BAB II DASAR TEORI
2.1 Pengenalan Antena
Antena merupakan elemen penting yang ada pada setiap sistem telekomunikasi tanpa kabel (nirkabel/wireless), tidak ada sistem telekomunikasi
wireless yang tidak memiliki antena. Pemilihan antena yang tepat, perancangan yang baik dan pemasangan yang benar akan menjamin kinerja (performance) sistem tersebut [2].
2.1.1 Pengertian Antena
Antena adalah sebuah komponen yang dirancang untuk bisa memancarkan dan/ atau menerima gelombang elektromagnetik. Antena sebagai alat pemancar (transmitting antenna) adalah sebuah transducer (pengubah) elektromagnetis, yang digunakan untuk mengubah gelombang tertuntun di dalam saluran transmisi kabel menjadi gelombang yang merambat di ruang bebas, dan sebagai alat penerima (receiving antenna) mengubah gelombang ruang bebas menjadi gelombang tertuntun[2].
Menurut “The IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas” (IEEE Std 145-1983), definisi antena adalahsuatu bagian dari sistem telekomunikasi nirkabel yang digunakan untuk memancarkan atau menerima gelombang radio. Antena adalah suatupiranti transisi antara saluran transmisi dengan ruang
bebasdan sebaliknya. Konsep dasar antena diilustrasikan seperti yang terlihat pada
Gambar 2.1 Peran Antena di Sistem Komunikasi Nirkabel
2.1.2 Parameter Antena
Untuk menggambarkan kinerja dari sebuah antena, pengertian beberapa parameter sangat penting untuk dikaji. Beberapa dari parameter-parameter tersebut dapat diuraikan sebagai berikut :
2.1.2.1 Pola Radiasi
jari-jari yang konstan. Contoh koordinat yang sesuai diperlihatkan pada Gambar 2.2[3].
Gambar 2.2 Sistem Koordinat untuk Menganalisis Antena
2.1.2.2 Lebar Berkas (Beamwidth)
(a) (b)
Gambar 2.3 Ilustrasi HPBW dan FNBW (a) tiga dimensi, (b) dua dimensi
2.1.2.3 Direktivitas
Direktivitas atau keterarahan dari suatu antena didefinisikan sebagai perbandingan antara intensitas radiasi maksimum dengan intensitas radiasi dari antena referensi isotropis. Keterarahan dari sumber non-isotropis adalah sama dengan perbandingan intensitas radiasi maksimumnya di atas sebuah sumber
isotropis[3]. Keterarahan pada antena secara umum dinyatakan dari Persamaan 2.2[3]:
rad o
P U D =10⋅log4⋅π⋅ max
(2.1)
dengan :
Do = directivity (dB)
Umax = intensitas radiasi maksimum (watt)
Nilai keterarahan sebuah antena dapat diketahui dari pola radiasi antena tersebut, semakin sempit main lobe maka keterarahannya semakin baik dibanding
main lobe yang lebih lebar.
2.1.2.4 Gain
Ada dua jenis penguatan (gain) pada antena, yaitu penguatan absolut (absolute gain) dan penguatan relatif (relative gain). Penguatan absolut pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropic. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropic sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan 4π. Penguatan absolut dapat dihitung dengan [3]:
𝐺𝐺 = 4𝜋𝜋𝑈𝑈(𝜃𝜃,∅)
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 (2.2)
dengan:
G = gain antena (dB)
U = intensitas radiasi antena (watt)
Pin = daya input total yang diterima oleh antena (watt)
2.1.2.5 Lebar Pita (bandwidth)
Bandwidth antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi antena dengan beberapa karakteristik, sesuai dengan standar yang telah ditentukan. Untuk
Narrowband antena, maka lebar bidang antena dinyatakan sebagai persentase dari selisih frekuensi di atas frekuensi tengah dari lebar bidang[3].
