Analisis Penerapan Model Propagasi Empiris Pada Gedung Swalayan Yang Dimodelkan

6 BAB II

DASAR TEORI

2.1Umum

Dalam mendesain sebuah sistem komunikasi wireless, diperlukan perencanaan yang baik demi terjaminnya kualitas sinyal yang nanti diterima. Empat faktor vital yang perlu diperhatikan adalah daya pada pemancar, sensitivitas penerima, gain antena, serta rugi-rugi lintasan (path loss) seperti yang terlihat pada Gambar 2.1.

Jarak serta jumlah dan jenis obstacle yang berada di antara pemancar dan penerima tentunya menjadi hal yang perlu diperhitungkan karena akan menjadi penentu nilai path loss yang terjadi pada sistem komunikasi [1]. Hal ini disebabkan penghalang juga ikut menyumbangkan redaman terhadap sinyal yang melaluinya. Perubahan besarnya nilai path loss terhadap kondisi lintasan akibat obstacle akan mengakibatkan perubahan jangkauan daya pancar lintasan sinyal.

Gambar 2.1Komponen utama sistem komunikasi wireless [1] Transmitter

(Transmit power)

7 Rugi-rugi lintasan (dB) adalah besarnya daya pada pemancar dikurangi daya pada penerima. Untuk menghitung besarnya rugi-rugi lintasan, dapat dilakukan dengan menggunakan pemodelan. Model yang digunakan untuk menghitung propagasi outdoor dan propagasi indoor masing-masingnya adalah berbeda. Pada propagasi indoor, efek Doppler dapat diabaikan.

Ada beberapa keuntungan yang didapatkan dari penggunaan model dalam menghitung rugi-rugi lintasan, yaitu [2]:

1. Cepat dan fleksibel karenaparameter yang ingin dihitung dapat diubah-ubah sesuai keinginan.

2. Input yang dibutuhkan dapat seminimum mungkin dalam memodelkan propagasi. Hal ini dikarenakan perencanaan dapat dilakukan tanpa harus datang ke lokasi langsung untuk menyediakan estimasi biaya jaringan, dapat dilakukan untuk perencanaan WLAN pada bangunan yang masih belum selesai dibangun, dan sebagainya.

3. Dapat digunakan untuk membangun perangkat software easy-to-use yang memungkinkan pengguna amatir juga dapat mendesain WLAN secara efisien. 4. Perencanaan WLAN menggunakan pemodelan propagasi dapat menemukan

solusi optimal yang hemat biaya dan performansi yang paling baik.

2.2Konsep WLAN

WLAN (Wireless Local Area Network) adalah jaringan nirkabel LAN yang menggunakan frekuensi radio lewat udara dalam transmisi datanya. Jaringan ini tidak dibatasi oleh media kabel atau kawat. WLAN membagi wilayah pelayanannya menjadi beberapa wilayah lebih kecil yang disebut sel. Tiap sel dicatu oleh sebuah access point menuju server wireless LAN.

Dibandingan dengan jaringan LAN berkabel, WLAN memiliki beberapa keuntungan, yaitu [3]:

1. Mendukung mobilitas user, meningkatkan produktivitas penggunaan data. 2. Pengembangan jaringan mudah dan cepat. Tidak seperti penggunaan kabel

8 3. Fleksibel. User dapat langsung menggunakan fasilitas tanpa harus memasang kabel terlebih dahulu, sehingga dapat digunakan seketika saat dibutuhkan dan di mana saja selama masih dalam area “hot spot”.

4. Pada beberapa kasus, biaya untuk jaringan wireless dapat lebih berkurang. Misalnya, penggunaan 802,11 dapat menghubungkan dua bangunan tanpa harus keluar biaya peralatan perangkat jaringan outdoortambahan.

Pada awalnya, kecepatan produk 802,11 hanya mencapai 2 Mbps yang termasuk cukup lambat untuk standar jaringan modern. IEEE 802,11 mulai bekerja lebih cepat pada layer radio dan distandarisasi dengan 802,11a dan 802,11b pada tahun 1999. Produk yang didasarkan pada 802,11b diluncurkan tahun 1999 dan dapat beroperasi hingga mencapai kecepatan 11 Mbps. 802,11a menggunakan teknik radio ketiga yang disebut Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). 802,11a beroperasi pada pita frekuensi yang berbeda secara keseluruhan.

