Kualitas Sistem dan Link Budget. Sistem Transmisi

(1)

Sistem Transmisi

Kualitas Sistem dan

Link Budget

(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)

PATH UNAVAIBILITY DINYATAKAN OLEH PERSAMAAN BERIKUT :

Pr (%) = 6.10-5.a.b.f.d3.10-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)

AVAILABILITY …ctd

(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 LOSS 100 MILI DETIK VOICE ERROR 10 MIKRO DETIK DATA LOSS OF SYNCH 100 MIKRO DETIK VIDEO AKIBAT YANG DITIMBULKAN BATAS TOLERANSI JENIS INFORMASI

(7)

BERIKUT INI ADALAH TABEL YANG MENYATAKAN HUBUNGAN ANTARA

(8)

AVAILABILITY …ctd

(9)

AVAILABILITY …ctd

(10)

AVAILABILITY …ctd

(11)

AVAILABILITY …ctd

(12)

(13)

(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

(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 …

(20)

definisi …

(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

Mod Tx _Amp Saltran Pre _Amp Demod

(22)

Tx Path or Rx Path Duplexer Jumper Antenna Tx Path or Rx Path Jumper Duplexer Jumper Directional Coupler Jumper Surge Protector Main Transmission Line

Jumper

Tower Top Amplifier Jumper to Antenna

Antenna

Path Loss - Reliability

- Margins

(23)

Dasar Pemahaman Link Budget

Diagram Level

P

_T EIRP G_T L_ft

P

_R G_R LfR Fading Margin Threshold Noise Figure Effective Noise Spectral Density Noise Spectral Density Loss Propagasi ( L_P )

BER

N

C

_↔

Daya terima, naik-turun karena fading

Lihat diagram di atas...

fT T P R fR T

Threshold

FM

L

G

L

G

L

P

=

+

−

+

−

+

(24)

BTS MS

Subscriber Line Loss Subscriber Antenna Gain

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

Body Loss Vehicle Loss

Building / Indoor Loss _RF

Gains & Losses Subscriber Tx Power Subscriber Rx Sensitivity BTS Tx Power BTSS Rx Sensitivity

(25)

C. Komponen-Komponen Link Budget

Saluran Transmisi

Atau Feeder, atau disingkat Sal-tran

• Saluran transmisi ideal tidak meredam

• Umumnya saltran meredam , satuan konstanta redaman dalam (dB/m)

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:

Pers. C.1

L

(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 Duplexer Jumper Directional Coupler Jumper Surge Protector Main Transmission Line

Jumper

Tower Top Amplifier Jumper to Antenna

(27)

Komponen …

Antenna

• Gain, beam pattern, efisiensi

• Dalam link budget , parameter dipakai adalah GAIN

• Gain antena parabola (rumus umum):

Definisi

:

alat untuk meradiasikan/menerima energi

gelombang elektromagnetik dari udara

Karakteristik-karakteristik antena:

Lambang G

_T

(Transmitter) , G

_R

(Receiver)

( )

20 log

( )

52 ,

5 log

20 +

−

=

F

_MHz

D

_Feet

Gain

• Rumus praktis (asumsi efisiensi = 55%)

Sumber: Freeman, Roger,”Telecommunication

Transmission Handbook”, John Willey & Sons, 1991

14 ,

2

6 log

10 +

=

D

_λ

Gain

_dBi

dBi

Pers. C.2

(28)

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.

(29)

Komponen …

Loss Propagasi

Definisi: rugi-rugi energi yang dialami gelombang

EM ketika melewati udara (kanal propagasi)

Line of Sight Communication:

Lambang L

_P

, satuan dalam dB

) km ( ) MHz ( fs

(

dB

)

32 ,

5

20 log

f

20 log

d

L

=

+

) ( ) (

20 log

log

20

45 ,

92 )

(

_GHz _km fs

dB

f

d

L

=

+

) mi ( ) MHz ( fs

(

dB

)

