Kualitas Sistem dan Link Budget
Sistem Transmisi
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)
AVAILABILITY
AVAILABILITY …ctd
AVAILABILITY …ctd PATH UNAVAIBILITY DINYATAKAN OLEH PERSAMAAN BERIKUT : Pr (%) = 6.10-5.a.b.f.d3.10-FM/10 DAN PATH AVAIBILITY : AVPROP (%) = 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)
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 BATAS TOLERANSI
AKIBAT YANG DITIMBULKAN
VIDEO
100 MIKRO DETIK
LOSS OF SYNCH
DATA
10 MIKRO DETIK
ERROR
VOICE
100 MILI DETIK
LOSS
BERIKUT INI ADALAH TABEL YANG MENYATAKAN HUBUNGAN ANTARA KEHANDALAN (AVAIBILITY) DAN OUTAGE TIME
AVAILABILITY …ctd
AVAILABILITY …ctd
AVAILABILITY …ctd
AVAILABILITY …ctd
FADING
Mekanisme terjadinya multipath fading
FADING…ctd
FADING…ctd
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
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
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)
definisi … Struktur Umum Transmitter dan Receiver
definisi … Tx dan Rx pada antena tunggal …
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
RF Link Budget Path Antenna Jumper to Antenna Tower Top Amplifier Jumper
Path Loss Reliability - Margins
Main Transmission Line Surge Protector Jumper Directional Coupler
Antenna Jumper
Jumper
Duplexer
Duplexer
Tx Path or Rx Path
Jumper Tx Path or Rx Path
Dasar Pemahaman Link Budget Diagram Level
EIRP
PT
Loss Propagasi ( LP ) Lft
GT GR
LfR
PR Daya terima, naik-turun karena fading
Lihat diagram di atas...
Fading Margin Threshold C ↔
N
BER
Noise Figure Effective Noise Spectral Density Noise Spectral Density
PT = Threshold + FM + L fR − G R + L P − G T + L fT
RF Link Gains & Losses MS
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
BTS Antenna Gain Transmission Line Loss Jumper & Connector Loss BTS Tx Power BTSS Rx Sensitivity
RF Gains & Losses
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)
Lf = α L
α= konstanta redaman (dB/m) L = panjang saltran (m)
Pers. C.1
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
Jumper to Antenna Tower Top Amplifier Jumper Main Transmission Line Surge Protector Jumper Directional Coupler
Jumpers
Jumper
Main
Duplexer
transmission run Connectors Surge (Lightning) protectors Directional Couplers Duplexers
Jumper
Komponen …
Antenna
Lambang GT (Transmitter) , GR (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 = 10 log 6 Dλ + 2,14 dBi
Pers. C.2
• Rumus praktis (asumsi efisiensi = 55%)
Gain = 20 log F( MHz ) + 20 log D( Feet ) − 52,5 dBi Sumber: Freeman, Roger,”Telecommunication Transmission Handbook”, John Willey & Sons, 1991
Antenna Gain
Base Station Antenna Gain:
16.5 dBi
(14.5 dBd)
Ranges from 12 - 19 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.
Komponen … Loss Propagasi
Lambang LP, 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 + 20 log f ( MHz ) + 20 log d ( km )
L (dB ) = 92,45 + 20 log f fs
( GHz )
+ 20 log d
( km )
L fs (dB) = 36,5 + 20 log f ( MHz ) + 20 log d ( mi )
Pers. C.3 Fungsi dari jarak dan frekuensi
• Path loss akan berubah dari harga free space pathloss jika clearance factor ≠ 0,6 • Clearance Factor = 0,6 sangat disukai dalam desain , karena Lp = Lfs untuk jenis medium pemantul apapun
komponen … Perubahan harga pathloss
Fresnell zone numbers 1
+ 10
3
4
5
6
Interference zone
Obstruction zone
0
- 10
R=
0
ife Kn
n ctio fra f i D ge Ed
Flat Earth R = -1
R
0.3
oo th S
ph ere D
- 20
=
iffr ac tio n
Line Of Sight
Sm
- 30 R
=1 .0
From Free Space ( dB )
2
R = Koefisien Refleksi
- 40 -1
- 0.5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Clearance Factor Sumber : Freeman, Roger L, “ Radio System Design For Telecommunications (1-100 GHz) ”, John Willey & Sons, 1987
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 Fading margin
WR
Fading margin berbanding terhadap reliability link. Semakin besar FM, link semakin reliable
WRmin ∆t1 0
∆t2
∆t3
∆t4 T
t
T − ( ∆ t1 + ∆ t 2 + ∆ t 3 + ∆ t 4 ) Re liability = × 100% T
Komponen … Kaitan antara Fading Margin dan Reliability ... Untuk Komunikasi Line Of Sight
Fading Margin
Reliability
10 dB 20 dB 30 dB 40 dB
90% 99% 99,9% 99,99%
Tabel C-4
Sumber : Freeman, Roger L, “ Radio System Design For Telecommunications (1-100 GHz) ”, John Willey & Sons, 1987
• Probabilitas Outage, Poutage = 1 - Reliability
Komponen… Rumus Barnett-Vignant untuk menghitung fading margin microwave link stasioner (LOS terrestrial) …
Pers. C.4
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
Eb + 10 log( bit rate ) − 228,6 + 10 log Te Threshold = (dBw) N 0 min Catatan: Eb = energi per-bit per-hertz noise thermal N0 Te = temperatur noise efektif dari sistem penerima
komponen Eb Adalah parameter kualitas transmisi sistem … komunikasi digital, semakin besar Eb/No maka N 0 kualitas transmisi semakin baik Quality of Service , QoS, untuk layanan yang diberikan , contoh : layanan suara , BERminimum = 10-3
BER
Modulasi A Modulasi B 10-3
Skema modulasi yang berbeda menghasilkan syarat (Eb/No)minimum yang berbeda untuk mendapatkan BER yg sama
7 dB
9 dB
Eb N0
komponen …
Daya Noise Receiver
N ( dBW ) = − 204( dBW ) + NF( dB ) + 10 log BW( Hz )
Pers. C.6
Sumber: Freeman, Roger,”Telecommunication Transmission Handbook”, John Willey & Sons, 1991
Konversi dari dBm ke dBW…
(dBm) = (dBW) + 30 F2 − 1 F3 − 1 F4 − 1 NF = F1 + + + ...dst G1 G1G2 G1G2G3
Pers. C.7
Komponen … Perangkat dgn noise figure terendah dipasang paling dekat dgn antena
Receive r
Receiver
Sensitivitas lebih baik !!
Contoh Kasus Hitung Gain antena (Pers C-2) EIRP
PT
Loss Propagasi ( LP ) Lft
Loss saltran (Pers C-1)
Hitung dari Pers. C-7
GT GR
Lft
PR
Noise Figure
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)
Hitung dari Pers. Effective Noise Spectral Density C-6 Noise Spectral Density
Contoh … Contoh Kasus LMDS - uplink Parameter Terminal Tx power PA backoff Tx filter (insertion loss) Cable & connector loss Antena gain Fade margin (99,99%) Rx antenna gain Noise Figure C/N Rx threshold (sensitivity) Propagation Loss
value 37 3 0.5 0 21 20 27 4.5 15 -85 127
unit dBm dB dB dB dBi dB dBi dB dB dBm 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 - (-204 + NF + 10log BW + 30) Konversi ke dBm • Loss propagasi maksimum utk LMDS
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, ...
