Model Propagasi dalam Ruangan
Untuk menghitung perkiraan besar path loss yang terjadi di dalam ruangan tidak dapat menggunakan model propagasi outdoor. Hal ini dikarenakan jarak yang terdapat di dalam ruangan sangat pendek sehingga efek Doppler dapat diabaikan. Selain itu, propagasi yang terjadi di dalam ruangan cenderung lebih kompleks karena gelombang radio-nya banyak dihalangi oleh obstacle (hambatan) berupa furniture (perabot rumah tangga), asbes atau gypsum dan dinding.Oleh sebab itulah gelombang radio di dalam ruangan mengalami banyak refleksi dan refraksi serta penyerapan daya (pentration) yang menyebabkab path loss semakin besar. Metode pemodelan propagasi indoor dapat dibedakan dalam empat kategori, yaitu [4]: 1. Model Empiris Model empiris adalah pemodelan yang diambil dari perhitungan kanal yang dilakukan di beberapa tempat tertentu. Model ini diambil dengan memasukkan data pengukuran dengan rumus-rumus matematika sederhana atau fungsi distribusi. Contoh model empiris untuk lingkungan indoor antara lain adalah model One Slope, model Wall and Floor Factors, model Cost-231 Multi Wall, model Linear Attenuation, dan lain sebagainya. A. Model Wall and Floor Factor Karakter path loss indoor ditentukan oleh perbaikan 2 exponent (seperti pada free space) + factor loss tambahan yang berkaitan dengan jumlah lantai (nf ) dan dinding yang berpotongan tegak lurus (nw) diantara jarak terminal (r)
Dimana : af = = Faktor atenuasi per lantai aw = Faktor atenuasi per dinding L1 = Reference path loss saat r = 1m
B. Model Cost 231 Model propagasi Cost-231 multi-wall menyatakan bahwa rugi-rugi lint asan adalah rugirugi free space loss ditambah rugi-rugi dari dinding dan lantai yang dilewatinya. Persamaan unt uk model ini dijabarkan sebagai berikut :
dimana : LMW = rugi-rugi lintasan total (dB) LFS = rugi-rugi ruang bebas (dB) LC = konstanta rugi-rugi kwi = jumlah dinding yang ditembus pada jenis ke-i kf = jumlah lantai yang ditembus pada jenis ke-i Lwi = rugi-rugi dinding yang ditembus pada jenis ke-i (dB) Lf = rugi-rugi lantai yang ditembus pada jenis ke -i (dB) b = faktor empiris I = jumlah jenis dinding LFSL atau rugi-rugi ruang bebas adalah rugi-rugi lintasan transmisi dari pemancar ke penerima t anpa penghalang dinyatakan dengan :
Rugi-rugi kedua (LC) merupakan variabel yang besarnya ditentukan dari hasil pengukuran terhadap rugi-rugi akibat penyerapan oleh dinding yang dilalui sinyal dengan menggunakan metode regresi linear bertingkat. Biasanya besar nilai konstanta tersebut mendekati nol. Rugirugi ketiga
merupakan total rugi-rugi akibat jumlah penyerapan dinding yang
berada diantara pemancar dan penerima. Meskipun jenis material bangunan ada banyak, secara statistik, hanya ada beberapa tipe faktor atenuasi dinding yang dibutuhkan pada model Cost-231 multi-wall, sepert i yang terlihat pada T abel 1.
