Chap9 Coverage Analysis

Coverage Analiysis 1

Coverage AnalysisOleh :

Nachwan Mufti A, ST


Organisasi

Coverage Analysis

• A. Pendahuluan page 3

• B. Review Link Budget page 8

• C. Fading Margin page 10

• D. Perbaikan2 Dalam Masalah Cakupan page 17

• E. Isu Optimasi CDMA page 27


A. Pendahuluan

Cakupan dalam jaringan komunikasi bergerak tergantung pada daya yang dipancarkan BTS/MS dan keadaan kontur serta kerapatan bangunan yang ada pada daerah implementasi.

Dalam layout rencana, asumsi model cakupan berbentuk sel heksagonal

SEL IDEAL SEL REAL SEL M ODEL


Realitas ? Jauh berbeda ! Grid sel teoritik digunakan untuk mempermudah penggambaran / perencanaan

A. Pendahuluan

Model planning


1) Omnidirectional

Tx

Rx Rx

2) Sectoring 120o

3) Sectoring 60o

Pada kondisi awal biasanya digunakan pola omnidirectional ( tergantung demand ).

Kegunaan dari pola Sectoring a. Menambah kapasitasb. Mengurangi

interferensi

A. Pendahuluan

Pada sistem CDMA, karena kapasitas berbanding terbalik dengan interferensi, maka sektorisasi akan memperbesar kapasitas !


4 sector ( quad sector )

A. Pendahuluan

Pemilihan konfigurasi sel, serta antena sektoral yang digunakan tergantung coverage yang ingin dicapai


>19.2 kbps

>38.4 kbps

>153.6 kbps

>76.8 kbps

Range decreases

Max nº users supported increases >9.6 kbps

A. Pendahuluan

Sistem selular generasi baru umumny dilengkapi pengkode variable (contoh GPRS dan cdma2000) Daya lebih tinggi diperlukan untuk mencapai rate transmisi yang lebih tinggi. Berkaitan dengan terbatasnya daya BTS, data rate yang lebih tinggi hanya didukung pada daerah yang lebih dekat dengan BTS


B. Review Link Budget

General diagram level link budget CDMA

max Tx power pertraffic channel, Pt (dBm)

Loss kabel, konektor ,dan combiner (dB)

Gain antena Tx (dB) Tx EIRP per traffic channel(dBm)

Loss Propagasi (dB)

Receiced Signal Power(dBm)

Gain antena Rx (dB)

Loss kabel, konektor ,dan filter (dB)

Daya input ke receiver(dBm)

Fading Margin - GainSHO (dB)

Sensitivitas Receiver(dBm)

Spectral Noise Figure

Noise power spectraldensity, No (dBm/Hz)

Efective noise powerspectral density

C/No

Margin interferensi

Komponen baru : -Margin interferensi -Gain soft handoff


Link Budget Analysis - HATA Channel Model

Area Type F B M FormulaDense Urban CBD 800 30 1.5 PL = 125.08 + 35.22 Log (R)Urban HDB/Private 800 30 1.5 PL = 125.07 + 35.22 Log (R)Suburban Private 800 30 1.5 PL = 115.44 + 35.22 Log (R)Suburban Industrial 800 30 1.5 PL = 115.43 + 35.22 Log (R)Rural Others 800 30 1.5 PL = 97.06 + 35.22 Log (R)

PL = Path Loss in dB

R = Cell Range in Km

F = Operating Frequency in MHz

B = BTS Antenna Height in m

M = MS Antenna Height in m

B. Review Link Budget


Fading Margin

C. Fading Margin

• Besar anggaran daya yang dipakai untuk mengkompensasi kemungkinan fading yang terjadi

• Besar fading margin dihitung untuk mencapai obyektif kualitas cakupan

• Parameter kualitas cakupan: (1) Cell edge reliability umumnya 75% (2) Coverage availability umumnya 90%


Fading MarginPerlu dicatat, bahwa prediksi pathloss yang digunakan dalam perhitungan Link Budget sesungguhnya adalah untuk menghitung daya pancar, sedemikian median daya terima (atau median pathloss Pada distribusi lognormal: median = mean) pada border cell berada pada level threshold minimum. Ini berarti dapat dikatakan bahwa jika kita menghitung daya pancar tanpa memberikan fading margin, maka dapat diharapkan 50% sinyal terukur di jari-jari sel akan berada diatas level threshold, sedangkan 50% berikutnya berada dibawah level threshold (reliabilitas sinyal = 50%)

Fading margin secara definitif adalah adalah kenaikan daya pancar yang harus dilakukan agar penerimaan lebih atau sama dengan level penerimaan minimum (thershold) yang diijinkan. Penerimaan yang dimaksud adalah penerimaan pada tepi sel (border cell) sebagai kasus yang terburuk, sehingga, fading margin sesungguhnya akan menaikkan reliabilitas sinyal pada tepi sel menjadi di atas 50%.