Untuk persamaan bandwidth dalam persen (Bp) atau sebagai bandwidth
rasio (Br) dinyatakan sebagai[3]:
%
fl = jangkauan frekuensi bawah (Hz)
2.1.2.6 Impedansi Input
Impedansi masukan didefenisikan sebagai impedansi yang diberikan oleh antena kepada rangkaian di luar, pada suatu titik acuan tertentu. Saluran transmisi penghubung yang dipasangkan ke antena akan melihat antena tersebut sebagai beban dengan impedansi beban sebesar ZA. Secara matematis, persamaan impedansi antena dapat dirumuskan sebagai berikut[3] :
dengan :
ZA = impedansi antena (Ω)
RA = resistansi antena (Ω)
XA = reaktansi antena (Ω)
2.1.2.7 VSWR
VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Pebandingan tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (Γ) [3] :
𝛤𝛤= 𝑉𝑉𝑉𝑉0−
0+
= 𝑍𝑍𝑍𝑍𝐿𝐿−𝑍𝑍0
𝐿𝐿−𝑍𝑍0 (2.7)
dengan:
𝛤𝛤 =koefisien refleksi tegangan
ZL = impedansi beban (load) dan
Oleh karena itu rumus untuk mencari VSWR dapat menggunakan persamaan seperti berikut [3] :
Kondisi yang baik adalah ketika VSWR bernilai 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun, kondisi ini kenyataannya sulit diperoleh. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan dalam perancangan antena adalah ≤ 2.
2.2 Antena J-Pole
Desain dasar dari sebuah antena J-Pole adalah terdiri dari dua elemen, yaitu sebuah elemen ¾λ dan sebuah elemen ¼λ yang terhubung pada masing -masing salah satu ujungnya dengan logam konduktor sejenis. Feedpoint dari antena ini terletak melintang horizontal di atas elemen penghubung tersebut. Elemen penghubung dari elemen ¾λ dan elemen ¼λ dibentuk dengan cara membengkokkan material antena sebesar 180 derajat pada seperempat ujungnya dengan jari-jari kelengkungan sebesar setengah dari jarak antara elemen ¾λ dan elemen ¼λ. Dengan cara tersebut maka antena J-Pole ini akan nampak seperti huruf “J” seperti terlihat pada Gambar 2.4[4].
Bagian A adalah elemen ¾λ dan bagian B adalah elemen ¼λ. Nilai dari lambda dapat dicari melalui Persamaan 2.9 [5] berikut ini:
λ = 𝑐𝑐
𝑓𝑓𝑥𝑥𝑥𝑥 (2.9)
di mana:
λ = panjang gelombang (meter) c = kecepatan cahaya (m/s)
f = frekuensi kerja yang digunakan (MHz) k = velocity factor (0,95) tembaga
Bagian C adalah letak dari dari feedpoint antena J-Pole. Panjangnya sama dengan jarak antara elemen ¾λ dan elemen ¼λ. Bagian D adalah jarak antara feedpoint
dengan bagian paling bawah dari elemen penghubung yang berbentuk melengkung. Sementara bagian E adalah radius dari elemen penghubung sebesar setengah dari panjang elemen C. Panjang elemen C dan D adalah tidak kritis. Hal tersebut berarti tidak ada patokan tertentu mengenai panjangnya. Oleh karena itu pada simulasi perlu dilakukan metode trial and error untuk mendapatkan panjang optimal berdasarkan nilai-nilai parameter antena yang dihasilkan.
melakukan panggilan yang terhitung penting. Masalah sinyal sebenarnya disebabkan oleh 2 hal yakni, kualitas sinyal dari BTS operator yang lemah dan kondisi ponsel itu sendiri yang memang memiliki masalah di dalamnya. Jika pancaran sinyal BTS memang tidak memiliki masalah sama sekali maka bisa dipastikan, masalah yang terjadi disebabkan oleh ponsel. Namun antena J-pole yang dibuat bertujuan untuk memperkuat sinyal ponsel GSM atau CDMA yang terjadi karena masalah-masalah yang ada. Keuntungan dari antenna J-pole sendiri adalah antena ini dapat dijadikan sebagai portable antenna, selain itu dapat dioperasikan pada multi band [6].
2.2.1 Jenis- jenis Antena J-Pole
Terdapat beberapa jenis antena J-Pole yang dapat diuraikan sebagai berikut:
2.2.1.1Antena Slim Jim
Antena Slim Jim adalah salah satu dari banyak cara untuk membentuk antena J-Pole. Diciptakan oleh Fred Judd, nama itu berasal dari konstruksi antena yang slim dan jenis matching stub berbentuk “J”. Ukuran panjang antena Slim Jim ditunjukkkan pada Gambar 2.5 [7].
