Kualitas Sistem dan Link Budget. Sistem Transmisi

Transkripsi

1 Kualitas Sistem dan Link Budget Sistem Transmisi

2 Kualitas Sistem: Kinerja Sinyal Informasi (BER ; Eb/No; S/N; C/N ; delay; dll) lihat kembali BB, IF & RF Processing Kehandalan Sistem (Path Availability dan Equipment Availability/ Reliability)

3 AVAILABILITY

4 AVAILABILITY ctd

5 AVAILABILITY ctd PATH UNAVAIBILITY DINYATAKAN OLEH PERSAMAAN BERIKUT : Pr (%) = a.b.f.d FM/10 DAN PATH AVAIBILITY : AV PROP (%) = 100 Pr (%) KETERANGAN RUMUS : a = 4 UNTUK PERMUKAAN TANAH HALUS, AIR = 1 UNTUK PERMUKAAN TANAH BIASA = ¼ UNTUK PEGUNUNGAN, PERMUKAAN TANAH b = ½ PANAS = ¼ SUBTROPIS = 1/8 SANGAT DINGIN f = FREKUENSI d = PANJANG LINTASAN (KM) FM = FADING MARGIN (db)

6 CARA MENGONTROL AVAIBILITY ANTARA LAIN DENGAN CARA PEMASANGAN PERANGKAT SECARA REDUNDANT (HOT STANDBY, COOL STANDBY, SPACE DIVERSITY ATAU FREQUENCY DIVERSITY DAN MERENCANAKAN ROUTE) BERIKUT INI ADALAH TOLERANSI MAKSIMUM TERJADI OUTAGE TIME UNTUK BEBERAPA JENIS INFORMASI JENIS INFORMASI VIDEO DATA VOICE BATAS TOLERANSI 100 MIKRO DETIK 10 MIKRO DETIK 100 MILI DETIK AKIBAT YANG DITIMBULKAN LOSS OF SYNCH ERROR LOSS

7 BERIKUT INI ADALAH TABEL YANG MENYATAKAN HUBUNGAN ANTARA KEHANDALAN (AVAIBILITY) DAN OUTAGE TIME

8 AVAILABILITY ctd

9 AVAILABILITY ctd

10 AVAILABILITY ctd

11 AVAILABILITY ctd

12 FADING

13 Mekanisme terjadinya multipath fading

14 FADING ctd

15 FADING ctd

16 Definisi-Definisi Link Budget Link Budget adalah Anggaran daya Perhitungan-perhitungan level daya yang dilakukan untuk memastikan bahwa level daya penerimaan lebih besar atau sama dengan level daya threshold Level daya threshold Level daya minimum yang diperlukan agar sistem penerima dapat bekerja dengan baik sesuai dengan QoS (quality of service) yang dipersyaratkan

17 Definisi Yang sangat mempengaruhi perhitungan Link Budget adalah Frekuensi operasi (operating frequency) Spektrum yang dialokasikan Keandalan (link reliability) Komponen-komponen fisik sistem Fading Perbedaan antara uplink dan downlink

18 definisi Wireless radio structure.. Tiap device yang ada dia antara modulator dan demodulator, akan berkontribusi memberikan penguatan, pelemahan, atau interferensi terhadap sinyal sehingga mempengaruhi carrier to noise ratio (C/N)

19 definisi Struktur Umum Transmitter dan Receiver

20 definisi Tx dan Rx pada antena tunggal

21 Definisi Link budget adalah perhitungan untuk identifikasi gain dan loss dalam sistem Tujuan link budget: keseimbangan gain dan loss untuk mencapai C/ N yang diinginkan di receiver Filter Mod Tx Amp Saltran Pre Amp Demod

22 RF Link Budget Path Antenna Jumper to Antenna Tower Top Amplifier Jumper Path Loss - Reliability - Margins Main Transmission Line Surge Protector Jumper Directional Coupler Jumper Duplexer Jumper Antenna Jumper Duplexer Tx Path or Rx Path Tx Path or Rx Path

23 Dasar Pemahaman Link Budget P T EIRP Loss Propagasi ( L P ) Diagram Level L ft G T G R L fr P R Fading Margin Daya terima, naik-turun karena fading Lihat diagram di atas... C N Threshold BER Noise Figure Effective Noise Spectral Density Noise Spectral Density P = Threshold + FM + L G + L G + T fr R P T L ft