Pada Tabel 2.1, dapat dilihat bahwa 802,11 telah menyediakan kecepatan yang lebih dari Ethernet 10BASE-T dan mampu bersaing dengan Ethernet yang cepat [3].

Tabel 2.1Rata-rata througput dari standar WiFi [4]

Nomor Standar WiFi Rata-rata throughput

1 11b; 7.2 Mb/s

2 11g; 25 Mb/s

3 11a; 25 Mb/s

4 11n; 25-160 Mb/s

2.3Infrastruktur Jaringan WLAN

Block bangunan dasar dari jaringan 802,11 disebut basic service set (BSS), yang

menghubungkan station-station yang berkomunikasi antara satu dan lainnya. BSS

pada jaringan WLAN terdiri dari dua jenis, yaitu independent BSS dan infrastructure

9 Independent BSS langsung menghubungkan station yang satu dan lainnya dan hanya dapat dibangun pada jarak yang sangat terbatas. Jaringan independent BSS yang paling kecil adalah terdiri dari dua buah station. Jaringan jenis ini biasanya digunakan untuk tujuan tertentu yang tidak membutuhkan waktu lama dalam melakukan hubungan komunikasinya, misalnya hanya digunakan selama sedang melakukan rapat/meeting saja.

(a)

(b)

10 Infrastructure BSS memiliki empat komponen fisik utama yang menjadi penyusun jaringannya. Komponen-komponen tersebut adalah sistem penyalur (distribution system), access point, media nirkabel (wireless medium) dan stationatau perangkat pengguna. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3Komponen Penyusun Jaringan WLAN [3]

2.3.1 Distribution System

Saat beberapa access point dihubungkan untuk membentuk cakupan area

yang luas, access point tersebut harus berkomunikasi antara satu dan lainnya untuk

mampu mencakup pergerakan mobile station (perangkat pengguna mobile). Sistem

penyalur (distribution system) adalah komponen logis dari 802,11 yang digunakan

untuk melanjutkan frame-frame pada tujuannya.

Hampir pada semua produk komersil, distribution system diimplementasikan

sebagai sebuah kombinasi dari mesin penghubung dan media sistem penyaluran, yang

jaringan backbone-nya digunakan untuk menyampaikan frame-frame antara access

point; sering juga disebut dengan jaringan backbone.

2.3.2 Access Point

Frame-frame pada jaringan 802,11 harus dikonversi ke tipe lain dari frame

untuk sampai ke seluruh dunia. Perangkat berupa access point berfungsi sebagai

penghubung wireless-to-wired (jaringan nirkabel ke jaringan berkabel). Terdapat

fungsi-fungsi lain dari access point, namun hal tersebut lah yang menjadi fungsi

11

2.3.3 Wireless Medium

Untuk memindahkan frame dari station ke station, standar yang digunakan

adalah media nirkabel. Media nirkabel ini berupa udara yang dilewatinya.

2.3.4 Station

Jaringan dibangun untuk mengirimkan data antar station. Station menghitung

perangkat dengan interface jaringan wireless. Khususnya, station yang dioperasikan

dengan laptop berbaterai atau komputer genggam. Meski demikian, tidak ada alasan

mengapa station harus perangkat penghitung portable. Pada beberapa lingkungan,

jaringan wireless digunakan untuk menghindari pemasangan kabel baru karena

desktop dihubungan dengan LAN nirkabel.

2.4 Propagasi Gelombang Radio

Propagasi gelombang radio adalah perambatan gelombang elektromagnetik dari pemancar ke penerima. Menurut Maxwell, gelombang elektromagnetik adalah perubahan dari medan magnetik menghasilkan medan listrik dan perubahan dari medan listrik menjadi medan elektromagnetik [5].

Dasar mekanisme propagasi radio tidak terlepas dari peristiwa refleksi, refraksi dan difraksi yang dapat disebabkan oleh setiap jenis objek. Peristiwa-peristiwa propagasi tersebut terjadi karena efek dari perbedaan medium yang dilalui oleh sinyal [6].Gambar 2.4menunjukkan peristiwa refleksi dan refraksi akibat sinyal membentur objek yang rata seperti kaca.

12 Gambar 2.4 Refleksi dan Refraksi [6]

2.5 Rugi-rugi Lintasan Bebas (Free Space Path Loss)

Di dalam komunikasi bergerak, rugi-rugi (loss) yang terjadi antara pemancar dan penerima dikenal dengan rugi-rugi lintasan transmisi (path loss). Rugi-rugi lintasan transmisi dari pemancar ke penerima tanpa penghalang disebut rugi-rugi lintasan bebas (free space loss). Persamaan yang digunakan untuk mencari rugi-rugi free space loss dapat dilihat pada persamaan 2.1.