36 ,

5

20 log

f

20 log

d

L

=

+

• 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

Fungsi dari jarak dan frekuensi

(30)

komponen …

0 0.5 1.0 1.5 - 0.5 - 1 - 40 - 30 - 20 - 10 0 + 10 Line Of Sight Flat Earth R = -1 R = 0 Kn ife Edg e Diffra ction R = 0 .3 R = 1.0 Sm ooth Sp here Diff ract ion

Obstruction zone Interference zone

Fresnell zone numbers

1 2 3 4 5 6 R = Koefisien Refleksi Clearance Factor 2.0 2.5 Fr om Fr ee S pa ce ( dB )

Perubahan harga pathloss

Sumber : Freeman, Roger L, “ Radio System Design For Telecommunications (1-100 GHz) ”, John Willey & Sons, 1987

(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

Fading margin ∆t₁ ∆t₂ ∆t₃ ∆t₄ W_R W_Rmin t 0 T

Fading margin berbanding

terhadap reliability link. Semakin besar FM, link semakin reliable

(

)

₁₀₀

_%

T

t

T

liability

Re

=

−

∆

1

+

∆

2

+

∆

3

+

∆

4

×

(32)

Komponen …

Kaitan antara Fading Margin dan Reliability ...

Fading Margin Reliability

10 dB

20 dB

30 dB

40 dB

90%

99%

99,9%

99,99%

• Probabilitas Outage,

P

_outage

= 1 - Reliability

Sumber : Freeman, Roger L, “ Radio System Design For Telecommunications (1-100 GHz) ”, John Willey & Sons, 1987

Untuk Komunikasi Line Of Sight

(33)

Komponen…

Rumus Barnett-Vignant

untuk menghitung fading margin microwave link stasioner (LOS terrestrial) …

(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

(

)

e

b

_bit

_rate

_T

N

E

Threshold

10 log

228 ,

6

10 log

min 0

+

−

+









=

Catatan:

0

N

E

_b

= energi per-bit per-hertz noise thermal

T_e = temperatur noise efektif dari sistem penerima

(dBw)

(35)

komponen …









0

N

E

_b

Adalah parameter kualitas transmisi sistem

komunikasi digital, semakin besar Eb/No maka

kualitas transmisi semakin baik

BER









0

N

E

_b 10-3

Quality of Service , QoS, untuk

layanan yang diberikan , contoh : layanan suara , BERminimum = 10-3

Modulasi A Modulasi B

Skema modulasi yang berbeda

menghasilkan syarat (Eb/No)minimum yang berbeda untuk mendapatkan BER yg sama

7

(36)

komponen …

Daya Noise

Receiver

) ( ) ( ) ( ) (dBW

204

dBW

NF

dB

10 log

BW

Hz

N

=

−

+

Konversi dari dBm ke dBW…

(dBm) = (dBW) +

30

Sumber: Freeman, Roger,”Telecommunication

Transmission Handbook”, John Willey & Sons, 1991

dst

G

F

G

F

G

F

NF

1

1 ...

3 2 1 4 2 1 3 1 2 1

−

+

−

+

−

+

=

Pers. C.6 Pers. C.7

(37)

Komponen …

Sensitivitas lebih baik !! Receive

r Receiver

Perangkat dgn noise figure terendah dipasang paling dekat dgn antena

(38)

Contoh Kasus

P

_T EIRP G_T L_ft

P

_R G_R Lft Fading Margin Threshold Noise Figure Effective Noise Spectral Density Noise Spectral Density Loss Propagasi ( L_P )

Hitung dari Pers. C-6 Hitung (C/N)min, C = Th (Pers. C-5), N dari Pers. C-6 dan C-7) Hitung FM (Tabel C-4 atau Pers. C-4) Hitung Loss feeder

(Pers C-1)

Hitung Loss

propagasi (Pers C-3)

Hitung Gain antena (Pers C-2)

Loss saltran (Pers C-1)

Hitung dari Pers. C-7

(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 - 85 dBm - (-204 + NF + 10log BW + 30) Konversi ke dBm

• Tergantung spesifikasi, bisa juga

dihitung dari Pers. C-7

• Tergantung antenanya • 20 dB untuk kasus LMDS

• Lihat pada spesifikasi Power Amplifier • Daya pancar terminal maksimum

• 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