C. Fading Margin


Hasil pengukuran pathloss umumnya akan memberikan prediksi kuat sinyal sebagai fungsi jarak

• Median kuat sinyal didefinisikan sebagai kuat sinyal yang paling mungkin terjadi pada jarak tertentu

• Kuat sinyal aktual pada titik lokasi tertentu, tergantung dari kondisi lingkungan fisik lokasi tersebut bisa lebih besar atau lebih kecil dari nilai median-nya

• Tolok ukur yang dipakai untuk karakterisasi : M (median signal strength), dan (standar deviasi)

C. Fading Margin


• Titik-titik disamping adalah lokasi yang mendapatkan sinyal di atas threshold

• Untuk mencapai 90% cakupan sel memiliki sinyal di atas level threshold (coverage availability), maka cell edge reliability yang harus dicapai adalah 75%

• Angka 90% / 75% tersebut umum dipakai sebagai obyektif perencanaan

Coverage Availability vs Cell Edge Reliability

Catatan: Coverage Availability sebagai fungsi Cell Edge Reliability akan kita lihat pada slide berikutnya

C. Fading Margin


Distribusi normal kumulatif

Pro

sen

pen

gu

kura

n l

oka

si

• Misalkan kita mendesain sel dengan minimal daya -95 dBm pada 75% lokasi di tepi sel

Cell edge reliability 75% kurang lebih setara dengan 90% coverage availability (tergantung sdev dan mean pathloss exponent)

• Diasumsikan pada pengukuran kita dapatkan standar deviasi 10 dB

• Dari grafik, untuk mendapatkan tingkat service 75% lokasi ditepi sel, dibutuhkan margin 0,675 = 6,75 dB

• Sehingga, kita melakukan desain coverage untuk median signal stregth di tepi sel = -95 dBm + 6,75 dB = -88 dBm !!

C. Fading Margin


Distribusi Normal Kumulatif

SDEV dari mean signal strength

Pro

bab

ilita

s s

erv

ice

ku

mu

lati

fC. Fading Margin


Diadapatkan kurva berikut ini, yang biasa disebut Jake’s Curves, dari kurva dapat diketahui nilai Coverage Availability yang dicapai dengan Cell Edge Reliability tertentu

Dari kurva disamping diketahui, bahwa Coverage Availability adalah fungsi dari mean pathloss exponent dan SDEV untuk Cell Edge Reliability tertentu

C. Fading Margin


C. Fading Margin

Penetrasi GedungUmumnya diinginkan juga diinginkan kuat sinyal mampu ‘menembus’ kendaraan dan gedung

Maka,

22penetrasioutdoorkomposit


Diversitas• Definisi:

– Diversitas adalah teknik untuk mengatasi multipath fading dengan menggunakan dua atau lebih sinyal yang secara statistik independen (dalam waktu, frekuensi, spasial, atau polarisasi) antara satu dengan lainnya.

Diversitas penerimaan mungkin disisi Base Station, sehingga penerapan diversitas akan menghasilkan gain tertentu pada arah reverse yang tergantung algoritma combining yang dipakai

D. Perbaikan2 Dalam Masalah Cakupan


• Dual antennas diversity akan meningkatkan sensitivitas penerimaan sebesar 2 hingga 5 dB dibandingkan single antenna

• Spasi antena biasanya kelipatan ganjil dari /4, umumnya >8

• Beberapa metoda combining diversitas (algoritma pd prosesor):– Switching/selection

– Equal gain

– Maximal ratio

Metoda combining ini adalah pilihan desain oleh vendor , dan tidak distandarisasikan !!

Diversitas Spasial: Kenapa harus 2 antena Rx di Base Station ?

wo

w1

wK

Processor

ro(t)

r1(t)

rK(t)

y(t)

ri(t) adalah input sinyal ke-iwi bobot sinyal ke-iy(t) output diversitas

Dapat dituliskan y(t) = w*r(t)= wi.ri



Diversity Combining Methods• Switching/selection

– Memilih sinyal terkuat dari dua sinyal sesaat (instantaneously): • ~1 dB hysteresis saat pemilihan sinyal

– Menyebabkan pergeseran fasa random (random phase shifts)• Akan menjadi problem bagi yang menggunakan modulasi fasa seperti IS-136,

IS-95, where switch times between antennas is restricted to the boundaries of data bit fields

– Struktur paling sederhana, dgn peningkatan C/(I+n) antara 1.5 sampai 4 dB

• Equal gain– Adaptive phase shift hardware digunakan untuk menggeser fasa salah

satu kanal , disamakan fasanya dengan fasa kanal yang lain, untuk kemudian dijumlahkan secara koheren

– 1.5 dB lebih baik dari switching diversity• Maximal ratio

– Seperti equal gain, tetapi sinyal yang lemah dikuatkan pada level rata-rata yang sama dengan sinyal yang kuat sebelum dijumlahkan

– Paling kompleks , tetapi tipikalnya 2dB lebih baik dari switching diversity.