2. Model Stokastik Model stokastik biasanya digunakan untuk memodelkan aspek acak dari kanal radio dengan variabel acak, misalnya karakteristik fading dari kanal radio. Model ini hanya membutuhkan sedikit informasi dari lingkungan propagasinya. Pada kanal propagasi radio, terdapat dua tipe fading, yaitu fadinglarge scale dan fading small scale. Fading large scale menggambarkan perubahan kekuatan sinyal terhadap jarak. Sementara itu, fading small scale menggambarkan fluktuasi kecepatan dari kuat sinyal terima pada jarak perjalanan yang singkat (biasanya dengan sedikit panjang gelombang). Fading large scale dan fading small scale biasanya dimodelkan dengan model stokastik.Misalnya, untuk fading large scale, yaitu fading shadowing, dimodelkan dengan fading log-normal dan fading small scale banyak dimodelkan dengan Rayleigh, fading Rice atau Nakagami-m, dan lain sebagainya. A. Log Normal Shadowing Daya yang diterima oleh transmitter dengan jarak d dari receiver pada model log normal shadowing dinyatakan dengan :
PL(d) = PL(d) + Xσ = PL(d0) + 10nlog ( ) +Xσ d0
Dimana Xσ adalah variable acak terdistribusi Gaussian dengan zero mean dan standart standart deviasi σ .Distribsi lag normal menggambarkan efek shadowing sembarangan yang terjadi sepanjang lokasi pengukuran yang luas dimana mempunyai pembagian Transmitter dan receiver yang
sama, tetapi memiliki perbedaan clutter pada propagasinya. Model lag normal shadowing banyak digunakan untuk Untuk cakupan area yang melingkar mempunyai radius R dari base station .Kemudian kita akan menghitung nilai presentasi are layanan yangberguna U(ϒ)
Untuk menghitung nilai pathloss sebagai referensi ke batas cell (r = R) , ini jelas bahwa :
Dengan memilih level sinyal seperti Pr(R) = ϒ, U(ϒ) dapat ditulis sebagai be rikut :
3. Model Deterministik Model deterministik mensimulasikan fenomena propagasi secara fisik dari gelombang radio. Model deterministik ini didasarkan pada persamaan Maxwell yang menggambarkan sifatsifat
dari
medan
elektromagnetik
dan
memasukkannya
pada
lingkungan
propagasi
spesifik.Biasanya model ini memiliki tingkat akurasi yang tinggi. Contoh model ini adalah model Ray-Optical dan model Finite Difference Time Domain (FDTD).
4. Model Semi-deterministik Model semi-deterministik adalah kombinasi dari model deterministik dengan model stokastik atau model empiris.Model ini memiliki kelebihan berupa tidak dibutuhkannya terlalu banyak data untuk perhitungan seperti pada model deterministik, namun tetap memiliki akurasi yang lebih tinggi daripada model stokastik maupun model empiris. Contoh dari model ini adalah model Dominan path, model Motif, dan model Geometry Based Stochastic Channel (GSCM).
Model Multi Breakpoint Ericsson
Model sistem radio Ericsson didapat dengan pengukuran dalan multi lantai kantor gedung. Model tersebut mempunyai empat breakpoint dan memperhatikan batas atas dan batas bawah dari dari redaman lintasan. Model ini juga mengasumsikan bahwa ada redaman 30 dB pada d0 = 1 m, yang ditunjukkan secara akurat untuk f = 900 MHz dan kesatuan penguat antena.
Dibandingkan mengasumsikan komponen long normal, model Ericsson menyediakan sebuah batas tertentu pada rentang redaman lintasan untuk jarak tertentu. Bernhardt menggunakan sebuah distribusi yang sama untuk membangkitkan nilai-nilai redaman lintasan antara rentang maksimum dan minimum sebagai fungsi jarak untuk simulasi dalam gedung. Gambar di bawah ini menunjukkan sebuah plot dari redaman lintasan dalam gedung pada model Ericsson sebagai fungsi jarak.
Figure 3.27 Encsson in-building path loss mode! [From [Ake88] © IEEE].