2.2.1.2Super J-Antenna
Super J-Antena memiliki gain yang lebih baik dibandingkan dengan antena J-Pole dasar, dimnana gain yang dihasilkan super J-Antenna sekitar 2.5-4.5 dBi. Bentuk dan kuran panjang Super J-Antenna ditunjukkkan pada Gambar 2.6 [8].
Gambar 2.6 Super J-Antenna
2.3 GSM (Global System for Mobile)
sehingga pada saat itu tidak memungkinkan seorang pelanggan menggunakan
single subscriber unit untuk menjangkau seluruh benua Eropa[11].
Pada awalnya sistem GSM ini dikembangkan untuk melayani sistem seluler di Eropa dan menjanjikan jangkauan network yang lebih luas seperti halnya penggunaan ISDN. Pada perkembangaannya sistem GSM ini mengalami kemajuan pesat dan menjadi standar yang paling populer di seluruh dunia untuk sistem seluler. Bahkan pertumbuhannya diprediksikan akan mencapai 20 sampai 50 juta pelanggan pada tahun 2000.
Penggunaan alokasi frekuensi 900 MHz oleh GSM ini diambil berdasarkan rekomendasi GSM (Gropue special Mobile) comitte yang merupakan salah satu grup kerja pada confe'rence Europe'ene Postes des Telecommunication (CEPT). Namun pada akhirnya untuk alasan marketing GSM berubah namanya menjadi
yhe Global System for Mobile Communication, sedangkan standar teknisnya diambil dari European Technical Standards Institute (ETSI)[1].
GSM pertama kali diperkenalakan di Eropa pada tahun 1991 kemudian pada akhir 1993, beberapa negara non Amerika seperti Amerika Selatan, Asia dan Australia mulai mengadopsi GSM yang akhirnya menghasilkan standar baru yang mirip yaitu DCS 1800, yang mendukung PCS (Personal Communication Service) pada frekuensi 1,8 GHz sampai 2 GHz[11].
2.3.1 Definisi GSM
waktu, sehingga sinyal informasi yang dikirim akan sampai pada tujuan. GSM dijadikan standar global untuk komunikasi selular sekaligus sebagai teknologi selular yang paling banyak digunakan orang di seluruh dunia[12].
2.3.2 Sejarah dan Perkembangan GSM
Teknologi komunikasi selular sebenarnya sudah berkembang dan banyak digunakan pada awal tahun 1980-an, diantaranya sistem C-NET yang dikembangkan di Jerman dan Portugal oleh Siemens, sistem RC-2000 yang dikembangkan di Perancis, sistem NMT yang dikembangkan di Belanda dan Skandinavia oleh Ericsson, serta sistem TACS yang beroperasi di Inggris. Namun teknologinya yang masih analog membuat sistem yang digunakan bersifat regional sehingga sistem antara negara satu dengan yang lain tidak saling kompatibel dan menyebabkan mobilitas pengguna terbatas pada suatu area sistem teknologi tertentu saja (tidak bisa melakukan roaming antar negara).
