30 Kesimpulan (3) Model redaman hujan DSD Eksponensial Le Wei Li sesuai digunakan untuk prediksi redaman hujan di wilayah tropis. Nilai redaman hujan yang paling mendekati nilai redaman hujan ITU-R adalah nilai redaman yang menggunakan DSD Eksponensial Marshall-Palmer dan Le Wei Li. Metode perhitungan dengan mempertimbangkan efek multiple scattering pada tugas akhir ini valid untuk digunakan pada perhitungan redaman hujan sebab model redaman hujan dengan metode perhitungan ini memiliki model yang mendekati penelitian dan pengukuran sebelumnya. Distribusi Eksponensial Lince dan Weibull Lince menunjukkan nilai redaman yang terlalu kecil. Menunjukkan bahwa distribusi ini tidak valid untuk perhitungan redaman hujan spesifik.

31 DAFTAR PUSTAKA(1) Markis, Lince, Karakteristik Distribusi Ukuran Titik Hujan dan Penggunaannya dalam Prediksi Redaman Hujan pada Sistem Komunikasi Gelombang Milimeter. Tesis Jurusan Teknik Elektro ITS, Kanellopoulos J.D, Koukolas S.G., Outage Performance Analysis of Route Diversity Systems of Cellular Structure, Radio science Vol.26, Number 4, 1991, hal Setijadi, E., Matsushima, A., Tanaka, N., Hendrantoro, G., Effect of Temperature and Multiple Scattering on Rain Attenuation of Electromagnetic Waves by a Simple Spherical Model. PIER 99, , Sekine, M., C.-D. Chen, dan T. Musha, Rain attenuation from Log-normal AND Weibull Raindrop-size distribution, IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 35, No. 3, , Ariawan, R., Komunikasi Pribadi

32 DAFTAR PUSTAKA(2) ITU-R P.838-3, Specific attenuation model for rain for use in prediction methods, May Simon, R., Saunders Antenna and Propagation for Wireless Communication. John Wiley & Sons. Ltd. Rappaport, Theodore S., 1996, Wireless Communications - Principles & Practice., New York : Prentice Hall David A., On The Laws-Parson Distribution of Raindrop Sizes. Radio Science, VOL. 36 No.4, PP Hans, R., Pruppacher, James, D., Klett, Microphysics of Clouds and Precipitation Pruppacher, H. R. and R. L. Pitter, Semi-Empirical Determination of the Shape of Cloud and Rain Drops," J. Atomos. Sci., Vol. 28, No. 1, 86-94, Seybold. John S. Introduction to RF Propagation. New Jersey: John Wiley and Sons,Inc; Hal.218

33 DAFTAR PUSTAKA(3) Marshall, J. S. and Palmer, W. M., The distribution of raindrops with size, J. Meteorology, Vol. 5, , Yeo, Tat Soon., Pang-Shyan Kooi, Mook-Seng Leong, Le-Wei Li, Tropical Raindrop Size Distribution for the Prediction of Rain Attenuation of Microwaves in the GHz Band. IEEE Transaction on Antennas and Propagation. VOL. 49. NO. 1 Januari 2001 Ishimaru, A., Multiple Scattering Calculations of Rain Effects, Radio Science, Vol. 17, No. 6, , Tsolakis, A. I. dan W. L. Stutzman, Multiple Scattering of Electromagnetic Waves by Rain, Radio Science, Vol. 17, No. 6, , Liebe, H. J., G. A. Hufford, and T. Manabe, A Model for The Complex Permittivity of Water at Frequencies Below 1THz," Int. J. Infrared Millimeter Waves, Vol. 12, No. 7, , Brussaard, G. dan P. A. Watson, Atmospheric Modelling and Milimeter Wave Propagation, Sec. 4.2, Chapman & Hall, London, 1994.

34 Terima kasih Alhamdulillah