Model Faktor Redaman
Sebuah model perambatan dalam gedung yang mencakup juga efek dari tipe gedung sebagaimana berbagai variasinya yang disebabkan oleh penghalang dideskripsikan oleh Seidel. Model ini menyediakan fleksibilitas dan ditunjukkan untuk mengurangi deviasi standar antara redaman lintasan yang diukur dan diprediksikan sekitar 4 dB, dibandingkan dengan 13 dB, jika hanya model logaritma jarak digunakan dalam dua gedung yang berbeda. Model faktor redaman ditunjukkan dengan persamaan : PL (d) [dB] = PL (d0) [dB] + 10nSF log (d/d0)+FAF[dB] dimana nSF merepresentasikan nilai eksponen untuk pengukuran " lantai sama ". Sehingga jika estimasi untuk n pada lantai yang sama ( seperti yang ditunjukkan pada tabel 3.4 atau tabel 3.6), kemudian redaman lintasan pada lantai yang berbeda bisa diprediksikan dengan menambah nilai
yang memungkinkan untuk FAF(seperti pada tabel 3.5). Alternatifnya, sesuai persamaan di atas, FAF bisa digantikan dengan sebuah nilai eksponen yang sudah diperhitungkan dengan efek-efek pemisahan multi lantai.
dengan n MF menunjukkan nilai eksponen redaman lintasan berdasarkan pada pengukuran multi lantai. Tabel di bawah ini menunjukkan nilai n untuk rentang yang lebar dari lokasi berbagai gedung. Tabel ini juga merepresentasikan bagaimana standar deviasi menurun karena wilayah rata-rata menjadi lebih kecil dan banyak ban yak situs-situs yang lebih spesifk.
Devasirvatham menemukan bahwa redaman lintasan dalam gedung memenuhi ruang bebas ditambah dengan sebuah faktor redaman yang meningkat secara eksponensial dengan jarak,
seperti yang ditunjukkan oleh tabel di bawah ini. Berdasarkan hasil kerja dalam gedung multilantai, akan menimbulkan persamaan baru yang telah dimodifikasi menjadi :
Dimana Dimana α adalah attenuasi konstan untuk channel dengan unit dari dB per meter (dB/m)
Rugi-Rugi Partisi (lantai sama)
Gedung-gedung memiliki perubahan partisi yang cukup besar dan penghalang yang membentuk struktur internal dan eksternal. Untuk rumah-rumah secara tipikal menggunakan sebuah partisi bingkai kayu dengan eternit untuk membentuk dinding internal dan terdapat kayu atau menggunakan bahan yang bisa direkonstruksi antar lantainya. Gedung-gedung kantor biasanya memiliki pintu luas yang dibentuk menggunakan partisi kantor yang bebas dipindahkan d ipindahkan - sehingga dapat direkonstruksi dengan mudah - dan menggunakan bahan logam yang fixed yang fixed antar lantainya. Partisi yang dibuat sebagai bagian dari struktur gedung disebut partisi keras ( hard partition ) dan partisi yang bisa dipindahkan dan tidak merentang hingga atap disebut partisi lunak ( soft ( soft partition ). Partisi - partisi memiliki karakteristik listrik dan fisik yang beragam yang menyulitkan untuk menerapkan model general untuk instalasi indoor yang spesifik.
Rugi-rugi Partisi Antar Lantai
Rugi-rugi antar lantai gedung ditentukan oleh dimensi eksternal dan bahan suatu gedung, begitu juga tipe konstruksi yang digunakan untuk membuat lantai dan lingkungan luar sekitarnya. Meskipun jumlah dari jendela dalan sebuah gedung dan keberadaan warna cat ( yang meredam energi radio) dapat mengakibatkan rugi-rugi antar lantai.Tabel di bawah ini menunjukkan nilai-nilai untuk floor untuk floor attenuation factors (FAF) atau (FAF) atau faktor-faktor redaman lantai dalam tiga buah gedung di San Fransisco. Terlihat untuk tiga gedung, redaman antara satu lantai gedung lebih besar daripada redaman yang meningkat akibat tambahan lantai.
Logaritma jarak Model Redaman Lintasan
Redaman lintasan indoor telah ditunjukkan oleh para peneliti untuk mematuhi hukum daya jarak yang ditunjukkan oleh persamaan :
PL (dB) = PL (d0) + 10nlog (d /d0) + Xs dengan nilai n bergantung pada lingkungan sekitar dan tipe gedung, dan Xs merepresentasikan sebuah variabel acak dalam dB memiliki standar deviasi dari s dB. Beberapa Beberapa nilai tipikal dari beberapa gedung disediakan dalam tabel berikut ini :
Table 3.5 Average Floor Attenuation Factor In dB for One, iwo, Three, and Four Floors in Two Office Buildings fSel92b].