LFSL(dB) = 32,44 + 20 log f (MHz) + 20 log d (Km) (2.1)

Untuk frekuensi kerja 2,4 GHz, persamaan (2.1) menjadi:

LFSL(dB) = 32,44 + 20 log f (MHz) + 20 log d (Km) = 32,44 + 20 log (2400 MHz) + 20 log d (Km) = 100,044 + 20 log d (Km)

Di mana:

f = frekuensi kerja yang digunakan (MHz) d = jarak antara pemancar dan penerima (Km)

Gelombang datang Medium 1:

�1, �1

Medium 2:

�2, �2

Gelombang pantul

Gelombang refraksi

��

13 2.6Rugi-rugi Lintasan indoor

Pada propagasi yang terjadi di dalam ruangan (indoor), sinyal akan mengalami pemantulan secara acak dan terus menerus di ruangan tersebut hingga sinyal tersebut hilang akibat penyerapan oleh penghalang (obstacle) di ruangan, seperti yang terlihat pada Gambar 2.5.

Hal- hal yang berpengaruh pada propagasi sinyal di dalam ruangan antara lain: 1. Rugi-rugi lintasan yang terjadi dari pemancar ke penerima.

2. Obstacles (seperti furniture) yang terdapat di dalam ruangan. 3. Material konstruksi bangunan.

Pada dasarnya, prinsip dasar propagasi lingkungan outdoor dan indoor adalah sama. Beberapa hal yang menjadi spesifikasi dari propagasi indoor adalah [6]: 1. Lebih banyak refleksi, difraksi dan refraksi yang mungkin terjadi karena

terdapat penghalang-penghalang berupa dinding, furniture, dan lain sebagainya.

2. Ukuran propagasi indoor lebih kecil daripada propagasi outdoor.

3. Tidak seperti pada propagasi outdoor yang kecepatan mobilitasnya tinggi, pada propagasi indoor biasanya kecepatan mobilitasnya lebih lambat sehingga efek Doppler dapat diabaikan.

Furniture s

Wall

Tx _Rx

14 2.7Model Propagasi Indoor

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 dihalagi oleh obstacle (hambatan) berupa furniture (perabot rumah tangga), asbes atau gysum dan dinding. Oleh sebab itulah gelombang radio di dalam ruangan mengalami banyak refleksi dan refraksi serta penyerapan daya (pentrastion) yang menyebabkab path loss semakin besar [7].

Metode pemodelan propagasi indoor dapat dibedakan dalam empat kategori, yaitu model empiris, stokastik, deterministik dan semi-deterministik [6]. Model empiris adalah pemodelan yang diambil dari perhitungan kanal yang dilakukan di beberapa tempat tertentu, model stokastik adalah model yang hanya membutuhkan sedikit informasi dari lingkungan propagasi (biasanya digunakan untuk memodelkan aspek acak dari kanal radio dengan variabel acak), model deterministik mensimulasikan fenomena propagasi secara fisik dari gelombang radio, dan yang terakhir, model semi-deterministik adalah kombinasi dari model deterministik dengan model stokastik atau model empiris. Tugas Akhir ini hanya menggunakan jenis model propagasi empiris indoor Cost-231 multi-wall untuk menghitung perkiraan besar path loss yang terjadi di dalam ruangan (indoor) dari bangunan swalayan yang dimodelkan.

2.8Model Propagasi Empiris Cost-231 Multi-Wall

15 jumlah lantai yang ditembus oleh sinyal. Sedangkan pada model Cost-231 multi-wall menyatakan bahwa besarnya daya yang hilang tersebut tidak merupakan fungsi linear, melainkan sebagai fungsi eksponensial yang dipengaruhi oleh faktor empiris b.