GSM muncul pada pertengahan 1991 dan akhirnya dijadikan standar telekomunikasi selular untuk seluruh Eropa oleh ETSI (European Telecomunication Standard Institute). Pengoperasian GSM secara komersil baru dapat dimulai pada awal kuartal terakhir 1992 karena GSM merupakan teknologi yang kompleks dan butuh pengkajian yang mendalam untuk bisa dijadikan standar. Pada September 1992, standar type approval untuk handphone disepakati dengan mempertimbangkan dan memasukkan puluhan item pengujian dalam memproduksi GSM. Pada awal pengoperasiannya, GSM telah mengantisipasi perkembangan jumlah penggunanya yang sangat pesat dan arah pelayanan per area yang tinggi, sehingga arah perkembangan teknologi GSM adalah DCS
tersebut, akan dicapai kapasitas pelanggan yang semakin besar per satuan cell. Selain itu, dengan luas cell yang semakin kecil akan dapat menurunkan kekuatan daya pancar handphone, sehingga bahaya radiasi yang timbul terhadap organ kepala akan dapat di kurangi. Pemakaian GSM kemudian meluas ke Asia dan Amerika, termasuk indonesia. Indonesia awalnya menggunakan sistem telepon selular analog yang bernama AMPS (Advances Mobile Phone System) dan NMT
(Nordic Mobile Telephone). Namun dengan hadir dan dijadikannnya standar sistem komunikasi selular membuat sistem analog perlahan menghilang, tidak hanya di Indonesia, tapi juga di Eropa. Pengguna GSM pun semakin lama semakin bertambah. Pada akhir tahun 2005, pelanggan GSM di dunia telah mencapai 1,5 triliun pelanggan. Akhirnya GSM tumbuh dan berkembang sebagai sistem telekomunikasi seluler yang paling banyak digunakan di seluruh dunia[11]. 2.3.3 Spesifikasi Teknis GSM
Di Eropa, pada awalnya GSM didesain untuk beroperasi pada frekuensi 900 MHz. Pada frekuensi ini, frekuensi uplinks-nya digunakan frekuensi 890–915 MHz, sedangkan frekuensi downlink nya menggunakan frekuensi 935–960 MHz.
frekuensi downlinks. GSM dengan frekuensinya yang baru ini kemudian dikenal dengan sebutan GSM 1800, yang menyediakan bandwidth sebesar 75 MHz. Dengan lebar kanal yang tetap sama yaitu 200 kHz sama, pada saat GSM pada frekuensi 900 MHz, maka pada GSM 1800 MHz ini akan tersedia sebanyak 375 kanal[1].
2.3.4 Arsitektur Jaringan GSM
Teknologi GSM menggunakan sistem TDMA dengan alokasi kurang lebih sekitar delapan pengguna di dalam satu channel frekuensi sebesar 200 kHz per satuan waktu. Awalnya, frekuensi yang digunakan adalah 900 MHz. Pada perkembangannya frekuensi yang digunakan adalah 1800 MHz dan 1900 MHz. Kelebihan dari GSM adalah interface yang lebih bagi para provider maupun para penggunanya. Selain itu, kemampuan roaming antar sesama provider membuat pengguna dapat bebas berkomunikasi. Arsitektur jaringan GSM seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 [1].
Pada Gambar 2.8 Arsitektur Jaringan GSM terdiri dari perangkat-perangkat yang saling mendukung, dari 4 subsistem yang terkoneksi dan berinteraksi antar sistem dan dengan user melalui network interface, 4 subsistem tersebut yaitu : MS (Mobile Station), BSS (Base Station Subsystem), NSS (Network Sub-System) dan OSS (Operation and Support System).
2.3.4.1MS (Mobile Station)
MS merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk dapat memperoleh layanan komunikasi bergerak. MS dilengkapi dengan sebuah smart card yang dikenal dengan SIM ( Subscriber Identity Module ) yang berisi nomor identitas pelanggan[1].
2.3.4.2BSS (Base Station Sub-System)
Terdiri atas Base Station Controller dan Base Transceiver Station.
Dimana fungsi dari BSS adalah mengontrol tiap – tiap BTS yang terhubung kepadanya. Sedangkan fungsi dari BTS adalah untuk berhubungan langsung dengan MS dan juga berfungsi sebagai pengirim dan penerima sinyal. Memperlihatkan bagian BSS, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9[1]. Terdiri dari tiga bagian:
1) BTS (Base Transceiver Station)
BTS merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan radio pada MS (Mobile Station). Dalam BTS terdapat kanal trafik yang digunakan untuk komunikasi.
2) BSC (Base Station Controller)
pemberian frekuensi untuk setiap BTS dan mengatur handover ketika mobile station melewati batas antar cell.
3) TRAU (Transcoding and Rate Adaption Unit)
TRAU berfungsi untuk pengkodean pembicaraan (speech transcoding)
dari BSC ke MSC dan sebaliknya serta melakukan penyesuaian kecepatan (rate adaption) data atau suara dari 64 Kbps yang keluar dari MSC menjadi 16 Kbps yang menuju BSC untuk efisiensi kanal transmisi.