Kuat Sinyal Dalam Gedung
Kuat sinyal yang diterima didalam gedung oleh pemancar eksternal penting untuk sistem wireless yang membagi frekuensi dengan gedung-gedung tetangga atau dengan sistem outdoor. Karena pengukuran perambatan antar lantai sulit menentukan model yang pasti untuk penetrasi, maka hanya sedikit sekali percobaan tentang hal itu yang telah dipublikasikan dan dari sejumlah publikasi tersebut kadang-kadang sulit untuk dibandingkan. Bagaimanapun juga, beberapa generalisasi bisa dibuat dari literatur. Dalam pengukuran yang telah dilaporkan, kuat sinyal yang diterima dalam gedung meningkat sebanding dengan ketinggian. Pada gedung yang berlantai rendah, kekacauan urban menginduksi redaman lebih besar dan mereduksi level penetrasi. Pada lantai-lantai yang lebih tinggi, dimana terdapat lintasan LOS, menyebabkan sebuah sinyal insiden yang lebih kuat pada dinding eksterior gedung.
Penetrasi RF telah ditemukan sebagai fungsi fungsi dari frekuensi sebanding dengan tinggi dalam sebuah gedung. Pola antena dalam bidang elevasi juga memerankan peran penting dalam menentukan berapa banyak sinyal penetrasi dari luar ke dalam gedung. Kebanyakan pengukuran telah memperhitungkan pemancar-pemancar outdoor dengan ketinggian jauh lebih kecil daripada ketinggian maksimum yang diuji. Pengukuran di Liverpool menunjukkan bahwa redaman penetrasi menurun dengan kenaikan frekuensi. Secara spesifik, redaman penetrasi bernilai 16.4 dB, 11.6 dB, dan 7.6 dB yang diukur pada lantai dasar gedung untuk frekuensi 441 MHz, 896.5 MHz, dan 1400 MHz. Pengukuran oleh Turkmani menunjukkan redaman lintasan sebesar 14.2 dB, 13,4 dB, dan 12.8 dB untuk frekuensi 900 MHz, 1800 MHz, dan 2300 MHz. Pengukuran yang dilakukan di jendela-jendela menunjukkan redaman penetrasi penetrasi 6 dB lebih kecil pada nilai rata-rata daripada pengukuran yang dilakukan pada bagian gedung tanpa jendela. Walker mengukur sinyal radio ke dalam 14 gedung yang berbeda di Chicago dari 7 pemancar selular eksternal. Hasil menunjukkan bahwa bah wa redaman penetrasi gedung menurun pada pad a laju 1.9 dB tiap lantai dari level lantai dasar hingga lantai ke-14 dan mulai meningkat setelah lantai ke-14. Peningkatan redaman penetrasi pada lantai-lantai yang lebih tinggi dimunculkan untuk menutupi efek-efek dari gedung-gedung yang berdekatan. Begitu juga untuk Turkmani telah melaporkan redaman penetrasi menurun pada laju 2 dB tiap lantai dari level dasar hingga lantai ke-9 dan meningkat setelah lantai ke-9. Hasil yang sama juga dilaporkan olejh Durante. Pengukuran telah menunjukkan bahwa persentase jendela jika dibandingkan dengan area permukaan gedung, berdampak pada level redaman penetrasi RF, sebagaimana adanya warnawarna metalik di jendela-jendela. Warna-warna metalik metalik bisa menyediakan dari 3 dB hingga 30 dB redaman RF pada kaca tunggal. Sudut kedatangan dari pemancar diatas permukaan gedung juga berdampak pada redaman penetrasi sebagaimana telah ditunjukkan oleh Horikishi.