24 RF Link Gains & Losses MS BTS Subscriber Tx Power Subscriber Rx Sensitivity Subscriber Line Loss Subscriber Antenna Gain Body Loss Vehicle Loss Building / Indoor Loss RF Path Loss (along with frequency, antenna heights and propagation model determines range) Shadow Fade Margin (Reliability) BTS Antenna Gain Transmission Line Loss Jumper & Connector Loss BTS Tx Power BTSS Rx Sensitivity RF Gains & Losses

25 C. Komponen-Komponen Link Budget Saluran Transmisi Atau Feeder, atau disingkat Sal-tran Definisi: didefinisikan sebagai alat untuk menyalurkan energi elektromagnet dari suatu titik ke titik lain. Saluran transmisi dapat berupa kabel koaxial, kabel sejajar/twinlead, bumbung gelombang, optik, dan sebagainya Sifat: Saluran transmisi ideal tidak meredam Umumnya saltran meredam, satuan konstanta redaman dalam (db/m) L f = α L α= konstanta redaman (db/m) L = panjang saltran (m) Pers. C.1

26 Transmission Line Loss Transmission Line Loss: Typical Ranges from 1-6 db Differences in cable loss due to: Cable types (air, foam dielectric) Diameter of cable Lengths (taller towers will have a longer run of coax) Frequency Include Jumpers Main transmission run Connectors Surge (Lightning) protectors Directional Couplers Duplexers Jumper to Antenna Tower Top Amplifier Jumper Main Transmission Line Surge Protector Jumper Directional Coupler Jumper Duplexer Jumper

27 Komponen Antenna Lambang G T (Transmitter), G R (Receiver) Definisi: alat untuk meradiasikan/menerima energi gelombang elektromagnetik dari udara Karakteristik-karakteristik antena: Gain, beam pattern, efisiensi Dalam link budget, parameter dipakai adalah GAIN Gain antena parabola (rumus umum): Gain Rumus praktis (asumsi efisiensi = 55%) Gain = λ 10 log 6D + 2,14 dbi = Feet 20log F MHz D ( ) + 20log ( ) 52, 5 dbi Sumber: Freeman, Roger, Telecommunication Transmission Handbook, John Willey & Sons, 1991 Pers. C.2

28 Antenna Gain Base Station Antenna Gain: 16.5 dbi (14.5 dbd) Ranges from dbi Lower gain and higher gain antennas are available from antenna vendors. The choice of 16.5 dbi represents a compromise between the higher gain antennas which are physically larger, more expensive and have narrower vertical beamwidths and the lower gain antennas which are smaller, less expensive and have broader vertical beamwidths. Omni versus directional Subscriber Antenna Gain: 0 dbi (-2 dbd) Ranges from 0-3 dbi If the user does not extend the antenna a 2 to 4 db loss can result. Standard indoor FWT spike antenna is 1 dbd. Omni gain or directional antennas, connected to the FWT, can range from 3 to 7 dbd.

29 Komponen Loss Propagasi Lambang L P, satuan dalam db Definisi: rugi-rugi energi yang dialami gelombang EM ketika melewati udara (kanal propagasi) Line of Sight Communication: L fs(db) = 32,5 + 20log f(mhz) + 20log d L db) = 92, log f + 20log d fs ( GHz ) L (db) = 36,5 + 20log f + 20log d (km) ( ( km ) fs (MHz) (mi) Fungsi dari jarak dan frekuensi Pers. C.3 Path loss akan berubah dari harga free space pathloss jika clearance factor 0,6 Clearance Factor = 0,6 sangat disukai dalam desain, karena L p = L fs untuk jenis medium pemantul apapun

30 komponen Perubahan harga pathloss + 10 Obstruction zone Fresnell zone numbers Interference zone From Free Space ( db ) R = 0 Knife Edge Diffraction R = 0.3 R = 1.0 Smooth Sphere Diffraction Flat Earth R = -1 Line Of Sight R = Koefisien Refleksi Sumber : Freeman, Roger L, Radio System Design For Telecommunications (1-100 GHz), John Willey & Sons, Clearance Factor

31 Komponen Fading Margin Lambang FM, satuan dalam db Definisi: margin yang diberikan, sedemikian daya terima selalu diatas level threshold. Fading itu sendiri berarti: fluktuasi daya di penerima W R Fading margin W Rmin Fading margin berbanding terhadap reliability link. Semakin besar FM, link semakin reliable t 1 t 2 t 3 t 4 0 T t ( t + t + t + t ) T Re liability = T 1 100%

