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

(1)

VALIDASI MODEL REDAMAN HUJAN PADA DAERAH

TROPIS DENGAN EFEK MULTIPLE SCATTERING

MENGGUNAKAN UKURAN TITIK HUJAN

BERDISTRIBUSI EKSPONENSIAL DAN WEIBULL

FIKIH FIDDIN A

2207100108

PEMBIMBING

Prof.Ir.Gamantyo Hendrantoro, M.Eng., Ph.D. Eko Setijadi, ST. MT., Ph.D.

(2)

LATAR

BELAKANG

Penggunaan Teknologi Wireless Frekuensi Tinggi Titik-titik Hujan

Redaman

Hujan

Absorption dan Scattering Turunnya Kualitas Telekomunikasi

(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

(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.838-3 2005

(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

(6)

METO

DOLOGI

Pengukuran dan Perhitungan Redaman Hujan Sekine, Surabaya

dan ITU-R Penarikan Kesimpulan Model DSD Eksponensial Marshal-Palmer Validasi model redaman hujan Model DSD Weibull Sekine Model DSD Eksponensial Le Wei Li Model DSD Weibull Lince Model DSD Eksponensial Lince Analisis Numerik

redaman hujan Analisis Numerik redaman hujan Analisis Numerik

(7)

PEMBANGKITAN

TITIK HUJAN

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

(8)

(9)

(10)

PENGALOKASIAN

TITIK HUJAN

• Radius Kolektif

(11)

Pengalokasian

16 Titik Hujan

-0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0 0.05 0.1 0.15 0.2 x (m) y (m) z (m )

(12)

DSD

Eksponensial

Koefisien

Marshall-Palmer

Le Wei Li

Lince

Radius Titik Hujan

No = 16000

No = 6359.391214

(13)

DSD

Weibull

Koefisien

Sekine

Lince

Radius Titik Hujan

No = 1000

No = 281.629

0.95R

0.14

0.13R

0.44

1.212R

0.056

0.364R

0.177

(14)

Perbandingan model DSD

(15)

(16)

PERHITUNGAN

DAN

PEMODELAN

REDAMAN

HUJAN

Perhitungan Ko dan k Perhitungan Truncation Number Mulai q=1 Input: Q, ɛr, ɑf, ɑ_q q=1+q Yes No q=Q q=1 1 Perhitungan Mie's coefficients

Perhitungan Koɑq dan kɑq

n=1 n=n+1 q=q+1 Yes No No q=Q Yes 2 1 n=Nq

(17)

Perhitungan Extinction Cross Sections n=Nq Perhitungan kɑ_q n=1 n=n+1 q=q+1 Yes No No q=Q Yes 3 q=1 2 Perhitungan Redaman Hujan Spesifik Regresi Koefisien k dan α 3 Selesai

(18)

Metode

Analisis Numerik(1)

• ko dan k

dimana:

(19)

Metode

Analisis Numerik(2)

• Mie’s Coefficient

• Extinction cross section

(20)

METODE

VALIDASI

Mulai

Pengambilan nilai dari grafik Validasi

Pembuatan Grafik Validasi Ulang

Perbandingan Grafik Hasil Perhitungan dengan Grafik Validasi

melalui RMSE

Penarikan Kesimpulan

Selesai

Pembuatan Grafik Validasi dari koefisien

redaman

melalui RMSE

Penarikan Kesimpulan

Pembuatan Grafik Validasi dari koefisien

redaman

melalui RMSE Penarikan Kesimpulan (1) (2) (3)

(21)

Perbandingan dengan

(22)

Perbandingan dengan

Grafik Validasi Redaman Surabaya

(23)

Perbandingan dengan

Redaman ITU-R

(24)

Perbandingan dengan

Redaman ITU-R

(25)

Perbandingan dengan

Redaman ITU-R

(26)

TABEL NILAI

RMSD

Model DSD Redaman _Sekine _{Hujan Tropis}Redaman ITU 28 _{GHz H} ITU 28 _{GHz V} ITU 120 _{GHz H} ITU 500 _{GHz H}

Eksponensial MP 2.704289 29.09926 6.952313 1.823534 7.708532 8.777495

Eksponensial Le Wei Li 1.28638 17.57372 5.419442 13.27472 9.005429 9.182931

Eksponensial Lince 11.9472 51.54688 30.07785 21.35224 38.23308 31.76015

Weibull Sekine 1.660155 10.78382 25.35962 34.08087 16.42516 15.74842

(27)

(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

1.28638

(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, 2007.

• Kanellopoulos J.D, Koukolas S.G., “Outage Performance Analysis of Route Diversity Systems of Cellular Structure, Radio science Vol.26, Number 4, 1991, hal.891-899.

• 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, 339-354, 2009.

• 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, 358-359, 1987.

(32)

DAFTAR

PUSTAKA(2)

• ITU-R P.838-3, “Specific attenuation model for rain for use in

prediction methods,” May 2005.

• Simon, R., Saunders. 2007 “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. 639-642.2001

• 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, 1971.

• Seybold. John S. Introduction to RF Propagation. New Jersey: John

(33)

DAFTAR

PUSTAKA(3)

• Marshall, J. S. and Palmer, W. M., “The distribution of raindrops with size,”

J. Meteorology, Vol. 5, 165-166, 1948.

• 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 10-40 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, 1425-1433, 1982.

• Tsolakis, A. I. dan W. L. Stutzman, “Multiple Scattering of Electromagnetic Waves by Rain,” Radio Science, Vol. 17, No. 6, 1495-1502, 1982.

• 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, 659-675, 1991.

• Brussaard, G. dan P. A. Watson, Atmospheric Modelling and Milimeter

(34)