BAB III PROPAGASI GELOMBANG RADIO GSM. Saluran transmisi antara pemancar ( Transmitter / Tx ) dan penerima

(1)

_______________________________________________________________________________

Analisa Link Budget Jaringan GSM 900 Dengan Metode Formula Okumura-Hata

Saluran transmisi antara pemancar ( Transmitter / Tx ) dan penerima (Receiver / Rx ) pada komunikasi radio bergerak adalah merupakan line of sight dan dalam beberapa keadaan dapat terhalangi oleh adanya bangunan-bangunan, gunung dan pepohonan yang dapat meyebabkan terjadinya refleksi, difraksi dan scattering pada sinyal yang dipancarkan. Sistem seluler yang dioperasikan pada

daerah urban dimana terdapat banyak bangunan tinggi menyebabkan penurunan sinyal karena adanya difraksi. Model – model propagasi secara tradisional difokuskan pada rata-rata penerimaan sinyal dari jarak pemancar (Tx). Prediksi rata-rata kuat sinyal antara Tx – Rx untuk menunjukkan luas cakupan Tx disebut model propagasi large-scale, sedangkan fluktuasi perubahan kuat sinyal yang diterima pada waktu yang pendek disebut model propagasi small-scale atau fading. Seperti diperlihatkan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Fading Small-Scale dan Large-Scale, [1]

21

(2)

_______________________________________________________________________________

3.1 Free Space Propagasi

Model ini digunakan untuk memprediksi kuat sinyal yang diterima dengan asumsi tidak ada halangan (line-of-sight ) antara Tx dan Rx. Besar kuat sinyal yang diterima Tx dari sebuah antena pemancar pada line-of-sight dapat dihitung dengan persamaan 3.1,[1] :

Pt Gt Gr λ²

Pr (d ) = ... ( 3.1 ) (4π)² d² L

Dimana :

Pt = Daya transmit

Pr (d) = Daya yang diterima pada jarak d Gt = Gain antena Tx

Gr = Gain antena Rx

d = Jarak antara Tx dan Rx

L = Loss faktor ( L = 1, tidak ada loss ) λ = Panjang gelombang (meter)

Dalam sistem komunikasi wireless gain antena yang sering digunakan sebagai acuan adalah antena isotropik yang merupakan antena ideal dengan pancaran radiasi sama kesegalah arah. Daya radiasi efektif dari antena isotropik atau Effective Isotropic Power (EIRP) ditentukan dengan persamaan 3.2, [1] :

(3)

_______________________________________________________________________________

EIRP = Pt Gt ... (3.2)

Rugi – rugi saluran ( path loss ) antara pemancar dan penerima diberikan oleh persamaan 3.3 :

Pt λ²

PL (dB) = 10 log = ─10 log ...(3.3) Pr (4π)² d²

Dimana :

PL = Rugi pada saluran ( path loss ) dalam dB.

Besarnya path loss pada suatu daerah tergantung kepada kondisi daerah tersebut, yang digolongkan ke dalam tiga kategori, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.2 yaitu :

1. Urban Area, terbagi menjadi dua yaitu :

• High Density Area, adalah daerah yang sebagian besar terdiri dari gedung- gedung pencakar langit.

• Medium Density Area, adalah daerah yang sebagian terdiri dari gedung- gedung pencakar langit.

2. Sub Urban Area, adalah daerah dimana terdapat tidak terlalu banyak gedung- gedung dengan ketinggian lebih dari dua lantai.

3. Rural Area, adalah daerah dinama terdapat pemukiman, tanah pertanian dan daerah-daerah terbuka.

(4)

_______________________________________________________________________________

Gambar 3.2 Pembagian wilayah layanan berdasarkan kondisi wilayah

3.2 Mekanisme Propagasi

Pada sistem komunikasi bergerak ada 3 mekanisme dasar propagasi yang mempengaruhi propagasi sinyal yaitu :

- Refleksi (reflection), terjadi ketika propagasi gelombang elektromagnetik menimpa suatu objek yang memiliki dimensi yang sangat besar dibandingkan dengan propagasi gelombang. Refleksi ini terjadi pada permukaaan bumi, gedung-gedung dan tembok.

- Difraksi (diffraction), terjadi ketika saluran radio antara pemancar dan penerima melewati permukaan yang tidak teratur yang dapat menyebabkan pancaran line of sight pemancar dan penerima mengalami pembengkokan.

High Density Area Medium Density Area

(5)

_______________________________________________________________________________

- Penyebaran (scattering), terjadi dapat dikarenakan ada objek-objek penghalang kecil yang dilewati oleh sinyal seperti daun-daun dan lain-lain.

3.3 Model Outdoor Propagasi

Dalam sistem komunikasi bergerak ada beberapa model propagasi outdoor yang digunakan untuk menghitung path loss propagasi, diantaranya [1] :

- Model Longley-Rice, dapat diaplikasikan pada sistem komunikasi point to point dengan frekuensi dari 40 MHz hingga 100 GHz. Namun model ini tidak memberikan cara menentukan faktor-faktor koreksi yang berhubungan dengan keadaan lingkungan.

- Model Durkin’s – A Case Study, merupakan prediksi propagasi klasik dengan pendekatan yang digunakan sama dengan Longley-Rice dan menggunakan simulator komputer untuk memprediksi kuat sinyal dan path loss.