LFSL = Rugi-rugi Free Space Loss

b dan L_{C = konstanta rugi-rugi yang ditentukan secara empiris} nwi = jumlah dinding tipe i

Lwi = rugi-rugi sekat/dinding tipe i nf = Jumlah lantai/tingkatan bangunan Lf = Rugi-rugi lantai

Pada persamaan 2.2, nilai Lc adalah mendekati nol. Model Cost-231 multi-wall menyatakan bahwa lantai dan sekat/dinding di dalam ruang berperan dalam penyerapan sinyal. Rugi-rugi ketiga pada persamaan Cost-231 multi-wall (∑�_�=1�_�� .���), merupakan total rugi-rugi akibat jumlah penyerapan dinding yang

berada diantara pemancar dan penerima.Menurut hasil dari peneliatian [2], nilai besar kecilnya penyerapan yang dilakukan oleh lantai dan sekat terhadap sinyal tergantung oleh jenis material penyusun dan ketebalan dari lantai atau sekat/dinding di dalam ruangan.

Pada bangunan tanpa tingkat, nilai nf dari persamaan Cost-231 multi wall adalah nol. Sehingga, pada bangunan dengan satu lantai, persamaan Cost-231 multi-wall menjadi sebagai berikut.

L = L_FSL + L_C+∑ L_win_wi + L_f. n_f� n f +2 n f +1−b�

16 = L_FSL + L_C+∑ L_win_wi + L_f. 0�

n f +2 n f +1−b�

W i=1

= L_FSL +∑W_i=1L_win_wi

= 100.044 + 20 log d (Km) + ∑W_i=1L_win_wi

Pada model ini, rugi-rugi lintasan dihitung dengan posisi di mana sinyal dari pemancar langsung lurus melewati penghalang ke penerima tanpa memperhitungkan efek pantulan maupun penyerapan yang terjadi ketika melewati penghalang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.Besarnya nilai nilai Lw1 dan Lw2 untuk masing-masing jenis penghalang untuk model Cost-231 multi-wall diambil dari hasil percobaan atau data statistik yang pernah dilakukan sebelumnya.Untuk alasan praktis,jumlah jenis dinding yang berbeda harus rendah. Jika tidak, maka perbedaan diantara jenis dinding menjadi kecil dan penempatannya di dalam model ini menjadi tidak jelas.

Gambar 2.6Gambaran lintasan propagasi dengan model Cost-231 multi-wall

17 Tabel 2.2 Klasifikasi tipe dinding pada Cost-231 multi-wall[3]

Jenis Dinding Deskripsi

Dinding Tipis (Lw1)

Sebuah dinding yang tidak ditempeli oleh suatu bantalan seperti dinding eternit, dinding papan dan diding beton tipis dengan ketebalan kurang dari 10 cm.

Dinding Tebal (Lw2)

Sebuah dinding yang ditempeli oleh suatu bantalan atau jenis dinding yang lainnya dengan ketebalan dinding lebih dari 10 cm yang terbuat dari, seperti beton atau batu bata.

2.9Menentukan Area Cakupan Sel dalam Bangunan

Area batas cakupan yang mampu dicapai access point untuk beroperasi disebut dengan cell. Pada Tugas Akhir ini, cell diasumsikan berbentuk segi enam atau heksagonal (seperti model cell pada propagasi radio umumnya). Hal ini dilakukan untuk memudahkan penggambaran pola radiasi omnidirectional dari antena pemancar yang digunakan.

Untuk menghitung luas cakupan segi enam, dapat dilakukan dengan terlebih dahulu membagi sel menjadi enam segitiga sama sisi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7. Segitiga-segitiga tersebut membentuk sudut 60o dengan R merupakan radius (jari-jari). Maka, untuk luas satu buah segitiga di dalamnya dapat dihitung dengan persamaan 2.3.

Luas segitiga = 1₂�2���60� _(2.3)

18

Luas sel segi enam = 3₂�2√3 _(2.4)

Gambar 2.7Sel Segi Enam

Untuk menentukan luas cakupan sel, maka perlu diketahui berapa nilai Link Margin dari sistem wireless yang akan dibangun. Nilai ini bergantung pada karakteristik pemancar dan penerima yang digunakan. Untuk menghitung Link Margin (LM), digunakan persamaan 2.5 berikut.

19 Setelah nilai Link Margin didapatkan, selanjutnya nilai rugi-rugi saluran dari pemancar ke penerima dihitung dengan menerapkan model propagasi empiris Cost-231 multi-wall. Nilai rugi-rugi saluran tidak boleh melebihi besarnya Link Margin. Oleh sebab itu, jari-jari sel diambil dari jarak dengan kondisi terburuk. Jumlah kebutuhan sel dalam bangunan dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.6.

Q = Integer part of������������� �������� �

+ 1 _(2.6)

Di mana:

Q = Jumlah sel jaringan

������������ = Luas area gedung