Gambar 2.8 Bagian (Base Station Sub-System)
2.3.4.3NSS (Network Sub-System)
Network Switching Sub-system merupakan komponen utama switching
komunikasi antara jaringan GSM dengan jaringan telekomunikasi lain. Komponen dari Network Switching Sub-system adalah :
1. MSC (Mobile Switching Center)
Sebagai komponen utama dari NSS memiliki peran yang sangat kompleks di dalam aspek kontrol dan security sistem selular GSM, dimana fasilitas yang harus ditawarkan kepada pelanggan. MSC memiliki fungsi berbeda tergantung posisinya pada jaringan. Secara umum fungsi-fungsi yang dilakukan MSC : Call processing – termasuk mengontrol call set-up data / suara, handover inter BSS dan inter MSC dan mengontrol mobilitas pelanggan (Subscriber validation and location) Operation and Maintenance Support – termasuk database management, pencatatan dan pengukuran trafik Internetwork Interworking – Memanage interface antara jaringan GSM dengan PSTN (Public Switching Telephone Network),
Billing – mencatat data tagihan panggilan. 2. HLR (Home Location Register)
VLR merupakan database yang memiliki informasi pelanggan sementara yang diperlukan oleh MSC untuk melayani pelanggan yang berkunjung dari area lain. VLR selalu berintegrasi dengan MSC. Ketika sebuah MS berkunjung ke sebuah MSC area yang baru, VLR akan terkoneksi ke MSC dan MSC akan meminta data tentang MS tersebut dari HLR tempat MS teregistrasi. Selanjutnya, jika MS membangun hubungan, VLR akan memberikan informasi yang dibutuhkan untuk call set-up tanpa harus berkoordinasi dengan HLR setiap waktu.
4. EIR (Equipment Identity Register)
EIR merupakan database yang mengandung informasi tentang identitas peralatan mobile yang mencegah calls dari pencurian, ketidakamanan, atau ketidakfungsian MS. AUC dan EIR diimplementasikan sebagai bagian yang berdiri sendiri atau kombinasi bagian AUC/EIR.
5. AUC (Authentication Center)
Unit yang disebut AUC menyediakan parameter-parameter autentikasi dan encryption yang memeriksa identitas pemakai dan memastikan kemantapan dari setiap call. AUC melindungi operator network dari berbagai tipe penipuan yang ada dalam dunia seluler saat ini. AUC dapat diimplementasikan dalam HLR untuk tipe GSM R6.1/R3.
6. IWF (Inter Working Function)
IWF melakukan adaptasi data rate antara PLMN (Public Land Mobile Network) dengan Jaringan lain yang sudah ada.
7. EC (Echo Canceller)
2.3.4.4OSS (Operation and Support System)
OSS (Operation and Support System) memiliki perangkat utama yang disebut OMC (Operation and Maintenance Center) dimana OMC merupakan pusat pengendali jaringan yang mengontrol dan memonitor seluruh kejadian yang ada pada jaringan selular termasuk kualitas pelayanan yang disediakan oleh jaringan. Setiap element jaringan melaporkan status/kondisi, demikian bila terjadi kerusakan atau masalah maka setiap kasus akan dilaporkan ke OMC berupa alarm secara otomatis sehingga memudahkan untuk menentukan tindakan tepat yang akan diambil guna mengatasi masalah pada jaringan.
2.3.5 Keunggulan GSM Sebagai Teknologi Generasi Kedua (2G)
GSM sebagai sistem telekomunikasi selular digital memiliki keunggulan yang jauh lebih banyak dibanding sistem analog, di antaranya:
a. Kapasitas sistem lebih besar, karena menggunakan teknologi digital dimana penggunaan sebuah kanal tidak hanya diperuntukkan bagi satu pengguna saja. Sehingga saat pengguna tidak mengirimkan informasi, kanal dapat digunakan oleh pengguna lain.
b. Sifatnya yang sebagai standar internasional memungkinkan international roaming.
c. Dengan teknologi digital, tidak hanya mengantarkan suara, tapi memungkinkan servis lain seperti teks, gambar, dan video.
d. Keamanan sistem yang lebih baik. e. Kualitas suara lebih jernih dan peka.