32 Komponen Kaitan antara Fading Margin dan Reliability... Untuk Komunikasi Line Of Sight Fading Margin 10 db 20 db 30 db 40 db Reliability 90% 99% 99,9% 99,99% Tabel C-4 Probabilitas Outage, P outage = 1 - Reliability Sumber : Freeman, Roger L, Radio System Design For Telecommunications (1-100 GHz), John Willey & Sons, 1987

33 Komponen Rumus Barnett-Vignant untuk menghitung fading margin microwave link stasioner (LOS terrestrial) Pers. C.4

34 komponen Threshold Lambang Th, satuan dalam dbm / dbw Definisi: Level daya minimum yang diperlukan agar sistem penerima dapat bekerja dengan baik sesuai dengan QoS yang dipersyaratkan Pers. C.5 Threshold = Catatan: E N b 0 min + 10log ( bit rate) 228,6 + 10logTe (dbw) E b N 0 T e = energi per-bit per-hertz noise thermal = temperatur noise efektif dari sistem penerima

35 E b komponen N 0 Adalah parameter kualitas transmisi sistem komunikasi digital, semakin besar Eb/No maka kualitas transmisi semakin baik BER Quality of Service, QoS, untuk layanan yang diberikan, contoh : layanan suara, BERminimum = Modulasi A Modulasi B Skema modulasi yang berbeda menghasilkan syarat (Eb/No)minimum yang berbeda untuk mendapatkan BER yg sama 7 db 9 db E b N 0

36 komponen Daya Noise Receiver N + ( dbw ) = 204( dbw ) + NF( db) 10log BW( Hz) Pers. C.6 Sumber: Freeman, Roger, Telecommunication Transmission Handbook, John Willey & Sons, 1991 F2 1 F3 1 F4 1 NF = F dst G G G G G G Konversi dari dbm ke dbw (dbm) = (dbw) + 30 Pers. C.7

37 Komponen Perangkat dgn noise figure terendah dipasang paling dekat dgn antena Receive r Receiver Sensitivitas lebih baik!!

38 Contoh Kasus P T L ft Loss saltran (Pers C-1) Hitung dari Pers. C-7 EIRP G T G R P R Hitung Gain antena (Pers C-2) Loss Propagasi ( L P ) L ft Hitung Loss propagasi (Pers C-3) Hitung Loss feeder (Pers C-1) Hitung FM (Tabel Fading Margin C-4 atau Pers. C-4) Hitung (C/N)min, C = Threshold Th (Pers. C-5), N dari Pers. C-6 dan C-7) Noise Figure Hitung dari Pers. Effective Noise Spectral DensityC-6 Noise Spectral Density

39 Contoh Contoh Kasus LMDS - uplink Parameter value unit Terminal Tx power 37 dbm PA backoff 3 db Tx filter (insertion loss) 0.5 db Cable & connector loss 0 db Antena gain 21 dbi Fade margin (99,99%) 20 db Rx antenna gain 27 dbi Noise Figure 4.5 db C/N 15 db Rx threshold (sensitivity) -85 dbm Propagation Loss 127 db Daya pancar terminal maksimum Lihat pada spesifikasi Power Amplifier Lihat pada spesifikasi filter Tergantung antenanya 20 db untuk kasus LMDS Tergantung spesifikasi, bisa juga dihitung dari Pers. C-7-85 dbm - ( NF + 10log BW + 30) Konversi ke dbm Loss propagasi maksimum utk LMDS

40 E. Perbaikan Unjuk Kerja Perbaikan Unjuk Kerja, dicapai dengan cara perbaikan disisi pengirim maupun di penerima... A. Sisi Pengirim Memperbesar daya pancar, High Gain Amplifier Biasanya memiliki batasan tertentu Meninggikan antena Memperbesar gain antena Mengurangi loss kabel B. Sisi Penerima Memperbesar gain antena penerima Memperbaiki penerimaan dengan teknik diversitas, tinggi antena Mengurangi loss kabel Mengurangi tingkat noise : (1) Low Noise Amplifier & Filter (2) Mengurangi tingkat Noise Figure Parameter kinerja : Reliability, BER,...