Antena Sektoral dan Smart Antenna

• Narrow sector akan mengurangi Co-channel interference – Mengijinkan pengulangan frekuensi yang lebih dekat secara

geografis– Sehingga: lebih banyak carrier per-sel lebih besar

kapasitas

• Tetapi… sering back dan side lobe menjadi problem– Menghasilkan “spot” co-channel interference

• Merupakan interferensi tak terduga yang sulit diidentifikasi dan diatasi

– “smart antennas” (adaptive phased arrays) dapat mengatasi persoalan ini lebih baik (tetapi high cost)



• Representasi hexagon ideal idealnya tidak ada “back” antenna signal pada arah uplink maupun downlink

6 sectors3 sectors

60º120º

Front ofblue sector

Back ofblue sector

“Real”Sector

Back andside lobes




Reradiator• Reradiator sering juga disebut sebagai

booster, repeater, atau cell enhancer

• Reradiator menguatkan sinyal untuk 2 arah: forward dan reverse

• Beberapa hal yg harus diperhatikan: Bahwa sistem tidak mampu mengontrol reradiator dan tidak

‘mengetahui’ apa yg kita lakukan terhadap sinyal baik reverse maupun forward

Perencanaan harus hati-hati agar 1) mencapai cakupan yg diinginkan, 2) tidak menimbulkan interferensi tambahan, 3) Search Window aktif harus cukup besar untuk mendeteksi sinyal yg mendapatkan delay tambahan akibat perluasan cakupan



Untuk menyelesaikan problem cakupan dgn reradiator, pathloss dan link budget harus diperhatikan,

• Berapa gain reradiator yg diperlukan• Berapa daya output reradiator yg diperlukan• Apa tipe antena yg sebaiknya dipakai• Berapa isolasi antena yg diperlukan• Seberapa jauh reradiator dari cell donor• Kemungkinan reradiator menginterferensi sel lain• Berapa search window yg diperlukan untuk kompensasi delay tambahan



Antenna Tilting

Downtilt diperlukan umumnya untuk 2 alasan:

(1) Mengurangi interferensi

pada CDMA akan menambah kapasitas

(1) Mencegah overshoot

meningkatkan cakupan pada sel sendiri



distance horizontal

distance verticalarctan

Realitas perhitungan downtilt antena :

Sudut tilting yg sangat kecil sudah memberikan efek yang besar

Harus presisi, electronic tilting mungkin lebih baik


Tipe downtilt

1) Mechanical downtilt

tilting antena secara fisik

populer antena sektoral

utk antena omni, sisi belakang cakupan justru naik

2) Electrical downtilt

lebih mudah dan presisi dalam downtilt



E. Isu Optimasi CDMA

s

req

Gf

IoNoEb

.1

.1

1.

W/RNCapacity Pole Reverse

W = bandwidth 1 kanal RF CDMA

R = Data rate

f = Rasio interferensi dari luar sel thd interferensi dari dalam sel

= Faktor aktivitas suara atau data

Gs = Gain sektorisasi

• Optimasi pada sistem CDMA berkaitan dengan keberhasilan penanganan interferensi pada sistem.

• Konsep optimasi ini dapat dimulai dari rumusan kapasitas sistem CDMA yang merupakan fungsi dari parameter-parameter yang bisa berubah tergantung dari kondisi implementasi

RFcarriersektorkanal


o Faktor interferensi ( f ) Implementasi single cell (rural sel) menyebabkan f = 0, sehingga kapasitas

naik sekitar 25%

Karakteristik antena: Antena yg memiliki karakteristik backlobe minimum akan berkontribusi terhadap pengurangan interferensi shg kapasitas akan naik

Kondisi propagasi daerah implementasi turut berkontribusi thd kapasitas, shg probabilitas blocking juga merupakan fungsi dari mean pathloss exponent

Antena tilting, dsb

o Gain sektorisasi ( Gs ) Implementasi sektor yg semakin banyak akan mampu menekan interferensi

lebih baik, sehingga kapasitas semakin besar

E. Isu Optimasi CDMA

o (Eb/Io)requirement Untuk fixed cellular, (Eb/Io)req bisa 3-4 dB lebih rendah dari utk mobile sehingga

kapasitas lebih besar

Chap9 Coverage Analysis

Documents

Transcript of Chap9 Coverage Analysis