- Model Okumura Hata, merupakan model yang lebih sederhana dan sangat baik dalam memprediksi path loss untuk sistem selular dan sistem radio bergerak dalam area yang bervariasi ( urban, suburban dan rural area ).

- Model Walfisch dan Bertoni, mengacu kepada efek dari atap bangunan dan gedung tinggi dengan menggunakan difraksi untuk mrmprediksi rata-rata kekuatan sinyal di jalan raya.

- Model Wideband PCS Microcell, model ini sangat baik untuk estimasi path loss line of sight untuk sel-sel mikro.

Dari beberapa model propagasi tersebut model Okumura-Hata sangat baik dalam memprediksi path loss untuk sistem komunikasi radio seluler bergerak dalam area

(6)

_______________________________________________________________________________

yang bervariasi. Model ini telah memberikan faktor-faktor koreksi untuk tiap kategori area [1].

3.3.1 Model Okumura

Model Okumura sering digunakan untuk memprediksi sinyal pada area urban,suburban dan rural area. Model ini dapat diaplikasikan pada frekuensi 150 MHz – 1900 MHz ( dapat diperpanjang hingga 3000 MHz ) dan untuk jarak cakupan dari 1 km hingga 100 km serta dapat digunakan untuk BTS dengan ketinggian antena dari 30 meter hingga 1000 meter. Sehingga dapat digunakan di Indonesia karena operator - operator GSM menggunakan frekuensi 900 MHz – 1800 MHz.

Okumura mengembangkan sebuah kurva yang memberikan nilai median attenuasi relative free space (Amu), dengan ketinggian BTS efektif (hte) 200 meter dan tinggi antena penerima (hre) 3 meter. Kurva okumura ini diperoleh dari hasil pengukuran dengan menggunakan antena omni directional antara BTS dan MS dan tidak memberikan penjelasan yang analis [1]. Kurva okumura dari Amu (f,d) dan GAREA dapat dilihat pada gambar 3.3 dan 3.4.

Persamaan Formula Okumura [1], adalah :

L50 (dB) = Lf + Amu (f , d) – G(hte) – G(hre) – GAREA ...(3.4) Dimana :

L50 = Loss propagasi

LF = Free space propagation

Amu = Attenuasi relative pada free space

(7)

_______________________________________________________________________________

G(hte) = Gain faktor BTS G(hre) = Gain faktor handphone

GAREA = Correction faktor area.

Gambar 3.3 Median attenuation relative to free space (Amu(f,d)), over a quasi- Smooth terrain [From[Oku68]@IEEE], [1]

(8)

_______________________________________________________________________________

Formula okumura menyatakan bahwa G (hte) memiliki nilai yang bervariasi dengan laju 20 dB/dekade dan G (hre) memiliki variasi 10 dB/dekade untuk ketinggian antena kurang dari 3 meter. G (h_te) dan G (h_re) dapat dihitung dengan persamaan seperti dibawah ini [1] :

hte

G (hte) = 20 log 1000 m > hte > 10 m ...(3.5.a) 200

hre

G (hre) = 10 log hre ≤ 3 m ...(3.5.b) 3

hre

G (hre) = 20 log 10 m > hre > 3 m ...(3.5.c) 3

(9)

_______________________________________________________________________________

3.3.2 Model Hata

Model Hata merupakan formula empiris dari grafik path loss yang diberikan oleh Okumura. Formula ini digunakan untuk frekuensi antara 150 MHz hingga 1500 MHz, tinggi antena BTS 30 m hingga 200 m, tinggi antena mobile antara 1 m hingga 10 m. Hata dapat digunakan untuk menghitung loss propagasi pada daerah urban, suburban dan rural area.

Persamaan formula Hata [1], adalah :

L50 (urban) (dB) = 69.55+26.16log f_c – 13.82 log h_te– a (h_re)

+ (44.9 – 6.55 log hte ) log d ...(3.5) Dimana :

fc = frekuensi (MHz)

hte = tinggi antena BTS (meter) hre = tinggi antenaMobile (meter) d = jarak antara hte danhre

a (hre) = faktor koreksi untuk tinggi antena Mobile L50 (urban) = path Loss

Untuk kota kecil dan kota menengah faktor koreksi antena mobile diberikan dengan persamaan [1] :

a(h_re) = (1.1 log fc – 0.7) h_re– (1.56 logf_c– 0.8) dB ...(3.6) Untuk kota besar faktor koreksi antena mobile diberikan dengan persamaan [1] : a(h_re) = 8.29 (log 1.54 hre)²– 1.1 dB untuk fc ≤ 300 MHz ...(3.7)

a(hre) = 3.2 (log 11.75 hre)²– 4.97 dB untuk fc ≥ 300 MHz ...(3.8)

(10)

_______________________________________________________________________________

Sehingga untuk menentukan path loss pada daerah suburban, formula Hata memberikan persamaan [1] :

2 fc

L50 (dB) = L50 (urban) – 2 log – 5.4 ...(3.9) 28

Untuk menentukan path loss pada daerah open rural, formula Hata memberikan persamaan [1] :

L50 (dB) = L50 (urban) – 4.78 ( log fc )²+ 18.33 log fc – 40.98 ...(3.10)